CN107583592A - 无堵塞穿透混合旋流套管式反应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无堵塞穿透混合旋流套管式反应器，该反应器包括：外壳组件，限定出腔体；多个反应单元，在腔体内间隔排列，每个反应单元包括：套外管，一端设有第一接管口；套内管，一端设有第二接管口，套内管一部分设在套外管内，另一端为敞口，套外管与套内管的插入套外管的部分之间形成环形空腔；强化件，设置在套内管的插入套外管的部分；多个连接件，每个连接件将相邻两个反应单元连通；主物料进口管，与反应单元连通；主物料出口管，与反应单元连通。根据本发明实施例的无堵塞穿透混合旋流套管式反应器，增强了物料混合且可防止物料堵塞，提高反应工艺参数，提高反应效率，减少反应时间，实现安全、无故障、无泄漏、长周期、高效运行。

Description

无堵塞穿透混合旋流套管式反应器

技术领域

本发明涉及反应设备技术领域，更具体地，涉及一种无堵塞穿透混合旋流套管式反应器。

背景技术

目前，污泥污水的处理越来越受到重视。其中，处理污水污泥的湿式氧化工艺(WetAir Oxidation，简称WAO)，是指在高温(150℃-370℃)、高压(0.2-20MPa)条件下，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，从而达到去除污染物的目的。

相关技术中的卧式反应釜(罐)，在反应釜内设置4-6个连续搅拌的阶梯降液的槽池，每个槽池设置有搅拌和曝气装置，不仅承压受限(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。

且由于设置多个机械搅拌装置，搅拌很容易出现泄露和故障，甚至会引发安全事故，槽池搅拌不够充分、均匀，进而影响反应效率和反应时间，增加能耗，同时在反应釜内的多个连续搅拌的阶梯降液槽池，存在低速区、涡流死区等，由于污泥的高粘性和粘结性等，严重影响了总反应效率，延长了反应时间，且严重影响了反应产物的质量，结构尺寸较大和占地面积较大，设备投资较高。

此外，部分杂物(如毛发、塑料袋、编织袋、树枝、树叶等)过滤不彻底残留在污泥中，特别是纤维类杂物很容易堵塞管式、罐式、塔式反应器，导致管式、罐式、塔式反应器难以正常运行。

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套管式反应器，所述反应器具有安全、无故障、无泄漏、长周期、高效运行的优点。

根据本发明实施例的无堵塞穿透混合旋流套管式反应器，包括：外壳组件，所述外壳组件限定出腔体；多个无堵塞穿透混合旋流套管式反应单元，多个所述反应单元在所述腔体内间隔排列，每个所述反应单元包括：套外管，所述套外管的一端设有第一接管口；套内管，所述套内管的一端设有第二接管口，所述套内管的至少一部分设置在所述套外管内，另一端为敞口，所述套外管与所述套内管的插入所述套外管的部分之间形成环形空腔；强化件，所述强化件设置在所述套内管的插入所述套外管的部分以搅动流经所述套内管的物料。多个连接件，每个所述连接件用于将相邻两个所述反应单元进行连通；主物料进口管，所述主物料进口管与所述反应单元相连通，物料通过所述主物料进口管流入所述反应单元内；主物料出口管，所述主物料出口管与所述反应单元相连通，物料通过所述主物料出口管流出所述反应单元外。

根据本发明实施例的无堵塞穿透混合旋流套管式反应器，通过利用多个套管式反应单元，且在反应单元内设置强化件，可显著增强了反应物料的混合且可防止物料堵塞，显著提高反应工艺参数，显著提高反应效率和减少反应时间，可实现安全、无故障、无泄漏、长周期、高效运行。

根据本发明的一个实施例，所述套内管上具有安装孔，所述强化件包括：第一强化部，所述第一强化部镶入所述安装孔与所述套内管焊接相连；第二强化部，所述第二强化部设置在所述套内管的外壁上，且与所述套内管的外壁焊接相连。

根据本发明一个可选的示例，所述第一强化部和所述第二强化部分别与所述套内管的轴线呈预定夹角倾斜设置。

可选地，第一强化部包括多个，第二强化部包括多个，多个所述第一强化部在所述套内管的轴向上间隔排布，多个所述第二强化部在所述套内管的轴向上间隔排布。

可选地，所述第一强化部与所述套内管的轴线的夹角为A，其中15°≤A≤60°。

根据本发明另一个可选的示例，所述第一强化部包括：内作用部，所述内作用部设在所述套内管内；外作用部，所述外作用部设在所述套内管外；连接部，所述连接部镶入所述安装孔内，且所述连接部在所述套管内与所述内作用部焊接相连，所述连接部将所述内作用部和所述外作用部相连为一体。

根据本发明可选的示例，所述第一强化部包括直板和/或扭板。

根据本发明可选的示例，所述内作用部的端部形成为内圆角和/或内倒角。

根据本发明可选的示例，所述外作用部的端部形成为外圆角和/或外倒角。

根据本发明可选的示例，所述外作用部沿所述套内管的径向高度为ho，所述套内管的外壁与所述套外管的内壁之间的距离为E，其中0.25≤ho/E≤0.75。

根据本发明可选的示例，所述内作用部沿所述套内管的径向高度为hi，所述套内管的内径为R，其中0.25≤hi/R≤0.75。

根据本发明又一个可选的示例，所述第二强化部形成为板状或杆状。

根据本发明可选的示例，所述第二强化部的端部形成为圆角和/或倒角。

根据本发明另一个实施例，所述套外管的一端设有封头形端板，另一端设有板状形端板。

根据本发明又一个实施例，所述套外管的两端均为封头形端板或板状形端板。

根据本发明再一个实施例，所述反应器还包括：内支撑部，所述内支撑部设在所述套内管与所述套外管之间以支撑所述套内管；外支撑件，所述外支撑件设置在多个所述反应单元之间、位于最外侧的所述反应单元与所述外壳内壁之间。

根据本发明可选的实施例，所述第一接管口沿着所述套外管的径向设置，所述第二接管口沿着所述套内管的轴向设置。

根据本发明进一步的示例，位于最外侧的两个所述套内管的第二接管口其中一个与所述主物料进口管相连，另一个与所述主物料出口管相连，位于内侧的所述套内管与相邻的所述套内管之间通过所述连接件相连通。

根据本发明进一步的示例，所述第一接管口与相邻的第一接管口相连通。

根据本发明再一个实施例，所述反应器还包括：辅料进口管，所述辅料进口管设在所述主物料进口管上且与所述主物料进口管相连通；辅料出口管，所述辅料出口管设在所述主物料出口管上且与所述主物料出口管相连通。

根据本发明进一步的示例，位于最外侧的两个所述套外管的第一接管口其中一个与所述主物料进口管相连，另一个与所述主物料出口管相连，位于内侧的所述套外管与相邻的套外管之间通过所述第一接管口相连通。

根据本发明进一步的示例，所述第二接管口与相邻的第二接管口通过所述连接件相连通。

进一步地，所述辅料进口管包括多个，所述辅料出口管包括多个，多个所述辅料进口管分别设在所述连接件上且与所述连接件连通，多个所述辅料出口管分别设在套外管的封头形端板上且与所述套外管连通。

根据本发明一个可选的实施例，所述第一接管口沿着所述套外管的径向设置，所述第二接管口沿着所述套内管的径向设置。

可选地，位于最外侧的两个所述套内管的其中一个第二接管口与所述主物料进口管或所述主物料出口管相连，另一个所述第二接管口与相邻的所述套外管的第一接管口相连通，位于最外侧的两个套外管的其中一个第一接管口与所述主物料进口管或所述主物料出口管相连，另一个所述第一接管口与相邻的所述套内管的第二接管口相连通。

可选地，所述第一接管口与相邻的第二接管口相连通。

根据本发明可选的示例，多个所述辅料进口管分别设在所述套外管的一端端板上且与所述套外管连通，多个所述辅料出口管分别设在所述套外管的另一端端板上且与所述套外管连通。

根据本发明另一个可选的实施例，所述第一接管口沿着所述套外管的轴向设置，所述第二接管口沿着所述套内管的径向设置。

根据本发明再一个实施例，所述反应器还包括：保温件，所述保温件设在靠近所述外壳组件内壁的一侧。

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套管式反应器的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的无堵塞穿透混合旋流套管式反应器的反应单元的示意图；

图3是根据本发明实施例的无堵塞穿透混合旋流套管式反应器的反应单元的横截面示意图；

图4是根据本发明另一个实施例的无堵塞穿透混合旋流套管式反应器的反应单元的横截面示意图；

图5是根据本发明实施例的无堵塞穿透混合旋流套管式反应器的反应单元的内部立体图；

图6是根据本发明又一个实施例的无堵塞穿透混合旋流套管式反应器的结构示意图；

图7是根据本发明再一个实施例的无堵塞穿透混合旋流套管式反应器的结构示意图；

图8是根据本发明又一个实施例的无堵塞穿透混合旋流套管式反应器的反应单元的结构示意图；

图9是根据本发明又一个实施例的无堵塞穿透混合旋流套管式反应器的结构示意图；

图10是根据本发明再一个实施例的无堵塞穿透混合旋流套管式反应器的反应单元的结构示意图；

图11是根据本发明再一个实施例的无堵塞穿透混合旋流套管式反应器的结构示意图。

附图标记：

100：反应器；

10：外壳组件；

20：反应单元；21：套外管；211：第一接管口；212：端板；

22：套内管；221：第二接管口；

23：强化件；

231：第一强化部；2311：内作用部；2312：外作用部；2313：连接部；

231a：外倒角；231b：内倒角；

232：第二强化部；

30：连接件；

40：主物料进口管；

50：主物料出口管；

60：内支撑部；70：外支撑件；80：辅料进口管；90：辅料出口管；91：保温件。

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，仅用于解释本发明，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”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“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。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。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。

下面参考图1-图11描述根据本发明实施例的无堵塞穿透混合旋流套管式反应器100。

如图1所示，根据本发明实施例的无堵塞穿透混合旋流套管式反应器100包括外壳组件10、多个无堵塞穿透混合旋流套管式反应单元20、多个连接件30、主物料进口管40、主物料出口管50，其中，每个反应单元20包括套外管21、套内管22和强化件23。

具体地，外壳组件10限定出腔体，多个无堵塞穿透混合旋流套管式反应单元20和多个连接件30位于腔体内，多个无堵塞穿透混合旋流套管式反应单元20在腔体内间隔开布置，且通过每个连接件30将相邻的两个反应单元20相互连通，使得多个反应单元20构成折回流动容积承压空间。

进一步地，在套外管21的一端设有第一接管口211，在套内管22的一端设有第二接管口221，套内管22的至少一部分位于套外管21内，套外管21与套内管22插入套外管21之间的部分形成环形空腔，套内管22的另一端为敞口，套内管22的反应物料与环形空腔的反应物料在敞口处实现折回流动，即套内管22内容积空间和套内管22外与外管21之间的环形空腔构成套管式折回流动容积承压空间，强化件23布置在套内管22插入套外管21的部分，主物料进口管40与所述反应单元20相连通，主物料出口管50与所述反应单元20相连通。

主反应物料通过主物料进口管40进入反应单元20内，既可以通过套内管22进入环形空腔内，也可以由环形空腔进入套内管22内，物料在套管式折回流动容积承压空间内流动过程中，在一定的压力和温度等条件下发生反应，通过强化件23对反应单元20内的流动的物料进行充分的自搅动，这样，增强了主反应物料之间的扰动和混合，反应充分，无需通过专门的机械搅拌装置进行搅拌，不仅提高了反应效率，且节省了零部件数量，减小了占用体积。

根据本发明实施例的无堵塞穿透混合旋流套管式反应器100，通过利用多个套管式反应单元20，且在反应单元20内设置强化件23，加强了反应器100内流动物料(如污水、污泥等)的扰动，使得反应物料之间混合充分，不仅显著提高反应的工艺参数(如温度、压力)，有效地改善反应物料在反应器100中的流动状态，使得流动均匀无涡流死区，提升反应效率和减少反应时间，且有效地避免物料沉积、粘接在反应器100壁面导致堵塞反应流道，此外，无需设置专门的机械装置进行搅拌，可以高效、自动搅拌，实现安全、无故障、无泄漏、长周期、高效运行。

将多个无堵塞穿透混合旋流套管式反应单元20连接为无堵塞穿透混合旋流套管式反应器100，实现结构的紧凑布置，提高了反应效率。本实施例的无堵塞穿透混合旋流套管式反应器100，通过反应单元20之间的连接件30将多个无堵塞穿透混合旋流套管式反应单元20之间连接，其中连接件30包括弯头、三通、法兰等管件。

如图5所示，根据本发明的一个实施例，套内管22上具有安装孔，安装孔贯穿套内管22的内外壁，强化件23包括第一强化部231和第二强化部232，第一强化部231镶入安装孔内，且与套内管22焊接相连，第二强化部232设置在套内管22的外壁上，且与套内管22的外壁焊接相连，第一强化部231、第二强化部232分别与套内管22的连接可靠，第一强化部231对套内管22内以及环形空腔内的物料均具有搅动作用，第二强化部232对环形空腔内的物料具有搅动作用。

通过套内管22上第一强化部231和第二强化部232的设置，增加物料在反应单元20内的扰动，物料混合均匀、充分，进而使得反应更加充分，增强了反应效率，缩短了反应时间；同时也可有效防止物料沉积和粘接，避免因物料沉积粘接而形成的流动阻力显著增加甚至堵塞反应物料流道。

如图2所示，根据本发明一个可选的示例，第一强化部231与套内管22的轴线之间呈预定夹角布置，第一强化部231相对于套内管22的轴线倾斜设置。倾斜设置的多个第一强化部231，使得套内管22内和环形空腔内的物料产生强烈的穿透物料流动中心的混合和旋流流动，不仅强化了套内管22内和环形空腔内的物料混合，增强扰流效果，而且可以防止物料沉积、粘接，显著增强了反应效率，缩短反应时间。

第二强化部232与套内管22的轴线之间呈预定夹角布置，第二强化部232相对于套内管22的轴线倾斜设置。倾斜设置的多个第二强化部232，进一步使得环形空腔内的物料产生强烈的穿透物料流动中心的混合和旋流流动，不仅强化了环形空腔内的物料混合，增强扰流效果，而且可以防止物料沉积、粘接，显著增强了反应效率，缩短反应时间。

可选地，每个反应单元20内包括多个第一强化部231和多个第二强化部232，多个第一强化部231沿着套内管22的轴向间隔开排布，多个第二强化部232沿着套内管22的轴向间隔开排布，这样，可以在物料的流动方向上进行多次搅动，增强反应物料的扰动和混合，使得反应进行更加充分，进一步提高反应效率、减小反应时间。

可选地，第一强化部231与套内管22的轴线的夹角为A，其中15°≤A≤60°，例如，夹角可以为15°、20°、25°、30°、35°、40°、45°、50°、55°或60°，具体可以实际情况进行设定，通过将第一强化部231与套内管22的轴线的夹角限定在上述范围之内，既可以避免夹角过大导致物料流动阻力过大甚至堵塞，又可以防止夹角过小导致物料混合和扰流效果较差，保证物料顺利地在反应单元20内流动的同时，加强物料的充分混合和扰动效果。

如图3和图4所示，根据本发明另一个可选的示例，第一强化部231包括内作用部2311、外作用部2312和连接部2313，连接部2313将内作用部2311和外作用部2312连接为一体，其中，连接部2313镶入安装孔内，连接部2313通过焊接缝与套内管22相连，内作用部2311设在套内管22内，外作用部2312设在套内管22外，内作用部2311、外作用部2312和连接部2313与套内管22的连接可靠，连接部2313用于与套内管22的配合连接，通过连接部2313将内作用部2311固定在套内管22内，将外作用部2312固定在环形空腔内，既可以增加套内管22内物料的扰动，又可以加强环形空腔内物料的扰流。

根据本发明可选的示例，第一强化部231包括直板和/或扭板，具体地，在本发明的一些具体示例中，第一强化部231包括直板，即第一强化部231均为直板，在本发明的另一些具体示例中，第一强化部231包括扭板，即第一强化部231均扭板，此外，第一强化部231包括直板和扭板，即第一强化部231的直板与扭板同时存在，可以依据实际需要设定选择第一强化部231的构成方式，以达到预期的扰流效果。

如图3和图4所示，根据本发明可选的示例，内作用部2311的端部形成为圆角和/或倒角，具体地，在本发明的一些具体示例中，内作用部2311的端部形成为内圆角(如图3所示的内作用部2311的前缘)，在本发明的另一些具体示例中，内作用部2311的端部形成为内倒角231b(如图4所示的内作用部2311的前缘)，此外，内作用部2311的端部还可以形成为内圆角和内倒角231b，具体可以依据实际需要设定选择内作用部2311的端部形状。设置圆角和/或倒角的主要目的，是防止将套内管22内的物料中的杂物尤其是纤维类杂物挂挡在内作用部2311的端部，可有地效防止物料中的杂物堵塞反应流道。

如图3和图4所示，根据本发明可选的示例，外作用部2312的端部形成为圆角和/或倒角，具体地，在本发明的一些具体示例中，外作用部2312的端部形成为外圆角(如图3所示的外作用部2312的前缘)，在本发明的另一些具体示例中，外作用部2312的端部形成为外倒角231a(如图4所示的外作用部2312的前缘)，此外，外作用部2312的端部还可以形成为外圆角和外倒角231a，具体可以依据实际需要设定选择外作用部2312的端部形状。设置圆角和/或倒角的主要目的，是防止将环形空腔内的物料中的杂物尤其是纤维类杂物挂挡在外作用部2312的端部，可有效地防止物料中的杂物堵塞反应流道。

需要说明的是，尽量在与流体接触的部分不设置与来流方向垂直的面，为了制造方便如果设有与来流方向垂直的面的高度应不大于3mm，可以为1mm、2mm等，以免流体中的杂物挂挡在该垂直的面上而形成堵塞源。

如图3所示，根据本发明可选的示例，外作用部2312沿套内管22的径向高度为ho，套内管22的外壁与套外管21的内壁之间的距离为E，其中0.25≤ho/E≤0.75，例如，ho/E可以为0.25、0.35、0.45、0.55、0.65或0.75，具体依据实际情况进行选取，通过将ho/E的值限定在上述范围之内，以保证物料中的杂物从环形空腔内顺利流过，环形空腔内不会出现堵塞等状况，使得物料获得强烈的“无堵塞穿透混合旋流”流动，不仅使得物料不容易沉积、粘接反应壁面，而且可以显著强化了反应过程，另外，实现复杂型面(如螺旋扭曲)镶入强化件23的焊接装配工艺，以便于制作成型。选择过小的ho/E的值则其扰流效果不足，难以获得“无堵塞穿透混合旋流”流动，而选择过大的ho/E的值则其流动阻力过大，而且也有可能形成堵塞源。

如图3所示，根据本发明可选的示例，内作用部2311沿套内管22的径向高度为hi，套内管22的内径为R，其中0.25≤hi/R≤0.75，例如，hi/E可以为0.25、0.35、0.45、0.55、0.65或0.75，具体依据实际情况进行选取，通过将hi/E的值限定在上述范围之内，可以使得套内管22内的物料产生强烈的穿透性的混合旋流，避免套内管22内出现堵塞等情况，使得物料获得强烈的“无堵塞穿透混合旋流”流动，不仅使得物料不容易沉积、粘接反应壁面，而且可以显著强化反应过程，另外，实现复杂型面(如螺旋扭曲)镶入强化件23的焊接装配工艺，以便于制作成型。选择过小的hi/R的值则其扰流效果不足，难以获得“无堵塞穿透混合旋流”流动，而选择过大的hi/R的值则其流动阻力过大，而且也有可能形成堵塞源。

上述“无堵塞穿透混合旋流”，是指在上述与套内管22轴线斜置的强化件23结构的作用下，反应物料产生强烈的穿透至物料中心的混合和旋流流动，在这种强烈的穿透至物料中心的混合和旋流流动的作用下，不仅使得物料不容易沉积、粘接反应壁面，有效地避免了物料因沉积粘接而堵塞反应流道，而且还可以显著强化了反应过程和降低了物料流动阻力；另外，由于强化件23采用圆角和/或倒角结构，以及选择合适的强化件23高度，也使得反应物料中的杂物不容易堵塞在所述强化件23的端部，而顺利地从环形空腔内以及套内管22内流过，可有效地防止物料中的杂物堵塞流道。

如图5所示，根据本发明又一个可选的示例，第二强化部232形成为板状和/或杆状，具体地，在本发明的一些具体示例中，第二强化部232均形成为板状，在本发明的另一些具体示例中，第二强化部232均形成为杆状，此外，第二强化部232也可形成板状和杆状，即第二强化部232的板状与杆状结构同时存在，可以依据实际需要设定选择第二强化部232的构成方式，以达到期望的搅动效果。

根据本发明可选的示例，第二强化部232的端部形成为圆角和/或倒角。具体地，在本发明的一些具体示例中，第二强化部232的端部(第二强化部232的前缘)形成为圆角，在本发明的另一些具体示例中，第二强化部232的端部(第二强化部232的前缘)形成为倒角，此外，第二强化部232的端部还可以形成为圆角和倒角，具体可以依据实际需要设定选择第二强化部232的端部形状，以防止将套内管22内的物料中的杂物尤其是纤维类杂物挂挡在第二强化部232的端部，防止物料中的杂物堵塞反应流道。

上述所述“圆角”是指广义上的圆角，可以是圆弧形的圆角，也可以是椭形的圆角，还可以是其它弧线形的圆角，可根据加工过程的便利进行选取，其性能差异不大。如图3所示，本实施例为椭形的圆角。更具体地，图3所示的实施例的第一强化部231为椭形平板。

如图2所示，根据本发明另一个实施例，套外管21的一端设有封头形端板212，另一端设有板状形端板212，用以封闭套外管21与套内管22之间的空间，形成一个相对封闭的空间。

根据本发明又一个实施例，套外管21的两端均为封头形端板212，套外管21的两端也可均为板状形端板212，可以根据实际的需求进行自主选取，用以封闭套外管21与套内管22之间的空间，确保一个相对封闭的空间。

参照图1，根据本发明再一个实施例，反应器100还包括内支撑部60和外支撑件70，内支撑部60设在套内管22与套外管21之间，内支撑部60的一端可以与套内管22的外壁焊接相连，另一端与套外管21的内壁相连，这样，可以对套内管22起到支撑和固定作用。

外支撑件70设置在多个反应单元20(套外管21)之间，以及位于最外侧的反应单元20(套外管21)与外壳内壁之间，以支撑和固定套外管21。

同时，通过采用无堵塞穿透混合旋流套管式反应单元20的套管式结构，使得承压效果显著增强，通过提高压力和温度参数可以显著强化反应过程和缩短反应时间。

如图1和图2所示，根据本发明可选的实施例，第一接管口211在套外管21的一端(如图1中所示的左端)沿着套外管21的径向设置，第二接管口221在套内管22的一端(如图1中所示的左端)沿着套内管22的轴向设置。

其中套内管22为直管和管件组成的管道式结构，套内管22的左端设有第二接管口221，主物料的由第二接管口221进入或由第二接管口221流出(图2中所示为主物料由第二接管口221进入)，套内管22的右端形成为敞口，且套内管22的绝大部分沿着轴向插入套外管2112内，套内管22内的物料可以通过其插入套外管21内的敞口流入套外管21内(如图2的箭头所示)，或者套外管21内的流体从插入套外管21内的套内管22的端部敞口流入到套内管22内，即反应单元20内的流体在插入套外管21内的套内管22的端部敞口处进行折回流动，物料可以从套内管22流入套外管21内，也可以从套外管21流入套内管22内。

套外管21为直管、管件和端板212组成的管道式结构，套外管21的两端连接有端板212，套外管21的右端设有封头形端板212，套外管21的左端设有板状端板212(如图2所示)，或者套外管21的两侧均设为封头形端板212，也可以均设为板状端板212，在套外管21的一端(图2中所示的左端)的侧部设有第一接管口211，反应单元20内的反应物料从第一接管口211流出(如图2所示箭头方向)，或者由第一接管口211流入反应单元20内(如图1中所示的从下向上的第2个反应单元20中物料流动方向)。

如图1和图2所示，根据本发明进一步的示例，位于最外侧的两个套内管22的第二接管口221其中一个与主物料进口管40相连，另一个与主物料出口管50相连，位于内侧的套内管22与相邻的套内管22之间通过连接件30相连通。根据本发明进一步的示例，第一接管口211与相邻的第一接管口211相连通。

以主物料由图1中所示的最下方的反应单元20(第一级反应单元20)的套内管22第二接管口221进入为例，物料可以从套内管22的左端第二接管口221进入套内管22内，向右流动由套内管22插入套外管21内的右端敞口流入套外管21内，向左流动再通过设置在套外管21左端的侧部(或者底部)的第一接管口211流出进入下一级反应单元20(第二级反应单元20)的套外管21。

下一级反应单元20的套外管21的物料从套内管22的右端敞口进入套内管22内，再通过套内管22的连接件30进入到第三级(图1中由下至上依次为第一级、第二级、第三级等)套内管22中，物料在往后各级的流动情况与上述过程类似，最后通过主物料出口管50流出。物料在套管式结构的承压空间内折回流动的过程中，在一定的压力和温度等条件下发生反应。

如图1所示，根据本发明再一个实施例，反应器100还包括辅料进口管80和辅料出口管90，辅料进口管80设在主物料进口管40上且与主物料进口管40相连通，辅料出口管90设在主物料出口管50上且与主物料出口管50相连通。

需要说明的是，所谓的主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的主产物，如污水或者污泥，例如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。

所谓辅料(辅反应物料)是指向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)。

由此，污泥等主物料由主物料进口管40进入，同时经过辅料进口管80加入氧化剂和催化剂等辅料，通过在多个反应单元20的套管式结构折回流动反应后，反应后的主物料从主物料出口管50流出，同时所产生的气体等辅料由辅料出口管90排出。如图1所示，辅料的流动路径与主物料的流动路径一致。

如图1所示，本实施例的无堵塞穿透混合旋流套管式反应器100，设置了1个辅料进口管80和1个辅料出口管90。添加物料进口接管向无堵塞穿透混合旋流套管式反应单元20内添加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)，在反应过程中将产生反应后气体产物(如CO₂、N₂、过剩O₂等)，将从辅料出口管90排出。在辅料出口管90上设置排气阀以排出反应气。

本实施例中的ho/E为0.5,hi/R为0.4，为以此保证物料中的杂物从环形空腔内以及套内管22内顺利流过，环形空腔内和套内管22内不会出现堵塞等状况，不仅使得物料不易沉积、粘接反应壁面，还可有效防止物料中的杂物堵塞，并可显著强化反应过程，另外，实现复杂型面(如螺旋扭曲)镶入强化件23的焊接装配工艺，以便于制作成型。

如图6所示为立式套管式反应器100，根据本发明进一步的示例，位于最外侧的两个套外管21的第一接管口211其中一个与主物料进口管40相连，另一个与主物料出口管50相连，位于内侧的套外管21与相邻的套外管21之间通过第一接管口211相连通。根据本发明进一步的示例，第二接管口221与相邻的第二接管口221通过连接件30相连通。

以主物料由图6中所示的最左侧的反应单元20(第一级反应单元20)的套外管21第一接管口211进入为例，物料可以从套外管21的下端侧部第一接管口211进入套外管21内，向上流动由套内管22插入套外管21内的上端敞口流入套内管22内，向下流动再通过设置在套内管22下端的第二接管口221流出通过连接件30进入下一级反应单元20(第二级反应单元20)的套内管22。

下一级反应单元20的套内管22的物料从套内管22的上端敞口进入套外管21内，物料向下流动再通过套外管21的第一接管口211进入到第三级(图6中由左至右依次为第一级、第二级、第三级等)套外管21中，物料在往后各级的流动情况与上述过程类似，最后通过主物料出口管50流出。物料在套管式结构的承压空间内折回流动的过程中，在一定的压力和温度等条件下发生反应。

进一步地，辅料进口管80包括多个，辅料出口管90包括多个，辅料进口管80的设置有多种方式，如将辅料进口管80设置在主物料进口管40上，且与主物料进口管40相连通，此时辅料与主物料的添加位置一致，也可以将多个辅料进口管80分别设在连接件30上且与连接件30连通，此时在连接件30处添加辅料，还可以将辅料进口管80设置在套外管21上，此时在套外管21处添加辅料，具体的辅料的添加位置，可以依据实际需要进行设定，通过将辅料设在在不同的位置，用来满足不同反应的条件。

辅料出口管90的设置有多种方式，如将辅料出口管90设置在主物料出口管50上，且与主物料出口管50相连通，此时产生的气体等辅料在主物料出口管50处排出，也可以多个辅料出口管90分别设在套外管21的端板212(如图6中所示的封头形端板212)上且与套外管21连通，此时反应后的辅料从端板212处排出。

如图6所示，可以根据需要设置多个辅料进口管80和多个辅料出口管90，辅料进口管80和辅料出口管90也可以设置在与无堵塞穿透混合旋流套管式反应器100相连接的管道或者设备上，如图7所示，在无堵塞穿透混合旋流套管式反应器100上也可不设置辅料进口管80和辅料出口管90。

无堵塞穿透混合旋流套管式反应单元20的流体流动和强化反应的原理为：反应物料从第二接管口221进入套内管22内，设置在套内管22内的第一强化部231的内作用部2311，使得流过套内管22内的反应物料产生强烈穿透性的混合和螺旋旋转流动，反应物料在套内管22插入套外管21内的一端的敞口处折回流入套外管21内，反应物料又在设置在环形空腔内的第一强化部231的外作用部2312的作用下，同样产生强烈穿透性的混合和螺旋旋转流动。

由此，反应物料无论是在套内管22内还是在环形空腔内均在第一强化部231的作用下产生强烈穿透性的混合和螺旋旋转流动，反应物料充分自搅拌混合，反应均匀且高效，而且在强烈穿透性的混合和螺旋旋转流动状态下，反应物料不会产生沉积和粘接，避免了由于沉积和粘接而出现的堵塞，设置合适的第一强化部231的最大流体作用高度，以及在第一强化部231的前缘设置圆角和倒角，在强烈穿透性的螺旋旋转流动的同时，可有效防止物料中的杂物堵塞在第一强化部231的空隙处和前缘。

无堵塞穿透混合旋流套管式反应单元20的个数，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。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，如图1所示，无堵塞穿透混合旋流套管式反应器100设置了6个无堵塞穿透混合旋流套管式反应单元20，并通过多个反应单元20间连接件30连接。

如图1所示的本实施例的无堵塞穿透混合旋流套管式反应器100，即为卧式套管式反应器100，即无堵塞穿透混合旋流套管式反应单元20为水平设置，无堵塞穿透混合旋流套管式反应单元20也可以垂直设置，即为立式套管式反应器100(如图6所示)。卧式套管式反应器100与立式套管式反应器100，两者的无堵塞穿透混合旋流套管式反应单元20的布置方式不同，流动特性以及反应特性有所不同，包括其上设置的辅料进口管80和辅料出口管90的位置及数量等均各有不同，应根据情况设置。

如图8和图9所示，根据本发明一个可选的实施例，第一接管口211沿着套外管21的径向设置，第二接管口221沿着套内管22的径向设置，即第一接管口211设置在套外管21的一端的侧部(如图8所示第一接管口211位于套外管21的左端下侧)，第二接管口221设置在套内管22的一端的侧部(如图8所示第二接管口221位于套内管22的左端上侧)。

图9所示为立式套管式反应器100，可选地，位于最外侧的两个套内管22的其中一个第二接管口221与主物料进口管40或主物料出口管50相连，另一个第二接管口221与相邻的套外管21的第一接管口211相连通，位于最外侧的两个套外管21的其中一个第一接管口211与主物料进口管40或主物料出口管50相连，另一个第一接管口211与相邻的套内管22的第二接管口221相连通。可选地，第一接管口211与相邻的第二接管口221相连通。

以图9中所示从左向右的方向分别为第一级反应单元20、第二级反应单元20、第三极反应单元20等，最左侧的第一级反应单元20的套内管22的第二接管口221与主物料进口管40相连通，主物料通过主物料进口管40进入套内管22，向上流动通过套内管22上端敞口进入套外管21中，物料向下流动至第一接管口211处进入到第二级反应单元20，这样，通过将套内管22的第二接管口221和套外管21的第一接管口211设置位置不同，实现不同的反应单元20件的不同配合方式。

如图9所示，根据本发明可选的示例，多个辅料进口管80分别设在套外管21的一端(套外管21的下端)端板212上且与套外管21连通，多个辅料出口管90分别设在套外管21的另一端(套外管21的上端)端板212上且与套外管21连通。这样可以从套外管21的下端添加辅料，从套外管21的上端排出辅料。

如图10和图11所示，根据本发明另一个可选的实施例，第一接管口211沿着套外管21的轴向设置，第二接管口221沿着套内管22的径向设置，即第一接管口211设置在套外管21的一端(如图10所示第一接管口211位于套外管21的左端)，第二接管口221设置在套内管22的一端的侧部(如图10所示第二接管口221位于套内管22的左端上侧)，且套内管22位于套外管21内。

根据本发明再一个实施例，反应器100还包括保温件91，保温件91设在靠近外壳组件10内壁的一侧，具体地，可以设置在腔体的顶部或者侧部，对多个反应单元20具有保温作用。

本申请中由于无堵塞穿透混合旋流套管式反应器100，无堵塞穿透混合旋流套管式反应单元20内的物料所产生“无堵塞穿透混合旋流”的复杂流动，显著增强了反应物料(如污水、污泥等)与辅料的充分混合，也同时能够有效的改善反应物料在反应器100中的流动状态，有效的防止物料堵塞物料流道，无涡流死区，显著提高反应效率和减少反应时间。

无堵塞穿透混合旋流套管式反应单元20的承压部件为管道式结构，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20可以承受超高压和高温，显著提高反应工艺参数(温度、压力)，由于结构和流动特征，可避免反应物料沉积、粘接甚至堵塞现象，实现了高效自搅拌，无需配备机械搅拌装置，具有安全、无故障、无泄漏、长周期、高效运行的优点，设备投资和运行成本也明显降低。

根据本发明实施例的无堵塞穿透混合旋流套管式反应器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”、“示意性实施例”、“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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (29)

1.一种无堵塞穿透混合旋流套管式反应器，其特征在于，包括：

外壳组件，所述外壳组件限定出腔体；

多个无堵塞穿透混合旋流套管式反应单元，多个所述反应单元在所述腔体内间隔排列，每个所述反应单元包括：

套外管，所述套外管的一端设有第一接管口；

套内管，所述套内管的一端设有第二接管口，所述套内管的至少一部分设置在所述套外管内，所述套外管与所述套内管的插入所述套外管的部分之间形成环形空腔，所述套内管的另一端为敞口，以实现反应物料在所述敞口处的所述套内管内与所述环形空腔的折回流动；

强化件，所述强化件设置在所述套内管的插入所述套外管的部分，以实现流经所述套内管和所述环形空腔的物料的无堵塞穿透混合旋流流动。

多个连接件，每个所述连接件用于将相邻两个所述反应单元进行连通；

主物料进口管，所述主物料进口管与所述反应单元相连通，物料通过所述主物料进口管流入所述反应单元内；

主物料出口管，所述主物料出口管与所述反应单元相连通，物料通过所述主物料出口管流出所述反应单元外。

2.根据权利要求1所述的无堵塞穿透混合旋流套管式反应器，其特征在于，所述套内管上具有安装孔，所述强化件包括：

第一强化部，所述第一强化部镶入所述安装孔与所述套内管焊接相连；

第二强化部，所述第二强化部设置在所述套内管的外壁上，且与所述套内管的外壁焊接相连。

3.根据权利要求2所述的无堵塞穿透混合旋流套管式反应器，其特征在于，所述第一强化部和所述第二强化部分别与所述套内管的轴线呈预定夹角倾斜设置。

4.根据权利要求3所述的无堵塞穿透混合旋流套管式反应器，其特征在于，第一强化部包括多个，第二强化部包括多个，多个所述第一强化部在所述套内管的轴向上间隔排布，多个所述第二强化部在所述套内管的轴向上间隔排布。

5.根据权利要求3所述的无堵塞穿透混合旋流套管式反应器，其特征在于，所述第一强化部与所述套内管的轴线的夹角为A，其中15°≤A≤60°。

6.根据权利要求5所述的无堵塞穿透混合旋流套管式反应器，其特征在于，所述第一强化部包括：

内作用部，所述内作用部设在所述套内管内；

外作用部，所述外作用部设在所述套内管外；

连接部，所述连接部镶入所述安装孔内且与所述套内管焊接相连，所述连接部将所述内作用部和所述外作用部相连为一体。

7.根据权利要求6所述的无堵塞穿透混合旋流套管式反应器，其特征在于，所述第一强化部包括直板和/或扭板。

8.根据权利要求6所述的无堵塞穿透混合旋流套管式反应器，其特征在于，所述内作用部的端部形成为内圆角和/或内倒角。

9.根据权利要求6所述的无堵塞穿透混合旋流套管式反应器，其特征在于，所述外作用部的端部形成为外圆角和/或外倒角。

10.根据权利要求6所述的无堵塞穿透混合旋流套管式反应器，其特征在于，所述外作用部沿所述套内管的径向高度为ho，所述套内管的外壁与所述套外管的内壁之间的距离为E，其中0.25≤ho/E≤0.75。

11.根据权利要求6所述的无堵塞穿透混合旋流套管式反应器，其特征在于，所述内作用部沿所述套内管的径向高度为hi，所述套内管的内径为R，其中0.25≤hi/R≤0.75。

12.根据权利要求4所述的无堵塞穿透混合旋流套管式反应器，其特征在于，所述第二强化部形成为板状或杆状。

13.根据权利要求4所述的无堵塞穿透混合旋流套管式反应器，其特征在于，所述第二强化部的端部形成为圆角和/或倒角。

14.根据权利要求1所述的无堵塞穿透混合旋流套管式反应器，其特征在于，所述套外管的一端设有封头形端板，另一端设有板状形端板。

15.根据权利要求1所述的无堵塞穿透混合旋流套管式反应器，其特征在于，所述套外管的两端均为封头形端板或板状形端板。

16.根据权利要求1所述的无堵塞穿透混合旋流套管式反应器，其特征在于，还包括：

内支撑部，所述内支撑部设在所述套内管与所述套外管之间以支撑所述套内管；

外支撑件，所述外支撑件设置在多个所述反应单元之间、位于最外侧的所述反应单元与所述外壳组件的内壁之间。

17.根据权利要求1-16中任一项所述的无堵塞穿透混合旋流套管式反应器，其特征在于，所述第一接管口沿着所述套外管的径向设置，所述第二接管口沿着所述套内管的轴向设置。

18.根据权利要求17所述的无堵塞穿透混合旋流套管式反应器，其特征在于，位于最外侧的两个所述套内管的第二接管口其中一个与所述主物料进口管相连，另一个与所述主物料出口管相连，位于内侧的所述套内管与相邻的所述套内管之间通过所述连接件相连通。

19.根据权利要求17所述的无堵塞穿透混合旋流套管式反应器，其特征在于，所述第一接管口与相邻的第一接管口相连通。

20.根据权利要求1所述的无堵塞穿透混合旋流套管式反应器，其特征在于，还包括：

辅料进口管，所述辅料进口管设在所述主物料进口管上且与所述主物料进口管相连通；

辅料出口管，所述辅料出口管设在所述主物料出口管上且与所述主物料出口管相连通。

21.根据权利要求17所述的无堵塞穿透混合旋流套管式反应器，其特征在于，位于最外侧的两个所述套外管的第一接管口其中一个与所述主物料进口管相连，另一个与所述主物料出口管相连，位于内侧的所述套外管与相邻的套外管之间通过所述第一接管口相连通。

22.根据权利要求17所述的无堵塞穿透混合旋流套管式反应器，其特征在于，所述第二接管口与相邻的第二接管口通过所述连接件相连通。

23.根据权利要求20所述的无堵塞穿透混合旋流套管式反应器，其特征在于，所述辅料进口管包括多个，所述辅料出口管包括多个，多个所述辅料进口管分别设在所述连接件上且与所述连接件连通，多个所述辅料出口管分别设在套外管的端板上且与所述套外管连通。

24.根据权利要求1-16中任一项所述的无堵塞穿透混合旋流套管式反应器，其特征在于，所述第一接管口沿着所述套外管的径向设置，所述第二接管口沿着所述套内管的径向设置。

25.根据权利要求24所述的无堵塞穿透混合旋流套管式反应器，其特征在于，位于最外侧的两个所述套内管的其中一个第二接管口与所述主物料进口管或所述主物料出口管相连，另一个所述第二接管口与相邻的所述套外管的第一接管口相连通，位于最外侧的两个套外管的其中一个第一接管口与所述主物料进口管或所述主物料出口管相连，另一个所述第一接管口与相邻的所述套内管的第二接管口相连通。

26.根据权利要求24所述的无堵塞穿透混合旋流套管式反应器，其特征在于，所述第一接管口与相邻的第二接管口相连通。

27.根据权利要求23所述的无堵塞穿透混合旋流套管式反应器，其特征在于，多个所述辅料进口管分别设在所述套外管的一端端板上且与所述套外管连通，多个所述辅料出口管分别设在所述套外管的另一端端板上且与所述套外管连通。

28.根据权利要求1-16中任一项所述的无堵塞穿透混合旋流套管式反应器，其特征在于，所述第一接管口沿着所述套外管的轴向设置，所述第二接管口沿着所述套内管的径向设置。

29.根据权利要求1所述的无堵塞穿透混合旋流套管式反应器，其特征在于，还包括：保温件，所述保温件设在靠近所述外壳组件内壁的一侧。