КОНТАКТНЫЙ РЕАКТОР

Полезная модель относится к области очистки сточных вод предприятий горнодобывающей и металлургической промышленности, а именно к устройствам для обработки сточных вод, содержащих сульфат-ионы, смесью известкового молока и алюмосодержащего реагента, например глиноземистого цемента (ГЦ).
При взаимодействии смеси ГЦ и известкового молока с сульфат-ионами образуется труднорастворимое комплексное соединение гидросульфоалюминат кальция, частицы которого образуют экранирующую пленку (корку) на поверхности частиц ГЦ, препятствуя дальнейшему взаимодействию с растворенными сульфат-ионами. Поэтому, для обеспечения полноты взаимодействия реагентов за счет непрерывного освежения поверхности частиц ГЦ, процесс проводят в шаровой мельнице (SU 872462, C02F 1/58,1979; SU 1773877, C02F 1/58, 1989).
Недостатком использования в качестве контактного аппарата шаровой мельницы является ее большая энергоемкость и громоздкость.
Известен вертикальный вихревой смеситель, содержащий корпус квадратного или круглого сечения с пирамидальной или конической нижней частью, трубопровод подачи исходной воды в нижнюю часть смесителя, узел подачи реагентов и сборный желоб с трубопроводом отвода воды, смешанной с реагентами. Центральный угол между наклонными стенками смесителя составляет 30-45° (Журба М.Г., Соколов Л.И., Говорова Ж.М. Водоснабжение. Проектирование систем и сооружений. Т. 2. Очистка и кондиционирование природных вод. Изд. 2-е, перераб. и доп. Учебн. пособие. - М.: Изд-во АСВ, 2004, стр. 173, рис. 13.20). Принцип работы вертикального смесителя определяется тем, что в нижней части за счет переменных, уменьшающихся по ходу движения скоростей потока жидкости, возникает зона повышенной турбулентности. В этой зоне при соударении струй происходит активное перемешивание растворов реагентов с обрабатываемой водой. Основным достоинством вертикального смесителя является простота конструкции, поскольку в нем отсутствуют вращающиеся элементы, высокая надежность и, следовательно, простота эксплуатации при низкой энергоемкости процесса.
Наиболее предпочтительным для улучшения смешивания сред является использование тангенциальных сопел. Обычно используются близкие к ним «скошенные» сопла, ориентируемые в направлении вращения потока среды. В этом случае впрыскиваемые струи СВ в основной поток СВ, смешанный с реагентами, сообщают ему дополнительную кинетическую энергию.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели по технической сущности и достигаемому техническому эффекту является устройство для смешивания жидкостей, состоящее из вертикального цилиндрического корпуса с боковыми ребрами и тангенциальной форсункой, выпускным клапаном в нижней его части, окруженным сферой с диффузорами, и крышкой, на которой установлена своя форсунка (АС СССР, №1768259, МПК В01F 5/02, 1990).
Это устройство позволяет использовать для смешивания жидкостей энергию соударения струй жидкости с ребрами корпуса.
Однако это устройство имеет мертвые зоны, в которых не происходит смешивание, а соударение струй жидкостей происходит под углом и на расстоянии друг от друга, равном диаметру корпуса. Кроме того, оно не может быть использовано для обработки СВ смесью известкового молока и алюмосиликатного реагента из-за невозможности разбить образующуюся пленку нерастворимых соединений на активных частицах алюмосиликатного реагента.
Технической задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является активизация процесса взаимодействия реагентов с СВ и предотвращение отложений загрязнений на корпусе смесителя.
Указанная задача решается тем, что предлагаемый контактный реактор, содержащий корпус круглого сечения, трубопроводы подачи воды с реагентом и отвода обработанной воды, дополнительно содержит установленный коаксиально внутренний корпус меньшего диаметра без днища, водосборный кольцевой лоток, установленный в верхней части межкорпусного пространства и сообщенный с трубопроводом отвода обработанной воды, кольцевой распределительный коллектор подачи циркуляционной воды, установленный в нижней части с внешней стороны наружного корпуса, сообщенный с придонной зоной реактора и содержащий не менее шестнадцати щелевых диффузоров, углубленных во внутренний корпус и придонную зону наружного корпуса с возможностью подачи циркуляционной воды тангенциально на разных по высоте уровнях. Щелевые диффузоры представляют собой участки трубопроводной обвязки, состоящие из 2-3 прямолинейных участков, развернутых относительно друг друга на 90°, заканчивающиеся сужающим устройством в виде щелевого наконечника, при этом прямолинейные участки снабжены водоотбойными пластинами с прорезями, установленными под углом 60° к продольной оси на противоположных сторонах трубы. Диффузоры расположены под углом 45° друг к другу относительно вертикальной оси корпуса, причем концы не менее половины от всего количества диффузоров направлены в сторону днища аппарата, а остальные по парно на встречу друг другу (расстояние между осями в горизонтальной плоскости немение 1 м) расстояние от днища аппарата до оси ввода диффузоров в корпус аппарата равно 3,3 м при общей рабочей аппарата равной 4,5 м. Верхний уровень кромки водосборного лотка находится на 200 мм ниже уровня водного зеркала во внутреннем корпусе аппарата.
Каждый диффузор снабжен запорной арматурой. Ось входного патрубка трубопровода подачи сточной воды совпадает с вертикальной осью реактора. Соотношение диаметров и высоты внутреннего наружного корпусов составляет 8:10.
На фиг. 1 представлен общий вид контактного реактора; на фиг. 2 - вид реактора сверху; на фиг. 3 - кольцевой распределительный коллектор подачи циркуляционной воды с вмонтированными щелевыми диффузорами (соплами) впрыска циркуляционной воды, вид сверху; на фиг. 4 - кольцевой распределительный коллектор, вид спереди; на фиг. 5 - щелевой диффузор впрыска циркуляционной воды во внутренний корпус (верхнего уровня подачи): в разрезе, вид спереди и сечение А-А; на фиг. 6 - щелевой диффузор впрыска циркуляционной воды во внутренний корпус (среднего уровня подачи): вид сверху и вид сбоку; на фиг. 7 - щелевой диффузор впрыска циркуляционной воды в наружный корпус (нижнего уровня подачи): вид спереди, вид сверху (А-А), вид справа; на фиг. 8 - труба диффузора: вид с торца, сечение А-А и сечение В-В; на фиг. 9 - водоотбойная пластина щелевого диффузора: общий вид и в разрезе; на фиг. 10 - щелевой наконечник: сечение А-А, основной вид с торца трубы, вид сверху (В).
Контактный реактор содержит:
1. Трубопровод подачи обработанной реагентами сточной воды;
2. Площадку обслуживания контактного реактора;
3. Водосборный кольцевой лоток;
4. Внутренний корпус аппарата без днища;
5. Наружный корпус аппарата с плоским днищем;
6. Кольцевой распределительный коллектор подачи циркуляционной воды;
7. Щелевые диффузоры впрыска циркуляционной воды в т.ч.:
1
7 - диффузоры верхнего уровня подачи для впрыска циркуляционной воды во внутренний корпус;
2
7 - диффузоры среднего уровня подачи для впрыска циркуляционной воды во внутренний корпус;
3
7 - диффузоры нижнего уровня подачи для впрыска циркуляционной воды в придонную зону наружного корпуса;
8. Трубопровод забора циркуляционной воды;
9. Сливной патрубок для сброса воды из водосборного кольцевого лотка в отводящий трубопровод.
3
Внутренний 4 и наружный 5 корпусы аппарата имеют цилиндрическую форму и установлены коаксиально. Преимущественно соотношение высоты и диаметров внутреннего и наружного корпусов составляет 8:10. В частности, для контактного аппарата, производительностью 400 м/час, диаметр наружного корпуса 5 аппарата равен 1000 мм, а диаметр внутреннего корпуса 4 равен 800 мм. Внутренний корпус 4 выполнен без днища и представляет собой металлическую цилиндрическую вставку, выполненную из листового материала, состоящую из секций с фланцами соединенных между собой болтами. Вставка закреплена посредством резьбовых стяжек к площадке 2 обслуживания аппарата. Площадка 2 обслуживания аппарата опирается на верхний фланец наружного корпуса 5 и закреплена болтовыми соединениями как к фланцу наружного корпуса - так и к опорным элементам площадки, выполненным в виде кронштейнов. Ось входного патрубка трубопровода 1 подачи сточной воды совпадает с вертикальной осью аппарата.
В верхней части межкорпусного аппарата установлен кольцевой водосборный лоток 3 с регулируемым в вертикальной плоскости (по уровню водного «зеркала») зубчатым переливом. Лоток 3 служит для сбора и отвода обработанной реагентами сточной воды после завершения процесса прохождения химических реакций между сульфат-ионами и вводимыми реагентами. Верхний уровень кромки водосборного лотка находится на 200 мм ниже уровня водного зеркала во внутреннем корпусе аппарата.
Кольцевой водосборный 3 лоток имеет сливной патрубок 9, служащий для подключения к трубопроводу сброса сточных вод и ее транспорта для последующей технологической обработки в соответствии с действующим регламентом очистки. Диаметр сливного патрубка и отводящего трубопровода подобран таким образом, чтобы обеспечить свободный слив обработанной воды.
1
2
3
1
3
С внешней стороны наружного корпуса 4 внизу установлен кольцевой распределительный коллектор 6 подачи циркуляционной воды, который сообщен с придонной зоной аппарата трубопроводом 8 забора циркуляционной воды и содержит не менее шестнадцати щелевых диффузоров 7 (7; 7; 7), для впрыска циркуляционной воды во внутренний корпус 4 и придонную зону наружного корпуса 5 аппарата, в т.ч. диффузорами 7 нижнего уровня подачи в количестве восьми единиц, диффузорами 1 г среднего уровня подачи и 7 верхнего уровня подачи в количестве восьми единиц по четыре каждого вида соответственно.
1
2
3
Щелевые диффузоры 7 (7; 7; 7) являются основным рабочим органом контактного аппарата. Они представляют собой участки трубопроводной обвязки, состоящие из двух-трех прямолинейных участков труб (вертикальных и горизонтальных), развернутых относительно друг друга под углом 90°, соединенных между собой вставками из патрубков и отводов равного им диаметра, заканчивающиеся сужающим устройством в виде щелевого наконечника. Сборка диффузоров выполнена посредством электросварных соединений.
1
2
3
Щелевые диффузоры 7; 7; 7 расположены по углом 45° друг к другу относительно вертикальной оси аппарата, причем наконечники двенадцати из них ( от всего количества) направлены под углом 25° в сторону днища аппарата, а наконечники остальных четырех направлены вверх от днища также под углом 25°. Каждый диффузор снабжен запорной арматурой для регулирования напора впрыскиваемой циркуляционной воды.
Трубы прямолинейных (вертикальных и горизонтальных) участков снабжены водоотбойными пластинами с прорезями. Пластины выполнены из листового материала толщиной, равной толщине стенки трубы или более ее толщины на 1-2 мм и установлены на противоположных сторонах трубы под углом 60° к продольной оси трубы с шагом, обеспечивающим условие, когда поток жидкости, отклоняемый предыдущей пластиной, ударяет в начало следующей пластины, что позволяет свести к минимуму торможение потока. Например, водоотбойные пластины установлены с первоначальным отступом от торца трубы 150 мм и шагом 300 мм. Величина свободного просвета от торца водоотбойной пластины до противоположной линии внутренней поверхности трубы составляет не менее 1/3 внутреннего диаметра условного прохода (Ду) трубы. Например, в прошедшей испытание установке использована труба Дн=159 мм, Ду=150 мм при толщине стенки трубы 4,5 мм - просвет составляет 50 мм. Прорези на водоотбойных пластинах сужат для создания струйности проходящих потоков жидкости. Участки труб со встроенными водоотбойными пластинами развернуты в вертикальной плоскости на 90° относительно друг друга, что обеспечивает изменение плоскости движения сточных вод и способствует увеличению степени перемешивания реагентной смеси с СВ.
Принцип работы щелевых диффузоров аналогичен созданию турбулентных завихрений (потоков) в ершовом смесителе. Ударные нагрузки о пластины, возникающие при турбулентном перемешивании жидкости, обеспечивают разрушение пленки (корки) нерастворимых комплексных соединений, образующейся на поверхности частиц алюмосодержащего реагента в результате его взаимодействия с сульфат-ионами, тем самым создают максимально возможные условия протекания химических реакций.
Устройство работает следующим образом.
Сточные воды, обработанные рабочими растворами реагентов (далее по тексту СВ), по трубопроводу 1 подаются во внутренний корпус 4.
1
2
3
Под действием изобарического давления (высота столба жидкости в аппарате) СВ по трубопроводу 8 поступают в улитку циркуляционного насоса (не показан), затем под рабочим давлением, создаваемым циркуляционным насосом, подаются в кольцевой распределительный коллектор подачи циркуляционной воды 6 и через щелевые диффузоры (7; 7; 7) впрыскиваются во внутренний корпус и придонную зону наружного корпуса.
Предложенная конструкция контактного реактора позволяет обеспечить постоянное движение потока обработанной реагентами СВ и перемешивание без применения дополнительных перемешивающих устройств.
За счет энергии струи СВ, впрыскиваемой тангенциально к внутренней поверхности аппарата, благодаря размещению диффузоров под углом 45° друг к другу относительно вертикальной оси аппарата, из которых двенадцать концами направлены в сторону днища аппарата, а остальные восемь, четыре из них на высоте оси ввода диффузоров равной 3,3 м, попарно, концами направлены друг к другу в горизонтальной плоскости расстояние между концами щелевых наконечников составляет 5,5 м. Другие четыре фиффузора также попарно навстречу друг к другу, на высоте оси щелевого наконечника ниже не менее одного метра и расстоянии между их концами 3 м, происходит создание турбулентного потока движения жидкости по всему объему аппарата, обеспечивающего как интенсивное перемешивание обрабатываемой воды с реагентами, так и активизацию процесса их взаимодействия за счет очистки поверхности частиц алюмосодержащего реагента от пленки нз частиц труднорастворимого комплексного соединения - гидросульфоалюмината кальция, так же и исключение условий их осаждения на корпусе аппарата. Предлагаемая конструкция диффузоров с несколькими развернутыми под углом 90° отностительно друг друга прямолинейными участками и установленными внутри водоотбойными пластинами с прорезями также позволяет (обеспечивает) дополнительно усилить процесс обновления частиц алюмосиликатного реагента.