污泥电渗干燥机的设计——二次干燥部分【毕业设计】.doc

1、 本科 毕业 设计 (论文 ) （二零 届） 污泥电渗干燥机的设计 二次干燥部分 所在学院 专业班级 械设计制造及其自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 I 摘 要 本 论文结合科研项目，同时解决了实际生产问题。以化工类工业生产中常见的一种废弃材料污泥为研究对象，利用电极设备，对污 泥施加一定的电压，通过正负极的电热效应，将污泥呈一定的形状连续通过电极来实现污泥干燥的目的。文中以污泥为研究对象，分析了污泥电渗干燥机的二次干燥部分的工艺原理，机器原理，并对二次干燥部分机器的主要性能参数进行了分析与计算。此外，本文对机器的各个部件的结构方案设计进行了说明，详细的介绍了各个主要部

2、件的设计与计算，并对电机进行了选择与计算，分析计算了皮带轮的传动，对轴承进行了选择，重点计算了偏心轴与滚筒轴，并对机架的强度进行了设计与计算。 本文根据实际需要，设计了污泥电渗干燥处理的二次干燥部分，用于将经过一次脱 水的污泥的剩余水分脱去使其成粉末状，然后将其加入煤中，作为发电厂的燃料加以利用，既变废为宝，节约资源，同时也减少了污染，保护了环境。 关键词： 污泥，干燥，电渗，结构设计 ，方案设计 II Electroosmosis Dryer of Sludge - the second part of drying Abstract This paper combines the rese

3、arch projects, while addressing the actual production problems. To the sludge which is a common industrial waste materials in chemical production as research object, the use of electrode devices, a certain voltage applied to the sludge, through the positive and negative of the electric effect, the s

4、ludge showed a definite shape to pass through the electrode to achieve the purpose of drying mud. In this paper, to the sludge as the research object, analyzed the sludge electroosmosis dryer - the second part of dryings process principles, machine theory, machine drying section and the second main

5、performance parameters were analyzed and calculated. In addition, in this paper, the various parts of the machines structural design was explained, detail all the major componentss the design and calculation, and the selection and calculation of the motor, analyzed the drive pulley, the bearings cho

6、ice, focus on computing the eccentric shaft and the roller shaft, and design and calculation the strength of the rack. Based on actual needs, the design of the electro-osmotic drying of the sludge drying the second portion is used to dehydrate sludge after first portion off the remaining water to po

7、wder and then add it to the coal as power plant fuel to use, both waste to treasure and conserve resources, but will also reduce pollution and protect the environment. Keywords: Sludge， Drying， Electro-osmotic， Structural design， Program design III 目录 摘 要 . I Abstract . II 1 绪论 . 1 1.1课题的 背景及意义 . 1

8、1.2课题的 研究现状 . 2 1.3课题研究的内容、目标、任务 . 5 2设备方案设计 及论证 . 7 2.1工艺原理 方案设计 . 7 2.2机器原理方案设计 . 8 2.3主要性能参数的分析计算 . 9 3结构方案设计 . 11 3.1电动机选择与计算 . 11 3.2 皮带传动的分析与计算 . 12 3.3滚筒轴的选择与计算 . 13 3.4偏心轴的选择与计算 . 14 3.5轴承的选择与 计算 . 15 3.6联轴器、 键的选择 . 17 3.7机架的 设计计算 . 18 3.8其它零部件的计算与校核 . 18 3.8.1 弹簧 的计算与校核 . 错误 !未定义书签。 3.8.2 螺

9、栓 的计算与校核 . 19 3.9总装图 . 错误 !未定义书签。 4制 造、安装及使用 说明 . 22 4.1加工制造方法 . 22 4.2安装运输要求 . 4.3使用说明及注意事项 . 22 5 结束语 . 24 参考文献 . 25 致谢 . 错误 !未定义书签。 附录 . 27 附录图 1 二次干燥部分总图 . 27 附录图 2 机架 . 27 附录图 3 滚筒轴 . 27 附录图 4 偏心轴 . 27 IV 附录图 5 电极板 . 27 附录图 6 打碎装置 . 27 附录图 7 支架 . 27 毕业设计（论文）题目 1 1 绪论 1.1 课题的 背景及意义 污泥泛指由水与废水处理中产

10、生的固液混合物 , 一般固含量在 0.25%-12%之间。污泥组成十分复杂，且水分比例极高不易脱水 , 欲使污泥处理达到优良标准 ,所需要的运行成本很高。此外 , 原本废水中所含的有机物、重金属、致病微生物等有害物质在移出后可能被浓缩于污泥中 , 如果得不到处理 , 会对环境造成严重的污染。全面深入了解污泥的一般特性 , 发展妥善处理污泥技术 , 以达到减量化 , 无害化 , 资源化的目标 , 已成为当前世界普遍关心的重要课题。现在国内的污泥问题十分严重。据不完全统计 , 全国不同规模、不同程度的城市污水厂有 100多座 , 污水排放量约为 4.47x 710 3m /天。每天所产生的污泥量约

11、为污水处理量的 0.5%-10%, 数量十分惊人。目前 , 我国只有在较大城市才进行污泥处理 , 处理的方法以土地弃置和堆肥为主。 污泥处理的投资和运行费用相当巨大 1 。 随着污泥干燥技术的完善与革新 ,直接推动了污泥处置手段的发展 ,拓展了污泥处置手段的选择范围 ,使之在安全性、可靠性、可持续性等方面得到越来越可靠的保证。但干燥设备的能耗在工业发达国家超过其能耗总量的 10%。因此 ,降低干燥设备能耗是涉及面广的长远课题。近期内污泥干燥技术要有突破性进展还相当困难 ,一般是趋于技术革新。目前 ,在世界范围内干燥设备的主要研究方向是有效利用能源、提高产品质量与产量 、减少环境污染、安全操作、

12、易于控制和一机多用等。具体发展趋势为 : (l) 在直接式干燥器中使用过热蒸汽作为干燥介质。 (2) 大量使用间接加热方式。 (3) 采用组合式传热方式 (对流、传导与介电或热辐射的组合 ) 。 (4) 采用容积式加热 (微波或高频场 ) 。 (5) 组合使用不同类型干燥器。 （ 6） 运用新型气固接触技术即二维喷动床、旋转喷动床等。 (7) 应用计算机辅助设计 ;设计灵活的、多用途的干燥器。 (8) 使用模糊逻辑、神经网、专家系统等实现干燥过程的控制 3 。 目前，我国的污泥干燥技术与国外先进技术相比还比较落后，污水处理厂毕业设计（论文）题目 2 对于污泥处理的效果不是很明显。因此，对于污泥

13、干燥的研究有很重大的意义，能大大改善环境情况。而污泥电渗干燥的方法是比较新颖的。 1.2 课题的 研究现状 软粘土、疏浚淤泥、工业尾矿和污泥的快速固结和脱水是目前社会发展需要解决的重要问题。电渗固结技术通过施加直流电场 ,使土体产生电渗排水固结从而提高强度 ,是高含水率、低渗透性软土材料高效脱水和快速固结的有效技术。 19 世纪初 ,俄国学者 Reuss发现了粘土中的电渗现象。 20 世纪 30 年代Casagrande意识到电渗处理对提高细粒土的抗剪强度和稳定性有重要作用，并将电渗技术应用于岩土工程中的软土加固，之后各国学者在电渗加固机理与应用方面开展了大量的研究工作。 电渗的作用机理很复杂

14、 ,电渗流主要是由电场中双电层内部离子携水分子定向移动所致。如果不考虑流动电位的影响 ,电渗流可以简化表示成与 Datcy定律类似的形式： xVkik eeee 式中 : e 为电渗流速 , ek 为电渗系数 , ei 为电势梯度 , V 为电势。当土的水力渗透系数 hk 不高于 0. 1 m/ s 时 ,预压排水固结就比较困难 ,而电渗固结则较为有效。图 1是电渗实验设备的原理图。 图 1-1 电渗试验设备示意图 电渗过程中土体电流和电渗出流体积以及土体各部分含水量、 pH值和电阻的变化规律 ,得到以下主要结论 : 电渗过程中电流和电渗出流速率不断变小 ,干毕业设计（论文）题目 3 密度越高

15、的试样电渗出体积越小且持续时间越短 ; 电渗试验结束后阳极附近含水量低于阴极 ,中间含水量最低的位置会随土性和电渗条件而变化 ,干密度较高的试样含水量变化较小 ; 电渗结束后土体内部 pH值呈现阳极酸性阴极碱性的分布规律 ,电渗出流的 p H 值 随时间而增长并逐渐稳定 ,且与土样干密度关系不大；整个电渗过程中土样总电阻不断增大 ,电极附近区域的电阻增大显著 ,是电渗过程中电流大小的主要控制因素 4 。以高岭土为实验材料，经过电渗后，实验前后含水量如图 2： 图 1-2 电渗试验前后高岭土试样含水量变化 电渗透污泥干化工艺： 1、 污泥含水结构 图 1-3 污泥含水结构 图中：间隙水：处于污泥

16、团块之间的水外部水： b-粘附水； c-吸附水； d-空隙虹吸水； e-虹吸水； f-毛细虹吸水内部 水：细胞液（水合作用含水，内部虹吸水） 2、污泥做为燃料的最佳含水率 污泥焚烧前处理技术通常指脱水或热干化等工艺，以提高污泥热值，降低毕业设计（论文）题目 4 运输和贮存成本，减少燃料和其他物料的消耗。 热干化工艺有半干化（含固率达到 60 80）和全干化（含固率达到 80 90）两种。热干化工艺一般仅用于处理脱水污泥，主要技术性能指标（以单机升水蒸发量计）为：热能消耗 29404200KJ/kgH2O；电能消耗 0.040.90kW/kgH2O。 污泥含固率在 3545%时，热值为 4.8

17、6.5MJ/kg，可自持 燃烧，用作土壤改良剂、肥料，或作为水泥窑、发电厂和焚烧炉燃料时，须将污泥含固率提高至 80%95%。如要将污泥含固率提高至 80%95%时，就要把细胞水也脱掉才行。研究发现： （ 1）用加热方法温度要在 400以上才能把细胞内的水脱离出来。 （ 2）如用外力挤压方法压力要在 50 /cm2以上才能把细胞水脱离出来。 以上两种方法取出细胞水耗能大，不环保。经研究并用工程运行实例验证用电渗透的方法节能效果好运行成本低，而且没有废弃飞灰及烟尘，所以推荐电渗透污泥干化工艺。电渗透处理污泥是目前效率最高，耗能最少的污泥干化方法（含固率达到 80 90），通过运行证实改变污泥含水

18、率最难的是把污泥细胞内的水分离出来。只有把细胞内的水分离出来，污泥改性后污泥中的水都变成游离水，才能真正地实现所要求的污泥含水率 6 。 通过电渗干燥后的污泥的用途： (1) 节能：中华人民共和国节约能源法 1997年通过， 2007年修订， 2008年 4月 1日实施。 2007年 12月中华人民共和国能源法征求意见稿出台。 (2) 能源综合利用和可再生能源：传 统生物质可再生能源往往采用粮食和植物，容易进一步加剧世界粮食危机和生态危机。因此，生物质能源原料必须开辟新途径。 （ 3）剩余污泥适宜作为生物质能源原料：只要有人类的存在，必将产生废水和污水，其生物处理将产生剩余污泥。 污水厂剩余污

19、泥通过浓缩和机械脱水后含水率约 80，较高的含水率不仅导致污泥热解前期干燥的能耗升高，而且产生的能源热值降低，利用价值受到影响 6 。 影响污泥干化安全的主要因素： （ 1）设备先天性缺陷：从 70年代 以来，世界各国开发和试验过污泥的干化技术，研制了污泥干化设备和装置，这些试验和研制几乎无一例外地全部借鉴毕业设计（论文）题目 5 于农产品、化工、医药、食品等领域的干燥工艺过程和干燥设备。其方法均是在上述领域原有的干燥器基础上进行污泥的干化试验，其中有成功的，但是更多的是失败的。其原因在于并非所有干燥工艺均适合于污泥这种物料的干化。 （ 2）配套设施的可靠性：干燥设备只是干化系统的一部分，还涉

20、及大量附属设备，其中包括分离、过滤、筛分、粉碎、混合、输送、提升、储存、供热等。根据工艺不同，辅助配套数量有很大变化。总体来说，设备数量和关键点越多，对系统的稳定性影响越大。绝大部分事故不是源于干燥器本身，而是由辅助配套设施引起的。 （ 3）操作复杂性和人员素质：干燥器的原理决定了工艺的区别，而不同的工艺，所具有的工艺变量的数量是不同的，工艺变量越多，系统越复杂，操作难度也越高。污泥干化属于废物垃圾处理范畴，其操作人员的素质难以要求很高。对一个污泥干化厂来说，即使计算机监控和处理系统非常全面和敏捷，其出错的几率始终存在，特别是当这些互相牵制、互相影响的参数被错误调整时，极有可能形成误操作。 （

21、 4）排除险情手段的有效性：对于污泥干化工艺来说，在报警和紧 急情况下进行排除险情操作手段种类非常有限，而手段的有效性也存在很大差别。当一个系统的工艺安全性窗口过窄时，干预甚至难以奏效。一些大型事故的发生就在于系统对出现小事故后根本无法在短时间内彻底排除险情而导致的。鉴于污泥干化系统的投资规模，还必须考虑出现极端性事件：如整厂停电、自动安全系统失灵等时的安全应变能力 1.3 课题研究内容，目标，任务 污泥是化工类工业生产中常见的一种废弃材料，将其废弃会造成严重的环境污染，若将其水份脱去成为粉状，加入到煤中，可作为发电厂的燃料，加以利用，既可变废为宝，节约资源，同时减少对 环境的污染。 污泥脱水可采用自然干燥、人工加热干燥等，污泥电渗干燥是通过对污泥加一定的电压，通过正负极电热效应，实现干燥的目的，为此，需要将污泥呈一定的形状连续通过电极来完成电渗加热过程。 本课题 的主要研究内容 是设计一种污泥自动成型输送机 的二次电渗干燥部