CN2223138Y - 固液相理化自控反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于一种以流态化形式，适用于固相与液相间物理、化学反应的设备，由运行塔、净化塔、沉降分离器、下锥体、支架以及由压力水射器、流量计和若干阀门组成的辅助系统构成，特征是运行塔分为四段，在主运段内设置了具有蜂窝状内截面的挡体，初运段与集料段间设置了布水盘、圆环塞、浮球通道阀等机构，净化塔由若干小段组合为一根洞穿运行塔的细长管状构件，通过上升下排的连续运行机制，形成以水力为动力的完全自控，可广泛用于各行各业基础生产中作固液相理化设备。

Description

固液相理化自控反应器

本实用新型属于一种以流态化形式，适用于固相与液相间物理、化学反应的设备。

目前工业生产中普遍采用的固液相理化反应设备，主要有各种水处理过滤设备、离子交换设备等。现有的水处理过滤设备，均是采用传统的向下过滤、逆流反冲洗的机械过滤方式，这种过滤设备在其运行机理上存在着一定缺陷，即滤池的多次反冲洗过程，使滤床粒径由上至下逐渐增大，向下流过滤，即使水流线上经遇先细后粗的粒径过程，对浊度水体的截污量主要结累在上层细颗粒的狭小的厚度带上，既阻碍了下层滤料的作用发挥，又使高度集中的负荷促以工作能力低，压力损失大，使砂滤床的适用性受到限制，一般仅适用于15度以下的浊度水体过滤，另外，滤床饱和后需要开启反冲洗装置，对滤床进行反冲洗，耗工、耗时，影响正常作业。

常用的离子交换设备大多采用用定床、浮动床或移动床、流动床，固定床、浮动床离子交换设备为解决因树脂再生带来的生产耽延，一般必须配置多台相同规格的设备作交替运行，因而设备利用率低，基建投资大；移动床与流动床虽有部份采用连续作业，但均是若干相互独立的设备组成一套水处理系统，使装置配备设备较多，空间高大，占地多，厂房设施要求高，现工业生产中大多数水处理除盐系统，如电站、锅炉、医药、食品、电子等行业中的大、中型水处理装置，因有上述缺陷导致系统庞大，监控复杂，操作、管理麻烦。为使离子交换水处理系统能够连续、自控运作，国内已有采用增加监控信号与处理，通过信号触发伺服电器机构，从而使系统电气化、电脑化，但对离子交换工艺本身，以及存在的诸多缺陷的克服，取得较为成功的经验报道较少。

本实用新型的目的是在现有技术的基础上，以广义流态化理论为指导思想，研制一种能广泛适用于固液之间物理、化学反应的自控、连续运行的反应设备。

本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：

一种固液相理化自控反应器，具有一个运行塔主体，运行塔上部是净化塔和沉降分离器，下部是支架，运行塔外部连接有压力水射器、转子流量计以及由若干管道、阀门组成的辅助系统，其特征在于：

①.运行塔分为A、B、C、D四个段体，集料段A与初运段B之间设置了布水板，布水盘，圆环塞以及浮球通道阀G，在主运段C内设置了具有蜂窝状内截面的挡体，除净段D内设有滤水板；

②.沉降分离器壳体呈封用式的圆锥形，上大下小，锥体内上方设有旋锥，整流板，溢回管从锥体上顶部穿入体内，锥体内下方设有防涡帽，锥尖部份是液封管，沉降分离器直接安装在净化塔之上，它的液封管直接插入净化塔内，并置于溢流管决定的液面之下；

③.净化塔是一根洞穿运行塔的细长管状构件，并被筛板分割为至少三级以上的组段；

④.浮球通道阀是由浮球盖、浮球锥、填料构成的浮球与浮球框、挡流圈、挡水板组成，浮球与浮球框均固定在布水板上，浮球锥从布水板的开孔穿入，挡流圈设在布水板下方对应浮球锥的外侧，挡水板与浮球框连接对应于浮球锥的下方；

⑤.圆环塞设置在运行塔集料段A与初运段B之间布水板上，圆环塞一侧圆口口沿下方设置有整流板，与圆环塞外柱面形成环形颗粒通道，圆环塞内设有一环形密封的比重仓。

本实用新型还具有以下技术特征：

布水盘是由盖板通过螺栓安装在布水板上，布水板上分布有疏水孔。

压力水射器的一端分别通过阀门与进水主管相连，通过阀门与抽料管相连，另一端经分离管连通到沉降分离器的进料管。

在除净段D总高的约2/3处装有布料管，在净化塔下部约1/3处装有输入管，在净化塔下部约1/5处装有清洗剂输入管。

按照本实用新型提出的固液相理化自控反应器，与现有技术相比，具有自控化、连续化、效率高、投资省、适用性强等优点，作为反粒度自控机械过滤器使用时，由于采取了上升下排的连续运行机制，形成了以水力作为动力的完全自控，对过滤水体的原始浊度基本不受限制，打破了传统方式中滤床高度一般仅在0.8米左右的概念，具有滤床截污能力分布均匀、压力损失小、过滤水质高、稳定性好等优点。作为离子自控交换器使用，解决了离子交换床的自控、连续运行问题，与现有浮动床、固定床设备的投资相比，仅为该类设备的30％，同时，由于自耗水量低，省去再生液调制设备，运行连续稳定，其运行成本低。除外，还可用于生化处理、盐卤净化等技术领域，是目前各行各业基础生产设施中固液相理化反应设备的一种新设计。

图1是本实用新型的外形结构示意图；

图2是图1的左侧视图；

图3是圆环塞结构图；

图4是布水盘结构图；

图5是图4的俯视图；

图6是沉降分离器结构图；

图7是浮球通道阀结构图；

图8是图7的俯视图。

下面结合附图和实施例对本实用新型的结构作出说明：

由图1、图2所见，本实用新型主要由运行塔30，沉降分离器25，净化塔24，支架31以及由两只压力水射器13、16，两只转子流量计14、15和若干阀门组成的辅助系统构成。运行塔30分为A、B、C、D四个段体，在主运段C内设置了具有蜂窝状截面的挡体37，集料段A与初运段B之间设置了布水板34、布水盘33、圆环塞35、浮球通道阀G等机构，集料段为一下锥体结构，沉降分离器25直接安装在净化塔24之上，它的液封管43直接插入在净化塔24内，并置于溢流管23决定的液面之下，构成了它们之间的内在联系，净化塔24为一根洞穿运行塔的细长管状构件，并被筛板49分割为至少三级以上的组段。

图3为本实用新型构件之一圆环塞的结构图，圆环塞设置在运行塔集料段A与初运段B之间的布水板34上，由图所示，圆环塞是由整流板64，泄水环65，比重仓66，填料67，泄水道68，上端面69，螺栓70，上斜面71，外柱面72构成，当水流由下而上地运动，部份水流经圆环塞内表面与净化塔24的内表面形成的泄水道68，向上流经泄水环65向上喷出，吹动压在圆环塞上端面69上的床体颗粒，使圆环塞失去床体的静压而上浮，图中箭头H表示水流的运动路线，由于圆环塞向上运动，环塞斜面71向上运动，拉开了与圆口口沿之间的距离，形成了床体颗粒向下流通的通道，箭头1表示颗粒降落路径，为使下流颗粒不受向上水流的干扰，在布水板34上，即圆环塞圆口口沿的下方设置了整流板64，与圆环塞外柱面72形成一环形颗粒通道，在圆环塞内设有一环形密闭的比重仓66，在仓内填装以精密调整圆环塞工作容重的填料67，使圆环塞表征比重低于床体颗粒的容重与塔悬浮液的容重，从而保证圆环塞在不同工作流速时启动关闭的可靠性。螺栓70是圆环塞在净化塔滑动松紧调整之用。在圆环塞的下端还设置了手柄拐杆机构F，以作为在必要时或事故中通过手柄调整启动圆环塞，打开床体颗粒下落通道。

图4中所示为布水盘结构，布水盘33是由盖板58通过螺栓60、螺母61与垫圈63安装在布水板34上，其间通过逢板62保证盖板边缘所形成的角度a＜a_o，a_o是滤料底部的滑落角，在盖板58下面的布水板34上分布有疏水孔59，使水流畅通而滤料不能下落，图5示出疏水孔在布水板上的分布情况。

图6示出沉降分离器25的结构，它是针对低流速、固体颗粒密度低的液固分离要求而设计的，它的壳体呈封闭式的圆锥形，上大下小，锥体内上方设有旋锥40，整流板41，溢回管38从锥体顶部上盖板73穿入体内，锥体内下方设有防涡帽74，锥尖部份是液封管43，当液固流体经进料管75低速切向射入旋锥40内，沿着旋锥面作螺旋盘上运动，固体颗粒在旋向运动过程中获得离心力与斜面作用下产生向上抛射的合力，从而获得优于流体运动的动力，固体颗粒在抛射弧39的环面上作螺旋运动的同时，又被抛射弧将固体抛射动力引导为向下运动的沉降力，使固体颗粒获得比重力作用力还要大得多的沉降分离力，滞迟于固体后面的液体，以溢回管38中心作螺旋运动，加强了中心轴线负压区的负压强度，使负压的空间区域在中心轴线上拟如锥形陀螺体形，并洞穿过旋锥40底部，构成对流体运动状态整理的技术手段，为削弱沿沉降锥42壁面上的旋转运动，加强固体颗粒的沉降分离效果，克制内部紊流对沉降效应的不利影响，设置了整流板41，它既是旋锥40的支撑结构，又因在板面对应流体方向有一仰角(仰角可在1.5°--15°之间择定)形成翼板形状，固体颗粒在沉降锥42底部，已处于保护状态地集积，通过液封管缓慢降出。图中的上盖板73，下盖板77与筋板76均为结构构件。

图7示出浮球通道阀G的结构，浮球通道阀主要由浮球框78，浮球盖79，浮球锥81与内装调整浮球比重的填料80，挡流圈82及挡水板83等组成，浮球是由浮球盖79、浮球锥81构成，为通道开、关的阀体，通过调整填料80的填装量使比重小于滤床颗粒与悬浮液的比重，开机时，由下而上的水流挠动浮球上面的床体颗粒，浮球上浮，关机时，由下而上的水流消失，床体的空隙度减小，床体呈重力状态下沉，压着浮球向下运动关闭其通道。图8示出浮球通道阀浮球框78的俯视情况。

应用实例一，本实用新型用作反粒度自控机械过滤器时，采用石英砂或陶料滤料作滤床滤料，粒度在0.5--1.6(mm)之间，将陶洗后的滤料在水流作用下与阀门2、阀门11的外接管接通，连通进水主管29与水源管道，开启阀门52，阀门12，阀门11，使压力水源经阀门52射入注水器53，布水管51向运行塔30注水，同时将阀门11外接流态滤料抽注入设备内，稍后开启阀门7使压力射水器13工作，开启阀门4使集料段A内的滤料抽注入净化塔24内(或再开启阀门2使阀门2外接流态滤料抽注入净化塔)，待注装完毕亦可投入运行。

含浊度的过滤水由进水主管29经阀门52、射入注水器53、布水管51进入集料段A内，通过布水盘33的疏水孔59进入初运段B(在此又可称为沉淀过滤段)，水流由下而上的过程中，在此段内大颗粒的浊度物质被沉淀过滤去除，穿过筛板36进入主运段C(此段又可称为吸附过滤段)，段内由蜂窝状截面管组成的挡板37将滤床分割为若干细高的滤柱，浊度物质在此段被过滤，水流继续上流经除净段D(也可称为筛拦过滤段)作水质保证过滤，得到质量要求后穿过滤水筛板44经出水管22排出。

滤床颗粒的运动流程为：被清洗的颗粒由布料管45进入除净段D内，为有效防止″返混″，其布料管的出料口的流速一般在0.4--2.5mm/选取，布料管45安装在除净段总高的约2/3以上，以保证布料管下方有一定的滤料稳定层。进入运行塔内的砂料分布形成过滤的床体，由于在初运段B的布水板34上安装了圆环塞35和浮球通道阀G，圆环塞和浮球通道阀被由下而上的水流作用处于悬浮状态，打开了砂料下落通道，使砂料匀量地沉落在集料段内，继而沉积在抽料管55待压力水射器13抽送去清洗。

压力水射器13工作的动力水源来自于进水主管29，通过阀门7控制进入水射器，抽料管55内的砂粒经阀门4控制进入水射器，由水射器喷射出的混砂液经分离管26、沉降分离器的进料管75进入沉降分离器内进行固液分离，在沉降分离器内，将滤床截滤的浊度物质泥沙悬浮物等通过溢回管38、回流管27、阀门48、阀门11的外接管排放，此时阀门12呈关闭状况，滤床砂料沉降在沉降锥42内，通过液封管43降落到净化塔24(这里也可称为洗砂塔)内，对砂粒进行表面擦洗及清洗。

净化塔24是一细长的管状构件，本例净化塔采用被筛板49分割为八级组段的结构，进入净化塔内的砂粒因重力作用缓缓沿塔内逐段下降，被由下而上的水流搅拌，使砂粒间相互挤擦，互相去除存结砂粒表面上的浊物，擦洗下的污垢随水流带走，擦洗砂用的水源采用进水主管29的原供水，水经阀门8、流量计14、输入管47进入塔内，输入管47安装在净化塔下方约1/3处，进入塔内的水流由下而上地运动，携带砂粒挤洗下的污物经溢流管23、阀门17及外接管排出，擦洗后的砂粒继续下降，运至下部1/3段内，被下端清洗剂输入管50输入的清洗水清洗，清洗水采用被滤床净化后的洁净水，由外接管口28处接入，经阀门9控制，流量计15计量，清洗剂输入管50安装在净化塔下部约1/5处，进入塔内的清洗水分为两部份，一部份向上清洗砂粒表面，另一部份向下作输送砂用的水源。砂粒清洗沉结在净化塔下部的抽料锥56处，经抽送管3、阀门5送至水射器16输送，水射器16将清洁的砂粒通过注入管21、布料管45返回除净段D。

对处理高浊度水体中，滤床截污量大，或因砂粒表面被污物经水力擦洗尚有困难时，则应选择气力擦洗与气浮工艺，由图二可见，在再生剂输入管47外预接微孔管E，在外接管口28处输入压缩气体，气体经阀门9控制，流量计15计量，经再生剂输入管47与微孔管E输入塔内，气体通过微孔管处理为10--50μm的气泡，在砂粒的悬浮液中，强烈搅拌，并将砂粒表面的截污物团絮在气泡中携带排出。

实施例二，本实用新型用作离子自控交换器的情况：

离子交换不仅用于水处理脱盐系统，也广泛用于水法冶金与其它行业，本实用新型适用于各行业离子交换处理系统。设备运行中各物料流程为：

1.水质软化工艺流程：运行前，设备已填装好树脂。原水经进水主管29、射入注水器53、布水管51进入集料段A(这里也可称为集脂段)内，与段内存结的饱和树脂充分接触，再经布水盘33的疏水孔59进入初运段B(这里也可称为预软化段)内，少量水体通过圆环塞35的泄水道68进入预软化段B内，打开树脂降落通道。水在初运段内与近饱和的树脂接触，完成预软化的目的，经筛板36布水均匀地进入由蜂窝状挡板37组成的若干正方形截面的竖井式脂柱，完成树脂的离子交换过程。蜂窝挡板37是由上筛板46固定，完成交换的水流穿过筛板46进入除净段D，在除净段D内充满了由布料管45送来的新鲜树脂，已交换后的水流经此段时，再次被深层次地去除残余硬度，使出水水质得到稳定的高指标，然后，水流经滤水筛板44、出水管22输出。

2.树脂循环工艺流程：降至初运段B的树脂，经圆环塞与浮球通道阀的通道下落至集料段A内，再由压力水射器13抽送。水流由下而上经圆环塞35的内壁与净化塔24(这里也可称为再生塔)外壁面形成的通道68上升，从泄水环65向上喷出，吹动压在圆环塞上端面69上的树脂，使圆环塞失去脂床静压而上浮，圆环塞的斜锥面71向上运动，拉开了与圆口口沿之间的距离，形成树脂向下降落的通道，为使下流树脂不受向上水流的干扰，在布水板34上，即圆口口沿下方设置了整流环64，它与圆环塞外柱面72形成一环形通道。调整圆环塞工作容重的填料67，使圆环塞表征容重低于树脂与塔悬浮液的比重，保证圆环塞工作时启动、关闭的可靠性。浮球通道阀通过调整填料80，使浮球工作容重小于树脂与塔内悬浮液的比重。

压力水射器13工作的动力水源由进水主管29供给，动力水通过阀门7进入水射器，集料段内的树脂流态化地通过阀门4控制地吸入水射器，阀门4下装阀门2是作为从外部补充树脂及事故处理用，水射器喷射的脂液经分离管26与相接的进料管75，进入沉降分离器25的旋锥40内，沿着旋锥面作螺旋盘上运动，固体颗粒在旋向运动过程中获得离心力与斜面作用下产生向上抛射的合力，从而获得优于流体运动的动力，固体颗粒在抛射弧39的环面上作螺旋运动的同时，又被抛射弧将固体抛射动力引导为向下运动的沉降力，使固体颗粒获得比重力作用力要大得多的沉降分离力，滞迟于固体后面的液体，以溢回管38为中心作螺旋运动，并洞穿过旋锥40底部，在沉降锥底部集积，通过液封管缓慢降出。分离过程中，绝大多数的液体通过中心负压区的吸抽作用从溢回管38排出，经回流管27、阀门48、11、射入注水器53与布水管51返回集料段内，回流水与原水一道进入软化过程，未被分离的树脂再次被送去分离。

从沉降分离器分离的树脂降落到净化塔24(这里也可称为再生塔)内，在塔内沿由筛板(本例采用十级)分割的各段逐级下降，与由下而上的再生液接触发生再生反应，降至再生塔下方约2/3时，已完成再生过程，继续下降又被从下面上来的清水洗涤，直至沉降到最底部的抽料锥56内，被水射器16抽送回除净段D内。水射器16工作的动力水来源于进水主管29，经阀门10进入水射器，树脂从抽料锥58经阀门5进入水射器16，混合的悬浮液经注入管21、布料管45进入除净段内。

3.再生剂与清洗水的滤程：再生剂的种类与离子交换树脂有关，但再生剂无论是酸、碱或盐类物质，本实用新型设备均采用饱和浓度的液体。再生剂经外接管口28输入，经控制阀9、流量计15、再生剂输入管47进入再生塔24内，再生剂输入管47安装在塔24下端约1/3高度处，进入塔内的再生剂被由下而上的清洗水稀释为低浓度的再生液，依次通过被筛板49分割的各段，完成与树脂再生的过程，最后从再生塔24上面的溢流管23，经阀门17的外接管排出。

清洗水采用进水主管29的原供水，经阀门8控制、流量计14、清洗剂输入管50送入再生塔24内，清洗剂输入管50安装在再生塔底部的1/5处，进入塔内的清洗水分为向下输送树脂与向上清洗树脂两部分。

装置中的阀门1作为事故处理阀门，阀门6是作为控制本设备来水的调整阀门，在运行塔30上，沿高度方向的不同位置设置了检修孔20以及装在检修孔封板上的观察镜19。

本实用新型提出的固液相理化自控反应器，除按实施例所述可作为反粒度自控机械过滤器、离子自控交换器使用外，还可广泛用于各行各业基础生产中作固液相理化反应设备，如：当采用微孔陶瓷滤料作床体材料时，由于颗粒滤料的微孔给微生物提供了宿主条件的空间，按常规方法对滤床中的微生物进行培养，本实用新型设备亦为一台高效、自控运行的生化处理床；又如，形成床体的颗粒为某一化学物质的反应物时，而液体为另一化学反应物，则本实用新型可为一台自控、连续运行的化工反应器，此类相似实例不胜枚举。

除前面已提到的附图中各部件标号外，图中18为阀门，57为输料管。

Claims (6)

1.一种固液相理化自控反应器，具有一个运行塔主体，运行塔上部是净化塔和沉降分离器，下部是支架，运行塔外部连接有压力水射器、转子流量计以及由若干管道、阀门组成的辅助系统，其特征在于：

①.运行塔(30)分为A、B、C、D四个段体，集料段A与初运段B之间设置了布水板(34)，布本盘(33)，圆环塞(35)以及浮球通道阀G，在主运段C内设置了具有蜂窝状内截面的挡体(37)，除净段D内设有滤水板(44)；

②.沉降分离器(25)壳体呈封闭式的圆锥形，上大下小，锥体内上方设有旋锥(40)，整流板(41)，溢回管(38)从锥体上顶部穿入体内，锥体内下方设有防涡帽(74)，锥尖部份是液封管(43)，沉降分离器直接安装在净化塔(24)之上，它的液封管(43)直接插入净化塔内，并置于溢流管(23)决定的液面之下；

③.净化塔(24)是一根洞穿运行塔(30)的细长管状构件，并被筛板(49)分割为至少三级以上的组段；

④.浮球通道阀是由浮球盖(79)、浮球锥(81)、填料(80)构成的浮球与浮球框(78)、挡流圈(82)、挡水板(83)组成，浮球与浮球框均固定在布水板(34)上，浮球锥从布水板的开孔穿入，挡流圈设在布水板下方对应浮球锥的外侧，挡水板与浮球框连接对应于浮球锥的下方；

⑤.圆环塞(35)设置在运行塔集料段A与初运段B之间的布水板(34)上，圆环塞一侧圆口口沿下方设置有整流板(64)，与圆环塞外柱面(72)形成环形颗粒通道，圆环塞内设有一环形密封的比重仓(66)。

2.如权利要求1所述的固液相理化自控反应器，其特征在于布水盘(33)是由盖板(58)通过螺栓安装在布水板(34)上，布水板上分布有疏水孔(59)。

3.如权利要求1所述的固液相理化自控反应器，其特征在于压力水射器(13)的一端分别通过阀门(7)与进水主管(29)相连，通过阀门(4)与抽料管(55)相连，另一端经分离管(26)连通到沉降分离器(25)的进料管(75)。

4.如权利要求1所述的固液相理化自控反应器，其特征在于在除净段D总高的约2/3处装有布料管(45)。

5.如权利要求1所述的固液相理化自控反应器，其特征在于在净化塔(24)下部约1/3处装有输入管(47)。

6.如权利要求1所述的固液相理化自控反应器，其特征在于在净化塔(24)下部约1/5处装有清洗剂输入管(50)。

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