CN114014417A - 一种带有磁性粒子的流化床净化***及其应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种带有磁性粒子的流化床净化***，包括依次连接的流化床反应器，磁性分离机，磁性粒子再生***和清液罐；所述磁性分离机通过管道分别连接清液罐和磁性粒子再生***；所述流化床反应器的外侧设有若干个磁场发生器，所述磁性粒子再生***连接有第一反洗***，所述磁性分离机还连接有第二反洗***。本发明利用磁场带动磁性粒子转动代替传统的搅拌部件，降低了能耗，提高了反应效率；多磁场可以提供磁性粒子的扰动方向，增加磁性粒子之间的剪切力，减小磁性粒子表面团聚，使反应更加充分；磁性分离机和磁性粒子再生***可以将磁性粒子重复使用，整个反应过程不间断，实现连续工作，提供了工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及流化床过滤分离技术领域，尤其涉及一种带有磁性粒子的流化床净化***及其应用方法。
背景技术
流化床反应器是一种利用气体或液体通过颗粒状固体层而使固体颗粒处于悬浮运动状态，并进行气固相反应过程或液固相反应过程的反应器。目前，流化床反应器主要应用于石油化工、精细化工、医药、食品、粮油、废渣处理等方面，如废水处理、催化剂回收再生等。
其中，废水中的污染物主要有机污染物、金属污染物，化工废水中可能还有其他一些大颗粒物质(如粉体、催化剂、树脂等)。在废水处理过程中通常是通过多道工序对不同污染物分别处理，工序繁琐，不仅处理工艺和影响处理效果的因素复杂，而且成本高。
现有的流化床反应器常用搅拌装置实现各种相介质的充分混合、反应，但是对于大型的流化床反应器搅拌效果不佳，能耗较高，于是有人对搅拌装置就行了改进，利用磁性转子或者磁性颗粒进行搅拌，发明了磁场流化床，但是在使用过程中，磁性转子或者磁性颗粒随着使用，其表面会聚集多种杂质，磁性就会减弱，磁场带动其搅动的效果也会随之减弱，影响反应，因此，需要停止工作，输入新的磁性转子或者磁性颗粒，影响工作效率。
此外，目前常用的磁场多是在流化床反应器底部或者顶部添加磁场带动转子工作，磁场方向单一，流化床反应器内的反应物随之转动起来之后，相互之间剪切力就会减弱，反应效果也会降低。
因此，如何实现利用磁场进行充分搅动的情况下，并保证流化床反应器能够连续工作，亟需解决。
有鉴于此，有必要对现有技术中的流化床反应器予以改进，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的一在于公开一种带有磁性粒子的流化床净化***，通过磁场带动磁性粒子搅动待反应的物质，实现快速、高效的反应，并利用磁性粒子再生***对磁性粒子进行再生，可以实现磁性粒子反复使用，流化床净化***能够连续工作。另外，磁性粒子选用多孔结构的物质并在其表面添加各种功能团，同时可作为反应介质使用。
为实现上述目的，本发明提供了一种带有磁性粒子的流化床净化***，包括依次连接的流化床反应器(1)，磁性分离机(4)，磁性粒子再生***(6)和清液罐(5)；所述磁性分离机(4)通过管道分别连接清液罐(5)和磁性粒子再生***(6)；所述流化床反应器(1)的外侧设有若干个磁场发生器(2)，所述磁性粒子再生***(6)连接有第一反洗***(12)，所述磁性分离机(4)还连接有第二反洗***(13)。
在一些实施方式中，所述流化床反应器(1)的外侧沿径向或者轴向方向设有若干个相邻的磁场发生器(2)，所述相邻的磁场发生器(2)之间设有隔板。
在一些实施方式中，所述磁场发生器(2)由单组或多组电磁线圈组成。
在一些实施方式中，所述磁性粒子再生***(6)的出液口分别连接第一反洗***(12)和清液罐(5)，所述磁性粒子再生***(6)的底部连接有磁性粒子收集罐(7)。
在一些实施方式中，所述磁性粒子收集罐(7)通过自吸泵(8)连接至磁性粒子储存罐(9)，所述磁性粒子储存罐(9)和流化床反应器(1)连接。
在一些实施方式中，所述清液罐(5)与磁性分离机(4)之间还设有保安过滤器(10)。
在一些实施方式中，所述流化床反应器(1)还连接有磁性粒子添加罐(11)。
在一些实施方式中，所述流化床反应器(1)底部设有曝气装置，所述流化床反应器(1)的进液口连接原液罐。
本发明的目的二在于公开一种所述带有磁性粒子的流化床净化***的应用方法，通过该应用方法可以实现废水、废液处理的连续处理，磁性粒子的重复使用。
为实现上述目的，本发明提供一种所述带有磁性粒子的流化床净化***的应用方法，包括以下步骤：
步骤1：充液反应
向流化床反应器(1)中通入原液和磁性粒子，并开启磁场发生器(2)，通过磁场发生器(2)产生的磁场带动磁性粒子搅动原液进行反应；
步骤2：磁性粒子分离
将步骤1中反应后的液体通入磁性分离机(4)内，利用磁性分离机(4)将液体中的磁性粒子吸附在磁极(41)上，完成磁性粒子与液体的分离，分离后的液体通入清液罐(5)内收集；
步骤3：磁性粒子再生
关闭清液罐(5)进口处的阀门，开启磁性粒子再生***(6)的进液阀门，并关闭磁性分离机(4)的磁场，磁性粒子从磁极(41)上脱落，进入到磁性粒子再生***(6)内开始再生反应；
步骤4：收集磁性粒子
通过步骤3中磁性粒子再生，磁性粒子被收集在磁性粒子收集罐(7)内，可重复使用。
在一些实施方式中，所述步骤1中磁场发生器(2)是径向线圈或轴向线圈，所述径向线圈或轴向线圈通直流电后产生磁场强度。
在一些实施方式中，所述步骤2中，磁性分离机(4)的磁性强度0.3T～2T。
在一些实施方式中，所述磁性粒子为四层结构，其最内侧的第一层为磁核，第二层为致密包覆层，第三层为多孔包覆层，第四层为功能团层。
在一些实施方式中，所述磁核粒径范围10nm～1mm，所述致密包覆层层厚1μm～100μm，所述多孔包覆层层厚度5μm～1mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：(1)利用磁场带动磁性粒子转动代替传统的搅拌部件，降低了能耗，提高了反应效率；(2)多磁场可以提供磁性粒子的扰动方向，增加磁性粒子之间的剪切力，减小磁性粒子表面团聚，使反应更加充分；(3)磁性分离机和磁性粒子再生***可以将磁性粒子重复使用，整个反应过程不间断，实现连续工作，提供了工作效率；(4)磁性粒子多孔结构高吸附性，其表面带有功能团还能作为反应介质使用。
附图说明
图1为本发明所示的带有磁性粒子的流化床净化***的结构示意图；
附图标记说明：1、流化床反应器；2、磁场发生器；3、增压泵；4、磁性分离机；41、磁极；5、清液罐；6、磁性粒子再生***；7、磁性粒子收集罐；8、自吸泵；9、磁性粒子储存罐；10、保安过滤器；11、磁性粒子添加罐；12、第一反洗***；13、第二反洗***。
具体实施方式
下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。
实施例1
如图1所示，本实施例提供了一种带有磁性粒子的流化床净化***，包括依次连接的流化床反应器1，磁性分离机4，磁性粒子再生***6和清液罐5；所述磁性分离4通过管道分别连接清液罐5和磁性粒子再生***6；所述磁性粒子再生***6连接有第一反洗***12，所述磁性分离机4还连接有第二反洗***13。
流化床反应器1的进液口连接原液罐。所述磁性粒子再生***6的出液口分别连接第一反洗***12和清液罐5，所述磁性粒子再生***6的底部连接有磁性粒子收集罐7。磁性粒子再生***6的顶部回液口还可以连接至流化床反应器1，以保证磁性粒子再生时，磁性粒子再生***6时刻充满液体。
所示磁性粒子再生***6是集束式过滤器或者动态陶瓷膜过滤***，本实施例优选集束式过滤器，该集束式过滤器内设有多根过滤元件，在磁性粒子再生时，磁性粒子被拦截在过滤元件的表面，通过第一反洗***12可对其进行洗涤、反洗、反吹干燥等再生处理，处理后的磁性粒子排入磁性粒子收集罐7内待使用。
所述磁性粒子收集罐7通过自吸泵8连接至磁性粒子储存罐9，所述磁性粒子储存罐9和流化床反应器1连接。所述流化床反应器1还连接有磁性粒子添加罐11。在废水、废液处理过程中，磁性粒子可以及时补充至流化床反应器1内。
此外，所述清液罐5与磁性分离机4之间还设有保安过滤器10。以防止磁性分离机4未完全吸附磁性粒子导致清液罐5内的液体又被污染。
根据原液的种类、浓度及粘度情况，可以在所述流化床反应器1底部设有曝气装置。在处理高粘度、高浓度的原液时，可以打开流化床反应器1底部的曝气装置，增加原液的流动性。
本发明中，流化床反应器1的外侧设有若干个磁场发生器2，所述磁场发生器2沿径向或者轴向方向布置在流化床反应器1的外侧，所述磁场发生器2可以沿径向方向相邻布置、沿轴向方向相向布置，从而提供不同方向和/或强度的磁场。
根据流化床反应器1的结构及直径大小，所述磁场发生器2除了沿径向或轴向布置外，还可以与径向呈任意角度布置在流化床反应器1的外侧。
所述磁场发生器2由单组或多组电磁线圈组成。所述磁场发生器2是径向线圈或轴向线圈组成，所述径向线圈或轴向线圈通直流电后产生磁场强度。
如图1所示，本实施例中，流化床反应器1的外侧沿径向方向设有两组磁场发生器2，每组磁场发生器2位于同一圆周面上。根据流化床反应器1的直径大小，同组的磁场发生器2可以呈轴对称布置在流化床反应器1的两侧。其中，同侧上下相邻的磁场发生器2之间设有隔板，防止上下两组磁场发生器2产生的磁场相互影响。
本实施例中，所述磁性粒子为四层结构，其最内侧的第一层为磁核，第二层为致密包覆层，第三层为多孔包覆层，第四层为功能团层。所述磁核选用Fe3O4，所述磁核粒径范围10nm～1mm，所述致密包覆层层厚1μm～100μm，所述多孔包覆层层厚度5μm～1mm，多孔包覆层多孔结构增大了磁性粒子的吸附性，第四层为功能团层，通过在多孔包覆层上嫁接各种功能基团，实现磁性粒子与原液中的物质进行化学反应，达到处理效果。
针对不同的待处理原液，如果原液中有需要吸附、脱附、催化等反应的物质，可利用带有功能基团的磁性粒子与之反应，实现净化处理。
通过磁场带动磁性粒子搅动待反应的物质，实现快速、高效的反应，并利用磁性粒子再生***6对磁性粒子进行再生，可以实现磁性粒子反复使用，流化床净化***连续工作。
本实施例中的带有磁性粒子的流化床净化***，其应用方法，包括以下步骤：
步骤1：充液反应
向流化床反应器1中通入原液和磁性粒子，并开启磁场发生器2，通过磁场发生器2产生的磁场带动磁性粒子搅动原液进行反应。如果是高粘度、高浓度的原液或者原液内颗粒物较多时，还可以打开流化床反应器1底部的曝气装置，增加多组磁场发生器2，产生不同方向和强度的磁场，实现原液与磁性粒子的充分混合、搅动、反应。
步骤2：磁性粒子分离
将步骤1中反应后的液体通过增压泵3通入磁性分离机4内部，利用磁性分离机4将液体中的磁性粒子吸附在磁极41上，磁性分离机4的磁性强度0.3T～2T，根据流化床反应器1内磁性粒子的量选择不同的磁性强度。完成磁性粒子与液体的分离，分离后的液体通入清液罐5内收集。
其中，磁性分离机4中的磁极41可以选用多柱状或者单柱网状结构，以增大磁极41与磁性粒子接触面积，提供吸附性。
磁性分离机4连接有第二反洗***13，可以在磁性分离机4内部对磁极41上的磁性粒子进行第一次清洗，实现部分磁性粒子再生。
步骤3：磁性粒子再生
关闭清液罐5进口处的阀门，开启磁性粒子再生***6的进液阀门，并关闭磁性分离机4的磁场，磁性粒子从磁极41上脱落，进入到磁性粒子再生***6内开始再生反应。
磁性粒子在磁性分离机4内完成第一次清洗后，关闭磁性分离机4内的磁场，磁性粒子通入磁性粒子再生***6内，进行第二次清洗。
磁性粒子再生***6连接有第一反洗***12，可以使用溶剂或者清水对磁性粒子进行洗涤，多次洗涤之后，在利用气体对其吹扫干燥，完成再生处理。
步骤4：收集磁性粒子
通过步骤3中磁性粒子再生，磁性粒子被收集在磁性粒子收集罐7内，可重复使用。
如图1所示，磁性粒子收集罐7通过自吸泵8与磁性粒子储存罐9连接，再生处理后的磁性粒子被储存在磁性粒子储存罐9内，当流化床反应器1需要补充磁性粒子时，可以打开磁性粒子储存罐9的阀门，将磁性粒子补充到流化床反应器1中使用。
本实施例中，带有磁性粒子的流化床净化***可以不间断地连续工作，磁性粒子在流化床反应器1中反应后，经过再生处理，再次加入到流化床反应器1中。为了保持流化床反应器1中的磁性粒子的量恒定，流化床反应器1还连接有磁性粒子添加罐11。磁性粒子添加罐11内的磁性粒子是新的，当磁性粒子储存罐9内的磁性粒子破损不能使用时，磁性粒子添加罐11内新的磁性粒子可以及时补充到流化床反应器1内使用。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (13)
1.一种带有磁性粒子的流化床净化***，其特征在于，包括依次连接的流化床反应器(1)，磁性分离机(4)，磁性粒子再生***(6)和清液罐(5)；所述磁性分离机(4)通过管道分别连接清液罐(5)和磁性粒子再生***(6)；
所述流化床反应器(1)的外侧设有若干个磁场发生器(2)，所述磁性粒子再生***(6)连接有第一反洗***(12)，所述磁性分离机(4)还连接有第二反洗***(13)。
2.根据权利要求1所述带有磁性粒子的流化床净化***，其特征在于，所述流化床反应器(1)的外侧沿径向或者轴向方向设有若干个相邻的磁场发生器(2)，所述相邻的磁场发生器(2)之间设有隔板。
3.根据权利要求2所述带有磁性粒子的流化床净化***，其特征在于，所述磁场发生器(2)由单组或多组电磁线圈组成。
4.根据权利要求3所述带有磁性粒子的流化床净化***，其特征在于，所述磁性粒子再生***(6)的出液口分别连接第一反洗***(12)和清液罐(5)，所述磁性粒子再生***(6)的底部连接有磁性粒子收集罐(7)。
5.根据权利要求4所述带有磁性粒子的流化床净化***，其特征在于，所述磁性粒子收集罐(7)通过自吸泵(8)连接至磁性粒子储存罐(9)，所述磁性粒子储存罐(9)和流化床反应器(1)连接。
6.根据权利要求5所述带有磁性粒子的流化床净化***，其特征在于，所述清液罐(5)与磁性分离机(4)之间还设有保安过滤器(10)。
7.根据权利要求6所述带有磁性粒子的流化床净化***，其特征在于，所述流化床反应器(1)还连接有磁性粒子添加罐(11)。
8.根据权利要求7所述带有磁性粒子的流化床净化***，其特征在于，所述流化床反应器(1)底部设有曝气装置，所述流化床反应器(1)的进液口连接原液罐。
9.一种如权利要求1～8任一项所述带有磁性粒子的流化床净化***的应用方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：充液反应
向流化床反应器(1)中通入原液和磁性粒子，并开启磁场发生器(2)，通过磁场发生器(2)产生的磁场带动磁性粒子搅动原液进行反应；
步骤2：磁性粒子分离
将步骤1中反应后的液体通入磁性分离机(4)内，利用磁性分离机(4)将液体中的磁性粒子吸附在磁极(41)上，完成磁性粒子与液体的分离，分离后的液体通入清液罐(5)内收集；
步骤3：磁性粒子再生
关闭清液罐(5)进口处的阀门，开启磁性粒子再生***(6)的进液阀门，并关闭磁性分离机(4)的磁场，磁性粒子从磁极(41)上脱落，进入到磁性粒子再生***(6)内开始再生反应；
步骤4：收集磁性粒子
通过步骤3中磁性粒子再生，磁性粒子被收集在磁性粒子收集罐(7)内，可重复使用。
10.根据权利要求9所述带有磁性粒子的流化床净化***的应用方法，其特征在于，所述步骤1中磁场发生器(2)是径向线圈或轴向线圈，所述径向线圈或轴向线圈通直流电后产生磁场强度。
11.根据权利要求9所述带有磁性粒子的流化床净化***的应用方法，其特征在于，所述步骤2中，磁性分离机(4)的磁性强度0.3T～2T。
12.根据权利要求9所述带有磁性粒子的流化床净化***的应用方法，其特征在于，所述磁性粒子为四层结构，其最内侧的第一层为磁核，第二层为致密包覆层，第三层为多孔包覆层，第四层为功能团层。
13.根据权利要求12所述带有磁性粒子的流化床净化***的应用方法，其特征在于，所述磁核粒径范围10nm～1mm，所述致密包覆层层厚1μm～100μm，所述多孔包覆层层厚度5μm～1mm。
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