CN105645510A - 一种带有导向体构件的环流反应器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带有导向体构件的环流反应器，包括外筒以及设置在外筒内腔的导流筒，在外筒的上部开有出水口，在导流筒的下方或者底端两壁之间设置有与进水管道连通的空化喷头，在导流筒内腔设置有导向体，导向体位于空化喷头的上方且与空化喷头的喷射端正对；本发明是在超声振动作用与狭缝射流作用下产生协同效果，产生大量自由基，使设备的水力空化能耗降低，超声空化强度大大提高，强化了污水处理能力，有效提高水力空化降解有机污染物的能力，同时利用导向体分散了液体中气体分布，防止液体中气体的聚集，进一步提高了气液接触面积，本发明还具有操作方便、易于管理，成本低，技术结构简单等优点，适于工业化推广应用。

Description

一种带有导向体构件的环流反应器

技术领域

本发明属于液态流体空化发生装置研究技术领域，特别涉及一种利用水力声空化强化降解处理有机污染物废水的带有导向体构件的环流反应器。

背景技术

随着人口的增长,社会经济的不断发展,污水的排放量与日俱增,水污染问题已对人类生存和社会发展构成了越来越严重的威胁,防止水体恶化,保护水资源,已经成为人类共同追求的目标。传统的处理方法在防治水体污染方面已经并正在发挥着重要的作用。但由于废水量的不断增加,组成成份的日趋复杂,对废水处理的日趋严格,传统的处理方法在多功能性,高效稳定性,和经济合理性方面难以满足不断提高的环境要求，因此高环境的要求需要有新的技术为之配套。

气升式环流反应器以气体为推动力实现水的循环流动,无需机械搅拌和泵提升,不仅结构简单,而且能耗低,被广泛用于生物、化工及环境领域。传统气升式环流反应器中，气泡上升过程中不断聚并变大，带来两个不利影响：1)大气泡受到的浮力大而曳力小，不能被环流带到下降段，使下降段、尤其是底部气含率非常小；2)气液界面积减小，对传质不利。

空化作为一种物理方法处理污水技术，具有高效能，成本低，并具有不产生二次污染，被称为“绿色水处理”，受到了广泛的关注。而目前研究比较多的主要是超声宝化和水力空化。近年来,对超声空化技术的化学反应的深人研究发现其在特种污水处理方面效果明显，

然而，超声空化虽然空化强度高，但在总能耗中只有5％～10％用于空化，其余90％～95％的能量是以热能的形式使系统升温，这使得超声空化的应用受到极大的限制，难以实现工业化。随着水力空化进入人们的事业,我们发现水力空化在污水处理方面潜力巨大，具有简便易行、能耗低、效率高等特点，从能效和规模化方面比较，水力空化技术比超声空化技术更具有优势，但水力空化具有空化强度低的缺点，因此设计一种具有超声空化强度高，水力空化能耗低、效率高的水力声空化环流设备就显得尤为重要.

发明内容

为了克服传统水力空化技术所存在的不足，本发明提供了一种有效防止气泡聚集、保证气液混合性能好、超声空化强度高、处理能力强的带有导向体构件的环流反应器。

本发明为了实现上述目的所采用的技术方案是：该带有导向体构件的环流反应器，包括外筒以及设置在外筒内腔的导流筒，在外筒的上部开有出水口，在导流筒的下方或者底端两壁之间设置有与进水管道连通的空化喷头，在导流筒内腔设置有导向体，导向体位于空化喷头的上方且与空化喷头的喷射端正对；

所述空化喷头是由第一固定板、第二固定板以及设置在第一固定板、第二固定板之间的连接杆、第一喷嘴、第二喷嘴、振动杆组成，第一固定板和第二固定板通过连接杆连接，在第一固定板和第二固定板的中心位置分别设置有与进水管道连通的第一喷嘴和第二喷嘴，第一喷嘴与第二喷嘴的喷口相对并且其中心轴在同一条直线上，在第一喷嘴的外侧沿着圆周方向设置有振动杆，振动杆的另一端与第二固定板固定并且与第一喷嘴、第二喷嘴的中心轴平行。

上述第一喷嘴和第二喷嘴均是收敛型结构，第一喷嘴和第二喷嘴的入口直径D与出口直径d之间满足：D/d＝1:0.4～0.7，第一喷嘴与第二喷嘴之间的间距L为1.5～4.0mm。

上述导向体距离第一喷嘴和第二喷嘴的出水端口的垂直间距是50～100mm，保证气泡分散效果好。

上述导向体的长半轴与短半轴之间的比值是6:1～12:1。

上述振动杆是沿着第一喷嘴和第二喷嘴的外围在同一圆周上均匀分布。

上述第一喷嘴和第二喷嘴的外壁与振动杆之间的间距H是0.5～1.5mm。

上述第一喷嘴和第二喷嘴均是由锥形段和直管段组成，其锥形段的长度是32～38mm，直管段的长度是2～5mm。

上述第一喷嘴和第二喷嘴的外壁距离外筒底部的最小高度是10cm。

本发明的带有导向体构件的环流反应器，液体经相对设立的第一喷嘴和第二喷嘴喷射后形成相对射流，发生撞击，在撞击面上会产生波动压力，引起振动杆振动产生超声波作用在周围水体上，在超声波作用下产生大量自由基，使设备的水力空化能耗降低，超声空化强度大大提高，强化了污水处理能力，有效提高水力空化降解有机污染物的能力，同时在撞击面上产生大量的微气泡，在超声波作用下发生空化，微气泡随着液体向上运动进入导流筒导流筒内导向体的存在分散了液体中气体分布，有利于防止液体中气体的聚集，进一步提高了气液接触面积，同时，筒内液体与气体接触后其气含率高于导流筒外气含率，筒中两相混合物的密度较低，这种密度差形成了一个推动力，推动环流反应器内流体形成导流筒内向上、外环向下的循环流动，实现气液间的进一步混合，增强了气液间的传质和传热效果，此外，本发明还具有操作方便、易于管理，成本低，技术结构简单等优点，适于工业化推广应用。

附图说明

图1为实施例1的环流反应器结构示意图。

图2为图1中空化喷头5的结构示意图。

图3为实施例2的环流反应器结构示意图。

具体实施方式

现结合附图和实施例对本发明的技术方案进行进一步说明。

实施例1

由图1可知，本实施例的带有导向体构件的环流反应器是由外筒1、导流筒2、导向体3、空化喷头5以及固定杆4组成。

本实施例的外筒1是直径为60cm的圆筒结构，在该外筒1的上部侧壁上开有出水口，在外筒1的内腔距离外筒1底部45cm的位置通过固定杆4和螺纹紧固件固定安装有一个直径为50cm的导流筒2，该导流筒2的中心轴与外筒1的中心轴重合，导流筒2的下端口距离外筒1底部的高度是20cm，在导流筒2的正下方通过焊接在外筒1内壁上的固定杆4固定安装有空化喷头5，参见图2。

本实施例的空化喷头5是由第一固定板5-1、连接杆5-2、第一喷嘴5-3、第二固定板5-6、第二喷嘴5-5和振动杆5-4连接构成。其中，第一固定板5-1和第二固定板5-6之间通过焊接方式连接的连接杆5-2固定，均采用不锈钢材质，为了保证连接稳定，连接杆5-2分布在第一固定板5-1和第二固定板5-6的边沿处并且在同一圆周上均匀分布。在第一固定板5-1的中心位置加工有中心安装孔，在中心安装孔内用螺纹方式安装有与延伸至外筒1外部的进水管道连通的第一喷嘴5-3，本实施例的第一喷嘴5-3的外部是直管结构，内部是由锥形管段和直管段连接形成收敛型流道，第一喷嘴5-3的中心轴与外筒1的中心轴垂直，第一喷嘴5-3内部的锥形管段长度是34mm，进水端口的内径D为8mm，出水端口的内径d为4mm，d/D＝0.5，直管段连接在锥形管段的出口端，直管段的内径是4mm，长度是4mm。在第一固定板5-11盘面上第一喷嘴5-3的外侧焊接有振动杆5-4，振动杆5-4是4个，在第一喷嘴5-3的外侧同一圆周上均匀分布，该振动杆5-4的另一端焊接在第二固定板5-6上且与第一喷嘴5-3的中心轴平行，振动杆5-4的直径是1.5mm，长度为78mm，必须保证是细长杆状，振动杆5-4距第一喷嘴5-3外壁的径向距离H是1mm。

在第二固定板5-6的中心位置加工有中心安装孔，在中心安装孔内用螺纹方式安装有与第一喷嘴5-3并列连接在进水管道上的第二喷嘴5-5，第二喷嘴5-5与第一喷嘴5-3的喷口相对且喷口之间的水平间距L是2mm，第二喷嘴5-5与第一喷嘴5-3关于导流筒2的中心轴对称。本实施例的第二喷嘴5-5与第一喷嘴5-3的结构相同且进水方向相对，该第二喷嘴5-5的外部也是直管结构，内部是由锥形管段和直管段连接形成收敛型流道，锥形管段长度是34mm，进水端口的内径D为8mm，出水端口的内径d为4mm，d/D＝0.5，直管段连接在锥形管段的出口端，直管段的内径是4mm，长度是4mm。

为了保证第一喷嘴5-3和第二喷嘴5-5所产生的射流不受外筒1底部的冲击，保证第一喷嘴5-3和第二喷嘴5-5距离外筒底部的高度最小为10cm，本实施例控制在13cm的高度位置。

本实施例在导流筒2的内腔距离第一喷嘴5-3的出水端口是50mm的高度位置固定有导向体3，该导向体3是椭圆体结构，竖向安装，其外壁通过固定杆4与导流筒2的内壁固定，防止其随着液体悬浮，本实施例的导向体3安装在导流筒2的中心轴上，导向体3的长轴与导流筒2的中心轴重合，且本实施例中导向体3的长半轴是300mm，短半轴是50mm。

本实施例的第一喷嘴5-3和第二喷嘴5-5通过管接头6与延伸至外筒1外部的进水管道连通，即形成并列管路，水流通过第一喷嘴4-2和第二喷嘴4-3的收敛型通道形成相对方向的射流，喷射出后产生撞击，在撞击面上产生波动压力，向外辐射，引起外侧振动杆5-4振动发声，产生大量微气泡，气泡随着液体向上运动进入导流筒2，遇到导向体3后分散，沿着导向体3的外壁扩散，有效防止液体中气体的聚集，进一步提高了气液接触面积，同时，导流筒2内液体与气体接触后其气含率高于导流筒2外的气含率，导流筒2中两相混合，密度较低，在导流筒2顶部气液混合，与导流筒2外侧形成密度差，形成导流筒2内向上、外环向下的循环流动，实现气液间的进一步混合，增强了气液间的传质和传热效果。

实施例2

参见图2，本实施例中，在外筒1的内腔通过固定杆4和螺纹紧固件固定安装有一个直径为46cm的导流筒2，导流筒2的下端口距离外筒1底部的高度是20cm，在导流筒2在导流筒2的底端相对的两侧壁上加工有圆形安装孔，在圆形安装孔上分别用螺纹方式安装有2个相对设置的接头6，接头6之间通过空化喷头5连通，接头6的另一端分别与延伸至外筒1外部的进水管道连通。

本实施例的空化喷头5是由第一固定板5-1、连接杆5-2、第一喷嘴5-3、第二固定板5-6、第二喷嘴5-5和振动杆5-4连接构成。其中，第一固定板5-1和第二固定板5-6之间通过焊接方式连接的连接杆5-2固定，均采用不锈钢材质，为了保证连接稳定，连接杆5-2分布在第一固定板5-1和第二固定板5-6的边沿处并且在同一圆周上均匀分布。在第一固定板5-1的中心位置加工有中心安装孔，在中心安装孔内用螺纹方式安装有第一喷嘴5-3，第一喷嘴5-3通过安装在导流筒2上的接头6与进水管道连通。本实施例的第一喷嘴5-3的外部是直管结构，内部是由锥形管段和直管段连接形成收敛型流道，第一喷嘴5-3的中心轴与外筒1的中心轴垂直，且第一喷嘴5-3的外壁距离外筒1底部的高度是15cm，第一喷嘴5-3内部的锥形管段长度是32mm，进水端口的内径D为8mm，出水端口的内径d为3.2mm，d/D＝0.4，直管段连接在锥形管段的出口端，直管段的内径是3.2mm，长度是6mm。在第一固定板5-11盘面上第一喷嘴5-3的外侧焊接有振动杆5-4，振动杆5-4是4个，在第一喷嘴5-3的外侧同一圆周上均匀分布，该振动杆5-4的另一端焊接在第二固定板5-6上且与第一喷嘴5-3的中心轴平行，振动杆5-4的直径是2mm，长度为76mm，必须保证是细长杆状，振动杆5-4距第一喷嘴5-3外壁的径向距离H是1.5mm。

在第二固定板5-6的中心位置加工有中心安装孔，在中心安装孔内用螺纹方式安装有与第一喷嘴5-3并列连接在进水管道上的第二喷嘴5-5，第二喷嘴5-5与第一喷嘴5-3的喷口相对且喷口之间的水平间距L是1.5mm，第二喷嘴5-5与第一喷嘴5-3关于导流筒2的中心轴对称。本实施例的第二喷嘴5-5与第一喷嘴5-3的结构相同且进水方向相对，该第二喷嘴5-5的外部也是直管结构，内部是由锥形管段和直管段连接形成收敛型流道，锥形管段长度是32mm，进水端口的内径D为8mm，出水端口的内径d为3.2mm，d/D＝0.4，直管段连接在锥形管段的出口端，直管段的内径是3.2mm，长度是6mm。

为了保证第一喷嘴5-3和第二喷嘴5-5所产生的射流不受外筒1底部的冲击，保证第一喷嘴5-3和第二喷嘴5-5距离外筒底部的高度为10cm。

本实施例在导流筒2的内腔距离第一喷嘴5-3的出水端口是100mm的高度位置固定有导向体3，该导向体3是椭圆体结构，竖向安装，其外壁通过固定杆4与导流筒2的内壁固定，防止其随着液体悬浮，本实施例的导向体3安装在导流筒2的中心轴上，导向体3的长轴与导流筒2的中心轴重合，且本实施例中导向体3的长半轴是400mm，短半轴是50mm。

其他的部件及其连接关系与实施例1相同。

实施例3

本实施例中，在外筒1的内腔通过固定杆4和螺纹紧固件固定安装有一个直径为48cm的导流筒2，该导流筒2的中心轴与外筒1的中心轴重合，在导流筒2的正下方通过焊接在外筒1内壁的固定杆4固定安装有空化喷头5。

本实施例的空化喷头5是由第一固定板5-1、连接杆5-2、第一喷嘴5-3、第二固定板5-6、第二喷嘴5-5和振动杆5-4连接构成。其中，第一固定板5-1和第二固定板5-6之间通过焊接方式连接的连接杆5-2固定，均采用不锈钢材质，为了保证连接稳定，连接杆5-2分布在第一固定板5-1和第二固定板5-6的边沿处并且在同一圆周上均匀分布。在第一固定板5-1的中心位置加工有中心安装孔，在中心安装孔内用螺纹方式安装有第一喷嘴5-3，第一喷嘴5-3与进水管道连通。本实施例的第一喷嘴5-3的外部是直管结构，内部是由锥形管段和直管段连接形成收敛型流道，第一喷嘴5-3的中心轴与外筒1的中心轴垂直，且第一喷嘴5-3的外壁距离外筒1底部的高度是10cm，第一喷嘴5-3内部的锥形管段长度是38mm，进水端口的内径D为8mm，出水端口的内径d为5.6mm，d/D＝0.7，直管段连接在锥形管段的出口端，直管段的内径是5.6mm，长度是2mm。在第一固定板5-11盘面上第一喷嘴5-3的外侧焊接有振动杆5-4，振动杆5-4是5个，在第一喷嘴5-3的外侧同一圆周上均匀分布，该振动杆5-4的另一端焊接在第二固定板5-6上且与第一喷嘴5-3的中心轴平行，振动杆5-4的直径是3mm，长度为82mm，必须保证是细长杆状，振动杆5-4距第一喷嘴5-3外壁的径向距离H是0.5mm。

在第二固定板5-6的中心位置加工有中心安装孔，在中心安装孔内安装有与第一喷嘴5-3并列连接在进水管道上的第二喷嘴5-5，第二喷嘴5-5与第一喷嘴5-3的喷口相对且喷口之间的水平间距L是4mm，第二喷嘴5-5与第一喷嘴5-3关于导流筒2的中心轴对称。本实施例的第二喷嘴5-5与第一喷嘴5-3的结构相同且进水方向相对，该第二喷嘴5-5的外部也是直管结构，内部是由锥形管段和直管段连接形成收敛型流道，锥形管段长度是38mm，进水端口的内径D为8mm，出水端口的内径d为5.6mm，d/D＝0.7，直管段连接在锥形管段的出口端，直管段的内径是5.6mm，长度是2mm。

为了保证第一喷嘴5-3和第二喷嘴5-5所产生的射流不受外筒1底部的冲击，保证第一喷嘴5-3和第二喷嘴5-5距离外筒底部的高度为15cm。

本实施例在导流筒2的内腔距离第一喷嘴5-3的出水端口是80mm的高度位置固定有导向体3，该导向体3是椭圆体结构，竖向安装，其外壁通过固定杆4与导流筒2的内壁固定，防止其随着液体悬浮，本实施例的导向体3安装在导流筒2的中心轴上，导向体3的长轴与导流筒2的中心轴重合，且本实施例中导向体3的长半轴是600mm，短半轴是50mm。

其他的部件及其连接关系与实施例1相同。

本发明的空化喷头5和导流体3的安装可以根据外筒1、导流筒2的规格进行调整，并且空化喷头5的第一喷嘴5-3、第二喷嘴5-5以及振动杆5-4的设计尺寸以及间距均可根据实际水处理量以及处理要求进行调整。

Claims (8)

1.一种带有导向体构件的环流反应器，包括外筒(1)以及设置在外筒(1)内腔的导流筒(2)，在外筒(1)的上部开有出水口，其特征在于：在导流筒(2)的下方或者底端两壁之间设置有与进水管道连通的空化喷头(5)，在导流筒(2)内腔设置有导向体(3)，导向体(3)位于空化喷头(5)的上方且与空化喷头(5)的喷射端正对；

所述空化喷头(5)是由第一固定板(5-1)、第二固定板(5-6)以及设置在第一固定板(5-1)、第二固定板(5-6)之间的连接杆(5-2)、第一喷嘴(5-3)、第二喷嘴(5-5)、振动杆(5-4)组成，第一固定板(5-1)和第二固定板(5-6)通过连接杆(5-2)连接，在第一固定板(5-1)和第二固定板(5-6)的中心位置分别设置有与进水管道连通的第一喷嘴(5-3)和第二喷嘴(5-5)，第一喷嘴(5-3)与第二喷嘴(5-5)的喷口相对并且其中心轴在同一条直线上，在第一喷嘴(5-3)的外侧沿着圆周方向设置有振动杆(5-4)，振动杆(5-4)的另一端与第二固定板(5-6)固定并且与第一喷嘴(5-3)、第二喷嘴(5-5)的中心轴平行。

2.根据权利要求1所述的带有导向体构件的环流反应器，其特征在于：所述第一喷嘴(5-3)和第二喷嘴(5-5)均是收敛型结构，第一喷嘴(5-3)和第二喷嘴(5-5)的入口直径D与出口直径d之间满足：D/d＝1:0.4～0.7，第一喷嘴(5-3)与第二喷嘴(5-5)之间的间距L为1.5～4.0mm。

3.根据权利要求1所述的带有导向体构件的环流反应器，其特征在于：所述导向体(3)距离第一喷嘴(5-3)和第二喷嘴(5-5)的出水端口的垂直间距是50～100mm。

4.根据权利要求1所述的带有导向体构件的环流反应器，其特征在于：所述导向体(3)的长半轴与短半轴之间的比值是6:1～12:1。

5.根据权利要求1所述的带有导向体构件的环流反应器，其特征在于：所述振动杆(5-4)是沿着第一喷嘴(5-3)和第二喷嘴(5-5)的外围在同一圆周上均匀分布。

6.根据权利要求1所述的带有导向体构件的环流反应器，其特征在于：所述第一喷嘴(5-3)和第二喷嘴(5-5)的外壁与振动杆(5-4)之间的间距H是0.5～1.5mm。

7.根据权利要求1所述的带有导向体构件的环流反应器，其特征在于：所述第一喷嘴(5-3)和第二喷嘴(5-5)均是由锥形段和直管段组成，其锥形段的长度是32～38mm，直管段的长度是2～5mm。

8.根据权利要求1所述的带有导向体构件的环流反应器，其特征在于：所述第一喷嘴(5-3)和第二喷嘴(5-5)的外壁距离外筒(1)底部的最小高度是10cm。