一种基于二次引射流的高效溶气反应器及其气液混合传质方法技术

本发明专利技术提供了一种基于二次引射流的高效溶气反应器及其气液混合传质方法。所述高效溶气反应器采用立式结构布局，主要包括反应罐、进液管、进气管、高压气腔套筒、弹性橡胶管、密封支撑套管、强化混合管、射流喷嘴、引射流管、旋流筛分筒、出水管、排气阀等。本发明专利技术基于微孔介质发泡、二级引射流强化气液混合溶解、旋流气泡粒径筛分等理念，有效增大了分散气泡的水力停留时间，强化了气液混合溶解过程，实现梯级强化气液混合溶解传质过程，达到高效溶气的目的，所述溶气反应器具有结构紧凑、不易堵塞、溶气效率高、工况适应范围广、运行维护成本低等特点。等特点。等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于二次引射流的高效溶气反应器及其气液混合传质方法


[0001]本专利技术属于高效气液混合传质和微细气泡发生
，具体涉及一种基于二次引射流的高效溶气反应器及其气液混合传质方法。

技术介绍

[0002]微细气泡具有液流停留时间长、比表面积大、传质方效率高、能够产生大量羟基自由基等特点，在污染治理、生态修复、水产养殖、洗浴保健、化工反应过程强化等领域得到广泛应用。
[0003]按照成泡机理不同，工业常用的微细气泡产生方式主要有溶气释放法、引气分散法、微孔散气法、多相溶气泵法、电解法等。其中所述溶气释放法是指，使气体在一定压力下溶解于水中并达到过饱和状态，通过减压使水中溶解气以微细气泡析出，该方法具有产泡质量高、安装调试简单、运行稳定等优势，是目前应用最为广泛的微细气泡产生方法。
[0004]溶气罐是溶气释放产生微细气泡过程中使气相在水中充分溶解的核心设备。为保证溶气效率，需要在溶气罐内实现水与气体的充分接触传质，促使气体尽快溶入水中达到饱和程度。
[0005]根据溶气方式不同，现有溶气罐具体可以分为采用填料增大罐内气液混合传质界面的填料式和基于强化气液混合溶解过程的射流式、旋流式、涡流式等。其中填料式溶气罐目前在工业中应用最为广泛，但客观而言仍然存在填料易堵塞、高能耗等不足。而射流式、旋流式、涡流式等溶气罐存在气液混合效果差、溶气效率低、气液比工况适应性差等不足，限制了溶气效率的进一步提升。
[0006]随着微细气泡技术的应用越来越引起人们的重视，高效溶气技术已经为限制其发展的瓶颈性难题。近年来，许多研究人员提出了一些新型溶气罐结构，如：专利CN215516717U中介绍了一种气浮机双射流溶气罐，通过在溶气罐内设置双级文丘里射流器射流结构，以达到提高溶气罐内射流效果的目的；该方法虽然在一定程度上提高了气液混合效果，但并未真正解决文丘里射流发泡粒径偏大、混合传质效果差的问题。
[0007]美国专利US6485003/B2同样公开了一种溶气装置及方法，其主体溶气罐内包含有加速板、扩张溶气腔、螺旋叶片、气体回流管等，该方案主要是利用加速板提高气液流速来提高气液两相接触混合强度，然后通过扩张腔和螺旋叶片来调节气液两相流速和运动方向，强化气液传质效率，并利用气体回流管将气泡汇集至扩张溶气腔以提高气体利用率；该方案相当于是通过耦合射流式与旋流式溶气技术来达到强化气液溶解传质过程，但存在射流产生气泡粒径偏大、旋流效应容易导致气液两相发生离心分层流动等问题。
[0008]有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的是提供一种高效溶气反应器，其具有工况适用范围广、结构紧凑、不
易堵塞、溶气效率高、运行维护成本低等特点。
[0010]本专利技术所述的技术方案如下：一种溶气反应器，包括反应罐；所述反应罐的顶部配有一强化混合管，所述强化混合管的下端延伸至所述反应罐内部并连接射流喷嘴，上端延伸至所述反应罐的外部，从下向上依次连接密封支撑套管、弹性橡胶管和进液管；所述弹性橡胶管的表面有微纳米级的穿气孔；所述弹性橡胶管和所述密封支撑套管的外部设一高压气腔套筒，所述弹性橡胶管、所述密封支撑套管和所述高压气腔套筒形成一密闭腔室，作为高压气腔；所述高压气腔套筒的侧壁上设有进气管；所述射流喷嘴的下部设有引射流管；所述引射流管的下部设有旋流筛分筒；所述反应罐的上部设有排气阀，下部设有出水管。
[0011]上述溶气反应器中，所述密封支撑套管依次由缩径管、穿孔管和扩张管组成；所述缩径管小口径端的直径为其大口径端直径的1/2
‑
2/3，所述缩径管沿轴心倾斜角为45
°‑
60
°
；所述扩张管小口径端的直径与所述缩径管小口径端的直径一致，所述扩张管沿轴心倾斜角为45
°‑
75
°
。
[0012]上述溶气反应器中，所述穿气孔的孔径为0.1
‑
3.0μm，孔隙度为15%
‑
50%；所述弹性橡胶管的耐压强度不低于0.5MPa；所述弹性橡胶管被所述密封支撑套管紧固，所述弹性橡胶管的两端与所述密封支撑套管的所述缩径管和所述扩张管平行部位压紧密封。
[0013]常压时，所述弹性橡胶管张紧与所述穿孔管紧密贴合；当通入高压气体时，高压气腔内的高压气体穿过所述穿孔管，所述弹性橡胶管受高压变形，表面穿气孔被打开，高压气体透过穿气孔进入主体水流中，利用高速水流实现对连续气相的切割。
[0014]上述溶气反应器中，所述旋流筛分筒上部为开口向上的空心锥台形结构，所述空心锥台形结构内设置有旋流叶片；所述旋流筛分筒下部为均流板，所述均流板与所述空心锥台形结构之间设有周向均流叶片。
[0015]上述溶气反应器中，所述空心锥台形结构大端与所述反应罐侧壁的间距为2
‑
5mm；所述空心锥台形结构的上端面与所述射流段下部大口径端的圆面的间距为所述射流段下部大口径端直径的1.3
‑
2.0倍；所述空心锥台形结构小端直径与所述均流板直径一致，均为所述射流段下部大口径端直径的1.5
‑
2倍；所述旋流叶片的厚度范围为1
‑
10mm；所述旋流叶片的倾斜角度范围为10~30
°
；所述旋流叶片的数量为4
‑
10片。
[0016]上述溶气反应器中，所述反应罐的上部为椭圆封头结构，中部为变径筒体结构，下部为直筒结构，底部为椭圆封头结构；所述变径筒体结构与水平倾斜角为65
°‑
85
°
；所述射流喷嘴为一段缩径管，其小口径端出口内壁面上设有6
‑
10个V形槽；
所述V形槽的深度为所述射流喷嘴的小口径端出口直径的1/4
‑
1/3；上述溶气反应器中，所述引射流管包括上部引流段和下部射流段；所述引流段为喇叭口状，其上部大口径端的直径为所述强化混合管内径的2
‑
3倍，其下部小口径端的直径与所述射流段的内径一致，所述引流段的高度为其小口径端直径的1.5
‑
3倍；所述引流段的水平方向倾斜角度为45
°‑
60
°
；所述射流段为锥形管结构，其上部小口径端的直径与所述引流段下部小口径端的内径一致，其下部大口径端的直径为所述强化混合管内径的2
‑
3倍，所述射流段高度为所述反应罐高度的1/4
‑
1/3，所述射流段的水平方向倾斜角度为75
°‑
85
°
。
[0017]本专利技术进一步提供一种基于所述溶气反应器的气液混合传质方法，包括如下步骤：S1、水流经所述进液管、所述密封支撑套管的缩径管进入所述弹性橡胶管直管段内，同时气体通过所述进气管进入所述高压气腔套筒；高压气体穿透所述弹性橡胶管的所述穿气孔与所述缩径管内来水接触，形成气水混合流；S2、所述气水混合流依次进入所述密封支撑套管的穿孔管本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种溶气反应器，包括反应罐；所述反应罐的顶部配有一强化混合管，所述强化混合管的下端延伸至所述反应罐内部并连接射流喷嘴，上端延伸至所述反应罐的外部，从下向上依次连接密封支撑套管、弹性橡胶管和进液管；所述弹性橡胶管的表面有微纳米级的穿气孔；所述弹性橡胶管和所述密封支撑套管的外部设一高压气腔套筒，所述弹性橡胶管、所述密封支撑套管和所述高压气腔套筒形成一密闭腔室，作为高压气腔；所述高压气腔套筒的侧壁上设有进气管；所述射流喷嘴的下部设有引射流管；所述引射流管的下部设有旋流筛分筒；所述反应罐的上部设有排气阀，下部设有出水管。2.根据权利要求1所述的溶气反应器，其特征在于：所述密封支撑套管依次由缩径管、穿孔管和扩张管组成；所述缩径管小口径端的直径为其大口径端直径的1/2
‑
2/3，所述缩径管沿轴心倾斜角为45
°‑
60
°
；所述扩张管小口径端的直径与所述缩径管小口径端的直径一致，所述扩张管沿轴心倾斜角为45
°‑
75
°
。3.根据权利要求2所述的溶气反应器，其特征在于：所述穿气孔的孔径为0.1
‑
3.0μm，孔隙度为15%
‑
50%；所述弹性橡胶管的耐压强度不低于0.5MPa；所述弹性橡胶管被所述密封支撑套管紧固，所述弹性橡胶管的两端与所述密封支撑套管的所述缩径管和所述扩张管平行部位压紧密封。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的溶气反应器，其特征在于：所述旋流筛分筒上部为开口向上的空心锥台形结构，所述空心锥台形结构内设置有旋流叶片；所述旋流筛分筒下部为均流板，所述均流板与所述空心锥台形结构之间设有周向均流叶片。5.根据权利要求4所述的溶气反应器，其特征在于：所述空心锥台形结构大端与所述反应罐侧壁的间距为2
‑
5mm；所述空心锥台形结构的上端面与所述射流段下部大口径端的圆面的间距为所述射流段下部大口径端直径的1.3
‑
2.0倍；所述空心锥台形结构小端直径与所述均流板直径一致，均为所述射流段下部大口径端直径的1.5
‑
2倍；所述旋流叶片的厚度范围为1
‑
10mm；所述旋流叶片的倾斜角度范围为10~30
°
；所述旋流叶片的数量为4
‑
10片。6.根据权利要求4所述的溶气反应器，其特征在于：所述反应罐的上部为椭圆封头结构，中部为变径筒体结构，下部为直筒结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：张健，王秀军，华朝，靖波，黄波，王会，蔡小垒，陈家庆，
申请(专利权)人：中海石油中国有限公司北京研究中心，
类型：发明
国别省市：