[发明专利]旋流传质反应和产物分离方法与装置

说明书

一、技术领域

本发明属于化工传质和化学反应器及其产物分离技术领域，涉及釜式反应器、均衡池技术，涉及浮选、曝气、混凝、中和、氧化、还原、酸碱盐沉淀、萃取、汽提、吹脱、结晶技术，还涉及离心沉降技术。

二、背景技术

反应池、反应器是化工、环保领域常用的设备。露天者为池，封闭者为器。

有一类反应器(池)的主要目的是在一定压力或温度下由一种或几种单质生产新的物质。在这一类反应器中，釜式反应器是最常见的，它作为化工生产中常用的设备，用来完成单质的磺化、硝化、烃化、聚合、缩合等工艺过程。

釜式反应器安装有单一搅拌功能的搅拌浆，原料在反应器(池)内滞留时间有数十秒的，也有数天的，反应效率不够高，搅拌浆负荷大。大多数釜式反应器都是间歇作业，需要进行装卸、取样、卸料、清洗等操作。

反应器技术向自动化、连续化发展、消除生产环境污染是时代发展的趋势。

另有一类反应器(池)的目的是用物理传质或/和化学的方法分离、或提取、或去除、或增加混和液中某一种或几种成分或组份。具体的工艺方法有曝气法、混凝法、萃取法、汽提法、吹脱法、结晶析出法、浮选法、中和法、氧化法、还原法、酸碱盐沉淀法、沉降分离法，等等。

传质包括气--液和液--液传质。

剪切曝气是最优越的气--液传质技术。目前的剪切曝气技术分三类，一类是表面曝气，另一类是潜水剪切曝气。它们都存在能耗大的问题。潜水剪切曝气必然有气浮的效果。

曝气池或氧化沟是污水处理厂重要、必要的组成设施，常占有污水处理厂10~30％的面积，采用的技术有潜水微孔曝气，垂直碟式转盘表面曝气、水平涡轮表面曝气等。溶氧效率不高，是曝气池占地面积大的根本原因。

气浮浮选池也是污水处理厂的重要设施。它们或者是间歇作业，或者是平流池，池顶都安置刮刀，设施占地面积也很大，根本原因也在于气浮效率不高。

各种传质、化学反应方法都有一种或几种产物，必须进入下一道工序进行处理。

如在化工结晶析出工艺中，通过釜式反应器完成结晶析出，而晶体的分离须在不同的工艺单元分开进行，等于还增加了传输设备。

产物的相属不同，二次处理的方法又有所不同。对于重相，常采用一级或多级沉淀池或离心机沉降；对轻相常采用过滤方法，或浮选方法。

传质反应产物是沉淀物或重相的，如硫酸亚铁--石灰法除铬产生的氢氧化铬沉淀、甲醛除铜生成的氢氧化铜沉淀、硼氢化钠除汞生成的汞、用石灰石调节pH值后产生的污泥、钡盐法回收铬生成的铬酸钡和碳酸钡沉淀，它们常被传输至分离工艺处理。有的反应池或反应器的产物除沉淀外还有气相，如沼气、硫化氢、二氧化碳需要二次回收或处理。

工业废水等常含有一些重金属化合物、或有毒化合物、有机化合物，必须应用化学反应的方法处理。有大量的化学反应工艺，是先通过反应池(器)生成沉淀、或者气体、或者新的液相，然后，在下一级工序里对沉淀物、或气体、或液体另外进行分离的。

归结起来，几乎所有的混合液传质与化学反应与产物分离回收工艺方法都不同程度地存在工艺流程单元多、各单元形体笨重而且占地面积大、或处理不连续、或持续时间长、露天或露味、衔接管道和泵的磨损积垢堵塞、沉淀池清除淤积工作繁重的问题，在分离技术上普遍存在成本太高的问题。运行故障率高、能耗大、投资大是这些工艺和系统广泛存在的问题，还有一些工艺的效率过低，需要重复使用。有一些废水处理的化学工艺和系统处理的废水虽然耗资很大仍然达不到环保要求的排放标准。

中国专利“用于物相分离的针轮”(ZL 982019991.2)公开了一种转子技术。它包括一个带有中心轴孔的轮毂，轮毂一端的外侧刻有放置弹簧卡圈的卡槽；有数个定位环，每个定位环上紧密排列挂着U形针苗；挂好针苗的定位环套在轮毂的外围柱面上；在每两个定位环与轮毂两端之间各有一个环形隔板；定位环、隔板与轮毂通过键连接；一个弹簧卡圈嵌在轮毂一端的卡槽内。

与各种类型的搅拌浆技术相比，这项针轮技术安全、制作成本低、动平衡性能优越、转动负荷低。

三、发明内容

本发明的目的是：

1、提出一种高效连续地进行传质和/或化学反应并对产物同期分离的方法。

2、提出一种在同一容器内间歇进行化学反应与产物分离的方法。

3、提出一类新的能够大流量、连续、高效地进行曝气、气浮、混凝、萃取、汽提、吹脱等传质，以及中和、氧化、还原、酸碱盐沉淀、络合等化学反应，并对产物同期或同体分离的、轻便的传质反应池或传质反应器。