CN206256132U

CN206256132U - 旋流鼓泡塔三相反应器

Info

Publication number: CN206256132U
Application number: CN201621362497.2U
Authority: CN
Inventors: 杜冬云; 高甲山; 叶恒朋; 梅颖; 李金林; 李维健; 李佳; 陈南雄; 刘春明; 杨勇; 薛余化
Original assignee: South Central University for Nationalities
Current assignee: South Central Minzu University
Priority date: 2016-12-12
Filing date: 2016-12-12
Publication date: 2017-06-16
Anticipated expiration: 2026-12-12

Abstract

本实用新型涉及一种旋流鼓泡塔三相反应器，包括反应器筒体、鼓风机、外循环装置和射流器；反应器筒体的顶部有出气管；反应器筒体的侧壁上设置有进气管、进液管、出液管、人孔和排泥管；反应器筒体的内部自上而下依次设置有除沫装置、中心循环管、反射导流板和泥斗；反应器筒体内壁与中心循环管之间设置有螺旋导流叶片；中心循环管的底部与反射导流板之间设置有小微孔布气装置；泥斗的底部与排泥管相贯通；进液管伸入中心循环管中；鼓风机通过进气管与小微孔布气装置相贯通；鼓风机通过射流器与进液管相贯通；外循环装置与射流器相连通；出液管与外循环装置相连通。本实用新型具有可提高二氧化碳的利用率和可有效沉淀并去除大颗粒碳酸锰的优点。

Description

旋流鼓泡塔三相反应器

技术领域

本实用新型属于环保设备/废水处理/资源化回收技术领域，涉及一种旋流鼓泡塔三相反应器，尤其涉及一种利用二氧化碳从锰渣滤液中回收锰的旋流鼓泡塔三相反应器。

背景技术

电解锰废渣主要来源于矿石酸浸后固液分离产生的锰渣和尾矿废石。其它废渣有阳极泥、硫化渣、含铬废水处理过程中产生的含铬污泥等。每生产1吨电解金属锰排放6-10吨锰渣，我国存量锰渣已达5000万吨以上，同时每年新增1000多万吨锰渣。锰渣是一种高钙、高硅和含有微量重金属的工业废渣，其中Mn²⁺和其他重金属离子浓度高，在长期的淋溶作用下可能产生大量浸滤液，污染周围环境。因此，如果对锰渣滤液中的锰进行资源化回收，则具有显著的经济效益和环境效益。

另一方面，电解锰生产过程中，锰矿酸浸时，会产生大量二氧化碳，利用电解锰所产生二氧化碳回收锰渣滤液/含锰废水中的锰已被证实是一条行之有效的技术路线。一定条件下二氧化碳与锰渣滤液中的锰离子反应生成碳酸锰，得到较高纯度的碳酸锰，是典型的气、液、固三相反应过程，因此，如何提高二氧化碳的利用率，反应生成的碳酸锰沉淀得以及时分离，显得尤为重要。

传统的三相反应器根据使固体颗粒悬浮的作用力不同，可将其分为呈4个类型：①机械搅拌悬浮式；②不带搅拌的息浮床三相反应器，用气体鼓泡搅拌，也称为鼓泡淤浆反应器；③不带搅拌的气液两相并流向上而颗粒不被带出床外的三相流化床反应器；④不带搅拌的气液两相并流向上面颗粒随液体带出床外的三相输送床反应器，或称为三相携带床反应器。

气、固、液三相反应器为利用电解锰所产生二氧化碳回收锰渣滤液/含锰废水中的锰的关键装置，上述四种传统的三相反应器针对回收锰，具有以下缺点：

1)导流筒外壁与鼓泡塔壁间无其他附件，液、气、固三相向上并流流动，传质效果受影响；

2)无内循环，主要用于气体与固体颗粒反应；

3)内部设有规整填料，不适合用于含有固体的反应。

实用新型内容

针对传统三相反应器的不足，本实用新型在于提供一种可提高废气中二氧化碳的利用率以及可有效沉淀并去除反应生成的大颗粒碳酸锰的旋流鼓泡塔三相反应器。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种旋流鼓泡塔三相反应器，其特征在于：所述旋流鼓泡塔三相反应器包括反应器筒体、鼓风机、外循环装置以及射流器；所述反应器筒体的顶部设置有出气管；所述反应器筒体的侧壁上分别设置有进气管、进液管、出液管、人孔以及排泥管；所述进气管、进液管以及出液管的高度相同；所述进气管、人孔以及排泥管自上而下依次设置在反应器筒体的侧壁上；所述反应器筒体的内部自上而下依次设置有除沫装置、中心循环管、反射导流板以及泥斗；所述反应器筒体的内壁与中心循环管之间设置有螺旋导流叶片；所述中心循环管的底部与反射导流板之间设置有小微孔布气装置；所述泥斗的底部与排泥管相贯通；所述进液管伸入中心循环管中；所述鼓风机通过进气管与小微孔布气装置相贯通；所述鼓风机通过射流器与进液管相贯通；所述外循环装置与射流器相连通；所述出液管与外循环装置相连通。

作为优选，本实用新型所采用的螺旋导流叶片包括设置在中心循环管外壁上的内螺旋导流叶片。

作为优选，本实用新型所采用的螺旋导流叶片还包括设置在反应器筒体内壁上的外螺旋导流叶片。

作为优选，本实用新型所采用的外螺旋导流叶片的外轮廓与内螺旋导流叶片的外轮廓相交、相切或相离；所述内螺旋导流叶片以及外螺旋导流叶片均是一片或多片螺旋线形叶片。

作为优选，本实用新型所采用的旋流鼓泡塔三相反应器还包括以轮辐状的方式设置在反射导流板的上表面的多片反射导流曲线形叶片；所述反射导流板是截面呈圆形的平板或截面呈圆形的锥体；所述反射导流曲线形叶片的展开面呈直角梯形。

作为优选，本实用新型所采用的旋流鼓泡塔三相反应器还包括设置在中心循环管顶部的受液盘；所述受液盘呈倒锥形；所述进液管通过倒锥形受液盘后伸入中心循环管中。

作为优选，本实用新型所采用的进液管伸入中心循环管中并置于中心循环管的管口0.3～0.5米处。

作为优选，本实用新型所采用的外循环装置包括外循环水箱以及循环泵；所述出液管接入外循环水箱；所述循环泵分别与外循环水箱和射流器相贯通。

作为优选，本实用新型所采用的反应器筒体包括自上而下依次连接的大直径圆柱形上部、圆锥台形中间变径段以及小直径圆柱形下部；所述出气管设置在大直径圆柱形上部的顶部；所述进气管、进液管以及出液管均设置在大直径圆柱形上部的侧壁上；所述人孔以及排泥管均设置在小直径圆柱形下部的侧壁上。

作为优选，本实用新型所采用的旋流鼓泡塔三相反应器还包括设置在大直径圆柱形上部侧壁上的加药管；所述除沫装置是丝网。

本实用新型的优点是：

本实用新型涉及一种旋流鼓泡塔三相反应器，该旋流鼓泡塔三相反应器包括反应器筒体、鼓风机、外循环装置以及射流器；反应器筒体的顶部设置有出气管；反应器筒体的侧壁上分别设置有进气管、进液管、出液管、人孔以及排泥管；进气管、进液管以及出液管的高度相同；进气管、人孔以及排泥管自上而下依次设置在反应器筒体的侧壁上；反应器筒体的内部自上而下依次设置有除沫装置、中心循环管、反射导流板以及泥斗；反应器筒体的内壁与中心循环管之间设置有螺旋导流叶片；中心循环管的底部与反射导流板之间设置有小微孔布气装置；泥斗的底部与排泥管相贯通；进液管伸入中心循环管中；鼓风机通过进气管与小微孔布气装置相贯通；鼓风机通过射流器与进液管相贯通；外循环装置与射流器相连通；出液管与外循环装置相连通。本实用新型相对现有技术，作出如下改进：1)在中心循环管的底部增加反射导流板，促使进入中心循环管内的液体在触及反射导流板后反方向运动，加速了液体在反应器筒体内部的运动，保证了分离效果；2)在中心循环管与反应器筒体之间增加了螺旋导流叶片，进一步增大了待分离液体与反应器筒体内壁的碰撞几率，强化了分离效果；3)通过引入外部的二氧化碳以及中心循环管与反射导流板之间的小微孔布气装置，使得通入反应器筒体内部的二氧化碳更加细化，携带的待分离的液体更多，接触面积更大，增强了分离效果；4)通过外部循环装置将二氧化碳与待分离的液体在反应器筒体外部直接结合。本实用新型通过上述多种方式，共同作用，相互协同，加速了二氧化碳从锰渣滤液中回收锰的进程，其反应速率快、反应更加彻底、利用率更高，生成的碳酸锰沉淀颗粒大、易于固液分离。

附图说明

图1是本实用新型所提供的旋流鼓泡塔三相反应器的结构示意图；

图2是本实用新型所提供的旋流鼓泡塔三相反应器的简化结构示意图；

图3是本实用新型所采用的反射导流板的俯视结构示意图；

图4是图3的A-A向剖视图；

其中：

1-进气管；2-出气管；3-进液管；4-出液管；5-加药管；6-反应器筒体；7-内螺旋导流叶片；8-外螺旋导流叶片；9-小微孔布气装置；10-反射导流板；11-泥斗；12-排泥管；13-人孔；14-中心循环管；15-变径段；16-受液盘；17-除沫装置；18-射流器；19-外循环水箱；20-循环泵；21-鼓风机。

具体实施方式

参见图1以及图2，本实用新型提供了一种旋流鼓泡塔三相反应器，旋流鼓泡塔三相反应器包括反应器筒体6、鼓风机21、外循环装置以及射流器18；反应器筒体6的顶部设置有出气管2；反应器筒体6的侧壁上分别设置有进气管1、进液管3、出液管4、人孔13以及排泥管12；进气管1、进液管3以及出液管4的高度相同；进气管1、人孔13以及排泥管12自上而下依次设置在反应器筒体6的侧壁上；反应器筒体6的内部自上而下依次设置有除沫装置17、中心循环管14、反射导流板10以及泥斗11；反应器筒体6的内壁与中心循环管14之间设置有螺旋导流叶片；中心循环管14的底部与反射导流板10之间设置有小微孔布气装置9；泥斗11的底部与排泥管12相贯通；进液管3伸入中心循环管14中；鼓风机21通过进气管1与小微孔布气装置9相贯通；鼓风机21通过射流器18与进液管3相贯通；外循环装置与射流器18相连通；出液管4与外循环装置相连通。布气装置由小孔或微孔布气装置和射流布气装置组合而成。小孔或微孔布气装置固定在旋流鼓泡塔中心循环管出口处，位于三相反应器中部的反应区内。射流布气装置布置在反应器外。

螺旋导流叶片包括设置在中心循环管14外壁上的内螺旋导流叶片7。螺旋导流叶片还包括设置在反应器筒体6内壁上的外螺旋导流叶片8。外螺旋导流叶片8的外轮廓与内螺旋导流叶片7的外轮廓相交、相切或相离；内螺旋导流叶片7以及外螺旋导流叶片8均是一片或多片螺旋线形叶片。内螺旋导流叶片7以及外螺旋导流叶片8的数量例如可采用1～6条，整体或分断焊接在筒体内壁及循环管外壁上。

参见图3以及图4，本实用新型所采用的反射导流板10的上表面设置有轮辐状的多片反射导流曲线形叶片；反射导流板10是截面呈圆形的平板或截面呈圆形的椎体，反射导流曲线形叶片的展开面是直角梯形。反射导流曲线性叶片的出口切线方向与圆形反射导流板10在反射导流曲线性叶片的最高点的切线方向夹角为15～20°。

旋流鼓泡塔三相反应器还包括设置在中心循环管14顶部的受液盘16；受液盘16呈倒锥形；进液管3通过倒锥形受液盘16后伸入中心循环管14中；进液管3伸入中心循环管14中并置于中心循环管14的管口0.3～0.5米处。

外循环装置包括外循环水箱19以及循环泵20；出液管4接入外循环水箱19；循环泵20分别与外循环水箱19和射流器18相贯通。

反应器筒体6包括自上而下依次连接的大直径圆柱形上部、圆锥台形中间变径段15以及小直径圆柱形下部；出气管2设置在大直径圆柱形上部的顶部；进气管1、进液管3以及出液管4均设置在大直径圆柱形上部的侧壁上；人孔13以及排泥管12均设置在小直径圆柱形下部的侧壁上。

旋流鼓泡塔三相反应器还包括设置在大直径圆柱形上部侧壁上的加药管5；除沫装置17是丝网。

本实用新型所提供的旋流鼓泡塔三相反应器的工作过程是：

旋流鼓泡塔反应器分为下部的沉淀区，中部的旋流循环反应区及上部的除沫区，该旋流鼓泡塔三相反应器内中心设有循环管受液盘及内循环管，中心的内循环管与外筒壁之间设有螺旋形导流叶片，内循环管下部出口处设有带曲线导叶的反射板。

其中，内循环工作过程是：

工作时，小孔或微孔布气装置由鼓风机供气，气泡上升，同时在气泡提升作用下含有固体的三相混合流体向上流动，在螺旋形导叶引导下形成螺旋形上升，到达上部分离区后，未反应的气体与液体及反应生成的固体分离。由于此时液固混合流体液面高于中心循环管受液盘的液面，因此混合流体进入中心循环管向下流动，在中心循环管底部出口处遇到反射板10后，在反射板10上曲线导叶引导下，变为沿径向和切向方向分速度，形成预旋。小孔或微孔布气装置产生的气泡推动预旋的混合流体上升，进入下一循环。

该过程中，上升的气泡由于液体切向速度作用在气泡上，引起气泡变形，增大了气液接触面积，提高了二氧化碳的利用率。同时混合液预旋产生的切向方向分速度有利于大颗粒的固体在离心力作用下与液体的分离，致大颗粒沉降到反应器下部的沉淀区。

外循环工作过程是：

射流布气装置布置在反应器外，射流器出口伸入旋流鼓泡塔中心循环管内0.3～0.5米，工作时，循环泵启动，外循环水箱内液体经射流器收缩的喉管处时产生负压，吸入含二氧化碳的尾气，吸入的尾气被液体切割成小气泡后与液体充分混合反应，进入旋流鼓泡塔中心筒内，在出口处气液混合物高速流出会带动周围的液体一起向下流动，中心循环管内混合液向下流速为0.35～1.5m/s，当流速大于0.35m/s时，直径小于5mm的气泡会跟随液体一起向下运动；而当流速大于0.7m/s时，直径小于8mm的气泡会跟随液体一起向下运动至中心循环管出口，经反射板后混合物向上流动，到达上部后气液分离，大部分液体溢流回外循环水箱，形成外循环。小部分流体经中心循环管向下流动，构成内循环。

该过程中，混合液内混有的气泡进入中心筒后先向下运动，到达反射板后再向上升，明显增加了气泡与液体的接触时间；同时由于水压力增大，导致气泡体积缩小，比表面积增大，提高了传质效率，均有利于二氧化碳利用率的提高。

基于本实用新型所提供的旋流鼓泡塔三相反应器进行相关实验时，可通过以下具体实施方式做验证：

实施例1：

采用连续式进水，含锰废水流量1m³/h(5.5g/L Mn)，加碱流量0.15m³/h(125g/LNaOH)，CO₂浓度为11％，将含锰废水、碱液、CO₂从旋流鼓泡塔三相反应装置上端加入，经底部向上旋流上升，通过pH控制***调节pH维持在6.85以上，经过旋流三相反应装置的沉淀、干燥后得到的沉淀物碳酸锰含量(以Mn计)为41.9％，达到了《HGT 4203-2011工业碳酸锰》合格品要求，出水Mn浓度为0.0383g/L，锰回收率为99.30％。

实施例2：

采用连续式进水，含锰废水流量1.1m³/h(4.8g/L Mn)，加碱流量0.16m³/h(125g/LNaOH)，CO₂浓度为12％，将含锰废水、碱液、CO₂从旋流鼓泡塔三相反应装置上端加入，经底部向上旋流上升，通过pH控制***调节pH维持在6.80以上，经过旋流三相反应装置的沉淀、干燥后得到的沉淀物碳酸锰含量(以Mn计)为42.2％，达到了《HGT 4203-2011工业碳酸锰》合格品要求，出水Mn浓度为0.0152g/L，锰回收率为99.68％。

实施例3：

采用间歇式进水，一次性加入含锰废水2.8m³(5.5g/L Mn)，加碱量0.15m³(125g/LNaOH)，CO₂浓度为11％，将含锰废水、碱液、CO₂从旋流鼓泡塔三相反应装置上端加入，经底部向上旋流上升，通过pH控制***调节pH维持在6.90，反应2h，经过旋流三相反应装置反应后的沉淀、干燥后得到的沉淀物碳酸锰含量(以Mn计)为42.9％，达到了《HGT 4203-2011工业碳酸锰》一级品要求，出水Mn浓度为0.0131g/L，锰回收率为99.76％。

实施例4：

采用间歇式进水，一次性加入含锰废水3.0m³(4.8g/L Mn)，加碱量0.15m³(125g/LNaOH)，CO₂浓度为12％，将含锰废水、碱液、CO₂从旋流鼓泡塔三相反应装置上端加入，经底部向上旋流上升，通过pH控制***调节pH维持在6.85，反应2h，经过旋流三相反应装置反应后的沉淀、干燥后得到的沉淀物碳酸锰含量(以Mn计)为42.5％，达到了《HGT 4203-2011工业碳酸锰》一级品要求，出水Mn浓度为0.0162g/L，锰回收率为99.66％。

Claims

1.一种旋流鼓泡塔三相反应器，其特征在于：所述旋流鼓泡塔三相反应器包括反应器筒体（6）、鼓风机（21）、外循环装置以及射流器（18）；所述反应器筒体（6）的顶部设置有出气管（2）；所述反应器筒体（6）的侧壁上分别设置有进气管（1）、进液管（3）、出液管（4）、人孔（13）以及排泥管（12）；所述进气管（1）、进液管（3）以及出液管（4）的高度相同；所述进气管（1）、人孔（13）以及排泥管（12）自上而下依次设置在反应器筒体（6）的侧壁上；所述反应器筒体（6）的内部自上而下依次设置有除沫装置（17）、中心循环管（14）、反射导流板（10）以及泥斗（11）；所述反应器筒体（6）的内壁与中心循环管（14）之间设置有螺旋导流叶片；所述中心循环管（14）的底部与反射导流板（10）之间设置有小微孔布气装置（9）；所述泥斗（11）的底部与排泥管（12）相贯通；所述进液管（3）伸入中心循环管（14）中；所述鼓风机（21）通过进气管（1）与小微孔布气装置（9）相贯通；所述鼓风机（21）通过射流器（18）与进液管（3）相贯通；所述外循环装置与射流器（18）相连通；所述出液管（4）与外循环装置相连通。

2.根据权利要求1所述的旋流鼓泡塔三相反应器，其特征在于：所述螺旋导流叶片包括设置在中心循环管（14）外壁上的内螺旋导流叶片（7）。

3.根据权利要求2所述的旋流鼓泡塔三相反应器，其特征在于：所述螺旋导流叶片还包括设置在反应器筒体（6）内壁上的外螺旋导流叶片（8）。

4.根据权利要求3所述的旋流鼓泡塔三相反应器，其特征在于：所述外螺旋导流叶片（8）的外轮廓与内螺旋导流叶片（7）的外轮廓相交、相切或相离；所述内螺旋导流叶片（7）以及外螺旋导流叶片（8）均是一片或多片螺旋线形叶片。

5.根据权利要求4所述的旋流鼓泡塔三相反应器，其特征在于：所述旋流鼓泡塔三相反应器还包括以轮辐状的方式设置在反射导流板（10）的上表面的多片反射导流曲线形叶片；所述反射导流板（10）是截面呈圆形的平板或截面呈圆形的锥体；所述反射导流曲线形叶片的展开面呈直角梯形。

6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的旋流鼓泡塔三相反应器，其特征在于：所述旋流鼓泡塔三相反应器还包括设置在中心循环管（14）顶部的受液盘（16）；所述受液盘（16）呈倒锥形；所述进液管（3）通过倒锥形受液盘（16）后伸入中心循环管（14）中。

7.根据权利要求6所述的旋流鼓泡塔三相反应器，其特征在于：所述进液管（3）伸入中心循环管（14）中并置于中心循环管（14）的管口0.3～0.5米处。

8.根据权利要求7所述的旋流鼓泡塔三相反应器，其特征在于：所述外循环装置包括外循环水箱（19）以及循环泵（20）；所述出液管（4）接入外循环水箱（19）；所述循环泵（20）分别与外循环水箱（19）和射流器（18）相贯通。

9.根据权利要求8所述的旋流鼓泡塔三相反应器，其特征在于：所述反应器筒体（6）包括自上而下依次连接的大直径圆柱形上部、圆锥台形中间变径段（15）以及小直径圆柱形下部；所述出气管（2）设置在大直径圆柱形上部的顶部；所述进气管（1）、进液管（3）以及出液管（4）均设置在大直径圆柱形上部的侧壁上；所述人孔（13）以及排泥管（12）均设置在小直径圆柱形下部的侧壁上。

10.根据权利要求9所述的旋流鼓泡塔三相反应器，其特征在于：所述旋流鼓泡塔三相反应器还包括设置在大直径圆柱形上部侧壁上的加药管（5）；所述除沫装置（17）是丝网。