离子交换树脂采用无顶压逆流再生工艺的水力学问题探讨

离子交换树脂采用无顶压逆流再生工艺的水力学问题探讨常熟市天旺水处理设备制造陆达年1、引言从上世纪70年代开始，离子交换树脂的顺流再生工艺逐步被逆流再生工艺所代替，对于提高离子交换器的出水品质，降低酸耗、碱耗，起到了十分巨大的作用。为了保证离子交换树脂有一个良好的再生效果，首要的条件是在再生的过程中，离子交换树脂不能“乱层”，因此人们就想出了空气顶压的工艺，空气流过压脂层时会产生一个阻力损失，这个向下的力能够有效地平衡逆流再生向上的力。逆流再生过程中，向上的力实际上就是流体向上流动时的阻力，这个力包括树脂层的阻力和中间排水装置的阻力。一般认为，向下的力就是树脂颗粒的重力（湿真密度）和水的浮力之差，（具体计算时，还要考虑树脂的湿视密度），以及压脂层产生的重力。从原则上说，只有向下的力大于向上的力，逆流再生工艺才能实现。2、树脂层的阻力2.1树脂层阻力的计算公式：树脂层的阻力计算公式：2.2水的粘度从树脂层的阻力计算公式看出，如果树脂层允许的阻力是一个定值，而公式中的一些边界条件不变，那么水的粘度和再生流速的乘积就是一个常数。当再生液的温度降低时，由于水的粘度上升，再生液的流速应该相应降低。再生液温度对再生流速的影响，其实质是再生液运动粘度的影响，为了研究的方便，我们把再生液粘度的影响，视为水的粘度的影响。因为再生液一般为酸、碱的稀溶液，用水的粘度数据，不会带来很大的误差。水在正常压力下,不同温度的粘度可以用下面的经验公式计算.ν：运动粘度cm2/sect：水温℃表一不同温度下水的运动粘度和再生阻力（阻力计算的假定值如上所述）温度℃51015202530354050运动粘度cm2/sec0.01520.01310.01150.01010.8920.00810.00740.00660.0055再生阻力m1.271.090.950.840.740.670.620.550.46如果树脂层的高度、树脂的平均颗粒直径、逆流再生的流速不变，那么由于水温的改变，会引起再生液运动粘度的改变，对于地表水，随着季节的变化，温度的变化是很大的，甚至可能会达到30℃，从表中看出，当水温从5℃变化到3、中间排水装置的阻力（简称中排）再生液除了要克服树脂层的阻力外，还要克服中排的阻力，我们这里研究的中排是指目前市场上用的最多的采用筛管（内衬多孔管）的鱼刺型中排装置。下面，我们对中排在再生过程中的阻力进行分析：由于中排筛管巨大的流通面积，使得通过筛管缝隙的流速非常缓慢，在筛管的表面几乎没有什么阻力。3.1中排的基本数据（以直径2.5m的交换器中排为例）：交换器直径m2.5筛管外径mm42筛管总长m（0.51＋0.75＋0.90＋1.0＋1.05）×4＝16.84表中为筛管有效流通长度,共20根支管筛管总面积m216.84×3.14×0.042＝2.21筛管缝隙mm0.25面丝为1.5缝隙面积系数0.25/（1.5＋0.25）＝0.143再生流量m3/h3.0×3.14×(1.25)2=14.72假定再生流速为3.0m/h缝隙流速m/sec14.72/（2.21×0.143×3600）＝0.013衬管小孔直径mm8小孔个数1200小孔总面积m20.06小孔流速m/sec0.14m/sec(假设一半小孔流入再生液)所以小孔流速增加一倍假设再生流速3.0m/h小孔阻力计算m0.0026阻力系数2.63.2筛管内多孔管的阻力小孔的流量和小孔的阻力有如下的关系：Q：小孔流量μ：流量系数A：小孔面积g：重力加速度h：小孔阻力损失（小孔流入、流出视为相等）下面是小孔流量系数表：孔眼直径与管壁厚之比d/δ1.251.52.03.0流量系数μ0.760.710.670.62在本案中，小孔直径与壁厚之比为8/3＝2.7，取流量系数0.62在本案中，由于小孔流速（流量）极小，因此在小孔中的流动阻力仅为2.6mm，即毫米级阻力。3.3筛管的缝隙阻力当缝隙面积系数为0.15时，阻力系数为114。这时的局部阻力计算如下：ΔP＝114×（0.013）2/(2×9.8)=0.001m3.4小结即使考虑缝隙的堵塞系数，考虑筛管只用半周、甚至小于半周排放废液的事实，由于流速极低，阻力也仅仅为毫米级。采用筛管以后，在中排上产生的流动阻力，与树脂层本身的阻力相比较，可以忽略不计。由于采用筛管作为中排的基本元件，无顶压逆流再生成为一个被大家普遍接受的工艺。筛管的大流通面积和高阻力系数是流体流过这个元件时产生小的流动阻力和均匀配水的有利条件。4、离子交换树脂在静态条件下的水力学分析离子交换树脂层在静态条件下有一个向下的力，这个力就是压脂层的重力，以及交换树脂层的重力和浮力之差，研究对象和假设表二：采用001x7和201x7树脂作为研究对象。（采用苏青树脂数据）树脂牌号湿真密度g/ml湿视密度g/ml001x71.25－1.290.78－0.85201x71.06－1.100.67－0.73假设压脂层高度为：200mm离子交换树脂层高为：2.0m4.2压脂层的重力，表三：压脂层的重力：（计算时要考虑树脂层的孔隙率）阳树脂压脂层高度cm20树脂湿真密度g/cm31.27每平方厘米的力g/cm21.27x（1－0.36）x20＝16.3阴树脂压脂层高度cm20树脂湿真密度g/cm31.08每平方厘米的力g/cm21.08x（1－0.35）x20＝14.04.3交换层树脂的重力和浮力之差。（计算时要考虑树脂层的孔隙率）表四交换层树脂的重力和浮力差阳树脂交换树脂层高度cm200树脂湿真密度g/cm31.27每平方厘米的力g/cm2（1.27－1.0）x（1－0.36）x200＝34.6阴树脂交换树脂层高度cm200树脂湿真密度g/cm31.08每平方厘米的力g/cm2（1.08－1.0）x（1－0.35）x200＝10.4树脂的孔隙率＝（树脂湿真密度－树脂湿视密度）/树脂湿真密度取树脂湿真密度和湿视密度的平均值算出阳树脂、阴树脂的孔隙率分别是：阳树脂孔隙率＝（1.27－0.815）/1.27＝0.36阴树脂孔隙率＝（1.08－0.70）/1.08＝0.354.4树脂层向下合力表五：树脂层向下的合力压脂层向下作用力交换层向下作用力向下合力阳树脂16.3g/cm234.6g/cm250.9g/cm2阴树脂14.0g/cm210.4g/cm224.4g/cm2比较一下表一和表五的数据，向下的力大约只相当于0.51m和0.24m的水头，常温工况下，在3.0m/h的再生流速下，无论是阳离子交换树脂还是阴离子交换树脂，向下和向上的力基本上都是不匹配的，尤其是阴离子交换树脂。可以说，按常理判断，无顶压再生工艺几乎是无法实现的。那么是什么样的力，能够维持无顶压逆流再生的工况，即使在水温变得很低的时候，还能使无顶压逆流再生顺利进行？我们不得不重新认识中间排水装置的作用。5、在再生工况下，中排母管具有一定的真空值，这是无顶压再生能够实现的根本原因5.1真空值的形成机理中排装置排放废液是通过中排母管和相应的体外排放管道，排到地沟，排放管道一般垂直布置，其排放高度包括树脂层的高度、石英砂填层（或孔板）的高度、交换器下封头离地面的高度、排放管插入地沟的深度，这一垂直高度大约有3.5m。从中排排放管的流入口（1），到排放管进入地沟处的流出口（2），在流入口（1）和排放口（2）两个断面上，列出伯努利能量方程：在上式中，假定排水管是等径的。如果不考虑排放管的阻力损失,那么在排放管的流入口大约会有一个小于3.5m水柱的真空值。确定这个真空值是困难的，因为在排放管中，一定是气、水混合物，值是不确定的。这个真空值对于实现无顶压逆流再生起了关键的作用。5.2实现无顶压再生工艺的水力学分析树脂层的阻力：ｈ1中排装置网套的阻力：ｈ2中排装置管内的压力：ｐ1树脂层向下的合力：ｆ无顶压逆流再生可以实现的数学模式应该是：f－（ｈ1＋ｈ2＋ｐ1）＞0f－ｐ1＞ｈ1＋ｈ2以前老式的中排塑料网套，由于ｈ2太大，导致：f－ｐ1＜＜ｈ1＋ｈ2，这时再生水的水位就会不断上升，超过压脂层，直到再生液的排放量与液位的高度产生一个平衡，但是，这种工况足以使树脂乱层而导致再生失败。因此以前在再生前采用施加压缩空气的办法，产生一个向下的附加力，这个附加力实际上是压缩空气通过压脂层产生的阻力，一般为0.02－0.03Mpa，即2－3米水柱。如果f－ｐ1为2m水头，而ｈ1＋ｈ2为3.0m水头，那么显然就需要有一个附加的1.0m的水头把废液“压进去”，在再生工艺上，就是顶压空气的应用。相反，如果f－ｐ1为2m水头，而ｈ1＋ｈ2为1.0m水头，那么这个时候的再生废水，实际上是被“吸进去”的。无顶压再生的根据就在于此。以前中排支管开孔加塑料网套的做法，显然中排装置的阻力太大。后来有人通过试验，把支管上的小孔面积扩大到原来的三倍，小孔计算流速从0.3m/s降到0.1m/s以后，实现了无顶压再生。正如上面分析的那样，再生废液从“压”进去，变成了“吸”进去。在工艺上实现了从有顶压再生到无顶压再生的转变。过去，我们对中排的母管、支管、小孔的阻力进行了很多的计算，但是我们忽略了二层网套其实是一个主要的阻力原件，考虑到碎树脂对网套的堵塞作用，支管存在很大的流动阻力。因此，有顶压再生就不可避免。既然无顶压再生的原动力来自中排管内的真空，那么，正如本文计算的那样，当排放管的垂直高度达到3.5m时，根据伯努利能量方程，可以算出在中排的排放管进口可以形成一个小于3.5m的真空值。因为，第一在排放管中，不完全是液体，废液与一部分空气同时进入排放管，会使值变小；第二排放管本身的阻力损失。以前，在研究中排装置的配水均匀性问题时，往往采用单相液体的方法，其实在中排装置工作的过程中，无论是气顶压、还是无顶压，都会有空气和水同时从中排装置中流出，因此它是一个二相流动的过程。用单相液体作为研究对象，显然是不合适的。为了获得比较高的真空值，在中排的设计、排放管的设计、树脂层的高度、交换器的外形设计等方面需要深入研究。从理论上讲，中排母管中产生的真空值是无顶压逆流再生的“原动力”，因此在进再生液之前，在中排母管中建立起一个稳定的真空值是十分重要的。提高再生液的温度，对于无顶压再生工艺的实现也是一个重要的因素，因此我建议在设计再生系统时，不仅要加热阴离子交换器的再生用水，而且也应该加热阳离子交换器的再生用水。

咖啡店创业计划书第一部分：背景在中国，人们越来越爱喝咖啡。随之而来的咖啡文化充满生活的每个时刻。无论在家里、还是在办公室或各种社交场合，人们都在品着咖啡。咖啡逐渐与时尚、现代生活联系在一齐。遍布各地的咖啡屋成为人们交谈、听音乐、休息的好地方，咖啡丰富着我们的生活，也缩短了你我之间的距离，咖啡逐渐发展为一种文化。随着咖啡这一有着悠久历史饮品的广为人知，咖啡正在被越来越多的中国人所理解。第二部分：项目介绍第三部分：创业优势目前大学校园的这片市场还是空白，竞争压力小。而且前期投资也不是很高，此刻国家鼓励大学生毕业后自主创业，有一系列的优惠政策以及贷款支持。再者大学生往往对未来充满期望，他们有着年轻的血液、蓬勃的朝气，以及初生牛犊不怕虎的精神，而这些都是一个创业者就应具备的素质。大学生在学校里学到了很多理论性的东西，有着较高层次的技术优势，现代大学生有创新精神，有对传统观念和传统行业挑战的信心和欲望，而这种创新精神也往往造就了大学生创业的动力源泉，成为成功创业的精神基础。大学生创业的最大好处在于能提高自己的潜力、增长经验，以及学以致用;最大的诱人之处是透过成功创业，能够实现自己的理想，证明自己的价值。第四部分：预算1、咖啡店店面费用咖啡店店面是租赁建筑物。与建筑物业主经过协商，以合同形式达成房屋租赁协议。协议资料包括房屋地址、面积、结构、使用年限、租赁费用、支付费用方法等。租赁的优点是投资少、回收期限短。预算10-15平米店面，启动费用大约在9-12万元。2、装修设计费用咖啡店的满座率、桌面的周转率以及气候、节日等因素对收益影响较大。咖啡馆的消费却相对较高，主要针对的也是学生人群，咖啡店布局、格调及采用何种材料和咖啡店效果图、平面图、施工图的设计费用，大约6000元左右3、装修、装饰费用具体费用包括以下几种。(1)外墙装饰费用。包括招牌、墙面、装饰费用。(2)店内装修费用。包括天花板、油漆、装饰费用，木工、等费用。(3)其他装修材料的费用。玻璃、地板、灯具、人工费用也应计算在内。整体预算按标准装修费用为360元/平米，装修费用共360*15=5400元。4、设备设施购买费用具体设备主要有以下种类。(1)沙发、桌、椅、货架。共计2250元(2)音响系统。共计450(3)吧台所用的烹饪设备、储存设备、洗涤设备、加工保温设备。共计600(4)产品制造使用所需的吧台、咖啡杯、冲茶器、各种小碟等。共计300净水机，采用美的品牌，这种净水器每一天能生产12l纯净水，每一天销售咖啡及其他饮料100至200杯，价格大约在人民币1200元上下。咖啡机，咖啡机选取的是电控半自动咖啡机，咖啡机的报价此刻就应在人民币350元左右，加上另外的附件也不会超过1200元。磨豆机，价格在330―480元之间。冰砂机，价格大约是400元一台，有点要说明的是，最好是买两台，不然夏天也许会不够用。制冰机，从制冰量上来说，一般是要留有富余。款制冰机每一天的制冰量是12kg。价格稍高550元，质量较好，所以能够用很多年，这么算来也是比较合算的。5、首次备货费用包括购买常用物品及低值易耗品，吧台用各种咖啡豆、奶、茶、水果、冰淇淋等的费用。大约1000元6、开业费用开业费用主要包括以下几种。(1)营业执照办理费、登记费、保险费;预计3000元(2)营销广告费用;预计450元7、周转金开业初期，咖啡店要准备必须量的流动资金，主要用于咖啡店开业初期的正常运营。预计2000元共计： 120000+6000+5400+2250+450+600+300+1200+1200+480+400+550+1000+3000+450+2000=145280元第五部分：发展计划1、营业额计划那里的营业额是指咖啡店日常营业收入的多少。在拟定营业额目标时，必须要依据目前市场的状况，再思考到咖啡店的经营方向以及当前的物价情形，予以综合衡量。按照目前流动人口以及人们对咖啡的喜好预计每一天的营业额为400-800，根据淡旺季的不同可能上下浮动2、采购计划依据拟订的商品计划，实际展开采购作业时，为使采购资金得到有效运用以及商品构成达成平衡，务必针对设定的商品资料排定采购计划。透过营业额计划、商品计划与采购计划的确立，我们不难了解，一家咖啡店为了营业目标的达成，同时有效地完成商品构成与灵活地运用采购资金，各项基本的计划是不可或缺的。当一家咖啡店设定了营业计划、商品计划及采购计划之后，即可依照设定的采购金额进行商品的采购。经过进货手续检验、标价之后，即可写在菜单上。之后务必思考的事情，就是如何有效地将这些商品销售出去。3、人员计划为了到达设定的经营目标，经营者务必对人员的任用与工作的分派有一个明确的计划。有效利用人力资源，开展人员培训，都是我们务必思考的。4、经费计划经营经费的分派是管理的重点工作。通常能够将咖啡店经营经费分为人事类费用(薪资、伙食费、奖金等)、设备类费用(修缮费、折旧、租金等)、维持类费用(水电费、消耗品费、事务费、杂费等)和营业类费用(广告宣传费、包装费、营业税等)。还能够依其性质划分成固定费用与变动费用。我们要针对过去的实际业绩设定可能增加的经费幅度。5、财务计划财务计划中的损益计划最能反映全店的经营成果。咖啡店经营者在营运资金的收支上要进行控制，以便做到经营资金合理的调派与运用。总之，以上所列的六项基本计划(营业额、商品采购、销售促进、人员、经费、财务)是咖啡店管理不可或缺的。当然，有一些咖啡店为求管理上更深入，也能够配合工作实际需要制订一些其他辅助性计划。第六部分：市场分析2019-2021年中国咖啡市场经历了高速增长的阶段，在此期间咖啡市场总体销售的复合增长率到达了17%;高速增长的市场为咖啡生产企业带给了广阔的市场空间，国外咖啡生产企业如雀巢、卡夫、ucc等企业纷纷加大了在中国的投资力度，为争取未来中国咖啡市场的领先地位打下了良好的基础。咖啡饮料主要是指速溶咖啡和灌装即饮咖啡两大类咖啡饮品;在速溶咖啡方面，2018-2021年间中国速溶咖啡市场规模年均增长率到达16%，显示出还处于成长阶段的中国速溶咖啡市场的高增长性和投资空间;在灌装即饮咖啡方面，2008-2010年间中国灌装即饮咖啡市场年均增长率也同样到达15%;未来几年，中国咖啡饮料的前景仍将被看好。现今咖啡店主要是以连锁式经营，市场主要被几个集团垄断。但由于几个集团的咖啡店并没有个性主题，很难配合讲求特式的年青人。我们亦有思考到其他饮品店的市场竞争状况，但发现这些类似行业多不是以自助形式经营，亦很