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【摘要】根据蜂窝型斜管澄清技术的机理和特点，对蜂窝型斜管澄清桶进行了结构设计、工艺参数计算，并通过中间试验验证了有关技术参数，生产安装了蜂窝型斜管澄清桶，并投入使用。同时将蜂窝型斜管澄清桶和道尔型澄清桶作对比，介绍了蜂窝型澄清设备的优点。
【关键词】蜂窝型斜管 澄清技术 联碱氨Ⅱ净化 道尔型澄清桶
联碱工业中的氨Ⅱ澄清设备，习惯上均采用典型的道尔型澄清桶。为了缩短沉降距离，加快泥水分离，减少停留时间，提高单位面积的澄清效率，就很有必要对澄清技术进行改进。
1 蜂窝型斜管澄清技术简介
1904年哈真（Hagan）根据实践经验提出：在沉淀中分散而非结绒颗粒的沉降效率，是颗粒的沉降速度与澄清面积的函数，而与深度、时间无关。“多层多格”澄清装置就是应用这个理论的一个实例，而“多层多格”澄清装置有一个最大的弊病，就是不易排泥。为了克服上述不易排泥的缺点，国外提出了一种新型高效澄清设备——斜管澄清装置。我国则于六十年代中期开始试验研究，七十年代就相续应用于尾矿的精选、污水处理和自来水净化等技术领域。后将此技术用于制碱母液的净化。
2 Φ9000二层蜂窝型斜管澄清桶结构设计参数的选定及有关中间试验情况
为了使斜管澄清技术在制碱工业的母液净化中应用，先设计了一台3350×1520方形中间试验装置。装置总高为3000mm，自上而下分清液层，高500mm；澄清层，高750mm；过渡层，高970mm；稳流层，高375mm；其余为泥浆悬浮层；在悬浮层下设有三个1000mm高的沉泥斗。通过中试，我们验证了氨Ⅱ净化用蜂窝型斜管的有关技术参数，详述如下：
2.1 斜管管径的选定
考虑到氨Ⅱ泥的颗粒直径小（1～15μ），有一定的粘性，不易沉降，没有足够的分离空间与时间，不易达到澄清目的；另一方面为了防止因管径太小，沉泥在管内沉积淤塞，故决定选用内切圆直径等于50mm的斜管作为中试设备和Φ9000二层蜂窝型斜管氨Ⅱ澄清桶的斜管直径。
2.2 斜管倾角θ的选定
斜管的倾角越小，对增加有效澄清面积越有利。但倾角太小，会使沉泥流通不畅，严重时造成堵塞，反而影响澄清效率。考虑到其它工业所使用的倾角一般都在60°左右，为了保证氨Ⅱ泥流通畅快，中试设备和Φ9000澄清桶的斜管倾角均确定为65°，比其它工业常用角度大5°。
2.3 斜管长度的选定
因为国内水的净化系统所采用的斜管一般都在0.6～1.0m之间。由于受Φ9000澄清桶总高的限制，斜管的长度不可能太长。故决定取两种不同的斜管长度，即斜长为0.83m（相当于垂直高度0.75m）与斜长为0.415m（相当于垂直高度为0.375m），分别进行单层和双层中试测定。
2.4 Φ9000蜂窝型斜管澄清层数的确定
从安装和检修方面考虑，即把Φ9000×12200澄清桶分成Ⅰ、Ⅱ两层，Ⅰ层的高度为6200；Ⅱ层的高度为6000。而在每一层中又摆放双层斜管，上层斜管H=0.75m，下层斜管H=0.375m。
2.5 斜管材质的选定
中试时所选用的斜管是用牛皮纸浸渍酚醛树脂两次制作的，即所谓“纸蜂窝”。它的缺点是质脆易碎，安装与使用过程中破损率大，碎片掉到桶内容易堵塞排泥口。为了克服这些缺点，在Φ9000蜂窝型斜管澄清桶的施工图设计中选用聚丙烯作为制作斜管的材质。
2.6 澄清桶其它有关尺寸的选定
中试设备由于受试验场地及层数的限制，总高只允许有3米。为了保证中试时蜂窝型斜管体块的高度与Φ9000澄清桶所用的斜管体块高度完全一样，中试设备设计时，人为的压低了清液层、过度层与泥浆悬浮层的高度，进液分配的位置只好放在沉泥层的上部，距离下层蜂窝仅665毫米，致使中试过程中，经常出现“冒浑”现象。在Φ9000澄清桶设计时，我们就把清液层增大到1200以上；过度层也增大到1350；泥浆悬浮层则增至2000以上。以防操作波动时出现“冒浑”现象。
3 Φ9000二层蜂窝型斜管澄清桶有关参数的计算
Φ9000二层蜂窝型斜管澄清桶的有关参数计算如下：
（1）颗粒沉降速度（u）
因此，推荐双层蜂窝型斜管澄清桶的氨Ⅱ处理量以160m3/h左右较为适宜。
4.2.2？氨Ⅱ中钙镁含量及脱除率
进出口氨Ⅱ中钙镁含量及脱除率经整理后列于表2。
从表2中可以看出，在两种设备数据中，除钙率随处理量增加而有少量下降趋势；从两种澄清设备看，蜂窝型结构除钙率比道尔型结构除钙率略有增高。操作平稳时，除钙率大78.6%以上。氨Ⅱ中大部分钙一颗粒碳酸钙形式存在，沉降速度较快。一般除钙率都比较高，在60%～70%。
镁的脱除率都比较低，它不随处理量的变化也不因设备结构的不同而有大的变化。约在15%～20%之间。这是碱式碳酸镁盐在氨Ⅱ中溶解度所决定的。
4.3 技术综合评价
（1）氨Ⅱ处理量大
由表4-1可见，在测定条件下，当氨Ⅱ出口浊度维持在不超过150PPM时，五层道尔型澄清桶最大氨Ⅱ处理量为162.77m3/ h，而两层蜂窝型斜管澄清桶最大处理量是213.44m3/h。
（2）清液上升速度大
从沉降过程中清液上升速度对比来看，蜂窝型澄设备的优越性尤为明显。由于桶内装有大量蜂窝型斜管，液体被分割成无数个小的有倾斜沉降面的净化单元，液体浸润周边大，水力半径小，雷诺准数小，液体流动状态大为改善，因而可保证呈现稳定的层流状态。同时由于有倾斜的沉降面，沉降距离大为缩短，因而其清液上升速度可以大大提高。
从表3可以看出，如按较适宜的氨Ⅱ处理量来对比，蜂窝型桶的清液上升速度比道尔型桶的清液上升速度提高3倍左右。
（3）出口氨Ⅱ浊度低
在氨Ⅱ处理量相近时，蜂窝型桶出口氨Ⅱ浊度比道尔型桶低20PPM左右。生产测定过程中发现五层道尔型桶的第一层容易冒浑，由于在五层道尔型桶内由于各层出口位差不等，液体流向仰角不同，清液在桶内各层的停留时间也不同，因而表现在各层出口氨Ⅱ浊度也不同。五层道尔型桶内第一层停留时间最短，所以容易冒浑。而蜂窝型澄清桶除了由于其自身具有的特点外，还由于它有只有两层，清液在桶内停留时间相对较长，这些都有利于出口氨Ⅱ浊度的降低。
（4）操作稳定性能好
根据操作人员的实践体会，以及测定过程中的观察，发现两种澄清设备在氨Ⅱ处理量相同、波动幅度基本一样时，蜂窝型澄清桶恢复较快。
道尔型澄清设备的浑浊层高，沉降距离大，清液层矮，稳定性差。而蜂窝型澄清设备，固体颗粒的沉降曲线是被限制在每个蜂窝型斜管内，沉降是在管内完成，沉降距离大为缩短，稳定性好。
5 总结
（1）蜂窝型澄清设备具有以下优点：生产能力大；出口氨Ⅱ浊度低；操作稳定性好。
（2）蜂窝型澄清桶的合适氨Ⅱ处理量为160m3/h，沉降过程中清液上升速度为1.341m/h，效率高。
（3）对聚丙烯塑料制作的蜂窝型斜管的使用寿命和结疤等情况，有待于在生产实践中做更长时间的观察。
（4）稳定流量，减少操作波动，对任何澄清设备都是必要的，为了达到此目的，除了加强生产调度，保证操作平稳外，尚应考虑在开用多台设备时，进出口的管线如何合理配置，使其流量能按要求做到调节自如。
参考文献
[1] 葛永兴，赵大利，郭玉梅.联碱氨Ⅱ泥与母Ⅱ沉淀系统综合处理工艺路线探讨[J].大化科技，2007，（02）
[2] 李健.斜管澄清器的最优化设计[J].纯碱工业，1991，（01）
[3] 刘宇，刘忠杰.蜂窝型斜管澄清的概述[J].纯碱工业，1997，（06）
[4] 刘宇，刘忠杰.蜂窝型斜管澄清的设计[J].化工设计，1997，（05）
【关键词】蜂窝型斜管 澄清技术 联碱氨Ⅱ净化 道尔型澄清桶
联碱工业中的氨Ⅱ澄清设备，习惯上均采用典型的道尔型澄清桶。为了缩短沉降距离，加快泥水分离，减少停留时间，提高单位面积的澄清效率，就很有必要对澄清技术进行改进。
1 蜂窝型斜管澄清技术简介
1904年哈真（Hagan）根据实践经验提出：在沉淀中分散而非结绒颗粒的沉降效率，是颗粒的沉降速度与澄清面积的函数，而与深度、时间无关。“多层多格”澄清装置就是应用这个理论的一个实例，而“多层多格”澄清装置有一个最大的弊病，就是不易排泥。为了克服上述不易排泥的缺点，国外提出了一种新型高效澄清设备——斜管澄清装置。我国则于六十年代中期开始试验研究，七十年代就相续应用于尾矿的精选、污水处理和自来水净化等技术领域。后将此技术用于制碱母液的净化。
2 Φ9000二层蜂窝型斜管澄清桶结构设计参数的选定及有关中间试验情况
为了使斜管澄清技术在制碱工业的母液净化中应用，先设计了一台3350×1520方形中间试验装置。装置总高为3000mm，自上而下分清液层，高500mm；澄清层，高750mm；过渡层，高970mm；稳流层，高375mm；其余为泥浆悬浮层；在悬浮层下设有三个1000mm高的沉泥斗。通过中试，我们验证了氨Ⅱ净化用蜂窝型斜管的有关技术参数，详述如下：
2.1 斜管管径的选定
考虑到氨Ⅱ泥的颗粒直径小（1～15μ），有一定的粘性，不易沉降，没有足够的分离空间与时间，不易达到澄清目的；另一方面为了防止因管径太小，沉泥在管内沉积淤塞，故决定选用内切圆直径等于50mm的斜管作为中试设备和Φ9000二层蜂窝型斜管氨Ⅱ澄清桶的斜管直径。
2.2 斜管倾角θ的选定
斜管的倾角越小，对增加有效澄清面积越有利。但倾角太小，会使沉泥流通不畅，严重时造成堵塞，反而影响澄清效率。考虑到其它工业所使用的倾角一般都在60°左右，为了保证氨Ⅱ泥流通畅快，中试设备和Φ9000澄清桶的斜管倾角均确定为65°，比其它工业常用角度大5°。
2.3 斜管长度的选定
因为国内水的净化系统所采用的斜管一般都在0.6～1.0m之间。由于受Φ9000澄清桶总高的限制，斜管的长度不可能太长。故决定取两种不同的斜管长度，即斜长为0.83m（相当于垂直高度0.75m）与斜长为0.415m（相当于垂直高度为0.375m），分别进行单层和双层中试测定。
2.4 Φ9000蜂窝型斜管澄清层数的确定
从安装和检修方面考虑，即把Φ9000×12200澄清桶分成Ⅰ、Ⅱ两层，Ⅰ层的高度为6200；Ⅱ层的高度为6000。而在每一层中又摆放双层斜管，上层斜管H=0.75m，下层斜管H=0.375m。
2.5 斜管材质的选定
中试时所选用的斜管是用牛皮纸浸渍酚醛树脂两次制作的，即所谓“纸蜂窝”。它的缺点是质脆易碎，安装与使用过程中破损率大，碎片掉到桶内容易堵塞排泥口。为了克服这些缺点，在Φ9000蜂窝型斜管澄清桶的施工图设计中选用聚丙烯作为制作斜管的材质。
2.6 澄清桶其它有关尺寸的选定
中试设备由于受试验场地及层数的限制，总高只允许有3米。为了保证中试时蜂窝型斜管体块的高度与Φ9000澄清桶所用的斜管体块高度完全一样，中试设备设计时，人为的压低了清液层、过度层与泥浆悬浮层的高度，进液分配的位置只好放在沉泥层的上部，距离下层蜂窝仅665毫米，致使中试过程中，经常出现“冒浑”现象。在Φ9000澄清桶设计时，我们就把清液层增大到1200以上；过度层也增大到1350；泥浆悬浮层则增至2000以上。以防操作波动时出现“冒浑”现象。
3 Φ9000二层蜂窝型斜管澄清桶有关参数的计算
Φ9000二层蜂窝型斜管澄清桶的有关参数计算如下：
（1）颗粒沉降速度（u）
因此，推荐双层蜂窝型斜管澄清桶的氨Ⅱ处理量以160m3/h左右较为适宜。
4.2.2？氨Ⅱ中钙镁含量及脱除率
进出口氨Ⅱ中钙镁含量及脱除率经整理后列于表2。
从表2中可以看出，在两种设备数据中，除钙率随处理量增加而有少量下降趋势；从两种澄清设备看，蜂窝型结构除钙率比道尔型结构除钙率略有增高。操作平稳时，除钙率大78.6%以上。氨Ⅱ中大部分钙一颗粒碳酸钙形式存在，沉降速度较快。一般除钙率都比较高，在60%～70%。
镁的脱除率都比较低，它不随处理量的变化也不因设备结构的不同而有大的变化。约在15%～20%之间。这是碱式碳酸镁盐在氨Ⅱ中溶解度所决定的。
4.3 技术综合评价
（1）氨Ⅱ处理量大
由表4-1可见，在测定条件下，当氨Ⅱ出口浊度维持在不超过150PPM时，五层道尔型澄清桶最大氨Ⅱ处理量为162.77m3/ h，而两层蜂窝型斜管澄清桶最大处理量是213.44m3/h。
（2）清液上升速度大
从沉降过程中清液上升速度对比来看，蜂窝型澄设备的优越性尤为明显。由于桶内装有大量蜂窝型斜管，液体被分割成无数个小的有倾斜沉降面的净化单元，液体浸润周边大，水力半径小，雷诺准数小，液体流动状态大为改善，因而可保证呈现稳定的层流状态。同时由于有倾斜的沉降面，沉降距离大为缩短，因而其清液上升速度可以大大提高。
从表3可以看出，如按较适宜的氨Ⅱ处理量来对比，蜂窝型桶的清液上升速度比道尔型桶的清液上升速度提高3倍左右。
（3）出口氨Ⅱ浊度低
在氨Ⅱ处理量相近时，蜂窝型桶出口氨Ⅱ浊度比道尔型桶低20PPM左右。生产测定过程中发现五层道尔型桶的第一层容易冒浑，由于在五层道尔型桶内由于各层出口位差不等，液体流向仰角不同，清液在桶内各层的停留时间也不同，因而表现在各层出口氨Ⅱ浊度也不同。五层道尔型桶内第一层停留时间最短，所以容易冒浑。而蜂窝型澄清桶除了由于其自身具有的特点外，还由于它有只有两层，清液在桶内停留时间相对较长，这些都有利于出口氨Ⅱ浊度的降低。
（4）操作稳定性能好
根据操作人员的实践体会，以及测定过程中的观察，发现两种澄清设备在氨Ⅱ处理量相同、波动幅度基本一样时，蜂窝型澄清桶恢复较快。
道尔型澄清设备的浑浊层高，沉降距离大，清液层矮，稳定性差。而蜂窝型澄清设备，固体颗粒的沉降曲线是被限制在每个蜂窝型斜管内，沉降是在管内完成，沉降距离大为缩短，稳定性好。
5 总结
（1）蜂窝型澄清设备具有以下优点：生产能力大；出口氨Ⅱ浊度低；操作稳定性好。
（2）蜂窝型澄清桶的合适氨Ⅱ处理量为160m3/h，沉降过程中清液上升速度为1.341m/h，效率高。
（3）对聚丙烯塑料制作的蜂窝型斜管的使用寿命和结疤等情况，有待于在生产实践中做更长时间的观察。
（4）稳定流量，减少操作波动，对任何澄清设备都是必要的，为了达到此目的，除了加强生产调度，保证操作平稳外，尚应考虑在开用多台设备时，进出口的管线如何合理配置，使其流量能按要求做到调节自如。
参考文献
[1] 葛永兴，赵大利，郭玉梅.联碱氨Ⅱ泥与母Ⅱ沉淀系统综合处理工艺路线探讨[J].大化科技，2007，（02）
[2] 李健.斜管澄清器的最优化设计[J].纯碱工业，1991，（01）
[3] 刘宇，刘忠杰.蜂窝型斜管澄清的概述[J].纯碱工业，1997，（06）
[4] 刘宇，刘忠杰.蜂窝型斜管澄清的设计[J].化工设计，1997，（05）