[發(fā)明專利]一種高壓對(duì)沖淹沒射流空化反應(yīng)器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710523314.3
• 申請(qǐng)日: 2017-06-30
• 公開（公告）號(hào): CN107175061A
• 公開（公告）日: 2017-09-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔡軍;陶躍群;劉斌;淮秀蘭
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院工程熱物理研究所
• 主分類號(hào): B01J19/26
• 分類號(hào): B01J19/26;C02F1/72
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司11021
• 代理人: 任巖

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于液體空化發(fā)生裝置研究技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種綜合利用水力空化和淹沒對(duì)沖空化射流技術(shù)顯著提高有機(jī)廢水處理效果的高壓對(duì)沖淹沒射流空化反應(yīng)器。

背景技術(shù)

隨著國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)的快速發(fā)展，城市規(guī)模與人口數(shù)量不斷擴(kuò)大，廢水排放量與日俱增，水中有害化學(xué)物質(zhì)和難降解有機(jī)物逐年增多，傳統(tǒng)水處理方法已無法滿足新的環(huán)保要求，迫切需要研發(fā)新型廢水處理方法與技術(shù)工藝。

空化氧化法作為難降解有機(jī)廢水處理方法不僅可有效去除許多難降解物質(zhì)和有毒物質(zhì)，而且還具有無二次污染、反應(yīng)裝置簡單等諸多優(yōu)點(diǎn)，是近年來比較受關(guān)注的新型水處理方法。空化現(xiàn)象是指當(dāng)液體內(nèi)部局部壓力降低至液體溫度對(duì)應(yīng)的飽和蒸氣壓時(shí)，在液體中或液固界面上蒸汽或氣體空穴(空化泡)形成、生長及潰滅的過程。科學(xué)研究表明，空化泡急速潰滅瞬間在液體介質(zhì)中會(huì)形成局部高溫高壓環(huán)境，并伴有強(qiáng)烈沖擊波和高速射流，同時(shí)釋放出1～10¹⁸kW/m³的高密度能量，該能量能夠使空化泡內(nèi)部蒸汽在高溫、高壓下發(fā)生分裂解反應(yīng)，產(chǎn)生高活化性的羥自由基·OH和強(qiáng)氧化劑H₂O₂。空化泡潰滅所形成的射流使這些自由基和氧化劑擴(kuò)散到空化泡周圍液體中，，從而與液體中的有機(jī)污染物發(fā)生氧化反應(yīng)，將水中大多數(shù)有機(jī)污染物氧化降解成為無害物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)污水處理。空化泡潰滅形成的強(qiáng)大剪切力也可使大分子主鏈上的碳鍵斷裂以及破壞微生物細(xì)胞壁，從而達(dá)到降解高分子和使微生物失活的作用，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)的凈化。

關(guān)于空化水處理技術(shù)，目前研究較多的是超聲空化和水力空化，超聲空化經(jīng)過多年研究探索，其實(shí)驗(yàn)室技術(shù)已基本成熟，但由于能量利用率較低，空化作用區(qū)域小等問題，其規(guī)模化應(yīng)用受到很大限制，難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。相比之下，水力空化具有反應(yīng)裝置簡單、能耗低以及易于規(guī)模化應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn)，相關(guān)研究已成為國內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的熱點(diǎn)。水力空化技術(shù)比超聲空化技術(shù)更有優(yōu)勢，但水力空化具有空化強(qiáng)度低的缺點(diǎn)，對(duì)于一些難降解的有機(jī)污染物去除能力并不強(qiáng)。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問題

鑒于上述技術(shù)問題，為了克服傳統(tǒng)水力空化技術(shù)所存在的不足，本發(fā)明提供了一種高壓對(duì)沖淹沒射流空化反應(yīng)器，以提高水力空化強(qiáng)度、提高有機(jī)污水處理效果。

對(duì)沖射流是強(qiáng)化相間傳質(zhì)傳熱過程最有效手段之一。將對(duì)沖射流和空化過程耦合，利用外部動(dòng)力與噴嘴內(nèi)部的特殊構(gòu)造將兩股或多股水射流射出并在撞擊面發(fā)生高速對(duì)撞，造成空化效應(yīng)形成空化撞擊區(qū)。空化作用造成的瞬間局部高溫高壓、微射流和沖擊波對(duì)化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行提供了良好理化環(huán)境，提高化學(xué)反應(yīng)速率，提供化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力；而高速的水射流對(duì)撞造成強(qiáng)烈湍動(dòng)的撞擊流流場結(jié)構(gòu)，使流場中的宏、微觀混合和壓力波動(dòng)特性得到提高。

(二)技術(shù)方案

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種高壓對(duì)沖淹沒射流空化反應(yīng)器，其包括：腔體主體、N條管路、高壓噴嘴、腔體上蓋，腔體主體的底部具有出水孔，用于排出經(jīng)過凈化的流體；N條管路的每條管路通過腔體主體側(cè)壁上的第一通孔部分伸入腔體主體內(nèi)部，其中N≥2；高壓噴嘴安裝在每條管路的伸入腔體主體內(nèi)部的一端；腔體上蓋安裝在腔體主體的上方。

(三)有益效果

從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明高壓對(duì)沖淹沒射流空化反應(yīng)器至少具有以下有益效果其中之一：

(1)本發(fā)明將對(duì)沖射流和空化過程耦合，使得本發(fā)明空化強(qiáng)度高、運(yùn)行成本低、有機(jī)污染物處理能力強(qiáng)；

(2)本發(fā)明通過法蘭后端管路安裝的高壓球閥，調(diào)節(jié)射流類型，使得本發(fā)明適用范圍廣；

(3)本發(fā)明可以通過改變噴嘴后端與管路的螺紋旋擰圈數(shù)，調(diào)節(jié)噴嘴之間距離改變對(duì)沖射流強(qiáng)度；

(4)本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)空化流場的可視化觀察。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例高壓對(duì)沖淹沒射流空化反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為圖1中腔體主體的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為圖1中高壓噴嘴的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。

在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，提供了一種高壓對(duì)沖淹沒射流空化反應(yīng)器。圖1為本發(fā)明實(shí)施例高壓對(duì)沖淹沒射流空化反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本發(fā)明高壓對(duì)沖淹沒射流空化反應(yīng)器包括：腔體主體、管路、進(jìn)口高壓法蘭、高壓噴嘴、腔體上蓋、腔體下蓋、透明視窗、視窗蓋板、和透光底板。