[发明专利]一种集成气液混合器的板壳式换热器及用其处理有机废水的方法和装置系统

说明书

本发明公开了一种集成气液混合器的板壳式换热器及用其处理高浓有机废水的方法和装置系统，所述换热器包括壳体、板芯、气液混合器、气体进料管、液体进料管、冷侧出口、热侧进口、热侧出口、板芯支承及连接结构，适用于高压低气速气液两相混合、热交换进料的反应体系。利用本发明的换热器进行废水处理，采用气液充分混合进料、操作温度及压力稳定，换热效率高，设备投资低，对有机废水处理效果好。

技术领域

本发明涉及有机废水处理技术领域，具体涉及一种内部集成有气液混合器的板壳式换热器及用其处理有机废水的方法和装置系统。

背景技术

催化湿式氧化(Catalytic Wet Air Oxidation，简称CWAO)法是在一定的温度(150～350℃)、压力(2～10MPa)和催化剂的作用下，经空气氧化，使污水中的有机物及氨分别氧化分解成CO₂、H₂O及N₂等无害物质来达到净化目的的方法。其是处理高浓度、有毒、有害、生物难降解废水的高效稳定的环保技术之一，具有应用范围广、净化效率高、占地面积小、能耗低、二次污染少等优点。

但其在工业化的历程中，仍有诸多问题待优化。特别是在大规模废水处理中，物料升温所需热量很大(约占总成本30％)，系统热集成效率决定了废水处理成本。废水与空气混合进料，可以共同预热至所需温度，避免废水与高压空气单独预热后混合，由于水相汽化气相潜热导致气液混合物温度下降，从而达不到反应所需温度而需要高温热源进一步加热，该部分能量占到系统总成本15％左右，同时额外增加的特材换热器也提高了装置建设成本。此外，水气两相在进入反应器之前充分混合接触，有利于提高水中溶氧量，促进有机物的氧化分解，提高了COD去除率。而气液混合的均匀性，决定了系统温度及压力的稳定性，对最终的COD去除率至关重要。

传统换热器实现气液混合传热，有套管式及管壳式等形式。套管式换热器用材、占地较大，尤其是在物料为高温高压条件下，金属重量相对其他换热器大很多，成本较高。列管式换热器的壳程流速较低，气液容易分层，导致混合及传热效果变差，流动也不容易稳定。

板壳式换热器，结构为将传统的板式换热器板芯置于耐压壳体中，由于其优良的传热性能及耐高压特性，得到广泛应用。同时板片内气液流速较高，可以维持良好的气液混合状态。为了维持换热器稳定高效运行，需要在换热器入口实现气液两相连续均匀混合。针对一般的气液混合，一般采用文丘里式，但是在CWAO高压工况下，废水中有机物含量低，空气体积小，气液两相体积比在0.2～5：1，无法通过文丘里混合方式实现气液连续均匀混合。

因此，开发一种适合高压下低气液比的气液混合热交换设备，对于传热效率及能耗影响很大，也直接决定了系统运行的稳定性，对该技术在环保领域的大规模应用具有重大意义。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明的目的提供一种新的内部集成气液混合器的板壳式换热器，实现换热器冷热两侧均可高压气液混合进料，解决现有技术中文丘里等气体混合器不适用于高压低气液比的两相混合进料均匀分布的问题。

本发明的另一目的在于这种新型集成气液混合器的板壳式换热器用于处理有机废水的方法，特别适用于CWAO法。

本发明的再一目的在于这种新型集成气液混合器的板壳式换热器用于处理有机废水的装置系统。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下:

一种集成气液混合器的板壳式换热器，包括限定板壳式换热器内部空间的壳体、和位于壳体内部用于热交换的板芯以及气液混合器；所述板芯由至少一个板芯支承及连接部件与壳体连接；所述壳体的一端设有热侧进口和冷侧出口，分别与所述板芯一侧的热侧进口和冷侧出口相连；所述壳体的另一端设有气体进料管、液体进料管、热侧出口，所述板芯的另一侧设有冷侧进口、热侧出口，所述壳体的热侧出口与所述板芯的热侧出口相连；所述气液混合器的出口端与所述板芯的冷侧进口相连。