本實(shí)用新型屬于環(huán)保設(shè)備/廢水處理/資源化回收技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種旋流鼓泡塔三相反應(yīng)器，尤其涉及一種利用二氧化碳從錳渣濾液中回收錳的旋流鼓泡塔三相反應(yīng)器。

背景技術(shù)：

電解錳廢渣主要來(lái)源于礦石酸浸后固液分離產(chǎn)生的錳渣和尾礦廢石。其它廢渣有陽(yáng)極泥、硫化渣、含鉻廢水處理過(guò)程中產(chǎn)生的含鉻污泥等。每生產(chǎn)1噸電解金屬錳排放6-10噸錳渣，我國(guó)存量錳渣已達(dá)5000萬(wàn)噸以上，同時(shí)每年新增1000多萬(wàn)噸錳渣。錳渣是一種高鈣、高硅和含有微量重金屬的工業(yè)廢渣，其中Mn²⁺和其他重金屬離子濃度高，在長(zhǎng)期的淋溶作用下可能產(chǎn)生大量浸濾液，污染周?chē)h(huán)境。因此，如果對(duì)錳渣濾液中的錳進(jìn)行資源化回收，則具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

另一方面，電解錳生產(chǎn)過(guò)程中，錳礦酸浸時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量二氧化碳，利用電解錳所產(chǎn)生二氧化碳回收錳渣濾液/含錳廢水中的錳已被證實(shí)是一條行之有效的技術(shù)路線。一定條件下二氧化碳與錳渣濾液中的錳離子反應(yīng)生成碳酸錳，得到較高純度的碳酸錳，是典型的氣、液、固三相反應(yīng)過(guò)程，因此，如何提高二氧化碳的利用率，反應(yīng)生成的碳酸錳沉淀得以及時(shí)分離，顯得尤為重要。

傳統(tǒng)的三相反應(yīng)器根據(jù)使固體顆粒懸浮的作用力不同，可將其分為呈4個(gè)類(lèi)型：①機(jī)械攪拌懸浮式；②不帶攪拌的息浮床三相反應(yīng)器，用氣體鼓泡攪拌，也稱(chēng)為鼓泡淤漿反應(yīng)器；③不帶攪拌的氣液兩相并流向上而顆粒不被帶出床外的三相流化床反應(yīng)器；④不帶攪拌的氣液兩相并流向上面顆粒隨液體帶出床外的三相輸送床反應(yīng)器，或稱(chēng)為三相攜帶床反應(yīng)器。

氣、固、液三相反應(yīng)器為利用電解錳所產(chǎn)生二氧化碳回收錳渣濾液/含錳廢水中的錳的關(guān)鍵裝置，上述四種傳統(tǒng)的三相反應(yīng)器針對(duì)回收錳，具有以下缺點(diǎn)：

1)導(dǎo)流筒外壁與鼓泡塔壁間無(wú)其他附件，液、氣、固三相向上并流流動(dòng)，傳質(zhì)效果受影響；

2)無(wú)內(nèi)循環(huán)，主要用于氣體與固體顆粒反應(yīng)；

3)內(nèi)部設(shè)有規(guī)整填料，不適合用于含有固體的反應(yīng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)傳統(tǒng)三相反應(yīng)器的不足，本實(shí)用新型在于提供一種可提高廢氣中二氧化碳的利用率以及可有效沉淀并去除反應(yīng)生成的大顆粒碳酸錳的旋流鼓泡塔三相反應(yīng)器。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案：

一種旋流鼓泡塔三相反應(yīng)器，其特征在于：所述旋流鼓泡塔三相反應(yīng)器包括反應(yīng)器筒體、鼓風(fēng)機(jī)、外循環(huán)裝置以及射流器；所述反應(yīng)器筒體的頂部設(shè)置有出氣管；所述反應(yīng)器筒體的側(cè)壁上分別設(shè)置有進(jìn)氣管、進(jìn)液管、出液管、人孔以及排泥管；所述進(jìn)氣管、進(jìn)液管以及出液管的高度相同；所述進(jìn)氣管、人孔以及排泥管自上而下依次設(shè)置在反應(yīng)器筒體的側(cè)壁上；所述反應(yīng)器筒體的內(nèi)部自上而下依次設(shè)置有除沫裝置、中心循環(huán)管、反射導(dǎo)流板以及泥斗；所述反應(yīng)器筒體的內(nèi)壁與中心循環(huán)管之間設(shè)置有螺旋導(dǎo)流葉片；所述中心循環(huán)管的底部與反射導(dǎo)流板之間設(shè)置有小微孔布?xì)庋b置；所述泥斗的底部與排泥管相貫通；所述進(jìn)液管伸入中心循環(huán)管中；所述鼓風(fēng)機(jī)通過(guò)進(jìn)氣管與小微孔布?xì)庋b置相貫通；所述鼓風(fēng)機(jī)通過(guò)射流器與進(jìn)液管相貫通；所述外循環(huán)裝置與射流器相連通；所述出液管與外循環(huán)裝置相連通。

作為優(yōu)選，本實(shí)用新型所采用的螺旋導(dǎo)流葉片包括設(shè)置在中心循環(huán)管外壁上的內(nèi)螺旋導(dǎo)流葉片。

作為優(yōu)選，本實(shí)用新型所采用的螺旋導(dǎo)流葉片還包括設(shè)置在反應(yīng)器筒體內(nèi)壁上的外螺旋導(dǎo)流葉片。

作為優(yōu)選，本實(shí)用新型所采用的外螺旋導(dǎo)流葉片的外輪廓與內(nèi)螺旋導(dǎo)流葉片的外輪廓相交、相切或相離；所述內(nèi)螺旋導(dǎo)流葉片以及外螺旋導(dǎo)流葉片均是一片或多片螺旋線形葉片。

作為優(yōu)選，本實(shí)用新型所采用的旋流鼓泡塔三相反應(yīng)器還包括以輪輻狀的方式設(shè)置在反射導(dǎo)流板的上表面的多片反射導(dǎo)流曲線形葉片；所述反射導(dǎo)流板是截面呈圓形的平板或截面呈圓形的錐體；所述反射導(dǎo)流曲線形葉片的展開(kāi)面呈直角梯形。

作為優(yōu)選，本實(shí)用新型所采用的旋流鼓泡塔三相反應(yīng)器還包括設(shè)置在中心循環(huán)管頂部的受液盤(pán)；所述受液盤(pán)呈倒錐形；所述進(jìn)液管通過(guò)倒錐形受液盤(pán)后伸入中心循環(huán)管中。

作為優(yōu)選，本實(shí)用新型所采用的進(jìn)液管伸入中心循環(huán)管中并置于中心循環(huán)管的管口0.3～0.5米處。

作為優(yōu)選，本實(shí)用新型所采用的外循環(huán)裝置包括外循環(huán)水箱以及循環(huán)泵；所述出液管接入外循環(huán)水箱；所述循環(huán)泵分別與外循環(huán)水箱和射流器相貫通。

作為優(yōu)選，本實(shí)用新型所采用的反應(yīng)器筒體包括自上而下依次連接的大直徑圓柱形上部、圓錐臺(tái)形中間變徑段以及小直徑圓柱形下部；所述出氣管設(shè)置在大直徑圓柱形上部的頂部；所述進(jìn)氣管、進(jìn)液管以及出液管均設(shè)置在大直徑圓柱形上部的側(cè)壁上；所述人孔以及排泥管均設(shè)置在小直徑圓柱形下部的側(cè)壁上。

作為優(yōu)選，本實(shí)用新型所采用的旋流鼓泡塔三相反應(yīng)器還包括設(shè)置在大直徑圓柱形上部側(cè)壁上的加藥管；所述除沫裝置是絲網(wǎng)。

本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是：

本實(shí)用新型涉及一種旋流鼓泡塔三相反應(yīng)器，該旋流鼓泡塔三相反應(yīng)器包括反應(yīng)器筒體、鼓風(fēng)機(jī)、外循環(huán)裝置以及射流器；反應(yīng)器筒體的頂部設(shè)置有出氣管；反應(yīng)器筒體的側(cè)壁上分別設(shè)置有進(jìn)氣管、進(jìn)液管、出液管、人孔以及排泥管；進(jìn)氣管、進(jìn)液管以及出液管的高度相同；進(jìn)氣管、人孔以及排泥管自上而下依次設(shè)置在反應(yīng)器筒體的側(cè)壁上；反應(yīng)器筒體的內(nèi)部自上而下依次設(shè)置有除沫裝置、中心循環(huán)管、反射導(dǎo)流板以及泥斗；反應(yīng)器筒體的內(nèi)壁與中心循環(huán)管之間設(shè)置有螺旋導(dǎo)流葉片；中心循環(huán)管的底部與反射導(dǎo)流板之間設(shè)置有小微孔布?xì)庋b置；泥斗的底部與排泥管相貫通；進(jìn)液管伸入中心循環(huán)管中；鼓風(fēng)機(jī)通過(guò)進(jìn)氣管與小微孔布?xì)庋b置相貫通；鼓風(fēng)機(jī)通過(guò)射流器與進(jìn)液管相貫通；外循環(huán)裝置與射流器相連通；出液管與外循環(huán)裝置相連通。本實(shí)用新型相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)，作出如下改進(jìn)：1)在中心循環(huán)管的底部增加反射導(dǎo)流板，促使進(jìn)入中心循環(huán)管內(nèi)的液體在觸及反射導(dǎo)流板后反方向運(yùn)動(dòng)，加速了液體在反應(yīng)器筒體內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)，保證了分離效果；2)在中心循環(huán)管與反應(yīng)器筒體之間增加了螺旋導(dǎo)流葉片，進(jìn)一步增大了待分離液體與反應(yīng)器筒體內(nèi)壁的碰撞幾率，強(qiáng)化了分離效果；3)通過(guò)引入外部的二氧化碳以及中心循環(huán)管與反射導(dǎo)流板之間的小微孔布?xì)庋b置，使得通入反應(yīng)器筒體內(nèi)部的二氧化碳更加細(xì)化，攜帶的待分離的液體更多，接觸面積更大，增強(qiáng)了分離效果；4)通過(guò)外部循環(huán)裝置將二氧化碳與待分離的液體在反應(yīng)器筒體外部直接結(jié)合。本實(shí)用新型通過(guò)上述多種方式，共同作用，相互協(xié)同，加速了二氧化碳從錳渣濾液中回收錳的進(jìn)程，其反應(yīng)速率快、反應(yīng)更加徹底、利用率更高，生成的碳酸錳沉淀顆粒大、易于固液分離。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型所提供的旋流鼓泡塔三相反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型所提供的旋流鼓泡塔三相反應(yīng)器的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本實(shí)用新型所采用的反射導(dǎo)流板的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是圖3的A-A向剖視圖；

其中：

1-進(jìn)氣管；2-出氣管；3-進(jìn)液管；4-出液管；5-加藥管；6-反應(yīng)器筒體；7-內(nèi)螺旋導(dǎo)流葉片；8-外螺旋導(dǎo)流葉片；9-小微孔布?xì)庋b置；10-反射導(dǎo)流板；11-泥斗；12-排泥管；13-人孔；14-中心循環(huán)管；15-變徑段；16-受液盤(pán)；17-除沫裝置；18-射流器；19-外循環(huán)水箱；20-循環(huán)泵；21-鼓風(fēng)機(jī)。

具體實(shí)施方式

參見(jiàn)圖1以及圖2，本實(shí)用新型提供了一種旋流鼓泡塔三相反應(yīng)器，旋流鼓泡塔三相反應(yīng)器包括反應(yīng)器筒體6、鼓風(fēng)機(jī)21、外循環(huán)裝置以及射流器18；反應(yīng)器筒體6的頂部設(shè)置有出氣管2；反應(yīng)器筒體6的側(cè)壁上分別設(shè)置有進(jìn)氣管1、進(jìn)液管3、出液管4、人孔13以及排泥管12；進(jìn)氣管1、進(jìn)液管3以及出液管4的高度相同；進(jìn)氣管1、人孔13以及排泥管12自上而下依次設(shè)置在反應(yīng)器筒體6的側(cè)壁上；反應(yīng)器筒體6的內(nèi)部自上而下依次設(shè)置有除沫裝置17、中心循環(huán)管14、反射導(dǎo)流板10以及泥斗11；反應(yīng)器筒體6的內(nèi)壁與中心循環(huán)管14之間設(shè)置有螺旋導(dǎo)流葉片；中心循環(huán)管14的底部與反射導(dǎo)流板10之間設(shè)置有小微孔布?xì)庋b置9；泥斗11的底部與排泥管12相貫通；進(jìn)液管3伸入中心循環(huán)管14中；鼓風(fēng)機(jī)21通過(guò)進(jìn)氣管1與小微孔布?xì)庋b置9相貫通；鼓風(fēng)機(jī)21通過(guò)射流器18與進(jìn)液管3相貫通；外循環(huán)裝置與射流器18相連通；出液管4與外循環(huán)裝置相連通。布?xì)庋b置由小孔或微孔布?xì)庋b置和射流布?xì)庋b置組合而成。小孔或微孔布?xì)庋b置固定在旋流鼓泡塔中心循環(huán)管出口處，位于三相反應(yīng)器中部的反應(yīng)區(qū)內(nèi)。射流布?xì)庋b置布置在反應(yīng)器外。

螺旋導(dǎo)流葉片包括設(shè)置在中心循環(huán)管14外壁上的內(nèi)螺旋導(dǎo)流葉片7。螺旋導(dǎo)流葉片還包括設(shè)置在反應(yīng)器筒體6內(nèi)壁上的外螺旋導(dǎo)流葉片8。外螺旋導(dǎo)流葉片8的外輪廓與內(nèi)螺旋導(dǎo)流葉片7的外輪廓相交、相切或相離；內(nèi)螺旋導(dǎo)流葉片7以及外螺旋導(dǎo)流葉片8均是一片或多片螺旋線形葉片。內(nèi)螺旋導(dǎo)流葉片7以及外螺旋導(dǎo)流葉片8的數(shù)量例如可采用1～6條，整體或分?jǐn)嗪附釉谕搀w內(nèi)壁及循環(huán)管外壁上。

參見(jiàn)圖3以及圖4，本實(shí)用新型所采用的反射導(dǎo)流板10的上表面設(shè)置有輪輻狀的多片反射導(dǎo)流曲線形葉片；反射導(dǎo)流板10是截面呈圓形的平板或截面呈圓形的椎體，反射導(dǎo)流曲線形葉片的展開(kāi)面是直角梯形。反射導(dǎo)流曲線性葉片的出口切線方向與圓形反射導(dǎo)流板10在反射導(dǎo)流曲線性葉片的最高點(diǎn)的切線方向夾角為15～20°。

旋流鼓泡塔三相反應(yīng)器還包括設(shè)置在中心循環(huán)管14頂部的受液盤(pán)16；受液盤(pán)16呈倒錐形；進(jìn)液管3通過(guò)倒錐形受液盤(pán)16后伸入中心循環(huán)管14中；進(jìn)液管3伸入中心循環(huán)管14中并置于中心循環(huán)管14的管口0.3～0.5米處。

外循環(huán)裝置包括外循環(huán)水箱19以及循環(huán)泵20；出液管4接入外循環(huán)水箱19；循環(huán)泵20分別與外循環(huán)水箱19和射流器18相貫通。

反應(yīng)器筒體6包括自上而下依次連接的大直徑圓柱形上部、圓錐臺(tái)形中間變徑段15以及小直徑圓柱形下部；出氣管2設(shè)置在大直徑圓柱形上部的頂部；進(jìn)氣管1、進(jìn)液管3以及出液管4均設(shè)置在大直徑圓柱形上部的側(cè)壁上；人孔13以及排泥管12均設(shè)置在小直徑圓柱形下部的側(cè)壁上。

旋流鼓泡塔三相反應(yīng)器還包括設(shè)置在大直徑圓柱形上部側(cè)壁上的加藥管5；除沫裝置17是絲網(wǎng)。

本實(shí)用新型所提供的旋流鼓泡塔三相反應(yīng)器的工作過(guò)程是：

旋流鼓泡塔反應(yīng)器分為下部的沉淀區(qū)，中部的旋流循環(huán)反應(yīng)區(qū)及上部的除沫區(qū)，該旋流鼓泡塔三相反應(yīng)器內(nèi)中心設(shè)有循環(huán)管受液盤(pán)及內(nèi)循環(huán)管，中心的內(nèi)循環(huán)管與外筒壁之間設(shè)有螺旋形導(dǎo)流葉片，內(nèi)循環(huán)管下部出口處設(shè)有帶曲線導(dǎo)葉的反射板。

其中，內(nèi)循環(huán)工作過(guò)程是：

工作時(shí)，小孔或微孔布?xì)庋b置由鼓風(fēng)機(jī)供氣，氣泡上升，同時(shí)在氣泡提升作用下含有固體的三相混合流體向上流動(dòng)，在螺旋形導(dǎo)葉引導(dǎo)下形成螺旋形上升，到達(dá)上部分離區(qū)后，未反應(yīng)的氣體與液體及反應(yīng)生成的固體分離。由于此時(shí)液固混合流體液面高于中心循環(huán)管受液盤(pán)的液面，因此混合流體進(jìn)入中心循環(huán)管向下流動(dòng)，在中心循環(huán)管底部出口處遇到反射板10后，在反射板10上曲線導(dǎo)葉引導(dǎo)下，變?yōu)檠貜较蚝颓邢蚍较蚍炙俣?，形成預(yù)旋。小孔或微孔布?xì)庋b置產(chǎn)生的氣泡推動(dòng)預(yù)旋的混合流體上升，進(jìn)入下一循環(huán)。

該過(guò)程中，上升的氣泡由于液體切向速度作用在氣泡上，引起氣泡變形，增大了氣液接觸面積，提高了二氧化碳的利用率。同時(shí)混合液預(yù)旋產(chǎn)生的切向方向分速度有利于大顆粒的固體在離心力作用下與液體的分離，致大顆粒沉降到反應(yīng)器下部的沉淀區(qū)。

外循環(huán)工作過(guò)程是：

射流布?xì)庋b置布置在反應(yīng)器外，射流器出口伸入旋流鼓泡塔中心循環(huán)管內(nèi)0.3～0.5米，工作時(shí)，循環(huán)泵啟動(dòng)，外循環(huán)水箱內(nèi)液體經(jīng)射流器收縮的喉管處時(shí)產(chǎn)生負(fù)壓，吸入含二氧化碳的尾氣，吸入的尾氣被液體切割成小氣泡后與液體充分混合反應(yīng)，進(jìn)入旋流鼓泡塔中心筒內(nèi)，在出口處氣液混合物高速流出會(huì)帶動(dòng)周?chē)囊后w一起向下流動(dòng)，中心循環(huán)管內(nèi)混合液向下流速為0.35～1.5m/s，當(dāng)流速大于0.35m/s時(shí)，直徑小于5mm的氣泡會(huì)跟隨液體一起向下運(yùn)動(dòng)；而當(dāng)流速大于0.7m/s時(shí)，直徑小于8mm的氣泡會(huì)跟隨液體一起向下運(yùn)動(dòng)至中心循環(huán)管出口，經(jīng)反射板后混合物向上流動(dòng)，到達(dá)上部后氣液分離，大部分液體溢流回外循環(huán)水箱，形成外循環(huán)。小部分流體經(jīng)中心循環(huán)管向下流動(dòng)，構(gòu)成內(nèi)循環(huán)。

該過(guò)程中，混合液內(nèi)混有的氣泡進(jìn)入中心筒后先向下運(yùn)動(dòng)，到達(dá)反射板后再向上升，明顯增加了氣泡與液體的接觸時(shí)間；同時(shí)由于水壓力增大，導(dǎo)致氣泡體積縮小，比表面積增大，提高了傳質(zhì)效率，均有利于二氧化碳利用率的提高。

基于本實(shí)用新型所提供的旋流鼓泡塔三相反應(yīng)器進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)時(shí)，可通過(guò)以下具體實(shí)施方式做驗(yàn)證：

實(shí)施例1：

采用連續(xù)式進(jìn)水，含錳廢水流量1m³/h(5.5g/L Mn)，加堿流量0.15m³/h(125g/L NaOH)，CO₂濃度為11％，將含錳廢水、堿液、CO₂從旋流鼓泡塔三相反應(yīng)裝置上端加入，經(jīng)底部向上旋流上升，通過(guò)pH控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)pH維持在6.85以上，經(jīng)過(guò)旋流三相反應(yīng)裝置的沉淀、干燥后得到的沉淀物碳酸錳含量(以Mn計(jì))為41.9％，達(dá)到了《HGT 4203-2011工業(yè)碳酸錳》合格品要求，出水Mn濃度為0.0383g/L，錳回收率為99.30％。

實(shí)施例2：

采用連續(xù)式進(jìn)水，含錳廢水流量1.1m³/h(4.8g/L Mn)，加堿流量0.16m³/h(125g/L NaOH)，CO₂濃度為12％，將含錳廢水、堿液、CO₂從旋流鼓泡塔三相反應(yīng)裝置上端加入，經(jīng)底部向上旋流上升，通過(guò)pH控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)pH維持在6.80以上，經(jīng)過(guò)旋流三相反應(yīng)裝置的沉淀、干燥后得到的沉淀物碳酸錳含量(以Mn計(jì))為42.2％，達(dá)到了《HGT 4203-2011工業(yè)碳酸錳》合格品要求，出水Mn濃度為0.0152g/L，錳回收率為99.68％。

實(shí)施例3：

采用間歇式進(jìn)水，一次性加入含錳廢水2.8m³(5.5g/L Mn)，加堿量0.15m³(125g/L NaOH)，CO₂濃度為11％，將含錳廢水、堿液、CO₂從旋流鼓泡塔三相反應(yīng)裝置上端加入，經(jīng)底部向上旋流上升，通過(guò)pH控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)pH維持在6.90，反應(yīng)2h，經(jīng)過(guò)旋流三相反應(yīng)裝置反應(yīng)后的沉淀、干燥后得到的沉淀物碳酸錳含量(以Mn計(jì))為42.9％，達(dá)到了《HGT 4203-2011工業(yè)碳酸錳》一級(jí)品要求，出水Mn濃度為0.0131g/L，錳回收率為99.76％。

實(shí)施例4：

采用間歇式進(jìn)水，一次性加入含錳廢水3.0m³(4.8g/L Mn)，加堿量0.15m³(125g/L NaOH)，CO₂濃度為12％，將含錳廢水、堿液、CO₂從旋流鼓泡塔三相反應(yīng)裝置上端加入，經(jīng)底部向上旋流上升，通過(guò)pH控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)pH維持在6.85，反應(yīng)2h，經(jīng)過(guò)旋流三相反應(yīng)裝置反應(yīng)后的沉淀、干燥后得到的沉淀物碳酸錳含量(以Mn計(jì))為42.5％，達(dá)到了《HGT 4203-2011工業(yè)碳酸錳》一級(jí)品要求，出水Mn濃度為0.0162g/L，錳回收率為99.66％。