静态混合器.docx

全世界经济发展的同时，我们周围的环境在不断恶化。在我国尤其如此，近二十年经济的迅猛发展给环境带来严重影响。我国境内的河流受污染情况十分严重，大多数河流的水质都出现了不同程度的下降。地球上的淡水资源是有限的，在我国的北方大部分地区水资源是缺乏的，因此我国实施了南水北调工程。日益严重的水污染与水资源短缺，使得有效的水处理技术变得越来越重要，人们从不同的方向改进着水技术。其中，混凝技术是一种常见的水处理技术，得到广泛的认可和推广。水的混凝机理十分复杂，一直得到广大学者的关注。一般认为:混凝过程中包含凝聚和絮凝两个步骤，其中凝聚是在瞬间内完成的，它是指化学药剂与水接触形成小颗粒的过程，在水处理过程中表现为使用各种混合设备将药剂与水均匀地混合，其均匀的程度关系着混凝效果优劣;絮凝是指凝聚过程中形成较小颗粒后，它们之间相互碰撞形成较大颗粒并沉降的过程。
影响混合效果的因素主要有三方面:一、废水水质，包括废水中浊度、PH值、水温及共存杂质等;二、混凝剂，包括混凝剂种类、投加量和投加顺序等;三、水利条件，主要指混合的方式。混合方式有:管式混合、水力混合、机械搅拌混合以及水泵混合等。其中管式混合主要形式有管式静态混合器、孔板式、文氏管道混合器、扩散混合器等;机械搅拌混合是在池内安装搅拌装置，以电动机驱动搅拌器将水与药剂混合;水泵混合是将药剂投放在水泵吸水管或吸水喇叭口处，利用水泵叶片的高速旋转来达到快速混合。
在水处理过程中，管式静态混合器具有高效混合、节约用药、设备小等特点，它是由一组组混合元件组成，而混合元件组数的确定应根据水质、混合效果而定。
在不需外动力情况下，水流通过混合元件时可以产生较大范围对流、返流和漩涡等运动，这些均能促使药剂均匀的分布(图1-1所示)。在选择管式静态混合器时，其管内流速应控制在经济流速范围内，当水流量较大所选管径大于500毫米时速度范围可以适当地放宽。混凝剂的入口方式以较大的速度，射流进入混合器管道内为佳。实际应用中管式静态混合器的水头损失一般在0.4-0.6米范围内，条件允许时可将管径放大50-100毫米，可以减少水头损失。本文的主要研究对象即为管式静态混合器。

2静态混合器
静态混合器(staticmixer)是一种没有运动部件的高效混合设备，它在管道内加入静止元件，其主要包括三类:一类对流体起切割作用、二是使流体发生旋转、三是使流道形状与截面积变化(图1-2至1-6)，然后依靠流体自身的动力(压力降)，在流经元件的时候实现对流体的混合，被誊为是一种“虽然非常简单，却能发挥巧妙的作用”的工业元件。它可以在很大的流体粘度范围内，不同的流动状态下应用，既可间歇的又可连续的操作。其能使不同的流体达到均匀混合，根本原因在于混合元件使流体产生分流、拉伸、旋转、合流等运动，过程中增强了湍动，这些均极大地促进了对流扩散和紊动扩散，从而造成完善的径向混合效果。静态混合器有许多优点，与动态混合器相比，其结构简单、能耗低、安装维修简便、混合性能好、连续工作等。有学者早在1983统计，静态混合器的应用使美国增加了1400万美元工业产值。
静态混合器最早是在60年代由美国的Kencis公司研制成功，近年来由于其良好的性能和较广的应用范围得到人们越来越多的关注，同时出现了许多新型混合元件，但能够制作成商业产品得到广泛引用的较少。目前比较成熟且应用广泛的静态混合器主要有以下六种:美国的Kenics型、Ross型，瑞士的SulzerSMV型、SMX型和SMXL型，口本的Hi型。
国内对于静态混合器的应用与开发起步较晚，无论从规模还是从发挥效益看，都远远没有达到国外的水平，静态混合器的应用价值没有得到充分的挖掘。国内的静态混合器主要为仿制国外的混合器形式，拥有自主产权且广泛应用的静态混合器很少，所以国内的静态混合器的开发与应用还有很大的前景。国内静态混合器根据对国外的筛选，主要类型有:SV,SH,SK,SX和SL型等五种。
内置翼片静态混合器(又称HEV静态混合器)是由美国Chemineer公司于20世纪90年代研发成功的一款产品。它的元件为翼片形状(图1-7)所起的作用为增大剪切、改变流道面积。这种混合器被认为具有内部结构简单、流动阻力小、压力损失小以及加工制造相对容易等特点。

3国内外学相同，主要有实验研究、理论研究、数值计算三种。实验研究的优点是获取数据可靠，其缺点是成本高、实验周期长、数据有限。理论分析是利用简化的流动模型假设，给出所研究问题的解析解或简化方程，其结果准确但由于混合器内流动往往是复杂的湍流，给出合适的数学描述十分困难，所以应用较少。计算流体动力学作为一种新的研究方法近年来取得了长足进步，它的优点是成本低、获取数据快捷、获得数据量丰富、对复杂几何形状的适应能力强，它的缺点是对计算模型的依赖比较大。
在近期的国内外