CN1035308C - 混合器元件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种混合器元件,具有液体流通的管状通路管和在通路管的内侧配置的互相对置的一或多对叶片。这些叶片于上述通路管的内侧形成复数个在通路管的纵向作螺旋状延伸的流体通路,成对的上述叶片之间的间隙成为连接上记流体通路的开口,这些螺旋状叶片与通路管分开制造,其后,接合在通路管内面。按如上方法制成的流体混合器具有极高混合搅拌效果。

Description

混合器元件及其制造方法
本发明涉及使用于没有机械可动部分的、混合一种或多种流体(液体、气体和粉粒体等)的静止型混合器的混合器元件及其制造方法。
这种静止型流体混合器被用作例如通过气体吸收反应进行的废气中的HCl、Cl2、NOx、SOx等有害物质的处理装置,通过含三氯乙烷、二氯甲烷、三卤代甲烷等有机氯系化合物的废水的曝气处理进行的废水中的有机氯系化合物的除去装置,以及由半导体工厂、光纤维制造工厂排出的SiO2粉尘等的除尘(集尘)装置。此外,静止型流体混合器被用于化学工业、纸浆工业、食品工业、发酵工业、土木建筑工业、塑料工业和与防止公害相关的产业等诸多领域。
这种静止型流体混合器通过在管内设置联结有复数个作螺旋状扭转的叶片的装置而构成。性质不同的多种流体在流经上述流体混合器内时流体沿被叶片切隔的通路作螺旋状行进,在各叶片的边界分流,再和由其他通路流来的流体合流(例如,USP4,408,893)。流体经过这样反复地分流、合流被搅拌混合。
流体有液体、气体和粉粒体等。作为流体的不同性质,有粘性、组成、温度、色彩和粒度等。该流体混合器也可混合不同相的流体,例如气体和液体。
该流体混合器在前述各领域中被用作混合、搅拌、分散、乳化、抽提、热交换、反应、气体吸收和稀释等手段。
另外,作为该流体混合器的制造手段,已有通过在管内插入右旋或左旋的螺旋状叶片,将相邻的叶片相互焊接或钎焊等手段加以固定的方法(特公昭44-8290号)。另外,还有在管内插入右旋或左旋的螺旋状叶片,将相邻的叶片相互衔接或嵌合,设置在管内的技术(西德公开号码第2262016号)。再者,还有将右旋或左旋的螺旋状叶片插入管内并在叶片间配置支承件,用该支承件固定连结叶片的方法(美国专利第3953002号)。此外,特公平1-31928号公开了一种将右旋或左旋的挡板插入管状罩壳内、使形成于上述挡板的两端突出部分的凹槽结合、联接两者的装置。美国专利第4,408,893号公开了一种在管内插入挡板的流体混合器,所述挡板是一种按规定间矩配置有窄幅部分的带状板,宽幅部分被交替地按顺时针和逆时针方向作螺旋状扭转,窄幅部分被扭转约90°但是,上述各种流体混合器都存在着不容易制造的缺点。
特别是将叶片互相焊接或钎焊时(特公昭44-8290号),存在着其接合部分的机械强度较小,当受到扭转应力时,焊接部分会破损或折裂的缺点。
而以点状将叶片的中心部联接的流体混合器(美国专利第4,408,893号)则存在着挡板之间的联接部分抗扭转应力的性能差,易破损的难点。
而且,该流体混合器存在着在高粘性流体的层流域的混合效果差的缺点。
此外,如上所述,由于现有的各种流体混合器不易制造,存在着制造成本高、混合效果差的缺点。
本发明的目的在于提供一种各叶片接合部分的强度大、流体混合效果好、制造成本低的混合器元件以及可高效率地制造该混合器元件的制造方法。
本发明的混合器元件的特征在于,具有流体流经的筒状通路管和配置在上述通路管内侧、在上述通路管内部形成复数个流体通路的螺旋状叶片,上述复数个流体通路之间通过开口处进行连通。
本发明的混合器元件的制造方法的特征在于,包括将筒状通路管和另行制造的多个螺旋状叶片在上述通路管内侧接合的工序。
本发明的混合器元件的制造方法的特征还在于,包括将纵向分割成复数个的筒状通路管和另行制造的复数个螺旋状叶片在上述通路管内侧接合的工序,和将上述通路管分割面互相接合的工序。
在现有的混合器元件中,筒状通路管和螺旋状叶是一体形成的。而在本发明的混合器元件中,由于筒状通路管和螺旋状叶片是分开形成的,因此,可容易地增设叶片个数以提高混合效率,大口径流体混合器的制造也变得容易,制造成本降低。
另一方面,在本发明的混合器元件的制造方法中,筒状通路管和螺旋状叶片是分开制造的。在筒状通路管内侧,通过焊接、粘接、熔敷、衔接等手段进行接合,可容易地制造混合器元件。
另外,在将有助于提高混合效率的多个螺旋状叶片接合在筒状通路管内侧的混合器元件的制造方法中,将筒状通路管在纵向的全长度分割成复数个,在分割的通路管内侧,接合复数个叶片,然后,将通路管分割面互相接合起来,就能方便地制造高混合效率的混合器元件。
将按如上所述方法制得的复数个混合器元件设置在管内,或将混合器元件相互接合,静止型流体混合器即得以完成。根据本发明,可以容易地、低成本地制造混合效率极高的流体混合器。此外,还可低成本地制造大口径的流体混合器。
根据本发明,由于向由混合器元件形成的静止型流体混合器内供给液体、气体、粉粒体等一种或多种流体时不需要进行混合搅拌所要求的驱动力,因此,运转费用低。而且,由于高效率的混合器制造容易,因此,装置费用低。另外,由于不需要驱动源,装置可以小型化,放置面积小也可以。此外,由于混合搅拌效率和吸收效率等高,可以缩短混合时间和处理时间。还由于没有由粉尘等引起的阻塞等故障,可长时间连续运转。
又由于分开制造叶片,因此,可以极容易地、低成本地制造大口径混合器。而且,该混合器可以作为混合、搅拌、分散、乳化、抽提、热交换、反应、气体吸收、集尘、蒸馏、精馏、吸附、生物反应等手段广泛地加以使用。
图1为本发明实施例的90°右旋型混合器元件的立体图。
图2为本发明实施例的90°左旋型混合器元件的立体图。
图3为本发明实施例的静止型混合器的侧视图。
图4为本发明实施例的180°右旋型混合器元件的立体图。
图5为本发明实施例的180°左旋型混合器元件的立体图。
图6为本发明实施例的静止型液体混合器的侧视图。
图7为本发明实施例的具有空间部分的90°右旋型混合器元件的立体图。
图8为将本发明的混合器元件应用于废气处理装置时的实施例的示意框图。
图9为应用于另一废气处理装置时的实施例的示意框图。
图10为应用于废气的气体反应装置时的实施例的示意框图。
图11为应用于废气的电子束反应装置时的实施例的示意框图。
图12为应用于含有机氯系化合物的废水的处理装置时的实施例的示意框图。
图13为应用于另一废水的处理装置时的实施例的示意框图。
图14为应用于废气的多段式处理装置时的实施例的示意框图。
图15为应用于混合一种或多种粉粒体的混合搅拌装置时的实施例的示意框图。
图16为本发明的90°右旋型混合器元件的放大立体图。
图17为90°左旋型混合器元件的放大立体图。
图18为90°左旋型混合器元件的仰视图。
图19为本发明的具有3个流体通路的混合器元件的立体图。
图20为本发明的具有二个分割面的90°右旋型混合器元件的立体图。
图21为根据本发明的制造方法制造的螺旋状的180°右旋型叶片的侧视图。
图22为用于上述叶片制造的半圆形坯料的简明展开图。
图23为制造本发明一实施例的叶片的成形金属模的说明简图。
图24为用于说明本发明的90°右旋型混合器元件制造过程的部分放大图。
图25为本发明的具有8个叶片的右旋型混合器元件的俯视图。
下面,结合附图具体说明本发明的实施例。
图1、图2为90°旋转型混合器元件的立体图,图3为使用该混合器元件的静止型流体混合器的侧视图。混合器元件1和8分别具有圆筒状通路管2和9以及分别内设在上述通路管2和9内的螺旋状叶片3、4和10、11。所述叶片3、4和10、11分别被按顺时针方向(右旋)和逆时针方向(左旋)扭转90°,由叶片3、4和10、11分别形成流体通路5、6和流体通路12、13。流体通路5、6和流体通路12、13通过开口处7和14在通路管2和9的全长度相互连通。将上述混合器元件1和8交替地嵌入圆筒状套管15内进行配置,使混合器元件1和8的各叶片3、4和10、11的端边互相正交,静止型流体混合器30的组装即告完成。
图4、图5为显示180°旋转型混合器元件16和23的立体图。在通路管17和24的内侧部分,分别有由螺旋状右旋180°的叶片18、19和左旋180°的叶片25、26形成的流体通路20、21和流体通路27、28。所述流体通路20、21和27、28通过开口处22和29在通路管17和24的全长度互相连通。并且,如图6所示,在套管15内交替地嵌入混合器元件16和23,并将两者配置成在两者的联结点处叶片18、19和25、26的端边互相直交,静止型流体混合器31的组装即告完成。
此外,开口处7、14、22、29在所述混合器元件1、8、16、23的纵向上可以是直线,也可以是曲线。又,开口处可以是纵向的开口截面积不同的锥形。另外,螺旋状的叶片3、4、10、11、18、19、25、26的旋转角度(扭曲角度)不仅可以是90°、180°,也可以任意设定为270°、360°等。
此外,叶片3、4、10、11、18、19、25、26的直径方向的宽度和轴方向的长度等也可以根据使用目的任意设定。还有,叶片的个数也可以任意设定。再者,用多孔体或多孔质体形成叶片,可提高混合效率。又,也可以在混合器元件内的上方或下方(参照图7)或其两方设置空间部分33,形成混合器元件34。
另外,上述静止型流体混合器30、31是通过在套管15内交替嵌入混合器元件而形成的,但也可以将混合器元件的端边相互接合,形成静止型流体混合器。
二种流体FA、FB在流经具有上述构成的静止型流体混合器30、31的流体通路时,流体的一部分作90°或180°螺旋状旋转,另一部分在开口处被剪切,与由其他流体通路流来的流体合流,再被分流后,按相反方向作90°或180°螺旋状旋转。在重复上述的旋转、剪切、合流、分流、移位的过程中,流体得以混合。
下面就使用本发明的混合器元件的实施例进行说明。
图8为将本发明应用于含HCl、Cl2、F2、NH3、H2S等有害气体和SiO2、ZnO等的粉尘的废气的处理装置时的实施例的示意框图。废气被供至废气处理装置33内,废气中的HCl、Cl2等物质通过气体与液体的混合接触,由气相侧移至液相侧。废气处理装置35内配置有由本发明实施例的混合器元件形成的静止型流体混合器30。废气处理装置35与配设在其下方的贮水器36连接,该贮水器36又与除雾装置、旋风分离器、填充塔等气液分离装置37联结。在该气液分离装置37中,气体和液体得到分离,液体被送回贮水器36中。由该气液分离装置37排出的气体通过排风机38被排入大气中。在适当打开阀门39,将贮水器36内的水溶液送入废水处理工序等的同时,将新液适当地补充入贮水器36内。在处理装置35的顶部,配设有喷嘴40,贮水器36内的液体通过水泵41供至喷嘴40。液体由喷嘴40喷入处理装置35内,再被收集于贮水器36内后,由水泵41供至喷嘴40,如此循环使用。该液体可以根据废气中的物质适当地选择使用水或酸性、碱性水溶液等。
下面就处理装置35的结构进行说明。在该处理装置35内,配设有由混合器元件1、8形成的静止型流体混合器30,所述混合器元件1、8系如图1、图2所示,由在规定的位置配置复数个作螺旋状右旋和左旋的叶片而构成。在具有上述构成的废气处理装置35中,含有HCl、Cl2、SiO2等的废气由废气处理装置35的上方供至处理装置35内。另外,由水泵41从贮水器36吸上的水溶液通过配设在处理装置35的顶部的喷嘴40喷入处理装置35内。该废气和水溶流在并流流经处理装置35内的过程中作螺旋状右旋和左旋。废气和水溶液在反复进行分流、合流、移位、剪切的同时,气体和液体作高效率的混合接触。由此,废气中的HCl、Cl2等物质通过与液体的化学反应,被溶解、吸收于水溶液中。另外,微小的SiO2粒子等在水溶液中被捕捉、集尘。被吸收、捕捉的物质与水溶液一起,被收集于配设在下方的贮水器36内。废气被送入气液分离装置37内,存在于废气气流中的小直径雾沫被气流分离装置37分离成气体和液体,液体被送回贮水器36内。此外,在该气液分离装置37的顶部或底部配设喷嘴(图中未标示),通过该喷嘴将水溶液喷入装置37内。可进一步提高捕集所含物质的效率。而且,维修管理也变得容易。贮水器36内的水溶液通过水泵41得到循环使用。贮水器36内的水溶液含有SiO2粒子、盐酸等,当其浓度增大时,打开阀门39,贮水器36内的水溶液被适当地送入废水处理工序等。另外,将新液适当补充入贮水器36内。除去了HCl、SiO2等物质的清净废气由排风机38排入大气中。
此外,也可以在处理装置35内的纵向配设复数个喷嘴(图中未标示)。此时,也可以在相邻的混合器元件和混合器元件之间设置空间部分,在该空间部分内配设一或多个喷嘴。或者,也可以使用具有空间部分的混合器元件34,在其空间部分33配设喷嘴。这些喷嘴可以防止混合器元件内的粉尘及反应生成物等的吸附,使长时间连续运转成为可能,还可使装置35内的压力损失减小。还有,这些喷嘴增加了气液接触,具有提高除尘效率和气体吸收效率的效果。再有,这些喷嘴还兼有补充新液的功能。
本发明的处理装置中的处理气体量和循环液量的比例以及混合接触时间等操作条件可根据处理气体的种类、浓度、物理性质等进行适当选择。
图9为将本发明应用于含由燃烧炉、焚烧炉、溶解装置等排出的NOx、SOx等有害气体的废气的湿式处理装置时的实施例的示意框图。废气从下方被供入配置有由本发明实施例的混合器元件形成的静止型液体混合器42的废气处理装置43内,废气中的NOx、SOx等物质通过在气体和液体进行混合接触时发生的气体吸收或气体吸收反应,有害物质被水溶液吸收。废气处理装置43与配设在其下方的贮水器44联结。在废气处理装置43中得到净化的排出气体通过气液分离装置45和排风机46被排入大气中。在适当打开阀门47将贮水器44内的水溶液送入废水处理工序等的同时,将新液适当补充入贮水器44内。在处理装置顶部和底部配设有喷嘴48,贮水器44内的液体由水泵49供至该喷嘴48。因此,该液体由喷嘴48喷入处理装置43内,再被收集于贮水器44内后,由水泵49供至该喷嘴48。如此循环使用。该液体可以根据废气中的物质适当地选择使用水溶液或NaOH、Ca(OH)2、CaCO3、Mg(OH)2等碱性水溶液。又,也可以在处理装置43内添加Cl2、O3等氧化剂以提高处理能力。
下面就处理装置43的结构进行说明。在处理装置43内,配设有由混合器元件1、8形成的静止型流体混合器42,所述混合器元件1、8系如图1、图2所示,由在规定的位置配置复数个作螺旋状右旋和左旋的叶片而构成。在具有上述构成的废气处理装置43中,含有NOx、SOx等的废气由处理装置43的下方供至处理装置43内。另外,由水泵49从贮水器44吸上的水溶液通过配设在处理装置43的顶部和底部的喷嘴48喷入处理装置43内。该废气和水溶液在逆向流经处理装置43内的过程中作螺旋状右旋和左旋。废气和水溶液在反复进行分流、合流、移位、剪切的同时,气体和液体作高效率的混合接触。由此,废气中的NOx、SOx等物质通过与液体的化学反应,被溶解、吸收于水溶液中。被吸收、捕捉的物质与水溶液一起,被收集于配设在下方的贮水器44内。废气被送入气液分离装置45内,存在于废气气流中的小直径雾沫由气流分离装置45分离成气体和液体,液体被送回贮水器45内(未图示)。除去了NOx、SOx等物质的清净废气由排风机46排入大气中。另外,废气和水溶液是以逆向流方式流经处理装置内的,但也可以使水溶液和废气以并流方式向同一方向流通。
图10为应用于含由燃烧炉、焚烧炉等排出的NOx气体的废气的气体反应装置时的实施例的示意框图。废气与作为还原剂的NH3气体一起被供至配置有用本发明实施例的混合器元件形成的静止型流体混合器50的气体反应装置51内。废气中的NOx与NH3气体由如下所示的化学反应还原分解成氮气和水,废气作为无害气体被排入大气中。
上述化学反应可在具有催化作用的催化剂的存在下得到促进。
下面就气体反应装置51的结构进行说明。在该气体反应装置51内,配设有由混合器元件1、8形成的静止型流体混合器50,所述混合器元件1、8如图1、图2所示,由在规定位置配置复复数个作螺旋状右旋和左旋的叶片构成。废气和NH3气体被供至该气体反应装置51内。废气和NH3气体在并流流经气体反应装置51内时作螺旋状右旋和左旋。废气和NH3气体通过反复地分流、合流、移位、剪切,在防止偏流的同时,进行了高效率的混合接触。由此,废气中的NOx通过前述的化学反应,还原、分解为氮气和水。除去了NOx的清净废气被排风机(未图示)等排入大气中。
另外,在形成气体反应装置51时充填Pt、Pd等具有催化作用的贵金属系催化剂或附载V2O5、Mn2O5等金属氧化物系催化剂或附载一种或多种催化剂的载体,可促进前述化学反应。还有,也可以用在紫外线等光能作用下具有还原分解反应机能的氧化钛等光催化剂形成反应装置51。
图11为应用于含由燃烧炉、焚烧炉等排出的NOx和SOx气体的废气的电子柬气体反应装置时的实施例的示意框图。废气与NH3气体一起被供至配置有用本发明实施例的混合器元件形成的静止型流体混合器52和电子束照射装置54的电子束气体反应装置53内。废气中的NOx和SOx气体在电子束气体反应装置53中被氧化,成为硫酸和硝酸雾沫,再进一步地与NH3反应,生成硫铵和硝铵或两者的混合物的微粒。该反应机制如下所示。1)N2,O2,H2O+e-→OH-,H+,HO2-]]>2)SOx+(OH-,O2,HO2-)→H2SO4]]>3)NOx+(OH-,O2,HO2-)→HNO3]]>4)
5)下面就电子束气体反应装置53的结构进行说明。在该电子束反应装置53内,配设有由混合器元件1、8形成的静止型液体混合器52,所述混合器元件1、8由在规定的位置配置复数个作螺旋状右旋和左旋的叶片而构成。此外,在该电子束气体反应装置53的内部或外部或其两者配置有电子束照射装置54。废气和NH3气体被供至电子束气体反应装置53内。废气和NH3气体在并流流经电子束气体反应装置53内时,与前述同样,反复地左旋、右旋、分流、合流、剪切,进行高效率的混合接触,并进一步地受到电子束的照射。废气中的NOx和SOx由于上述混合接触和电子束照射分别被高效率地氧化,成为H2SO4和HNO3雾沫,再进一步地与NH3进行高效率的反应,生成硫铵和硝铵或两者的混合物的微粒。该微粒由集尘器(未图示)除去。净化的废气被排风机(未图示)等排入大气中。此外,电子束照射装置54不仅可以利用电子束,也可以利用α、β、γ线和X线等电离性射线等。
图12系应用于含有为三氯乙烷、四氯乙烯、三氯甲烷、二氯甲烷、三卤化甲烷等挥发性物质的有机氯系化合物的废水的处理装置时的实施例的示意框图。含有有机氯系化合物的废水与空气一起被供至配置有用本发明的混合器元件形成的静止型流体混合器53的废水处理装置56内。
下面就废水处理装置56的结构进行说明。在该废水处理装置56内,配设有用如图1、图2所示的混合器元件1、8形成的静止型流体混合器53。废水和空气被从处理装置56的下方供至废水处理装置56内。废水(液相)和空气(气相)在以并流方式从下至上流经处理装置56内时,与前述同样,反复地左旋、右旋、分流、合流、移位、剪切,进行高效率的混合接触。废水中的为挥发性物质的有机氯系化合物通过上述混合接触,向空气(气相)侧进行物质转移。在重复进行上述由液相侧向气相侧的物质移动操作的过程中,废水间歇地或连续地得到净化,被作为处理水排出。含有机氯系化合物的空气被活性碳等吸附净化,通过排出管被排入大气中。另外,根据需要,也可以将由处理装置56排出的处理水用活性碳等进行吸附处理等,再进行净化后排出。还有,空气可用压缩机、鼓风机等手段,废水可用水泵或静止水压差等手段分别供至处理装置56内。
在处理装置56内处理的废水量和空气量的比例可根据含有的有机氯系化合物的浓度、液温、空气温度进行适当选择,但以1∶30~1∶150为佳。另外,用加热器、水蒸汽等加热废水和空气,可进一步提高净化效率。
此外,在上述实施例中,废水和空气是从处理装置56的下方导入,并并流流经处理装置56内的,但并不限于这种方式,也可以将废水从处理装置56的上方,将空气从下方供给,使两者逆向流通进行处理,将处理水从下方排出。再有,也可将处理装置56以水平状态设置,使废水和空气并流过进行处理。还有,将复数个处理装置56直列配置,向各处理装置56内供给新鲜空气,可提高净化效率。
图13为应用于含有有机氯系化合物及用作杀虫剂,杀菌剂、除草剂等农药的异噁唑硫磷、TPN、CAT等化合物的废水的处理装置时的实施例的示意框图。
含有有机氯系化合物和农药等的废气被导入配置有用本发明的混合器元件形成的静止型流体混合器58和紫外线发生装置59的废水处理装置60内。废水在流经装置60内时,在得到高效率的搅拌的同时,受到紫外线发生装置59的紫外线照射,如下式所示被分解处理后,作为处理水排出。处理水可根据需要进行中和处理。
该反应在O3和H2O2等的存在下得到促进。
此外,用多孔体或三维网状的多孔质体形成混合器元件,可提高处理效率。还有,用Fe、Mn、Mg、Zn、Al、Ti等一种或多种金属形成处理装置60,可适用于如下式所示的氧化分解处理。此时,也可以不使用紫外线发生装置59。
该反应在H2O2的存在下得到促进。此外,也可以用在紫外线等光能的作用下具有氧化分解反应机能的氧化钛等催化剂形成处理装置60。
下面就废水处理装置60的结构进行说明。在该废水处理装置60内,配设有用图1、图2所示的混合器元件1、8形成的静止型流体混合器58和紫外线发生装置59。所述紫外线发生装置59设置在处理装置60的内部或外部或两者。废水在流经处理装置60内时,与前述同样,在反复左旋、右旋、分流、合流、移位、剪切的同时,得到高效率的搅拌并受到紫外线照射。废水中的有机氯系化合物和农药等在如前述反应式所示,被氧化分解处理后,作为处理水排出。另外,在废水中添加H2O2或O3,可提高氧化分解处理效率。
图14为应用于含NOx等气体和SiO2等粉尘的废气的多段式处理装置时的实施例的示意框图。
在复数个废气处理装置61、62、63内,配设有用本发明的混合器元件形成的静止型流体混合器64、65、66,在处理装置61、62、63的下方,配设有贮水器67、68、69。另外,该贮水器67、68、69与水泵70、71、72连接,通过喷嘴73、74、75,贮水器67、68、69内的液体被分别喷入处理装置61、62、63内。
废气被从第1段处理装置61的上方供入处理装置61内。另外,由水泵70从贮水器67吸上的水溶液通过设置在静止型流体混合器64的上方或内部的喷嘴73被喷入处理装置61内。废气和水溶液在并流流经处理装置61内时,与前述同样,在反复地左旋、右旋、分流、合流、移位、剪切的过程中进行高效率的气液接触。由此,废气中的HCl、NOx等气体和SiO2等粉尘被水溶液溶解、吸收和捕捉、集尘。经处理装置61处理过的废气通过废气管67被供入第2段处理装置62内。供入的废气和水溶液在并流流经处理装置62内时,与前述同样,进行混合接触,进一步地得到净化。被净化的废气通过废气管77被供入第3段处理装置63内。供入的废气与在处理装置61、62内时同样,与水溶液混合接触,再进一步地得到净化。净化的废气通过排风机78被排出装置63外。
另外,新液的供给量和贮水器67、68、69内水溶液的排出量可根据水溶液中HCl、HNO3等物质的浓度和SiO2等固形物的浓度进行适当选择。还有,可以在水溶液供给管79、80、81上配置热交换装置(未图示),降低溶液温度以提高HCl、NOx等气体的吸收效率或回收效率。再有,可以通过水泵和阀门(未图示)等将水溶液供给管79和80以及80和81分别连接,使水溶液中HCl、HNO3等所含物质各不相同的水溶液按例如从低浓度至高浓度的顺序移动,进行分级使用。
在处理废气时使用上述多段式废气处理装置,与一段处理比较,在用水溶液对废气中HCl、NOx等进行气体吸收时,可以分级地在第一段使用HCl或HNO3浓度高的水溶液,在第2段使用中浓度水溶液,在第3段使用低浓度水溶液。从而,不但可以吸收和回收高浓度的盐酸和硝酸,而且还提高了吸收效率和回收效率。
另外,在捕捉、除去粉尘时,可以使用固形物浓度高的水溶液进行运转。还有,可以通过使用高、中、低三级不同固形物浓度的水溶液分级处理废水,防止由附随的雾沫引起的粉尘重新飞溅,提高捕捉(除尘)效率。再有,可以进行高浓度的过滤处理等,使废水处理费用等的成本降低。此外,通过在垂直方向设置复数个上述处理装置,可以减少设置面积。
图15为应用于混合物质、粒径、色彩等不同的一种或多种粉粒体的混合搅拌装置时的实施例的框图。
粉粒体A和B通过供给一定量的粉粒体的粉粒体供给装置82、83被供入配设有本发明的静止型流体混合器84的粉粒体混合装置85内。在流经该混合装置85内时,仅靠粉粒体的流动能量被混合搅拌并作为混合物被排出。
下面,就粉粒体混合装置85的结构进行说明。在该混合装置85内,配设有由图1、图2所示混合器元件1、8形成的静止型流体混合器84。粉粒体通过粉粒体定量供给机82、83被供入混合装置85内,在流经混合装置85内时反复地左旋、右旋、分流、合流、移动、剪切,高效率地且不需要搅拌动力地被连续混合搅拌。此外,利用如图7所示的具有空间部分的混合器元件,可以进一步提高混合效率和防止由粉粒体之间的架桥现象引起的混合装置85内的堵塞。还有,也可以用含氟树脂、氨酯树脂、橡胶等对混合器元件的表面进行涂敷等表面处理,提高耐磨性和防止吸附。另外,粉粒体供给装置可以是电磁送料机、带式输送机、空气输送泵等可以连续定量供给粉粒体的装置。
下面,结合附图,具体说明本发明的混合器元件的制造方法的一实施例。图16为90°右旋型混合器元件1的放大立体图,图17为90°左旋型混合器元件8的放大立体图,图18为混合器元件8的仰视图,图19为具有三个流体通路86、87、88和开口处90的90°右旋型混合器元件89的立体图。图20为在筒状体92的纵向的全长度上具有2个分割面95a、95b的90°右旋型混合器元件的立体图。
上述混合器元件1、8的制造方法为,将筒状通路管2和9与另行制造的螺旋状叶片3、4和10、11在通路管2和9的内侧接合进行制造。
另外,也可以将纵向分割成复数个的筒状通路管92a、92b和另行制造的复数个螺旋状叶片93、94在通路管92a、92b的内侧接合,将分割的通路管92a、92b的分割面95a、95b相接合,制造混合器元件96。根据该制造方法可以容易地制造具有多个叶片的混合器元件。
下面,结合附图,说明叶片制造方法的一实施例。图21为用于本发明的混合器元件(参照图4)的螺旋状的180°右旋型叶片97的侧视图,图22为具有与前述叶片97基本相同面积的半圆形构件98的展开示意图,图23为半圆形构件98成形用的成形金属模100的简略说明图。
成形金属模100具有上金属模101和下金属模102。上金属模101由基座103和复数个支承体105以及由支承体105支承的螺旋状构件104构成。同样地,下金属模102由基座106和复数个支承体107以及螺旋状构件108构成。另外,螺旋状构件104和108具有形成与规定的叶片基本相同的螺旋面的接合面,并具有规定的宽度和规定的旋转角度(扭转角度)。螺旋状构件104和108的旋转角度为360°。
另外,半圆形构件98具有与叶片97基本相同的面积,并且具有与混合器元件开口处的口径基本等径的半圆孔99。将上述半圆形构件98置于前述下金属模102的右旋型螺旋状构件108的螺旋面上,降下上金属模101,由螺旋状构件104和108将半圆形构件98夹压成形,即可制成180°右旋型螺旋状叶片97。
此外,在夹压成形时,也可以在螺旋状构件108的内周边部分109或外周边部分110设置凸部(未图示),防止夹压成形时的半圆形构件98的偏心,将半圆形构件98夹压成形。由此,可容易地制造没有径向跳动的正确的螺旋状叶片。
还有,在上述实施例中,就180°右旋型叶片的制造方法进行了说明,而180°左旋型叶片的制造方法,除使用左旋型螺旋状构件代替上述上金属模101和下金属模102的右旋型螺旋状构件104和108外,其余与180°右旋型叶片的制造方法相同。
再有,在制造90°旋转型叶片时,可以将由前述制造方法成型的180°旋转型螺旋状叶片在旋转角度90°的位置切割为二,制造90°旋转型叶片。也可以使用与半圆形构件98同样的平面展开的板状构件,按与前述相同的制造方法夹压成形,制造90°旋转型叶片。并且,在制造360°旋转型叶片时,也可以使用平面展开的圆形构件,按与前述相同的制造方法制造。
另外,在制造多孔体叶片时,使用在叶片的厚度方向穿设有复数个圆柱孔或微缝的板状材料即可。在制造多孔质体叶片时,使用具有三维网状结构的氨酯泡沫或在氨酯泡沫等三维网状成形体上涂布有金属或陶瓷等的载体或将该涂布有金属或陶瓷等的载体烧结的材料等即可。
还有,配设在本发明的混合器元件内的叶片的制造方法并不限于上述实施例,可根据需要适当选择注射模塑成型法、挤压成形法、压型法、铸造、锻造法、失蜡铸造法、轧辊加工法、旋压卷绕弯曲加工法、灌浆铸造法等。再有,可根据用途,适当选择使用金属、塑料、陶瓷、玻璃等中的一种或这些材料的复合材料等作为构成材料。对通路管,也可与叶片同样,选择使用适当的制造方法和构成材料。
图24为用于说明90°右旋型混合器元件制造过程的放大图。下面,结合图24,具体说明将具有规定的直径和长度的筒状通路管和另行制造的叶片接合、制造本发明的混合器元件的方法。
与前述混合器元件(参照图1)同样,混合器元件111在筒状通路管112的内侧具有90°右旋型螺旋状叶片113。叶片113在通路管112的内侧,通过焊接、粘接、熔敷、衔接等手段接合在接合部114。以下,按同样的接合方法在通路管112内侧的规定位置依次接合规定个数的叶片113,即可制成混合器元件111。
根据上述制造方法可以容易地制造混合器元件。而且,可以容易地、低成本地制造大口径混合器元件。再有,可以容易地制造在筒状通路管内侧配设有多个有助于提高混合效率的叶片的混合器元件(参照图25)。此时,使用在通路管的纵向的全长度上分割成复数个的通路管,还可以容易地、低成本地制造混合器元件115。
下面,结合图24,说明在湿式排烟脱硫装置中应用本发明的实施例。含由锅炉排出的硫氧化物、特别是二氧化硫(SO2)的废气被从进口管道22导入脱硫塔主体、通过气雾分离装置203和排风机204被从出口管道205排出。在这过程中,由吸收液泵206送来的含碳酸钙的吸收液被从复数个喷嘴喷入内设本发明的混合器元件200的脱硫塔(吸收塔)201内,吸收液和废气进行气液混合接触。此时,吸收液如下列反应式所示,选择性地吸收废气中的SO2,生成亚硫酸钙。SO2+H2O=H++HSO3----(1)]]>HSO3-=H++SO32----(2)]]>CaCO3=Ca+++CO32----(3)]]>Ca+++SO32-=CaSO3---(4)]]>(5)生成了亚硫酸钙的吸收液蓄积于氧化槽208内,在静止型混合器209的搅拌下,吸收液中的亚硫酸钙被由空气吸入装置(未图示)供入的空气氧化,生成石膏。
该氧化槽208内的反应如下式所示:HSO3-+1/2O2→SO42-+H+----(6)]]>Ca+++SO42-→CaSO4----(7)]]>(8)氧化槽208内碳酸钙和石膏共存的吸收液中的一部分被重新送至喷嘴207,另一部分由脱吸收液管207被送入图中未标示的废液处理·石膏回收系统。另外,由喷嘴207喷入并被微粒化的吸收液中的一部由废气伴随流动,在与氧化槽208连接的气雾分离装置203中被回收。
SO2的吸收率与吸收液的pH值成正比例。但是,由喷嘴207喷入的吸收液滴由于在液滴内部的扩散决定反应的速度,与SO2反应,在液滴表面生成碳酸钙时,液滴表面的pH值降低。由此,吸收液滴的与SO2的反应性急剧减小,即,吸收液被喷入后立即与SO2反应,但一旦液滴表面pH降低,吸收液便基本不吸收SO2,以此状态落至氧化槽208中。
因此,如能在吸收液到达氧化槽208的过程中恢复pH,则吸收液滴重新拥有吸收SO2的能力,与SO2的反应得到促进,吸收率提高。
作为使一度降低了的吸收液滴pH恢复的方法,有更新吸收液滴表面的方法和氧化存在于吸收液滴表面的亚硫酸钙的方法。
图27为进行吸收液的氧化和亚硫酸钙的氧化的氧化槽208的变形例的示意图。在该变形例中,吸收液由水泵206送入混合器209中,在混合器209中与空气混合后再送回氧化槽208内。
另外,在脱硫塔(吸收塔)的结构方面,存在下述2个要求。
1)在脱硫塔内,若发生废气的偏流,则由于局部的气液比和气液接触效率出现变化,会对脱硫性能产生不利影响。
(2)防止亚硫酸钙、硫酸钙等结晶生成物的粘附。
在湿式排烟脱硫装置的吸收塔中应用本发明的静止型混合器,可促进SO2的溶解和反应生成物(反应中间体)的氧化反应,而且,可不断更新吸收液和气体的气液界面以及吸收液滴表面,有助于促进气体吸收反应。此外,可使浆液(吸收液)在不断被搅拌的状态下得到循环使用。还有,配设于吸收塔内的喷嘴可防止反应生成物和浆液等在叶片上粘附、生长,增加气液接触,提高吸收效率,并有助于减小塔内的压力损失。再者,喷嘴还兼有补充新液(新鲜吸收液)的功能。
另外,吸收液可使用钠化合物、镁化合物、钙化合物、铵化合物、铝化合物、芳香族胺等有机化合物、酸性水溶液、熔融盐中的一种或多种。
下面,结合图28,说明在湿式排烟脱硫装置中应用本发明的实施例。
废气通过进口气腔221和其后的伸至液面下的一或多个静止型流体混合器222吹入液面下50~500mm。在静止流体混合器222内,气流进行高效率的混合接触,SO2被吸收。脱硫了的净化气体通过排气管223被排至外部。
在混合器222内被吸收的SO2在混合器222中立即被氧化成硫酸离子(SO42-)。吸收液在其中的气泡被脱去后移至装置下面,再注入用于供给钙离子的石灰浆。吸收液然后移至氧溶解区域224。在该区域,溶解了氧的吸收液移至混合器层,作为SO2的吸收和氧化媒体重新发挥作用。生成的石膏的结晶以悬浮于吸收液中的状态存在,但吸收液中的一部分被从槽225下部抽出,排至槽外,进行固液分离。在氧溶解区域224的下侧,配置有静止型流体混合器226。通过使吸收液和空气在混合器226内流通,促进氧化作用。
如上所述,由于是在一个槽内进行吸收、氧化和晶析等各项操作,装置极为简单,而且不需要吸收液泵。还可进行高效率的脱硫。
图29为图8的变形例的示意图。在本发明实施例中,喷嘴40和静止型流体混合器30的对子3对纵向连接,配置在处理装置35中。即,交替配设静止型混合器30和喷嘴40。
图30为在静止型流体混合器的中心部配置喷嘴的实施例。在静止型流体混合器300的混合器元件302的内部配置有2对叶片301,在混合器元件302中心部的开口305配置有喷嘴303。喷嘴303连接于与混合器元件302的通路管中心轴平行地延伸的通水管304,由通水管304供入的水通过喷嘴303喷入混合器元件302内。
图31为在含有机氯系化合物的废水的处理装置中应用本发明的实施例的主视图。图32为其俯视图。中央的流体混合器401具有2对叶片403,以流体混合器401为中心并与之嵌合的环形流体混合器400在环形通路上配设有4对叶片402。废水和空气由下方导入中央的流体混合器401内,从中央的流体混合器401的上方排出的处理水进入外侧的流体混合器400并顺着混合器下降。混入的空气由上方排出。外侧的流体混合器400内的空气由其下方导入,与从上方降下的的处理水混合。
图33为另一含有机氯系化合物的废水的处理装置。并列配置有静止型流体混合器401、402、403,压缩空气从各流体混合器的下方供入,从其上方排出。而需要处理的废水从下方进入第一流体混合器401,一度蓄积在其上部。该处理水410由第一流体混合器401溢流,从下方进入第二流体混合器402并顺着混合器上升,再由该第二流体混合器402的上方溢流,进入第三流体混合器403。最后,处理水410由第三流体混合器403的上方排出,处理结束。
图34为2塔处理方法的示意图。在第一处理塔的流体混合器420的上方配置有喷嘴422,废气从上方供入混合器420内,由从喷嘴422向下方喷射的吸收液进行废水处理。所述吸收液为蓄积于槽425内的循环液,该循环液由水泵426吸至喷嘴422。该循环液根据需要通过阀门429被排出。经过第一处理塔的流体混合器420处理的吸收液落至槽425内,处理后的气体通过槽425从下方供入第二处理塔的流体混合器421内。
在第二处理塔的流体混合器421的上方和下方配置有朝上的喷嘴423、424。槽425内的循环液由水泵427送至喷嘴423、424,由喷嘴423、424喷射。在该液体混合器421中,从槽425供入的处理气体由从喷嘴423、424喷出的吸收液进行进一步的处理,再从混合器421的上方排出。吸收液在混合器421内下落,流回槽425。经过流体混合器421处理的气体由排风机428排出。在第一处理塔的混合器420中,处理气体以与吸收液并流的方式得到处理,在第二处理塔的混合器421中,处理气体以与吸收液逆向流动的方式得到处理。

Claims (3)

1.一种混合器元件,具有液体流通的筒状通路管和配设在通路管内侧的复数个叶片,所述叶片按顺时针或逆时针方向作螺旋状扭曲,于通路管的内部形成复数个在通路管的纵向作螺旋状延伸的流体通路,叶片之间的间隙成为连接上述流体通路的开口,其特征在于,所述叶片为多孔体或多孔质体。
2.如权利要求1所述的混合器元件的制造方法,其特征在于,具有在筒状通路管的内壁接合复数个螺旋状叶片、于通路管内形成由上述叶片分隔的流体通路并在叶片之间形成连接上述流体通路的开口的工序。
3.如权利要求2所述的方法,其特征在于,具有将复数个接合有上述叶片的通路管纵向接合、连接的工序。
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