专利名称：振荡流絮凝装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种振荡流絮凝装置。
背景技术：
絮凝技术利用化学物质(絮凝剂)与悬浮液中的微粒间的化学物理相互作用，使其聚并成为几何尺寸较大的团聚物(絮凝体)，以便在后续分离过程(如沉降、过滤、离心分离等)易于从液体中分离出去，从而获得较为纯净的液体或固体产物。絮凝技术广泛应用于环境保护、化学工业、采矿和冶金工业、轻工业等许多领域。
在工业絮凝装置(絮凝器)中进行的絮凝过程可划分为以下子过程1)絮凝剂分散溶解到悬浮液中；2)絮凝剂分子吸附到固体微粒的表面；3)悬浮固体微粒之间的碰撞；4)某些吸附有絮凝剂的微粒在碰撞时发生聚并，形成更大的絮凝体；5)某些絮凝体(尤其是尺寸较大者)在流体流动时所产生的剪切应力作用下发生破碎，分裂成较小尺寸的絮凝体。上述子过程中的3个絮凝剂分散、悬浮微粒之间的碰撞和絮凝体的破坏，直接依赖于絮凝器中流场的流体动力学特性，尤其是混合效率和相应的剪切速率。
对絮凝机理的研究表明，悬浮粒子表面被吸附絮凝剂分子所覆盖的分率对粒子碰撞时发生聚并的几率影响很大，中等程度的覆盖率下聚并几率最大，而低覆盖率和高覆盖率都会使聚并几率显著降低，从而使最终得到的絮凝体平均尺寸减小。有鉴于此，相对于吸附子过程的速率而言，絮凝剂分散子过程的速率应该足够快，以避免在絮凝剂注入点附近的流场中形成絮凝剂高浓度区而导致悬浮粒子表面的过度覆盖。
悬浮粒子间的聚并只能在它们进行碰撞时发生。对一定的聚并几率，粒子碰撞频率越高，絮凝速率(聚并速率)越大。在悬浮液流动过程中，宏观尺度的混合使分隔较远的粒子彼此接近，而微观尺度的混合使靠近的粒子发生碰撞。因此良好的宏观和微观混合对提高絮凝效果都是非常重要的。
为了提供絮凝剂分散和悬浮粒子碰撞所需的混合条件，传统的絮凝装置主要采用静态混合器或搅拌式反应槽。设计优良的静态混合器可以产生良好的宏观混合，但因其停留时间太短，故而难以提供满意的微观混合以及无法让絮凝体生长到较大的尺寸。搅拌式反应槽的混合作用靠搅拌桨的旋转运动产生，其内部流场的特点之一是剪切速率(以及相应的剪切应力)的分布具有较大的非均匀性剪切速率在槽壁附近区域远小于流场平均值，而在搅拌浆叶面附近区域则远大于流场平均值。在采用搅拌式反应槽作为絮凝装置时，为了在槽内的大部分区域里产生良好的分散和混合作用，必须采用较高的搅拌强度。但高强度搅拌会在搅拌桨叶附近区域产生高剪切速率和剪切应力，从而引起悬浮液中已经形成的大尺寸絮凝体发生破碎，分裂成小尺寸絮凝体。絮凝体的生成和破碎过程的动态平衡决定了悬浮液中最终的絮凝体平均粒径和粒径分布，因而搅拌式反应槽的流场特点限制了采用其作为絮凝装置所能获得的絮凝体尺寸，进而限制了后续固—液分离过程的分离效果，不利于提高设备和过程的经济性能。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种振荡流絮凝装置。
它具有垂直安装的中空筒体，筒体内设有挡板，筒体底部设有振荡流发生机构，筒体下部设有絮凝剂注入口、悬浮液注入口，筒体上部设有絮凝体悬浮液出口。
本实用新型的优点是1)周期性往复的振荡流动在流通截面有较大突变的流道内可以产生尺度和位置不断变化的涡旋流动，在全流场范围里提供优异的宏观混合和微观混合作用；2)流场内没有运动固体部件，剪切速率和剪切应力在全流场范围里分布较为均匀；3)通过调节流场的振荡特性参数和流道的几何结构参数，可以有效地控制振荡流场的混合特性，以满足不同悬浮液—絮凝剂体系的特殊需求；4)悬浮液在絮凝装置中的停留时间不受振荡特性参数影响，可以根据絮凝过程的需要任意调节；5)能够获得大尺寸的絮凝体，有效地增强后续固—液分离过程的分离效果，从而显著提高固—液分离装置的设备投资和过程运行的经济性能。
图1是振荡流絮凝装置结构示意图；图2是振荡流絮凝装置的振荡流发生机构示意图，图中A)为活塞式振荡流发生机构、B)为隔膜式振荡流发生机构、C)为波纹管式振荡流发生机构，缸壁7、活塞8、密封环9、顶杆10、凸轮11、调速电机12、弹性膜片13、连杆14、偏心轮15、波纹管16、电磁驱动机构17、波形发生器18；
图3是振荡流絮凝装置的流道挡板结构示意图，图中A)采用圆环形挡板、B)采用圆缺形挡板、C)采用月牙形挡板；图4是振荡流絮凝过程的流场形态结构示意图，图中A)为X-Z平面的流场可视化图像、B)为Y-Z平面的流场可视化图像。
具体实施方式
振荡流絮凝装置具有垂直安装的中空筒体2，筒体内设有挡板3，筒体底部设有振荡流发生机构1，筒体下部设有絮凝剂注入口4、悬浮液注入口5，筒体上部设有絮凝体悬浮液出口6。
所说的振荡流发生机构1为活塞式振荡流发生机构、隔膜式振荡流发生机构、波纹管式振荡流发生机构。挡板3为圆环形挡板、圆缺形挡板、月牙形挡板。
振荡流发生机构是振荡流絮凝装置的核心组件，包括产生往复振荡机械运动并将其转化为流体的振荡流动两个主要功能。往复振荡机械运动可以用凸轮、偏心轮、曲轴、电磁驱动机构以及其它机械或电气机构产生，并通过活塞、弹性(柔性)隔膜、波纹管或者其它形式的结构在流体中产生振荡流动。图2给出了三种不同组合形式的振荡流发生单元的结构示意图。
絮凝单元中改变流道流通截面的挡板是使振荡流场产生优异混合作用的重要部件，图3给出了圆筒形流道内的圆环形挡板、圆缺形挡板和月牙形挡板的几何特征示意图。
图4给出了振荡流絮凝装置内的流场形态的可视化示意图。在振荡运动的前半周期，流体流动的振荡分量自下向上流动，在挡板后方形成大尺度主漩涡，在挡板前方形成较小的次漩涡，主次漩涡之间还会形成更小尺寸的一系列派生漩涡，提供优异的宏观混合作用。在振荡的后半周期，流体流动的振荡分量自上向下流动，各类漩涡的相位都应该发生反相，在反相过渡过程中，漩涡的尺度和位置连续发生变化，在全流场范围里产生强度适中和较为均匀的剪切速率场，提供优异的微观混合作用，同时由于惯性作用，不同悬浮粒子的速度变化过程产生速率差异，从而大大提高了粒子间发生碰撞的频率，为粒子聚并生成絮凝体提供了非常有利的流体力学环境。
实施例将反应单元、絮凝单元和振荡流发生单元集成到一个圆柱形筒体内，形成一体化振荡流絮凝器(参见图1)。絮凝器内部设置了7个圆环形挡板将圆筒形流道分隔成8个腔室，在底部设置橡皮隔膜和偏心轮组成的振荡流发生机构，待处理悬浮液经悬浮液输送泵进入悬浮液注入口，絮凝剂贮槽中的絮凝剂经絮凝剂计量泵进入絮凝剂注入口，絮凝体悬浮液从最上部的腔室引出。用本实施例的装置处理2％(w)固含量的高岭土悬浮液，高岭土粒子的原始平均粒径为8微米(液相PH＝11)，初始沉降速度为0.025厘米/秒；絮凝剂选用联合胶体公司(Allied Colloid)的Magnafloc1597，用量为5克/立方米；悬浮液在振荡流絮凝器中的表观停留时间为5分钟。对挡板结构尺寸和振荡特性参数进行优化后，在出口悬浮液中获得的絮凝体平均粒径达到320微米，初始沉降速度达到0.65厘米/秒。
权利要求1.一种振荡流絮凝装置，其特征在于它具有垂直安装的中空筒体(2)，筒体内设有挡板(3)，筒体底部设有振荡流发生机构(1)，筒体下部设有絮凝剂注入口(4)、悬浮液注入口(5)，筒体上部设有絮凝体悬浮液出口(6)。
2.根据权利要求1所述的一种振荡流絮凝装置，其特征在于所说的振荡流发生机构(1)为活塞式振荡流发生机构、隔膜式振荡流发生机构、波纹管式振荡流发生机构。
3.根据权利要求1所述的一种振荡流絮凝装置，其特征在于所说的挡板(3)为圆环形挡板、圆缺形挡板、月牙形挡板。
专利摘要本实用新型公开了一种振荡流絮凝装置。它具有垂直安装的中空筒体，筒体内设有挡板，筒体底部设有振荡流发生机构，筒体下部设有絮凝剂注入口、悬浮液注入口，筒体上部设有絮凝体悬浮液出口注入口、悬浮液注入口，筒体上部设有絮凝体悬浮液出口。本实用新型的优点是1)周期性往复的振荡流动可以产生尺度和位置不断变化的涡旋流动，提供优异的宏观混合和微观混合作用；2)流场内没有运动固体部件，剪切速率和剪切应力在全流场范围里分布较为均匀；3)通过调节流场的振荡特性参数和流道的几何结构参数，可以有效地控制振荡流场的混合特性；4)悬浮液在絮凝装置中的停留时间不受振荡特性参数影响，可以根据絮凝过程的需要任意调节。
文档编号B01D21/01GK2614080SQ0220574
公开日2004年5月5日 申请日期2002年2月28日 优先权日2002年2月28日
发明者吴嘉, 王国宪 申请人:杭州浙大合力科技有限责任公司