CN107572653B - 无堵塞穿透混合旋流管式反应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无堵塞穿透混合旋流管式反应器，无堵塞穿透混合旋流管式反应器包括：外壳、支撑件、多个无堵塞穿透混合旋流管式反应单元、主反应物料进出口接管和辅反应物料进出口接管。其中，无堵塞穿透混合旋流管式反应单元包括反应单元管和设在反应单元管内的镶入焊接斜置强化件，镶入焊接斜置强化件的延伸方向的边缘的至少一部分形成有强化件倒角和/或强化件圆角以防止反应物料中的杂物挂卡在镶入焊接斜置强化件上。根据本发明的无堵塞穿透混合旋流管式反应器，主反应物料与添加物料可实现自搅拌充分混合，反应均匀且高效，有效地防止反应物料堵塞，可实现反应器的长周期安全可靠高效运行。

Description

无堵塞穿透混合旋流管式反应器

技术领域

本发明涉及污水或污泥处理技术领域，特别是涉及一种无堵塞穿透混合旋流管式反应器。

背景技术

相关技术中，湿式氧化工艺用于城镇污水污泥处理，特别是部分湿式氧化的Wetox工艺，是一种洁净且资源可最大化利用的先进工艺。部分湿式氧化的Wetox工艺:采用一种卧式反应釜(罐)，反应釜内设置4-6个连续搅拌的阶梯降液的槽池，每个槽池还设置了搅拌和曝气装置。

然而，上述卧式反应釜也存在一些不足：其一，承压受限(一般为2MPa左右)，工艺参数(温度、压力)偏低，难以实现更高承压和温度的工艺参数，如亚临界和超临界水氧化工艺，使得反应效率偏低和反应时间过长；其二，设置了多个机械搅拌，搅拌很容易出现泄露、故障甚至安全事故，槽池的搅拌也存在不充分和不均等，影响反应效率和反应时间，能耗也增加；其三，反应釜内设置的多个连续搅拌的阶梯降液的槽池，其槽池内还存在低速区、涡流死区等，特别是对于污泥的高粘性和粘结性等，严重影响了总反应效率也延长了反应时间，以及严重影响了反应产物的质量，由于上述原因等，使得其反应效率较低，反应时间较长；其四，反应效率较低和反应时间较长，也使得其结构尺寸较大和占地面积较大，设备投资偏高。

另外，尽管污泥预处置工艺中设置了杂物过滤工艺，但依然不可避免有部分杂物残留在污泥中，如毛发、塑料袋、编织袋、树枝、树叶等，这些杂物特别是纤维类杂物很容易堵塞常规的管式、罐式、塔式反应器，造成常规的管式、罐式、塔式反应器基本难以正常运行。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种无堵塞穿透混合旋流管式反应器，所述无堵塞穿透混合旋流管式反应器可显著提高反应速率，且可有效地防止物料堵塞，具有优良的安全可靠性，可实现污泥湿式氧化反应器的长周期安全可靠高效运行。

根据本发明实施例的无堵塞穿透混合旋流管式反应器，包括：外壳；支撑件，所述支撑件设在所述外壳内；多个无堵塞穿透混合旋流管式反应单元，所述多个无堵塞穿透混合旋流管式反应单元设在所述支撑件上且依次相连；主反应物料进出口接管，所述主反应物料进出口接管包括主反应物料进口接管和主反应物料出口接管，所述主反应物料进口接管设在所述无堵塞穿透混合旋流管式反应器的入口处并与所述无堵塞穿透混合旋流管式反应单元连通，所述主反应物料出口接管设在所述无堵塞穿透混合旋流管式反应器的出口处并与所述无堵塞穿透混合旋流管式反应单元连通；辅反应物料进出口接管，所述辅反应物料进出口接管包括添加物料进口接管和反应气出口接管，所述添加物料进口接管与所述无堵塞穿透混合旋流管式反应单元连通，所述反应气出口接管与所述无堵塞穿透混合旋流管式反应单元连通；其中，所述无堵塞穿透混合旋流管式反应单元包括反应单元管和设在所述反应单元管内的镶入焊接斜置强化件，所述镶入焊接斜置强化件的延伸方向的边缘的至少一部分形成有强化件倒角和/或强化件圆角以防止反应物料中的杂物挂卡在所述镶入焊接斜置强化件上。

根据本发明实施例的无堵塞穿透混合旋流管式反应器，主反应物料与添加物料可实现自搅拌充分混合，反应均匀且高效，有效地防止反应物料堵塞，可实现反应器的长周期安全可靠高效运行。

另外，根据本发明上述实施例的无堵塞穿透混合旋流管式反应器还具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一些实施例，无堵塞穿透混合旋流管式反应器还包括：反应单元间连接件，所述反应单元间连接件设在相邻的两个无堵塞穿透混合旋流管式反应单元之间以连接多个所述无堵塞穿透混合旋流管式反应单元。

根据本发明的一些实施例，所述镶入焊接斜置强化件包括：强化件流体作用部，所述强化件流体作用部相对于所述反应单元管的轴线倾斜布置；强化件焊接部，所述强化件焊接部与所述强化件流体作用部相连，且所述镶入焊接斜置强化件通过所述强化件焊接部与所述反应单元管焊接。

进一步地，所述反应单元管上设有贯穿的槽孔，且所述强化件焊接部适于插入所述槽孔与所述反应单元管焊接。

进一步地，所述强化件焊接部包括一个或多个，所述槽孔与所述强化件焊接部一一对应。

可选地，所述镶入焊接斜置强化件还包括：强化件插入管内直部，所述强化件插入管内直部形成于所述强化件流体作用部与所述强化件焊接部之间，所述强化件插入管内直部插入所述反应单元管内的距离不大于3mm以防止反应物料中纤维类杂物挂在所述强化件插入管内直部上。

可选地，所述反应单元管的内径的一半为R，所述强化件流体作用部朝向所述反应单元管内凸出的最大高度为h，且满足：h/R≧0.2且h/R≦0.8。

根据本发明的一些实施例，所述强化件倒角的角度C不大于60°。

根据本发明的一些实施例，所述镶入焊接斜置强化件包括多个，且多个所述镶入焊接斜置强化件在所述反应单元管内间隔开且相对于所述反应单元管的轴线倾斜布置。

进一步地，多个所述镶入焊接斜置强化件在所述反应单元管内呈螺旋状布置或在所述反应单元管的周向上对称布置。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的无堵塞穿透混合旋流管式反应器的结构示意图；

图2是图1的侧视结构示意图；

图3是根据本发明实施例的无堵塞穿透混合旋流管式反应单元的横截面结构示意图；

图4是根据本发明实施例的无堵塞穿透混合旋流管式反应单元的局部剖视三维结构示意图；

图5是图4中镶嵌焊接强化件的螺旋展开连接结构示意图；

图6是另一种镶入焊接斜置强化件的展开连接结构示意图；

图7是又一种镶入焊接斜置强化件的展开连接结构示意图；

图8是再一种镶入焊接斜置强化件的展开连接结构示意图；

图9是还一种镶入焊接斜置强化件的展开连接结构示意图。

附图标记：

100：无堵塞穿透混合旋流管式反应器；

1：外壳；

2：支撑件；

3：无堵塞穿透混合旋流管式反应单元；31：反应单元管；32：镶入焊接斜置强化件；321：强化件流体作用部；322：强化件焊接部；323：强化件倒角；324：强化件圆角；325：强化件插入管内直部；326：镶入焊接斜置强化件32与反应单元管31的连接焊缝；

4：主反应物料进出口接管；41：主反应物料进口接管；42：主反应物料出口接管；

5：辅反应物料进出口接管；51：添加物料进口接管；52：反应气出口接管；

6：反应单元间连接件；

7：保温件；

A：镶入焊接斜置强化件与反应单元管轴线的倾斜角；

h：强化件流体作用部最大高度；

R：反应单元管管内半径；

C：倒角角度。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“高度”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

随着我国城镇化的不断推进和环境保护要求的不断提高，污水和污泥的处理越来越受到重视。污水污泥处理的湿式氧化工艺(Wet Air Oxidation，简称WAO)，是在高温(150℃-370℃)、高压(0.2-20MPa)下，利用氧化剂与催化剂(如空气中的氧、臭氧、过氧化氢等氧化剂，Cu系、Mn系、Fe系及复合催化剂)将污水污泥中的有机物氧化成二氧化碳和水等，从而达到去除污染物的目的。

尽管污泥预处置工艺中设置了杂物过滤工艺，但依然不可避免有部分杂物残留在污泥中，如毛发、塑料袋、编织袋、树枝、树叶等，这些杂物特别是纤维类杂物很容易造成反应器流道堵塞。为此，本发明提出了一种无堵塞穿透混合旋流管式反应器100。

下面结合附图描述根据本发明实施例的无堵塞穿透混合旋流管式反应器100。

如图1-图9所示，根据本发明实施例的无堵塞穿透混合旋流管式反应器100，包括：外壳1、支撑件2、多个无堵塞穿透混合旋流管式反应单元3、主反应物料进出口接管4以及辅反应物料进出口接管5。

具体而言，支撑件2设在外壳1内；多个无堵塞穿透混合旋流管式反应单元3设在支撑件2上，并且多个无堵塞穿透混合旋流管式反应单元3可以通过反应单元间连接件6依次相连(连通)。使得待反应物料可以依次经由多个无堵塞穿透混合旋流管式反应单元3充分反应后再进一步排出。

无堵塞穿透混合旋流管式反应单元3的数量，是根据待反应物料的成分、反应后产物的性能要求、反应参数(主要为温度和压力)、反应添加物性质等情况确定。

主反应物料进出口接管4包括主反应物料进口接管41和主反应物料出口接管42，主反应物料进口接管41设在无堵塞穿透混合旋流管式反应器100的入口处，并且主反应物料进口接管41与无堵塞穿透混合旋流管式反应单元3连通，主反应物料出口接管42设在无堵塞穿透混合旋流管式反应器100的出口处，并且主反应物料出口接管42与无堵塞穿透混合旋流管式反应单元3连通。

所述的主反应物料是指需要进行湿式氧化反应的待反应主物料及其反应后主产物，如污水或者污泥，本实施例的待反应主物料为污泥，反应后主产物为湿式氧化反应后的反应后污泥，反应后主产物待后续处置工艺(如过滤脱水等)进一步处置。

辅反应物料进出口接管5包括添加物料进口接管51和反应气出口接管52，添加物料进口接管51与无堵塞穿透混合旋流管式反应单元3连通，反应气出口接管52与无堵塞穿透混合旋流管式反应单元3连通。

所述的辅反应物料是指向所述主反应物料中添加的氧化剂与催化剂物料(如空气、由空气制备的富氧空气、臭氧、过氧化氢等氧化剂，Cu系、Mn系、Fe系及复合催化剂，简称添加物料)及其反应后气体产物(如CO₂、N₂、过剩O₂等，简称反应气)。

其中，无堵塞穿透混合旋流管式反应单元3包括反应单元管31和设在反应单元管31内的镶入焊接斜置强化件32，镶入焊接斜置强化件32的延伸方向的边缘的至少一部分形成有强化件倒角323和/或强化件圆角324以防止反应物料中的杂物挂卡在镶入焊接斜置强化件32上。

无堵塞穿透混合旋流管式反应单元3的承压部件为反应单元管31，且由于实现了物料充分的自搅拌，无需设置类似搅拌器的转动部件，管道式结构的反应单元管31可以承受超高压和高温(如可实现亚临界和超临界水氧化工艺参数)，显著提高了反应速率和缩减了反应时间，而且安全可靠，可以实现长周期、安全、无泄露、稳定、高效运行。

具体地，无堵塞穿透混合旋流管式反应单元3包括反应单元管31和镶入焊接斜置强化件32，镶入焊接斜置强化件32设在反应单元管31内，在镶入焊接斜置强化件32的延伸方向的边缘的至少一部分形成有强化件倒角323和/或强化件圆角324。由此，可以防止反应物料中的杂物挂卡在镶入焊接斜置强化件32上。

为了防止反应物料中的杂物挂卡在镶入焊接斜置强化件32上，在镶入焊接斜置强化件32进行倒角和/或圆角，如图5和图6所示的镶入焊接斜置强化件32的强化件倒角323，及图7至图9所示的镶入焊接斜置强化件32的强化件圆角324。

例如，在流体的流动方向上，镶入焊接斜置强化件32的边缘可以形成有强化件倒角323和/或强化件圆角324；当然，也可以在镶入焊接斜置强化件32的延伸方向的边缘处均设有强化件倒角323和/或强化件圆角324等。由此，可以防止反应物料中的杂物挂卡在镶入焊接斜置强化件32上，从而能够避免反应器发生堵塞，提高反应器的使用可靠性。

根据本发明实施例的无堵塞穿透混合旋流管式反应器100，通过设置在反应单元管31上的镶入焊接斜置强化件32，使得流过反应单元管31内的流体在镶入焊接斜置强化件32的作用下流动，且主反应物料与添加物料可实现自搅拌充分混合，反应均匀且高效。另外，通过在镶入焊接斜置强化件32的延伸方向的边缘的至少一部分形成有强化件倒角323和/或强化件圆角324，能够有效地防止反应物料堵塞，可实现无堵塞穿透混合旋流管式反应器100的长周期安全可靠高效运行。

参照图2并结合图1，根据本发明的一些实施例，无堵塞穿透混合旋流管式反应器100还包括：反应单元间连接件6，反应单元间连接件6可以包括弯头、三通等管件。反应单元间连接件6设在相邻的两个无堵塞穿透混合旋流管式反应单元3之间以连接多个无堵塞穿透混合旋流管式反应单元3。也就是说，无堵塞穿透混合旋流管式反应单元3之间由反应单元间连接件6连接，通过反应单元间连接件6便于将多个无堵塞穿透混合旋流管式反应单元3连接起来，有利于减小无堵塞穿透混合旋流管式反应器100的占地面积，缩小占用空间。

参照图4和图5，根据本发明的一些实施例，镶入焊接斜置强化件32包括：强化件流体作用部321以及强化件焊接部322。

具体地，强化件流体作用部321相对于反应单元管31的轴线倾斜布置。这里，强化件流体作用部321可以形成为平面、复杂型面或光滑曲面等。强化件焊接部322与强化件流体作用部321相连，并且镶入焊接斜置强化件32可以通过强化件焊接部322与反应单元管31焊接。

其中，置于反应单元管31内的强化件流体作用部321与反应单元管31的轴线斜置(螺旋斜置或者平面斜置)，镶入焊接斜置强化件32与反应单元管31的轴线的倾斜角为A。所述倾斜角为A可以在15°至60°的范围内。由此，可以使反应物料在反应单元管31流动的过程中产生强烈的旋转混合，有利于反应物料的充分混合，提高反应效率，防止物料沉积粘接反应单元管31内壁。

其中，所述倾斜角为A可以为15°、30°、45°或60°等，所述倾斜角为A可以根据实际需要适应性设置。

进一步地，反应单元管31上设有贯穿的槽孔(未示出)，且强化件焊接部322适于插入所述槽孔与反应单元管31焊接。由此，通过强化件焊接部322与所述槽孔的配合可以实现镶入焊接斜置强化件32与反应单元管31之间的焊接。

在反应单元管31上设置穿透其内外壁的槽孔(例如槽或孔等)，镶入焊接斜置强化件32的强化件焊接部322镶入反应单元管31上设置的穿透其内外壁的槽孔中，并焊接连接，且焊接处经焊接后保证反应单元管31内外不被连通且具有承压能力。

更进一步地，参照图6至图9，强化件焊接部322包括一个或多个，所述槽孔与强化件焊接部322一一对应。通过强化件焊接部322与所述槽孔的配合，易于实现镶入焊接斜置强化件32与反应单元管31之间的焊接，焊接处经焊接连接后反应单元管31内外不连通且保证其承压能力。

例如，在图6、图7以及图9的示例中，强化件焊接部322包括一个，所述槽孔与强化件焊接部322相适配。在图8的示例中，强化件焊接部322包括两个，且两个强化件焊接部322在反应单元管31的轴向间隔开，所述槽孔包括两个并与强化件焊接部322相适配。强化件焊接部322以及所述槽孔的个数及设置方式可以根据实际需要适应性设置。

由此，通过设置在反应单元管31上的镶入焊接斜置强化件32，使得流过反应单元管31内的流体在镶入焊接斜置强化件32的强化件流体作用部321的作用下产生强烈穿透性的螺旋旋转流动，使得主反应物料与添加物料充分自搅拌混合，流动均匀无涡流死区，实现了物料充分的自搅拌，因而使得物料反应均匀且高效；在显著强化反应过程的同时，也使得物料不易沉积、粘接反应单元管31内壁面，消除了因物料沉积、粘接而堵塞反应单元管31。

具体地，无堵塞穿透混合旋流管式反应单元3包括反应单元管31和多个设在反应单元管31上的镶入焊接斜置强化件32。镶入焊接斜置强化件32包括镶入反应单元管31管壁并与反应单元管31焊接连接的强化件焊接部322，以及置于反应单元管31内的强化件流体作用部321。

根据本发明的一些实施例，镶入焊接斜置强化件32可以为斜置的扭曲板状，如图4至图6所示；镶入焊接斜置强化件32可以为斜置的平板状，如图7和图8所示；镶入焊接斜置强化件32可以为斜置的杆状，如图9所示。

进一步地，镶入焊接斜置强化件32的强化件流体作用部321，设置在反应单元管31内，强化件流体作用部321可以为斜置的扭曲板状，如图4至图6所示；强化件流体作用部321可以为斜置的平板状，如图7和图8所示；强化件流体作用部321可以为斜置的杆状，如图9所示。

根据本发明的一些实施例，镶入焊接斜置强化件32的强化件焊接部322可以为斜置的扭曲板状，如图4至图6所示，相应的反应单元管31上设置对应贯穿的斜置扭曲槽道；镶入焊接斜置强化件32可以为斜置的平板状，如图7所示，相应的反应单元管31上设置对应贯穿的斜置直槽道；镶入焊接斜置强化件32可以为斜置的杆状，如图8和图9所示，相应的反应单元管31上设置对应贯穿的孔。镶入焊接斜置强化件32的强化件焊接部322与相对应的槽或孔，采用焊接连接，反应单元管31内外不被连通，且保证其承压能力。其中，焊缝(即镶入焊接斜置强化件32与反应单元管31的连接焊缝326)可以与反应单元管31外壁面平齐，也可以高出反应单元管31外壁面，根据情况按需设置。

参照图4，根据本发明的一些实施例，镶入焊接斜置强化件32包括多个，且多个镶入焊接斜置强化件32在反应单元管31内间隔开，并且镶入焊接斜置强化件32可以相对于反应单元管31的轴线倾斜布置。有利于使物料在反应单元管31内的反应更加充分。

进一步地，多个镶入焊接斜置强化件31在反应单元管31内可以呈螺旋状布置；或多个镶入焊接斜置强化件31在反应单元管31的周向上也可以对称布置。

为了获得更为优良的自搅拌穿透性的螺旋旋转流动效果，一般镶入焊接斜置强化件32在反应单元管31的周向上成对对称布置。

可选地，结合图6至图9，反应单元管31的内径的一半为R，强化件流体作用部321朝向反应单元管31内凸出的最大高度为h，且满足：h/R≧0.2且h/R≦0.8。优选地，h/R为0.4。通过使h/R满足上述关系，有利于使物料的反应更加充分，且能够避免发生堵塞现象，提高反应器的使用可靠性。

进一步地，如图6至图9所示，为了获得反应单元管31内的反应物料的自搅拌穿透混合旋流特性，镶入焊接斜置强化件32的强化件流体作用部321的最大高度h应不小于反应单元管内半径R的0.2倍，从而可以使得反应单元管31内的反应物料产生强烈的自搅拌穿透性的混合旋流，不仅使得反应物料不容易沉积、粘接反应单元管31壁面，而且可以显著强化反应过程。

所述的“穿透混合旋流”是指反应物料穿透至反应单元管31中心的混合旋流，过小的强化件流体作用部321最大高度比h/R，不易产生所述的“穿透混合旋流”。

进一步地，如图6至图9所示，为了获得反应单元管反应物料的无堵塞特性，镶入焊接斜置强化件32的强化件流体作用部321的最大高度h应不大于反应单元管内半径R的0.8倍，以保证反应物料中的杂物从中流过的空间，以及复杂型面(如螺旋扭曲)镶入焊接斜置强化件32的焊接装配工艺的实现。如果强化件流体作用部321的最大高度比h/R过大，有可能使得反应物料中的块状杂物和大直径的其它杂物堵塞在周向对称成对布置的强化件流体作用部321间的空隙中。

参照图6，根据本发明的一些实施例，强化件倒角323的角度C不大于60°。优选地，强化件倒角323角度C为大约30°。

进一步地，如图6至图9所示，为了获得反应单元管反应物料的无堵塞特性，强化件流体作用部321的来流方向(例如，流体或物料的流动方向)设置强化件倒角323和/或强化件圆角324，且强化件倒角323的角度C不大于60°，以免反应物料中的杂物挂卡在镶入焊接斜置强化件32的端部而形成堵塞源，也便于焊接组装工艺的实施。

为了制造方便，在镶入焊接斜置强化件32的来流方向的反方向也可以设置强化件倒角323和/或强化件圆角324，并且在镶入焊接斜置强化件32与流体接触部尽量不留存与来流方向垂直的边。由此，能够进一步防止反应器发生堵塞现象，提高反应器的使用可靠性。

在镶入焊接斜置强化件32上设置强化件倒角323和/或强化件圆角324的同时，在某些情况下，镶入焊接斜置强化件32上不可避免还存在与流体流动方向垂直的直台，如图7和图8中所示的强化件插入管内直部325，但应尽量降低强化件插入管内直部325的高度，一般强化件插入管内直部325的高度不应大于3mm，以免反应物料中纤维类杂物挂在该强化件插入管内直部325。

可选地，参照图7至图9，镶入焊接斜置强化件32还包括：强化件插入管内直部325，强化件插入管内直部325形成于强化件流体作用部321与强化件焊接部322之间，并且强化件插入管内直部325可以与物料的流动方向(例如，反应单元管31的轴向)垂直，强化件插入管内直部325插入反应单元管31内的距离不大于3mm，以防止反应物料中纤维类杂物挂在强化件插入管内直部325上。

根据本发明实施例的无堵塞穿透混合旋流管式反应单元3，由于反应单元管31上设置了多个镶入焊接斜置强化件32，且镶入焊接斜置强化件32的最大管内镶入焊接斜置强化件32的高度比h/R不小于0.2倍,不仅使得反应单元管31内的反应物料产生了强烈的穿透性的混合旋流，使得反应物料不容易沉积、粘接反应单元管壁面，可以显著强化反应过程，避免了由于物料沉积、粘结而形成堵塞现象。

由于反应单元管31上设置了多个镶入焊接斜置强化件32，且最大管内镶入焊接斜置强化件321的高度比h/R不大于0.8倍,以及强化件流体作用部321设置强化件倒角323和/或强化件圆角324的结构，且强化件倒角323的角度C不大于60°，以保证反应物料中的杂物不被挂卡在镶入焊接斜置强化件32的前缘而形成堵塞源以及顺利地从通道中流过，从而实现反应物料的杂物畅通无堵塞特性。

上述结构使得反应物料穿透性混合旋流、不容易沉积、粘接反应单元管壁面的特性和无堵塞特性，可以实现反应过程的均匀且高效，在强化反应过程的同时其流动阻力还比较小，也显著降物料泵送功耗。

根据本发明实施例的无堵塞穿透混合旋流管式反应器100，包括上述多个依次相连(连通)的无堵塞穿透混合旋流管式反应单元3，因而具有上述无堵塞穿透混合旋流管式反应单元3的反应均匀且高效，以及无堵塞等特性。

参照图1和图2，根据本发明的一些实施例，添加物料进口接管51形成于主反应物料进口接管41、无堵塞穿透混合旋流管式反应单元3和反应单元间连接件6中的至少一个上。由此，便于添加物料进口接管51的设置，且有利于通过添加物料进口接管51向无堵塞穿透混合旋流管式反应单元3内添加氧化剂与催化剂物料，提高反应效率。

为了反应更加均匀，提高反应效率，减少流动输送阻力，本实施例的无堵塞穿透混合旋流管式反应器100，设置了多个添加物料进口接管51和多个反应气出口接管52。添加物料从设置多个添加物料进口接管51添加到反应器中主反应物料中，反应气从设置的多个反应气出口接管52及时排出，有利于提高反应效率和降低流动输送阻力。

一般地，无堵塞穿透混合旋流管式反应器100可以设置一个或者多个添加物料进口接管51，并设置一个或者多个反应气出口接管52。添加物料进口接管51与反应气出口接管52可以一一对应。

当然，添加物料进口接管51和反应气出口接管52也可以设置在与无堵塞穿透混合旋流管式反应器100相连接的管道或者设备上。

根据本发明实施例的无堵塞穿透混合旋流管式反应器100，包括：多个无堵塞穿透混合旋流管式反应单元3、反应单元间连接件6、主反应物料进出口接管4、辅反应物料进出口接管5。其中，无堵塞穿透混合旋流管式反应单元3包括反应单元管31和设置在反应单元管31上的镶入焊接斜置强化件32，镶入焊接斜置强化件32的强化件焊接部322镶入反应单元管31上的设置的槽孔中并通过焊接连接为一体，焊接处经焊接连接后反应单元管31内外不连通且保证其承压能力，镶入焊接斜置强化件32的强化件流体作用部321设置于反应单元管31内，为板状或者杆状且与反应单元管31的轴线斜置，强化件流体作用部321在来流方向设置强化件倒角323和/或强化件圆角324。

本发明可显著增强了反应物料的自搅拌充分混合，可防止反应物料中的杂物堵塞，提高反应工艺参数，从而可显著提高反应效率、减少反应时间，且可实现安全、无故障、无泄漏、长周期、高效运行。

结合图1和图2，可选地，多个无堵塞穿透混合旋流管式反应单元3布置成M*N的矩阵形式(其中，M和N均为大于等于1的整数)。由此，使得无堵塞穿透混合旋流管式反应器100的结构更加紧凑、节省占用空间。

具体地，为了实现较高的反应效率，通常需要将多个无堵塞穿透混合旋流管式反应单元3连接为一种无堵塞穿透混合旋流管式反应器100，以实现紧凑布置。

本实施例为污泥部分湿式氧化，添加物为空气制备的含60％左右的O₂，在本发明的一个具体实施例中，无堵塞穿透混合旋流管式反应器100设置了8x12阵列的无堵塞穿透混合旋流管式反应单元3，共计96个阵列的无堵塞穿透混合旋流管式反应单元3，并且96个无堵塞穿透混合旋流管式反应单元3由多个反应单元间连接件6连接。

另外，参照图1和图2，根据本发明实施例的无堵塞穿透混合旋流管式反应器100还包括保温件7，保温件7可以设在外壳1内，并且保温件7可以位于相邻的两个无堵塞穿透混合旋流管式反应单元3之间。由此，通过保温件7能够减少热量的散失，保温效果好，从而有利于提高反应效率。

下面结合附图详细描述根据本发明实施例的无堵塞穿透混合旋流管式反应器100。

如图1至图9所示，包括：多个无堵塞穿透混合旋流管式反应单元3、反应单元间连接件6、主反应物料进出口接管4、辅反应物料进出口接管5、支撑件2、外壳1以及保温件7。

其中，无堵塞穿透混合旋流管式反应单元3包括反应单元管31和设置在反应单元管31内的镶入焊接斜置强化件32，镶入焊接斜置强化件32的强化件焊接部322镶入反应单元管31上的设置的槽孔中并通过焊接连接为一体，焊接处经焊接连接后反应单元管31内外不连通且保证其承压能力，在镶入焊接斜置强化件32上设置有强化件流体作用部321，强化件流体作用部321设置在反应单元管31内并与反应单元管31轴线斜置，在强化件流体作用部321的来流方向设置倒角和/或圆角。

无堵塞穿透混合旋流管式反应单元3的流体流动、防堵塞和强化反应的原理为：设置在反应单元管31内的与反应单元管31轴线斜置的强化件流体作用部321，使得流过反应单元管31内的流体，产生强烈的穿透性的螺旋旋转流动，实现了反应物料的充分的自旋转混合，显著强化了反应过程，使得反应均匀且高效；同时产生的强烈的穿透行的螺旋旋转流动也使得反应物料不容易沉积粘接反应单元管壁面，防止了物料应沉积粘接形成的堵塞并显著降低了物料输送泵功。

选择合适强化件流体作用部321在反应单元管31内的最大高度即强化件流体作用部最大高h，一般强化件流体作用部最大高h与反应单元管31内半径R的比为0.2至0.8，不仅可以产生强烈的涡旋流动而且还可以使得反应物料中的杂物顺利地在空隙中的通过，同时在强化件流体作用部321上的来流方向设置强化件倒角323和/或强化件圆角324，也避免反应物料中的杂物挂挡在强化件流体作用部321的前缘，有效地防止了物料中的杂物堵塞反应物料的流通通道。实现了高效自搅拌，无机械搅拌，可实现安全、无故障、无泄漏、长周期、高效运行；由于可显著提高反应效率和减少反应时间，设备投资和运行成本也可明显降低。

同时，无堵塞穿透混合旋流管式反应单元3的承压部件为反应单元管31，具有较高承压能力，而且在无堵塞穿透混合旋流管式反应单元3无运动部件和密封部件(无需设置类似搅拌器的转动部件和密封部件)，可以实现更高压力和温度参数的反应条件，因而还可以通过提高反应压力和温度参数来实现更高的反应(如可实现亚临界和超临界水氧化工艺)，由此在显著提高反应效率的同时还可以显著缩短反应时间。

综上所述，本发明实施例中，由于采用了上述结构，无堵塞穿透混合旋流管式反应单元3，其反应单元管内的物料所产生的这种穿透性的自搅拌涡旋复杂流动，显著增强了主反应物料(如污水、污泥等)与添加物料的充分混合，也同时能够有效的改善反应物料在反应器中的流动状态，流动均匀无涡流死区，可有效地防止物料沉积、粘接甚至堵塞，从而可显著提高反应效率和减少反应时间；无堵塞穿透混合旋流管式反应单元3的承压部件为管道式结构的反应单元管31，且由于实现了物料充分的自搅拌，无需设置类似搅拌器的转动部件，管道式结构的反应单元管31可以承受超高压和高温，能够显著提高反应工艺参数(温度、压力)，从而可显著提高反应效率和减少反应时间。

根据本发明实施例的无堵塞穿透混合旋流管式反应器100的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种无堵塞穿透混合旋流管式反应器，其特征在于，包括：

外壳；

支撑件，所述支撑件设在所述外壳内；

多个无堵塞穿透混合旋流管式反应单元，所述多个无堵塞穿透混合旋流管式反应单元设在所述支撑件上且依次相连；

主反应物料进出口接管，所述主反应物料进出口接管包括主反应物料进口接管和主反应物料出口接管，所述主反应物料进口接管设在所述无堵塞穿透混合旋流管式反应器的入口处并与所述无堵塞穿透混合旋流管式反应单元连通，所述主反应物料出口接管设在所述无堵塞穿透混合旋流管式反应器的出口处并与所述无堵塞穿透混合旋流管式反应单元连通；

辅反应物料进出口接管，所述辅反应物料进出口接管包括添加物料进口接管和反应气出口接管，所述添加物料进口接管与所述无堵塞穿透混合旋流管式反应单元连通，所述反应气出口接管与所述无堵塞穿透混合旋流管式反应单元连通；

其中，所述无堵塞穿透混合旋流管式反应单元包括反应单元管和设在所述反应单元管内的镶入焊接斜置强化件，所述镶入焊接斜置强化件的延伸方向的边缘的至少一部分形成有强化件倒角和/或强化件圆角以防止反应物料中的杂物挂卡在所述镶入焊接斜置强化件上，所述镶入焊接斜置强化件包括：

强化件流体作用部，所述强化件流体作用部相对于所述反应单元管的轴线倾斜布置；

强化件焊接部，所述强化件焊接部与所述强化件流体作用部相连，且所述镶入焊接斜置强化件通过所述强化件焊接部与所述反应单元管焊接。

2.根据权利要求1所述的无堵塞穿透混合旋流管式反应器，其特征在于，还包括：反应单元间连接件，所述反应单元间连接件设在相邻的两个无堵塞穿透混合旋流管式反应单元之间以连接多个所述无堵塞穿透混合旋流管式反应单元。

3.根据权利要求1所述的无堵塞穿透混合旋流管式反应器，其特征在于，所述反应单元管上设有贯穿的槽孔，且所述强化件焊接部适于插入所述槽孔与所述反应单元管焊接。

4.根据权利要求3所述的无堵塞穿透混合旋流管式反应器，其特征在于，所述强化件焊接部包括一个或多个，所述槽孔与所述强化件焊接部一一对应。

5.根据权利要求1所述的无堵塞穿透混合旋流管式反应器，其特征在于，所述镶入焊接斜置强化件还包括：

强化件插入管内直部，所述强化件插入管内直部形成于所述强化件流体作用部与所述强化件焊接部之间，所述强化件插入管内直部插入所述反应单元管内的距离不大于3mm以防止反应物料中纤维类杂物挂在所述强化件插入管内直部上。

6.根据权利要求1所述的无堵塞穿透混合旋流管式反应器，其特征在于，所述反应单元管的内径的一半为R，所述强化件流体作用部朝向所述反应单元管内凸出的最大高度为h，且满足：h/R≧0.2且h/R≦0.8。

7.根据权利要求1所述的无堵塞穿透混合旋流管式反应器，其特征在于，所述强化件倒角的角度C不大于60°。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的无堵塞穿透混合旋流管式反应器，其特征在于，所述镶入焊接斜置强化件包括多个，且多个所述镶入焊接斜置强化件在所述反应单元管内间隔开且相对于所述反应单元管的轴线倾斜布置。

9.根据权利要求8所述的无堵塞穿透混合旋流管式反应器，其特征在于，多个所述镶入焊接斜置强化件在所述反应单元管内呈螺旋状布置或在所述反应单元管的周向上对称布置。

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