一种Y型气液混合反应器的制作方法

本发明属于水处理设备研究技术领域，特别涉及一种气液混合反应器，尤其涉及一种微细气泡处理有机污染物的Y型气液混合反应器。

技术背景

随着科学技术发展的日新月异,水污染问题越来越严重，如何解决水污染问题已经成为社会和国家关注的一个焦点。据2014年的我国水质调查显示：全国十大水系水质一半污染；国控重点湖泊水质4成污染；31个大型淡水湖泊水质17个污染；9个重要海湾中，辽东湾、渤海湾和胶州湾水质差，长江口、杭州湾、闽江口和珠江口水质极差……对118个大中城市所调查的水体表明，重度污染占40％,地表水劣V类(丧失使用功能的水)断面比例达30％以上，受污染的地下水占三分之一.对全国4778个地下水监测点中，约六成水质较差和极差。根据《全国水资源综合规划》，在全国主要江河湖库划定的6834个水功能区中，有33％的水功能区化学需氧量或氨氮现状污染物入河量超过其纳污能力，且为其纳污能力的4－5倍，部分河流(段)甚至高达13倍。据联合国调查，我国是世界上十三个贫水国之一，目前，全国年用水总量近6200亿立方米，正常年份缺水500多亿立方米，随着经济社会发展和全球气候变化影响加剧，水资源供需矛盾将更加尖锐,一方面许多水资源无法再利用，加重了水资源的匮乏程度，另一方面环境的可持续利用和经济的可持续发展严重被影响，因此，解决水环境污染的危害与防治具有十分重要的现实意义。

臭氧作为一种高级氧化技术，由于它具有极强的氧化性，在水中会分解产生单原子氧和羟基等氧化能力极强的物质，可以氧化多种有机物和无机物，因而在水处理中得到广泛的应用。但臭氧在水体中是以气泡的形式存在着，气泡直径的大小，也影响着臭氧的处理效果。自上世纪80年代以来,世界各国的科研工作者都试图将直径更小的气泡应用与水体修复,因为气泡的直径变小可大大增加了与水的接触面积,同时气泡表面能、气-液界面上气体分子所占比例、气泡的寿命都会大幅度的增加,各种反应速度也相应增加,气体转移率大大提高。于是各种微气泡发生器应运而生，常用是文丘里管或涡轮机产生气液混合，其瞬间可生成了大量的微小气泡，但微小气泡相互碰撞合并容易变成大气泡，影响着气泡的处理效果，为了解决这个问题，本发明设计一种新的反应器，能有效降低气泡的合并，加速气泡对水体污染物的降解与复修能力。

技术实现要素：

为了克服现有的微气泡发生器所存在的微气泡容易合并形成大气泡的问题，本发明提供了一种能有效阻止气泡的合并，加速气液的混合，提高水体污染的降解与修复效率，并能够缩短处理时间的Y型气液混合反应器。

本发明所采用的技术方案是：该种Y型气液混合反应器包括反应主管1以及串接在反应主管1出口端的n级反应支管组，n＝1，2，3；每一级反应支管组包括并列设置的2～4个呈扩散型分布的反应支管，第n级的反应支管中心轴与第n-1级的反应支管中心轴之间形成5～10°的夹角，第n级的反应支管横截面S与第n+1级的反应支管横截面s满足：S＝9～12s.

进一步限定，所述第n级的反应支管所在平面与第n+1级的反应支管所在平面在同一个平面上。

进一步限定，所述第n级的反应支管所在平面与第n+1级的反应支管所在平面分布在两个交叉的平面上且夹角小于90°。

进一步限定，设置在最末端的一级反应支管组的反应支管呈扩散型分布，并且反应支管的中心轴相交于反应主管1的中心轴的任意一点。

进一步优选，设置在最末端的一级反应支管组中每个反应支管内腔距离出水端40～50mm的位置设置有穿孔板5，穿孔板5的孔隙率为5～8％。

进一步优选，第n级的反应支管的横截面S与第n+1的级反应支管的横截面s之间满足：S＝10.5s。

进一步限定，所述反应支管均是圆形管，且第n级的反应支管的管径D与第n+1级的反应支管的管径d之间满足D:d＝3～3.46。

进一步限定，所述反应支管均是椭圆形管，且第n级的反应支管的截面长轴A、截面短轴B与第n+1级的反应支管的截面长轴a、截面短轴b之间满足：A＝3a；B＝4b。

进一步限定，所述反应支管均是方管，第n级的反应支管的边长与第n+1级的反应支管的边长之间满足:

本发明提供的Y型气液混合反应器，通过在反应主管的出口端设置多级反应支管，形成多个分支，在管内改变气液流向，能加速气液的混合，有效阻止气泡合并，加速气泡对水体污染物的降解与复修能力，此外将各级反应支管的结构以及排布进行合理布局，将管结构与角度综合考虑，大大提升气液混合效率、提高反应器处理效果，大大缩短处理时间。

附图说明

图1为n＝2且反应支管为2个时的Y型气液混合反应器的结构示意图。

图2为图1的正面视图。

图3为图1中的反应支管为圆形管的截面图。

图4为图1中穿孔板5的安装示意图。

图5为n＝2且反应支管均为4个时的Y型气液混合反应器的结构示意图。

图6为图5的A-A剖视示意图。

图7为n＝2且反应支管不对称分布时的Y型气液混合反应器的结构示意图。

图8为图7的俯视图。

图9为n＝2且二级反应支管与一级反应支管分布在两个交叉的平面时的Y型气液混合反应器的结构示意图。

图10为图9的俯视图。

图11为椭圆形反应支管的截面图。

图12为方形反应支管的截面图。

图13为n＝3时的Y型气液混合反应器结构示意图。

具体实施方式

现结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细说明。

由图1～13可知，本发明的Y型气液混合反应器是包括反应主管1、一级反应支管组2和二级反应支管组3。反应主管1的直径为40mm，长度为60mm，其入口端分别与进水泵和输气泵连通，使气体和液体在反应主管1内混合，在气液压力下输送至一级反应支管组2，一级反应支管组2包括并列连接在反应主管1出口端的2～4个反应支管。

图1、2中，在反应主管1的出口端面上并列连接有2个反应支管，即一级反应支管组2包括第一一级反应支管2-1和第二一级反应支管2-2，第一一级反应支管2-1和第二一级反应支管2-2分别通过转接头与反应主管1连通。第一一级反应支管2-1和第二一级反应支管2-2均为圆形管，参见图3，其直径均为13.3mm、管长为60mm，与反应主管1的横截面之比为1：9，一级反应支管的截面积s小于1/9反应主管1的横截面，以补偿气液流动过程中压力损耗所带来的影响。第一一级反应支管2-1和第二一级反应支管2-2的中心轴均与反应主管1的中心轴之间形成5°的夹角，而且第一一级反应支管2-1和第二一级反应支管2-2可以是关于反应主管1的中心轴对称分布，也可以不对称分布，即第一一级反应支管2-1和第二一级反应支管2-2的中心轴与反应主管1的中心轴之间的夹角可以不同，在5～10°的范围内调整，因为角度过大，水压损失太大，到下一级反应支管内水压不足，会影响气液混合和空化效果。在第一一级反应支管2-1和第二一级反应支管2-2的出口端分别连接有二级反应支管组3，二级反应支管组3包括第一二级反应支管3-1、第二二级反应支管3-2、第三二级反应支管3-3和第四二级反应支管3-4，即在第一一级反应支管2-1的出口端通过转接头连接有第一二级反应支管3-1和第二二级反应支管3-2，在第二一级反应支管2-2的出口端也通过转接头连接有第三二级反应支管3-3和第四二级反应支管3-4。第一二级反应支管3-1和第二二级反应支管3-2所在平面与第一一级反应支管2-1和第二一级反应支管2-2所在的平面为同一平面，第一二级反应支管3-1和第二二级反应支管3-2均为圆形管，其管长为60mm，管内直径均为4.16mm，与一级反应支管的直径之比满足D:d＝3～3.46的条件，横截面s_c与一级反应支管的横截面S_c之比为S_c＝10.22s_c，也可以在9～12倍的范围内浮动，为了补偿管道内压力损耗，保证气液混合效果并有效防止微气泡在输出过程中合并，二级反应支管组3的横截面随着流体压力损耗增大而逐级减小。进一步为了提高二级反应支管组3的空化效果，产生大量微气泡，在管内距离出口端50mm的位置安装有穿孔板5，如图4所示，穿孔板5的孔径为1mm，孔隙率为6％，孔隙率是根据最后一级反应支管的水压和横截面大小而综合考虑的，可以在5％～8％范围内调整。第三二级反应支管3-3和第四二级反应支管3-4所在平面与第一一级反应支管2-1和第二一级反应支管2-2所在平面在同一平面，即二级反应支管在反应主管1的中心轴两侧非对称分布。第三二级反应支管3-3和第四二级反应支管3-4均为圆形管，其直径均为4.16mm，管长为60mm，横截面s_D与一级反应支管的横截面S_D之间满足：S_D＝10.22s_D，在管内距离出口端50mm的位置安装有穿孔板5，穿孔板5的孔径为1mm，孔隙率为7％，使在二级反应管的出口端产生大量微气泡，而且二级反应管的出口端分散分布，其中心轴相交于反应主管1的中心轴上，保证出水方向分散。

图5、6中，在反应主管1的出口端面上并列连接有4个一级反应支管组2，即分别为第一一级反应支管2-1、第二一级反应支管2-2、第三一级反应支管2-3以及第四一级反应支管2-4，第一一级反应支管2-1、第二一级反应支管2-2、第三一级反应支管2-3以及第四一级反应支管2-4在反应主管1的出口端面上均匀且呈扩散型分布，且第一一级反应支管2-1、第二一级反应支管2-2、第三一级反应支管2-3以及第四一级反应支管2-4的中心轴与反应主管1的中心轴之间的夹角为10°。在第一一级反应支管2-1、第二一级反应支管2-2、第三一级反应支管2-3以及第四一级反应支管2-4的出口端面上均分别连接有4个二级反应支管组3，每个二级反应支管组3包括4个二级反应支管，每个二级反应支管中心轴与对应的一级反应支管中心轴之间的夹角为8°，4个二级反应支管呈向外扩散型分布，保证二级反应支管组3的出水方向各不相同，向外辐射型。

此外，上述实施例中的一级反应支管所在平面与二级反应支管所在平面可以是同一平面，如图2所示，也可以是相互交叉的两个平面，当分布在交叉的两个平面时，两平面之间的夹角不超过90°。

以图7和8所示为例说明，第一一级反应支管2-1和第二一级反应支管2-2所在平面与第一一级反应支管2-1和第二一级反应支管2-2所在的平面为同一平面。第三二级反应支管3-3和第四二级反应支管3-4所在平面与第一一级反应支管2-1和第二一级反应支管2-2所在平面交叉，且所在两平面的夹角为30°，即二级反应支管在反应主管1的中心轴两侧非对称分布。

进一步以图9、10所示为例说明，第一一级反应支管2-1和第二一级反应支管2-2所在平面、第三二级反应支管3-3和第四二级反应支管3-4所在平面均与第一一级反应支管2-1和第二一级反应支管2-2所在的平面交叉，且所在两平面的夹角为45°，即二级反应支管在反应主管1的中心轴两侧对称分布。

上述实施例中的一级反应支管组2和二级反应支管组3的管结构还可以是椭圆形管或方形管，如图11和12所示，优选，当一级反应支管和二级反应支管均为椭圆形管结构时，每个二级反应支管的截面长轴a、截面短轴b与每个一级反应支管的截面长轴A、截面短轴B之间满足：A＝3a，B＝4b。当一级反应支管和二级反应支管均为方管结构时，每个二级反应支管的边长y_n+1与每个一级反应支管的边长y_n之间满足：

如图13所示，上述实施例的二级反应支管的出口端还可通过转接头增设三级反应支管4，即在第一一级反应支管2-1和第二一级反应支管2-2的出口端分别连接2个相同的三级反应支管4-1，4-2，在第三二级反应支管3-3和第四二级反应支管3-4的出口端也分别连接2个相同的三级反应支4-3，4-4。三级反应支管4所在平面与二级反应支管3所在平面交叉，三级反应支管4所在平面与一级反应支管2所在平面是在同一平面。二级反应管3的横截面是三级反应管4的横截面的2.5倍，还可以在2.2～2.6倍的范围内浮动，二级反应管3的管长是三级反应管4的管长的1.5倍，可以在1～1.5倍的范围内浮动。同上，在每个三级反应支管4内距离出口端50mm的位置处安装有穿孔板5。

上述实施例的Y型气液混合反应器的结构也可以是在反应主管1的出口端仅连接一级支管组2，一级支管组2包括2～3个一级支管，而且一级支管在反应主管1的截面上均匀分布，但是该种结构适用于处理水量相对较少的情况。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，对于各级反应支管的管长以及管径大小则在遵循上述提供的合理范围内可以适当调整，对于反应支管的级数则依据安装环境以及对于处理水量大小确定，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。