一种高效的废水湿式空气氧化反应器

摘要:一种集反应、循环和供热于一体的湿式空气氧化反应器。用于有机废液的处理,具有简化流程、节省投资、节约能源、反应效率高、设备运行可靠等优点。

关键词:湿式空气氧化 反应器

早期的湿式空气氧化反应曾使用单筒式反应器,使用表明,由于湿式空气氧化反应是一个强烈的放热反应,随着反应的进行,反应物的温度不断升高,使反应物料出口端达到很高的温度,对设备材质的要求很苛刻,设备造价昂贵[1]。其次,这种结构的反应器不能直接利用反应热加热被处理的要求预先加热至氧化反应的起始温度后才进入氧化反应器,故处理系统要增加预热器,增加了处理流程的复杂性,同时也增加了设备的故障率,使处理成本上升。
为了克服单筒式反应器的上述不足之处,发展了一种双筒式反应器,也没有任何活动部件,它不但使整个反应器内的物料温度均匀,而且还能有效地利用反应热直接加热进人的和利用高压空气的压头实现反应物在反应器内进行循环、提高了反应效率及处理系统的稳定性和安全性。
这种双层筒式湿式空气氧化反应器的简图如图1所示。
采用这种双层筒式反应器,被处理的由进口管8进入反应器内外简之间的空间,向下流至底部,与底部从压缩空气进口管15进入的高压空气混合,由于高压空气的喷射作用使气液混合物在内简内迅速上升至内筒顶端与上封头之间的自由空间,然后转向外筒与内简之间的空间再与进入的混合,下流至内简下端(如图1中箭头所示),形成循环。在循环过程中反应产生的反应热直接加热被处理的。循环的次数将视处理的要求而定。因而,这种反应器具有混合完全、温度均匀,反应效率高,热回收效率高,设备体积小,造价低,运行稳定可靠等优点。

  为了实现上述目的,反应器的设计颇为重要,反应器的设计要点如下:
①内外筒直径的确定
为了确保处理物料能够形成循环,混合完全、温度均匀,充分回收反应热。的上升空间及其下降空间的截面积有一定要求,要适当选择。通常物料的上升空间与下降空间的截面积之比为3.5:1至1:3。如果物料的下降空间过于狭窄,则流体阻力增大,物料的循环量减少,热交换效率下降,难以将进入的加热到氧化反应的起始温度,将导致氧化反应难以继续进行。相反,如果的上升空间过于狭窄,则由反应器底部高压空气喷射作用产生的微小空气粒子会结合成大颗粒,减少了氧化反应所必须的气液接触面积,也会妨碍氧化反应的继续进行和氧化效率的提高。
②内筒上下端面的位置
内筒上下端面的位置也有一定的要求。通常,内筒上端面位于外筒上封头法兰端面之下一定距离,而内筒的下端面要与外筒下封头法兰端面对齐或法兰端面以上一定距离,这样才能保证内筒顶端以上和内简下端以下的自由空间,以保证物料的循环量。
进口管的位置
进口管的位置要位于内筒顶端面以下一定距离。如果距离不够,则进入反应器后不是往下流进行循环,而会向上流至反应物的出口,使被处理走短路,导致处理失败。④压缩空气进口管出口位置压缩空气进口管的出口位置要位于内简下端面以上一定距离,以便利用其喷嘴的喷射力作为物料混合和循环的动力,使物料在内筒内迅速上升,保证物料的混合和循环的顺利进行。
⑤蒸汽进口管出口位置
蒸汽出口管出口位置要低于压缩空气进口管出口位置,一般要低50mm左右。
按照上述设计要点设计的双层筒式氧化反应器,曾使用1400kPa的压缩空气对国内某炼油厂的废碱液进行氧化处理,其处理效果如表1所示。

表1 某炼油厂废碱液的处理结果
工艺条件 污染物 进水/(mg.L-1) 出水/(mg.L-1) 去除率/%
炼厂废碱液 150℃,900kPa cr 270000 40000 85.2
停留时间2h 挥发酚 90000 6000 93.3
处理能力2t/h 硫化物 90000 10 99.99