CN113877401B - 一种强化微气泡对冲式VOCs喷淋反应装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种强化微气泡对冲式VOCs喷淋反应装置，包括风机、溶气罐、喷淋反应器以及药剂罐；所述风机、溶气罐和喷淋反应器依次通过管道连接，待处理VOCs废气经释放器释压后，以微气泡形式进入喷淋反应器内；所述喷淋反应器内设有转筒，转筒通过转动轴与外部驱动电机连接，实现在喷淋反应器内部转动；所述转筒内设有液体分布器，药剂罐通过布水管与液体分布器连接，将药剂均匀分布在转筒内；所述转筒的筒壁上设有连通内外的微孔通道，转筒旋转时，在超重力作用下的药剂以微米级液体微团的形式从转筒外壁甩出，与VOCs废气实现对冲吸收。本发明所述的反应系统，具有气液传质效率高、反应器高度显著降低、自动控制能力强等优点，可有效用于VOCs废气治理。

Description

一种强化微气泡对冲式VOCs喷淋反应装置
技术领域
本发明属于废气处理装置领域，特别是VOCs气体处理领域，具体是一种强化微气泡对冲式喷淋装置。
背景技术
喷淋工艺是废气处理的常用方法之一，废气通过集气罩预先进行收集，在风机的作用下将废气输送到喷淋塔内，气体在喷淋塔内与酸性洗液(碱性洗液)混合，形成气液两相交和。常见喷淋塔内设有一级或两级填料层，气体从塔底送入，经气体分布装置分布后，与液体呈逆流连续通过填料层的空隙，在填料表面上，气液两相密切接触进行传质，形成一个多孔接触面较大的处理层，以提高喷淋处理效率。但是，这种常见的喷淋系统设备体积较大，内部气液传质效率较低，内部填料极易产生堵塞现象。
发明内容
发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种强化微气泡对冲式VOCs喷淋反应装置，有效提升气液传质效率，减小喷淋塔高度，消除喷淋塔填料堵塞风险。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种强化微气泡对冲式VOCs喷淋反应装置，包括风机、溶气罐、喷淋反应器以及药剂罐；
所述的风机、溶气罐和喷淋反应器依次通过管道连接，将待处理的VOCs废气送入喷淋反应器内；
所述的喷淋反应器内，设有转筒，所述的转筒通过转动轴与外部的驱动电机连接，通过驱动电机带动转筒在喷淋反应器内部转动；所述转筒内设有液体分布器，所述药剂罐通过布水管连接至液体分布器，将药剂罐内的药剂通过液体分布器均匀分布在转筒内；
所述转筒的筒壁上设有连通内外的微孔通道，在转筒旋转时，通过微孔通道将来自药剂罐的药剂在超重力作用下以微米级液体微团的形式甩出，与进入喷淋反应器内VOCs废气形成对冲并充分接触。
具体地，所述的转筒包括转筒外壁、转筒内壁、条形隔板和上下底，转筒的内外壁通过上底和下底密封固定，上底中心通过法兰与转动轴连接固定；所述转筒外壁和转筒内壁之间焊接有用于安装条形隔板的卡口，条形隔板通过卡口安装在转筒外壁和转筒内壁之间；转筒外壁、转筒内壁、条形隔板上，安装有微孔通道。转筒及转筒内部条状隔板优先选用铝合金等轻质防腐材料，降低转筒自身重量，减少转动轴带动转筒旋转所需能耗。转筒内部焊有卡口，使条状隔板固定的同时能够自由拆卸，便于条状隔板的检修的清洗。
具体地，所述的条形隔板为条状平板，其倾斜安装在转筒外壁和转筒内壁之间，与转筒外壁或转筒内壁之间的安装倾角为30°～60°。在保障液体顺利通过的同时，尽可能增加条状隔板数量。
优选地，所述的微孔通道包括一组微气孔块，每个微气孔块呈方形，高度为50～100mm、宽度为20～50mm，相邻微气孔块竖直方向间隔10～30mm、横向间隔20～40mm，微气孔直径为0.1～1mm，转筒内壁、条状隔板至转筒外壁上的微气孔块中微孔依次减小。微气孔块增加内壁、外壁和条状隔板的机械强度，同时使部分液体在高速转动的同时撞击到无微孔的区域，液膜进一步分散反弹，增加液体之间的相对逆向碰撞，粉碎形成更小的、不断更新的微元。
优选地，所述的液体分布器为内部中空的杯状结构，其底部通过法兰与布水管连接，分布器外壁均匀分布出水孔，孔径为2mm～5mm。
进一步地，所述的喷淋反应器内壁设有一环形的布气室，所述的布气室上均匀间隔设置有释放器，数量为4-8个；所述的溶气罐通过管道连接至布气室内，通过释放器将VOCs废气均匀送入喷淋反应器内。所述布气室为环形管，上下由两块承压环形板材组成，环形板材宽度为5～10mm，外壁为长条形承压板材卷曲而成，长条形板材高度为10～20mm，环形管材和长条形板材和喷淋反应器内部通过焊接固定密封，尽可能减小布气室内部空间，上述板材采用碳钢Q345R、不锈钢304或不锈钢316材料。在长条形板材释放器安装对应位置开设直径约2～4mm孔洞，孔洞上部焊接有直径略大于孔洞直径的承压管道，管道另一端连接有密封圈的螺帽，释放器通过螺纹连接到布气室上。
进一步地，所述的释放器与转筒中部位于同一水平面上，释放器与转筒外壁水平距离为L1，转筒外壁高度H与L1的比值为1.5～3。确保超重力液体微颗粒喷洒区间完全覆盖释放器产生的微气泡区域，同时保留足够的接触反应时间。
进一步地，所述风机与溶气罐之间，以及溶气罐与喷淋反应器之间的管道上，分别设有止回阀；
所述的溶气罐的顶部设有压力传感器，底部设有排渣口调节阀，中部的出液口处设有电动控制阀门，电动控制阀门出口通过承压管道与管式过滤器连接。当溶气罐压力达到设定压力时，电动控制阀门开启，水泵和转动轴启动，喷淋反应系统启动，为减少对承压部件的承压能力要求，可设定启动压力在0.3～0.5MPa之间。当压力小于设定值时，喷淋反应器和药剂罐内水泵停止工作。优选地，所述溶气罐内液体为水或弱碱性液体。
优选地，所述溶气罐、溶气罐进、出口管道作为承压部件，材质采用碳钢Q345R、不锈钢304或不锈钢316。
进一步地，所述的喷淋反应器顶部设有气体出口，内部位于转筒上方设有除雾层，底部设有液位控制器，喷淋反应器外壁设有人工检查口。液位控制器控制喷淋反应器内吸收剂液位低于转筒底部，预留气液反应空间，同时避免液位升高增加转筒的转动阻力导致能耗增加。
进一步地，所述的药剂罐顶部设有排气加药口，内部设有水泵，水泵一端与布水管连接，另一端通过管道连接至药剂罐底部的过滤装置；所述药剂罐底部一侧通过连通管与喷淋反应器底部连接，另一侧设有液体和残渣出口，连通管与药剂罐连接处距离药剂罐底部具有40cm以上距离，残渣能够通过重力沉降作用沉降至药剂罐底部，通过液体和残渣出口排出。水泵进口管道底部过滤装置位于连通管与药剂罐连接处的正对面，过滤装置的底部位于连通管与药剂罐连接处顶部的上方30cm以上距离，防止进入喷淋反应器流入药剂罐的液体中夹杂的残渣被吸入水泵。
有益效果：
本发明通过溶气—释气系统产生的微气泡和超重力液体微颗粒相向碰撞，提高气液传质效率；释气降压过程存在释能降温效应，可有效提升气体与超重力液体微颗粒碰撞时的溶解度，进一步提高传质效率；喷淋反应器内部不设填料层，有效解决了传统喷淋装置填料层堵塞的问题；相较于传统喷淋装置，本装置气液均以微界面的形式进行传质，传质效率提升，仅需一级反应过程，有效降低了常规喷淋塔高度。本装置高度仅为传统喷淋塔高度的1/3～1/2。此外，通过控制溶气罐压力，灵活启停喷淋装置和药剂罐水泵，可有效应对废气源不稳定现象，通过溶气罐压力联动，有效提升系统灵活性，具有气液传质效率高、反应器高度显著降低、自动控制能力强等优点，可有效用于VOCs废气治理。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1是本发明装置整体结构示意图。
图2是本发明装置布气室和释放器的结构示意图。
图3是本发明装置液体分布器的结构示意图。
图4是本发明装置转筒的结构示意图。
图中：1-风机；2-溶气罐；20-喷淋反应器；30-药剂罐；3-压力传感器；4-管式过滤器；5-液位控制器；6-布气室；7-释放器；8-除雾层；9-转动轴；10-人工检查口；11-转筒；12-液体分布器；13-排气(加药)口；14-水泵；15-过滤装置；16-吸收剂；17-连通管；18-布水管；p1-压力表；F1-电动控制阀；F2-止回阀；F3-调节阀。
11-1转筒外壁；11-2条形隔板；11-3转筒内壁；11-4微孔通道；12-1分布器外壁；12-2分布器内壁。
具体实施方式
根据下述实施例，可以更好地理解本发明。
如图1所示，本发明强化微气泡对冲式VOCs喷淋反应装置，包括风机1、溶气罐2、喷淋反应器20以及药剂罐30。
其中，风机1、溶气罐2和喷淋反应器20依次通过管道连接，将待处理的VOCs废气送入喷淋反应器20内。
喷淋反应器20内，设有转筒11，转筒11通过转动轴9与外部的驱动电机连接，通过驱动电机带动转筒11在喷淋反应器20内部转动；转筒11内设有液体分布器12，所述药剂罐30通过布水管18连接至液体分布器12，将药剂罐30内的药剂通过液体分布器12均匀分布在转筒11内。
转筒11的筒壁上设有连通内外的微孔通道，在转筒11旋转时，通过微孔通道将来自药剂罐30的药剂在超重力作用下以微米级液体微团的形式甩出，与进入喷淋反应器20内VOCs废气形成对冲并充分接触。
如图4所示，转筒11包括转筒外壁11-1、转筒内壁11-3、条形隔板11-2和上下底，转筒11的内外壁通过上底和下底密封固定，上底中心通过法兰与转动轴9连接固定；转筒外壁11-1和转筒内壁11-3之间焊接有用于安装条形隔板11-2的卡口，条形隔板11-2通过卡口安装在转筒外壁11-1和转筒内壁11-3之间；转筒外壁11-1、转筒内壁11-3、条形隔板11-2上，安装有微孔通道11-4。转筒及转筒内部条状隔板优先选用铝合金等轻质防腐材料，降低转筒自身重量，减少转动轴带动转筒旋转所需能耗。转筒内部焊有卡口，使条状隔板固定的同时能够自由拆卸，便于条状隔板的检修的清洗。
条形隔板11-2为条状平板，其倾斜安装在转筒外壁11-1和转筒内壁11-3之间，与转筒外壁11-1或转筒内壁11-3之间的安装倾角为60°。在保障液体顺利通过的同时，尽可能增加条状隔板数量。
微孔通道11-4包括一组微气孔块，每个微气孔块呈方形，高度为80mm、宽度为40mm，相邻微气孔块竖直方向间隔20mm、横向间隔40mm，微气孔直径为0.1～1mm，转筒内壁11-3、条状隔板11-2至转筒外壁11-1上的微气孔块中微孔依次减小。微气孔块增加内壁、外壁和条状隔板的机械强度，同时使部分液体在高速转动的同时撞击到无微孔的区域，液膜进一步分散反弹，增加液体之间的相对逆向碰撞，粉碎形成更小的、不断更新的微元。
如图3所示，液体分布器12为内部中空的杯状结构，其底部通过法兰与布水管18连接，分布器外壁12-1均匀分布出水孔，孔径为2mm～5mm。
如图2所示，喷淋反应器20内壁设有一环形的布气室6，布气室6上均匀间隔设置有释放器7，数量为6个；溶气罐2通过管道连接至布气室6内，通过释放器7将VOCs废气均匀送入喷淋反应器20内。布气室为环形管，上下由两块承压环形板材组成，环形板材宽度为8mm，外壁为长条形承压板材卷曲而成，长条形板材高度为18mm，环形管材和长条形板材和喷淋反应器内部通过焊接固定密封，尽可能减小布气室内部空间，上述板材采用不锈钢304材料。在长条形板材释放器安装对应位置开设直径约2～4mm孔洞，孔洞上部焊接有直径略大于孔洞直径的承压管道，管道另一端连接有密封圈的螺帽，释放器通过螺纹连接到布气室上。
释放器7与转筒11中部位于同一水平面上，释放器7与转筒11外壁水平距离为L1，转筒11外壁高度H与L1的比值为2左右。确保超重力液体微颗粒喷洒区间完全覆盖释放器产生的微气泡区域，同时保留足够的接触反应时间。
如图1所示，风机1与溶气罐2之间，以及溶气罐2与喷淋反应器20之间的管道上，分别设有止回阀F0、F2。
所述的溶气罐2的顶部设有压力传感器3，底部设有排渣口调节阀F3，中部的出液口处设有电动控制阀门F1，电动控制阀门F1出口通过承压管道与管式过滤器4连接。当溶气罐压力达到设定压力时，电动控制阀门F1开启，水泵14和转动轴9启动，喷淋反应系统启动，为减少对承压部件的承压能力要求，可设定启动压力在0.3～0.5MPa之间。当压力小于设定值时，喷淋反应器20和药剂罐30内水泵14停止工作。溶气罐内液体为水或弱碱性液体。
溶气罐、溶气罐进、出口管道作为承压部件，材质采用不锈钢304材质。
喷淋反应器20顶部设有气体出口，内部位于转筒11上方设有除雾层8，底部设有液位控制器5，喷淋反应器20外壁设有人工检查口10。液位控制器5控制喷淋反应器内吸收剂液位低于转筒底部，预留气液反应空间，同时避免液位升高增加转筒的转动阻力导致能耗增加。
药剂罐30顶部设有排气加药口13，内部设有水泵14，水泵14一端与布水管18连接，另一端通过管道连接至药剂罐30底部的过滤装置15；所述药剂罐30底部一侧通过连通管17与喷淋反应器20底部连接，另一侧设有液体和残渣出口，连通管与药剂罐连接处距离药剂罐底部具有40cm以上距离，残渣能够通过重力沉降作用沉降至药剂罐底部，通过液体和残渣出口排出。水泵进口管道底部过滤装置位于连通管与药剂罐连接处的正对面，过滤装置的底部位于连通管与药剂罐连接处顶部的上方30cm以上距离，防止进入喷淋反应器流入药剂罐的液体中夹杂的残渣被吸入水泵。
工作原理：VOCs废气首先通过风机1抽入溶气罐2中，当溶气罐2压力增加到0.4Mpa时，电动控制阀门F1开启，水泵14和转动轴9启动；溶气经过管式过滤器4后进入布气室6，随后从释放器7中喷出，形成尺寸仅10～150μm的微气泡，由于压力极速降低，微气泡释放能量，溶解度增加；同时，水泵14将药剂罐中的上清液经过滤装置15过滤后通过布水管18输送到液体分布器12内，药剂从液体分布器12外壁喷出均匀进入转筒11内壁，高速旋转产生的强大剪切作用不仅克服了表面张力，而且能将液体高度分散、剪切、破碎，并最终形成微米级尺寸液体微团，转筒11内部设有大量条状隔板，增加了液体颗粒的破碎和碰撞层度，部分液体在高速转动的同时撞击到转筒11内壁、外壁和中间隔板无微孔的区域，液膜进一步分散反弹，增加液体之间的相对逆向碰撞，粉碎形成更小的、不断更新的微元，最终流体的比表面积显著增加；液体经转筒11外壁甩出后与释放器7产生的微气泡相向对冲碰撞，VOCs废气快速溶于药剂溶液，得到吸收处置。经处理后的气体经除雾层8除雾后通过喷淋反应器上部气体出口排出，液体经重力沉降进入喷淋反应器20底部，通过连通管17在大气压的作用下，夹杂着残渣回流至药剂罐30，在药剂罐30中进一步经重力自然沉降作用进行固液分离。当压力小于0.3MPa时，喷淋反应器和药剂罐内水泵停止工作。
采用上述强化微气泡对冲式VOCs喷淋反应系统处理某家具厂喷涂工艺产生VOCs气体，经检测废气中含量最高的由甲苯、乙苯、二甲苯、辛烷、壬烷等，且喷淋废气中含有大量的漆雾粉尘，经袋式除尘后，废气主要参数如表1所示。常规单层喷淋塔及双层喷淋塔VOCs处理效率如表2所示。
表1某家具厂喷涂工艺产生VOCs气体指标
Figure BDA0003316325630000071
表2常规单层喷淋塔及双层喷淋塔VOCs处理效率
Figure BDA0003316325630000072
将上述VOCs废气通过本对冲式VOCs喷淋反应系统处理，吸收剂为在水中加入酸碱液体、表面活性剂等制成吸收剂，喷淋系统液气比约2.5L/m3，得到排气口气体得到有效净化，单一强化微气泡对冲式VOCs喷淋反应系统可实现甲苯的净化率达到86％左右，VOCs的平均总净化率超过75％以上，处理效率明显好于传统双层喷淋塔。
本发明提供了一种强化微气泡对冲式VOCs喷淋反应装置的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (5)

1.一种强化微气泡对冲式VOCs喷淋反应装置，其特征在于，包括风机（1）、溶气罐（2）、喷淋反应器（20）以及药剂罐（30）；
所述的风机（1）、溶气罐（2）和喷淋反应器（20）依次通过管道连接，将待处理的VOCs废气送入喷淋反应器（20）内；
所述的喷淋反应器（20）内，设有转筒（11），所述的转筒（11）通过转动轴（9）与外部的驱动电机连接，通过驱动电机带动转筒（11）在喷淋反应器（20）内部转动；所述转筒（11）内设有液体分布器（12），所述药剂罐（30）通过布水管（18）连接至液体分布器（12），将药剂罐（30）内的药剂通过液体分布器（12）均匀分布在转筒（11）内；
所述转筒（11）的筒壁上设有连通内外的微孔通道，在转筒（11）旋转时，通过微孔通道将来自药剂罐（30）的药剂在超重力作用下以微米级液体微团的形式甩出，与进入喷淋反应器（20）内VOCs废气形成对冲；
所述的转筒（11）包括转筒外壁（11-1）、转筒内壁（11-3）、条形隔板（11-2）和上下底，转筒（11）的内外壁通过上底和下底可拆卸密封板固定，上底中心通过法兰与转动轴（9）连接固定；所述转筒外壁（11-1）和转筒内壁（11-3）之间焊接有用于安装条形隔板（11-2）的卡口，条形隔板（11-2）通过卡口安装在转筒外壁（11-1）和转筒内壁（11-3）之间；转筒外壁（11-1）、转筒内壁（11-3）、条形隔板（11-2）上，安装有微孔通道（11-4）；
所述的条形隔板（11-2）为条状平板，其倾斜安装在转筒外壁（11-1）和转筒内壁（11-3）之间，与转筒外壁（11-1）或转筒内壁（11-3）之间的安装倾角为30°~60°；
所述的微孔通道（11-4）包括一组微气孔块，每个微气孔块呈方形，高度为50~100mm、宽度为20~50mm，相邻微气孔块竖直方向间隔10~30mm、横向间隔20~40mm，微气孔直径为0.1~1mm，转筒内壁（11-3）、条状隔板（11-2）至转筒外壁（11-1）上的微气孔块中微孔依次减小；
所述的喷淋反应器（20）内壁设有一环形的布气室（6），所述的布气室（6）上均匀间隔设置有释放器（7），所述的溶气罐（2）通过管道连接至布气室（6）内，通过释放器（7）将VOCs废气均匀送入喷淋反应器（20）内；
所述布气室（6）为环形管，上下由两块承压环形板材组成，环形板材宽度为5~10mm，外壁为长条形承压板材卷曲而成，长条形承压板材高度为10~20mm，环形板材与长条形承压板材和喷淋反应器内部通过焊接固定密封；长条形承压板材在释放器（7）安装对应位置开设直径2~4mm孔洞，孔洞上部焊接有直径略大于孔洞直径的承压管道，管道另一端连接有密封圈的螺帽，释放器（7）通过螺纹连接到布气室（6）上；
所述的释放器（7）与转筒（11）中部位于同一水平面上，释放器（7）与转筒（11）外壁水平距离为L1，转筒（11）外壁高度H与L1的比值为1.5~3。
2.根据权利要求1所述的强化微气泡对冲式VOCs喷淋反应装置，其特征在于，所述的液体分布器（12）为内部中空的杯状结构，其底部通过法兰与布水管（18）连接，分布器外壁（12-1）均匀分布出水孔。
3.根据权利要求1所述的强化微气泡对冲式VOCs喷淋反应装置，其特征在于，所述风机（1）与溶气罐（2）之间，以及溶气罐（2）与喷淋反应器（20）之间的管道上，分别设有止回阀；
所述的溶气罐（2）的顶部设有压力传感器（3），底部设有排渣口调节阀，中部的出液口处设有电动控制阀门，电动控制阀门出口通过承压管道与管式过滤器（4）连接。
4.根据权利要求1所述的强化微气泡对冲式VOCs喷淋反应装置，其特征在于，所述的喷淋反应器（20）顶部设有气体出口，内部位于转筒（11）上方设有除雾层（8），底部设有液位控制器（5），喷淋反应器（20）外壁设有人工检查口（10）。
5.根据权利要求1所述的强化微气泡对冲式VOCs喷淋反应装置，其特征在于，所述的药剂罐（30）顶部设有排气加药口（13），内部设有水泵（14），水泵（14）一端与布水管（18）连接，另一端通过管道连接至药剂罐（30）底部的过滤装置（15）；所述药剂罐（30）底部一侧通过连通管（17）与喷淋反应器（20）底部连接，另一侧设有液体和残渣出口。
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