CN102068955A - 带有异型扰流板的絮凝反应器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带有异型扰流板的絮凝反应器，它包括反应器壳体、置于反应器中部的搅拌器、设置在反应器内壁上的异型挡板及设置在上封头上的扰流栅条。壳体侧壁上部设进料口，底部设出料口，异型挡板的形式(轴向截面形状)有正弦形、浪花形、半圆弧形、圆形或不规则形凸起，挡板安装形式为竖直安装、倾斜安装或水平安装，若干挡板均匀或不规则的离散或连续固定于絮凝器内壁上。扰流板的高度、宽度和厚度可沿反应器内壁周向或轴向变化。通过不同形式的扰流板与搅拌器配合，以使絮凝剂与液体充分混合，改善流体剪切速率，减少流场死区，增加微漩涡，达到强化絮凝流场，提高絮凝效果的目的。本发明结构简单，安装维修方便，絮凝效率高，成本低廉，具有很好的应用前景。

Description

带有异型扰流板的絮凝反应器

技术领域

本发明涉及固液分离技术，特别是一种带有异型扰流板的絮凝反应器，具体为内部带有异型扰流板的搅拌絮凝反应设备。

背景技术

絮凝是指固液两相体系中的固体颗粒、胶体颗粒以及大分子物质在絮凝剂的作用下脱稳，然后在宏观或微观力的推动下相互接触、碰撞，发生网捕和吸附架桥等作用，聚集为大而密实的颗粒团的过程，是固液分离中重要的预处理环节。要想获得较好的絮凝效果，除了开发高效的絮凝剂外，还应改进絮凝反应器形式，强化絮凝反应过程。

机械搅拌絮凝器是目前国内外常用的絮凝反应器之一，其具有絮凝速率较高，易于操作，维修方便等优点，但剪切力和剪切速率较大，絮体容易破碎，絮体的尺寸受限，靠近搅拌轴心处的液体易随叶轮一同旋转，中心液面下降，形成漩涡，产生“回转区”，影响混合絮凝效果。内部增设直挡板虽然可削弱中心漩涡，但挡板的背水面易存在流动“死区”。该“死区”内液体在絮凝过程中基本停滞，未参与絮凝反应的这部分液体会造成澄清液质量的下降，同时由于挡板本身的结构特点，造成挡板附近流体受力情况发生突变，流场内絮凝区域分布不均匀，引起絮凝过程中絮团的破碎及不易凝结。公开号为CN02265664，名称为“具有槽缝挡板的搅拌反应器”的专利提出了垂直挡板上开槽缝以消除过挡板化的问题，虽然增加了微涡旋，但对于絮凝反应来说，槽缝处流体剪切力较大，可能会破坏已形成的絮团，因此需进一步改进。公开号为CN200920097182.3，名称为“一种具有螺旋线形曲面挡板的搅拌釜”的专利提出了3～6块曲面挡板以螺旋线形式均匀分布于反应器内壁上的形式，与平桨配合使用，增大轴向速度分量、消除搅拌器底部死区，但仅是增大了流体的湍动程度，加快了混合，没有增加流场中的微涡旋，絮凝效果没有明显提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种带有异型扰流板的絮凝反应器，可以改善机械搅拌絮凝器由于搅拌而形成的流体剪切力对絮团的破坏作用，增加微漩涡，减少流动死区，改善絮凝流场，提高絮凝效果，结构简单、拆装方便。

本发明所述的带有异型扰流板的絮凝反应器包括反应器壳体、置于反应器中部的搅拌器、设置在反应器内壁上的异型挡板、设置在上封头上的扰流栅条。壳体中部为圆柱形筒体，侧壁上部设进料口，底部封头设出料口。

异型挡板形状为正弦形、浪花形、半圆弧形、圆形或不规则形凸起，若干挡板均匀或不规则分布于器壁上，挡板安装形式为竖直安装、倾斜安装或水平安装，挡板连续或离散的安装于器壁上。

挡板上端位于液面以下一定距离处，下端与筒体下端平齐，挡板与器壁界面光滑过渡。上封头安装的扰流栅条与搅拌轴平行，以搅拌轴为中心按一定角度分布，栅条下端距搅拌器一定距离。

搅拌轴位于筒体的中轴线上，下端接搅拌器。搅拌器的形式为桨式搅拌器、涡轮式搅拌器或螺旋式搅拌器等。通过不同形式的扰流板与搅拌器配合，来达到强化流场，提高絮凝效果的目的。

其特点是异型挡板为正弦形、浪花形、半圆弧形、圆形或不规则形凸起。絮凝器筒体直径为D，正弦挡板峰高b为D/15～D/8，厚度c为D/15～D/4；半圆弧形挡板半径r为D/15～D/8，迎水面为1/4圆弧，背水面与筒体垂直连接；浪花形挡板的浪高b为D/15～D/8，厚度c为D/15～D/4；圆形或不规则形凸起的高度b为D/15～D/8，厚度c为D/15～D/4。挡板与器壁界面光滑过渡。

异型挡板连续或离散的安装于器壁上，挡板间隔均匀或不均匀分布。挡板的安装角度α与筒体轴线成0～90°角，可以是竖直安装于筒壁上，也可以与筒体轴线成一定角度倾斜螺旋安装或水平安装。挡板上端位于液面以下5～10mm处，下端与筒体下端平齐，挡板上下端与筒体内壁光滑过渡。同种形式或不同形式不同尺寸的异型挡板均匀或不规则的固定于器壁上。扰流板的宽度b和厚度c可沿反应器内壁周向或轴向变化，可以是越靠近液面处，扰流板越宽，厚度越大，或不同宽度厚度的挡板间隔安装。

异型挡板可以直接焊接于筒体内壁上，也可通过圆环或筋板等连接做成内筒形式，紧密配合插入筒体中，并用顶丝固定。

反应器上封头处安装的栅条挡板宽b1为5～10mm，厚c1为2～5mm，倾角β为30°～60°，栅条可以是直板，也可以是波纹形，栅条与筒体轴线平行，以搅拌轴为中心均布，同一排栅条倾角一致，两排栅条成一定角度，栅条下端距搅拌器h1为(1～2)d(d为桨叶直径)，栅条的棱角既可以做成90°也可以做成圆弧形。

异型挡板可与扰流栅条配合使用，也可单独使用。根据不同的异型扰流装置，与之配合的搅拌器的类型随之改变，可以是径向流型、轴向流型或混合流型，即可为涡轮式搅拌器、桨式搅拌器或螺旋式搅拌器等，桨叶直径d为(0.25～0.5)D，桨叶倾角γ为30°～45°，离底高度为(0.2～0.4)D。

本发明提供一种带有异型扰流板的絮凝反应器，用于混合反应及固液分离的运行过程，主要是通过搅拌轴带动搅拌桨对絮凝反应器中的流体进行搅拌，流体在絮凝器内发生径向和轴向流动，流体在流动的过程中遇到安装于器壁上的异型扰流板或安装于封头上的扰流栅条，而使流动方向发生改变，流场中微涡旋增多，流场形式发生改变，形成混合流动，从而增加絮凝剂与悬浮液中粒子的接触几率，起到强化固体粒子的絮凝效果，为后续的固液分离创造条件。

本发明的优点是絮凝器内设置扰流板后，流场为混合流动，除了轴向流动外，还伴随着一定的周向和径向流动，同时流场中的微涡旋增多，湍动程度更加均匀。异型挡板与圆形壁面间光滑过渡，挡板背面成抛物线形状，不仅可以减少扰流板后的“死区”，起到了连续扰流的作用，而且可以使搅拌器排出的液体在周向流动中更加顺畅，避免了因反应器内流体撞击挡板引起的絮团破碎，尽可能的减小了单一点的切向速度，改善了由于搅拌而形成的流体剪切力对絮团的破坏作用，适合高分子絮凝剂的快速水解及水解后的颗粒吸附。安装栅条挡板使流场内的微漩涡增多，颗粒间的碰撞几率增大，避免了轴心处流体的“回转区”，流体颗粒混合及絮凝反应更加充分。另外，异型扰流板结构简单，安装拆卸方便，易于操作，成本低廉，适用于众多过程工业领域(如石油、化工、生物、制药、食品、冶金和水处理等)悬浮液中固液两相的分离，尤其是以水为连续介质的固液两相体系。

附图说明：

图1为带有异型扰流板的絮凝反应器示意图。

图2为异型挡板示意图(竖直安装为例)，其中：

2a为正弦形挡板截面；

2b为单半圆弧形挡板截面；

2c为双半圆弧形挡板截面；

2d为浪花形挡板截面；

2e为圆形凸起挡板截面。

图3为异型挡板竖直安装示意图，其中：

3a为4个宽度变化的长异型挡板均匀安装于器壁上(以正弦形挡板为例)，挡板越靠近液面宽度越大；

3b为短异型挡板均匀安装于器壁上(以正弦形挡板为例)；

3c为短异型挡板交错安装于器壁上(以正弦形挡板为例)；

3d为尺寸不同的短异型挡板交错安装于器壁上(以圆形凸起挡板为例)；

3e为尺寸不同的异形挡板不规则的安装于器壁上(以圆形凸起挡板为例)。

图4为异型挡板倾斜安装示意图(以正弦挡板为例)，其中：

4a为异形挡板倾斜安装于器壁上；

4b为一个长异形挡板倾斜螺旋缠绕安装于器壁上；

4c为多个短异型挡板分组倾斜安装于器壁上；

4d为多个短异型挡板倾斜螺旋缠绕安装于器壁上。

图5为异型挡板水平安装示意图(以正弦挡板为例)，其中：

5a为异型挡板环形水平安装于器壁上；

5b为多个异型挡板分组环形水平安装于器壁上；

5c为尺寸不同的异型挡板间隔的环形水平安装于器壁上；

5d为尺寸不同的异型挡板环形水平安装于器壁上，挡板越靠近液面宽度越大。

图6为异型挡板连续安装示意图(以正弦挡板为例)，其中：

6a为尺寸相同的异型挡板竖直连续安装于器壁上；

6b为尺寸不同的异型挡板间隔竖直连续安装于器壁上；

6c为尺寸相同的异型挡板倾斜连续安装于器壁上；

6d为尺寸相同的异型挡板水平连续的安装于器壁上；

6e为尺寸不同的异型挡板水平连续安装于器壁上，挡板越靠近液面宽度越大。

图7为扰流栅条示意图，其中：

7a为扰流栅条安装示意图；

7b为波纹形栅条。

具体实施方式

下面结合附图及实例对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

图中1为出料口、2为下封头、3为筒体、4为进料口、5为上封头、6为扰流栅条、7为异型挡板、8为搅拌器。

如图1带异型扰流板的絮凝反应器主体为圆柱形筒体3，壳体侧壁上部设进料口4，底部设出料口1，异型挡板7安装在絮凝器内壁上，扰流栅条6安装在反应器上封头5处。上封头可采用平盖、锥形、椭圆形、碟形、球形或球冠形等形式，下封头可采用锥形、深锥形、椭圆形、碟形、球形或球冠形等形式。若干挡板均匀或不规则的连续或离散的分布于器壁上。挡板安装形式为安装角度α与筒体轴线成0～90°角，即可为竖直安装、倾斜安装或水平安装，挡板上端位于液面以下一定距离处，下端与筒体下端平齐，挡板上下端与器壁光滑过渡。上封头安装的扰流栅条与搅拌器8同轴安装，以搅拌轴为中心按一定角度分布，栅条下端距搅拌器一定距离h1为(1～2)d。搅拌轴位于筒体的中轴线上，下端接搅拌器。搅拌器的形式可为径向流型、轴向流型或混合流型，即可选桨式搅拌器、涡轮式搅拌器或螺旋式搅拌器等。异型挡板、扰流栅条可单独与搅拌器配合使用，也可三者同时配合使用，配合形式可为：竖直安装的正弦挡板(或半圆弧形挡板、浪花形挡板等)加或不加扰流栅条，与斜叶涡轮式搅拌器或桨式搅拌器配合；环形水平或倾斜螺旋安装的正弦挡板(或半圆弧形挡板、浪花形挡板等)加或不加扰流栅条，与螺旋式搅拌器配合，且搅拌器的转动方向与异形板安装的螺旋线方向相反；圆形凸起挡板、扰流栅条与斜叶涡轮式搅拌器或桨式搅拌器配合等。

异形挡板可为正弦形、单半圆弧形、双半圆弧形、浪花形、圆形挡板、圆形凸起或不规则形凸起(如图2等形式)。挡板的安装角度α与筒体轴线成0～90°角，可以是竖直安装于筒壁上(如图2、图3、图6a和图6b等竖直安装的形式)，也可以与筒体轴线成一定角度倾斜螺旋安装，可以为1个长挡板螺旋安装于器壁上(如图4b等)，也可以为若干个挡板倾斜螺旋安装(如图4a、4c或4d所示等)。此外，挡板也可以水平安装于器壁上(如图5中的形式等，可为5a中异型挡板环形水平安装于器壁上，5b中多个异型挡板分组环形水平安装于器壁上，5c中尺寸不同的异型挡板间隔的环形水平安装于器壁上，或5d中尺寸不同的异型挡板环形水平安装于器壁上，挡板越靠近液面宽度越大等形式)。挡板既可为长挡板也可为短挡板(如图2、图3a～b所示等，图2、图3b分别为4个长异形挡板均匀竖直安装，可为图2a和图3a中的正弦挡板、图2b中的半圆弧形挡板、图2c中的双圆弧形挡板、图2d中的浪花型挡板、图2e中的圆形挡板等，也可为图3b、图3c中的短挡板竖直安装于器壁上等形式)。挡板可以均匀安装或交错安装(图3c中短挡板间隔交错安装于器壁上等)，也可以是宽度变化的异型挡板均匀安装于器壁上(如3a中4个宽度变化的异型挡板均匀安装于器壁上，靠近液面处宽度越大等)，或不同尺寸的异形挡板间隔安装于器壁上(如3d中不同尺寸的圆形凸起挡板间隔安装于器壁上等)，或不同尺寸不同形式的异形挡板均匀或不规则安装于器壁上(如图3e中不同尺寸的圆形凸起不规则的安装于器壁上等)。筒体上安装的异形挡板的宽度可以相同，也可以可随筒体轴向或周向变化，如轴向上挡板宽度可以是越靠近液面处越宽(如图3a、5d等)，也可以轴向间隔分布(如图5c等)或周向间隔分布(如图3d等)，或不规则的分布于整个筒体内壁上(如图3e等)。异型挡板既可离散的安装于器壁上(如图2-5中的形式等)，也可连续的安装于器壁上(如图6所示的形式等，可为图6a中尺寸相同的异型挡板竖直连续安装，也可为图6b中尺寸不同的异型挡板间隔竖直连续安装，或图6c中尺寸相同的异型挡板倾斜连续安装，或图6d中尺寸相同的异型挡板水平连续安装，或图6e中尺寸不同的异型挡板水平连续安装于器壁上，挡板越靠近液面宽度越大等。

上封头上可安装也可不安装扰流栅条。安装时，扰流栅条下端距搅拌器一定距离h1为1～2倍的搅拌桨直径d，栅条宽b1为5～10mm，厚c1为2～5mm，倾角β为30°～60°，如图7a。扰流栅条可以是直板，也可以是波纹形(如图7b)。若干栅条以搅拌轴为中心，同心圆排列且交叉分布，栅条的棱角既可是直角也可是圆弧形。若增设栅条后，既可增加流场中的微漩涡，又可避免絮凝反应器中间的“圆柱回转区”，有利于颗粒与流体的充分混合接触及絮凝剂絮凝作用的充分发挥；同时，絮凝反应过程中，通过搅拌桨的旋转来实现流场流动，栅条挡板固定不动，比格栅挡板代替搅拌桨搅拌的能耗明显降低。

Claims (10)

1.一种带有异型扰流板的絮凝反应器，其特征在于它包括反应器壳体、置于反应器中部的搅拌器、设置在反应器内壁上的异型挡板、设置在上封头上的扰流栅条；壳体中部为圆柱形筒体，侧壁上部设进料口，底部封头设出料口。

2.根据权利要求1所述的絮凝反应器，其特征在于所述的异型挡板形状为正弦形、浪花形、半圆弧形、圆形或不规则形凸起；若干挡板均匀或不规则分布于反应器壳体的器壁上；挡板安装形式为竖直安装、倾斜安装或水平安装，挡板连续或离散的固定于絮凝器内壁上。

3.根据权利要求1所述的絮凝反应器，其特征在于所述的挡板上端位于液面以下一定距离处，下端与筒体下端平齐，挡板与絮凝器内壁光滑过渡。

4.根据权利要求1所述的絮凝反应器，其特征在于所述的上封头安装的扰流栅条与搅拌轴平行，以搅拌轴为中心按一定角度分布，栅条下端距搅拌器一定距离。

5.根据权利要求1所述的絮凝反应器，其特征在于所述的搅拌轴位于筒体的中轴线上，下端接搅拌器；搅拌器的形式为桨式搅拌器、涡轮式搅拌器或螺旋式搅拌器；搅拌器通过不同形式的扰流板与搅拌器配合，来达到强化流场，提高絮凝效果的目的。

6.根据权利要求1所述的絮凝反应器，其特征在于所述的筒体直径为D，正弦挡板峰高b为D/15～D/8，厚度c为D/15～D/4；半圆弧形挡板半径r为D/15～D/8，迎水面为1/4圆弧，背水面与筒体垂直连接；浪花形挡板的浪高b为D/15～D/8，厚度c为D/15～D/4；圆形或不规则形凸起的高度b为D/15～D/8，厚度c为D/15～D/4，挡板与器壁界面光滑过渡连接。

7.根据权利要求1所述的絮凝反应器，其特征在于所述的挡板连续或离散的安装于筒体器壁上，挡板间隔均匀或不均匀分布；挡板的安装角度α与筒体轴线成0～90°角，可竖直安装于筒壁上，或与筒体轴线成一定角度倾斜螺旋安装或水平安装。

8.根据权利要求1所述的絮凝反应器，其特征在于所述的挡板上端位于液面以下5～10mm处，下端与筒体下端平齐，挡板上下端与筒体内壁光滑过渡；同种形式或不同形式不同尺寸的异型挡板均匀或不规则的安装于器壁上；扰流板的宽度b和厚度c可沿反应器内壁周向或轴向变化，可以是越靠近液面处，扰流板越宽，厚度越大，或不同宽度厚度的挡板间隔安装。

9.根据权利要求1所述的絮凝反应器，其特征在于所述的上封头处安装的栅条挡板宽b1为5～10mm，厚c1为2～5mm，倾角β为30°～60°，栅条是直板或波纹形，栅条与筒体轴线平行，以搅拌轴为中心均布，同一排栅条倾角一致，两排栅条成一定角度，栅条下端距搅拌器h1为1～2倍的桨叶直径d，栅条的棱角既可做成90°的，或做成圆弧形的。

10.根据权利要求1所述的絮凝反应器，其特征在于所述的挡板可与扰流栅条配合使用，或单独使用；所述的搅拌器是径向流型、轴向流型或混合流型，即可为涡轮式搅拌器、桨式搅拌器或螺旋式搅拌器，桨叶直径d为(0.25～0.5)D，桨叶倾角γ为30°～45°，离底高度为0.2D～0.4D。

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