本發(fā)明涉及一種水力空化裝置的設(shè)計(jì)，并利用設(shè)計(jì)的水力空化裝置處理苯酚的
技術(shù)領(lǐng)域：
。
背景技術(shù)：
：水力空化是指液體物料流經(jīng)突然縮小的限流區(qū)域(如多孔板、文丘里管等)時(shí)，局部產(chǎn)生超真空，使液體急劇大量汽化，產(chǎn)生空泡。隨后，當(dāng)流道突然放大，空泡進(jìn)入外界相對(duì)超高壓區(qū)發(fā)生瞬間潰滅，從而產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊波和微射流。即在溫和條件下，物料局部可產(chǎn)生高溫高壓，當(dāng)體系中存在H2O和溶解O2時(shí)，在空泡潰滅所產(chǎn)生的強(qiáng)大沖擊波和微射流作用下，空泡內(nèi)的水蒸氣發(fā)生熱分解反應(yīng)，產(chǎn)生高活性的·OH和·H，極性難揮發(fā)溶質(zhì)可在該區(qū)域內(nèi)·OH氧化從而達(dá)降解有機(jī)物污染物的目的。F.G.Hammit.Cavitationandmultiphaseflowphenomena[M].NewYork:McGraw-HillBookCo,1980.一文，Hammit通過(guò)計(jì)算和實(shí)測(cè)得出游移型空泡潰滅時(shí)，近壁處微射流速度可達(dá)70m/s～180m/s，在物體表面產(chǎn)生的沖擊力可高達(dá)140MPa～170MPa，微射流直徑約為2μm～3μm，表面受到微射流沖擊次數(shù)約為100次/(s·cm2)～1000次/(s·cm2)，沖擊脈沖作用時(shí)間每次只有幾微秒。同時(shí)伴隨空泡潰滅產(chǎn)生的局部溫度可達(dá)10000K，溫度變化率高達(dá)109K/s，并伴有強(qiáng)烈的時(shí)速高達(dá)400km/h的射流。李念.對(duì)硝基苯酚壅塞空化處理技術(shù)與裝置的試驗(yàn)研究[D].湖南工業(yè)大學(xué),2014.采用壅塞空化處理技術(shù)降解硝基苯酚。當(dāng)背壓孔當(dāng)量直徑為5.4mm，對(duì)硝基苯酚初始質(zhì)量濃度1mg/L，pH值為3，處理時(shí)間100min時(shí)，對(duì)硝基苯酚降解率可達(dá)到16.9%。水力空化技術(shù)是一種新的廢水處理技術(shù)，具有高的降解能力、設(shè)備簡(jiǎn)單、效率高、低能耗、不產(chǎn)生二次污染等諸多優(yōu)點(diǎn)。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明提供了一種水力空化反應(yīng)裝置及處理苯酚的技術(shù)，克服了現(xiàn)有技術(shù)之不足，其能有效解決目前利用氧化法處理苯酚不能重復(fù)利用氧化劑，并且投資高，條件控制嚴(yán)的問(wèn)題。本發(fā)明的目的在于設(shè)計(jì)一套水力空化裝置及采用設(shè)計(jì)的水力空化裝置降解苯酚的技術(shù)。本發(fā)明與其他工藝相比是以機(jī)械能方式提供反應(yīng)所需能量，具有反應(yīng)條件溫和、操作簡(jiǎn)單、工藝流程短、節(jié)能減排、綠色環(huán)保、過(guò)程易控制和易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化等優(yōu)點(diǎn)；本發(fā)明的技術(shù)方案之一是通過(guò)以下措施來(lái)實(shí)現(xiàn)的：一種水力空化反應(yīng)裝置及降解苯酚的方法，其特征在于包括循環(huán)管、立式儲(chǔ)罐、空穴反應(yīng)器、壓力表、溫度計(jì)、流量計(jì)、離心泵和冷卻裝置；循環(huán)管的一端由立式儲(chǔ)罐的上端伸入至立式儲(chǔ)罐內(nèi)部，循環(huán)管的另一端與立式儲(chǔ)罐的下端相連通，在立式儲(chǔ)罐外側(cè)靠近立式儲(chǔ)罐上端的循環(huán)管上固定安裝有壓力表，靠近立式儲(chǔ)罐下端的循環(huán)管上固定安裝有離心泵，離心泵上端與電磁流量計(jì)相連接，電磁流量計(jì)上端通過(guò)循環(huán)管和壓力表連接，在此壓力表和儲(chǔ)罐上端壓力表之間通過(guò)循環(huán)管連接的有空化發(fā)生裝置（文丘里管），在立式儲(chǔ)罐與離心泵之間的循環(huán)管上固定安裝有相連通的排液管，在排液管上固定安裝有排液控制閥，立式儲(chǔ)罐的上端有進(jìn)料口，在立式儲(chǔ)罐的上端固定安裝有能夠測(cè)到立式儲(chǔ)罐內(nèi)部溫度的測(cè)溫裝置，在離心泵和流量計(jì)之間有一個(gè)循環(huán)管和儲(chǔ)罐連接形成旁路，在立式儲(chǔ)罐上固定安裝有冷卻裝置，冷卻裝置上有冷卻液進(jìn)口和冷卻液出口。上述空穴反應(yīng)器為重慶酷博機(jī)電工程技術(shù)有限公司加工生成的文丘里管空穴反應(yīng)器。上述測(cè)溫裝置為熱電偶。上述冷卻裝置為夾套，夾套固定安裝在立式儲(chǔ)罐的外側(cè)壁上，與立式儲(chǔ)罐的外側(cè)壁形成環(huán)形的冷卻空腔，在夾套的上部有冷卻液出口，在夾套的下部有冷卻液進(jìn)口；或/和，冷卻裝置為蛇形管，蛇形管位于立式儲(chǔ)罐的內(nèi)部，蛇形管的上端位于立式儲(chǔ)罐的上部外側(cè)為冷卻液出口，蛇形管的下端位于立式儲(chǔ)罐的下部外側(cè)為冷卻液進(jìn)口。本發(fā)明的技術(shù)方案之二是通過(guò)以下措施來(lái)實(shí)現(xiàn)的：其特征在于按下述步驟進(jìn)行：第一步，分別稱取不同質(zhì)量的苯酚分別與6L蒸餾水混合，攪拌均勻，并使用H2SO4和NaOH調(diào)節(jié)苯酚溶液的pH為1.0至9.0，得到相應(yīng)濃度的苯酚溶液，待用；第二步，對(duì)夾套內(nèi)的冷卻液進(jìn)行降溫，當(dāng)冷卻液的溫度降至-10℃時(shí)，將苯酚溶液從進(jìn)料口緩慢倒入立式儲(chǔ)罐中，觀察測(cè)溫裝置的讀數(shù)，當(dāng)測(cè)溫裝置的讀數(shù)降至5℃時(shí)，開(kāi)啟離心泵使苯酚溶液在立式儲(chǔ)罐和循環(huán)管之間進(jìn)行循環(huán)，通過(guò)旁路調(diào)節(jié)使文丘里管進(jìn)口壓力值分別為0.1MPa至0.5MPa，反應(yīng)120min，反應(yīng)結(jié)束。本發(fā)明有益效果：（1）本發(fā)明的水力空化反應(yīng)裝置是以機(jī)械能方式提供反應(yīng)所需能量，具有反應(yīng)條件溫和、操作簡(jiǎn)單、工藝流程短、節(jié)能減排、綠色環(huán)保、過(guò)程易控制和易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化等優(yōu)點(diǎn)；（2）本發(fā)明通過(guò)水力空化裝置處理苯酚，可以使苯酚的降解率提高顯著。相比化學(xué)氧化法處理苯酚，不會(huì)產(chǎn)生二次污染。附圖說(shuō)明圖1為水力空化裝置流程圖圖2為設(shè)計(jì)的空化發(fā)生器文丘里管圖1中符號(hào)分別為：1為離心泵，2、3、8和14均為球閥，4為電磁流量計(jì)，5為進(jìn)口壓力表，6為文丘里管，7為出口壓力表，9為進(jìn)料口，10為熱電偶溫度計(jì)，11為冷卻空腔，12為儲(chǔ)槽，13為冷肼。具體實(shí)施方式以下結(jié)合具體實(shí)施例詳細(xì)介紹本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)和所產(chǎn)生的有益效果，以幫助閱讀者更好地理解本發(fā)明的實(shí)質(zhì)，但不能理解為對(duì)本發(fā)明實(shí)施范圍的限定。實(shí)施例1采用發(fā)明水力空化裝置處理苯酚，步驟如下：第一步，稱取0.24g的苯酚（分析純）與6L的蒸餾水水混合，此時(shí)苯酚濃度為40mg/L，攪拌混合均勻得到苯酚溶液，pH值為6.0，待用；第二步，對(duì)夾套內(nèi)的冷卻液進(jìn)行降溫，當(dāng)冷卻液的溫度降至-10℃時(shí)，將苯酚溶液從進(jìn)料口緩慢倒入立式儲(chǔ)罐中，觀察測(cè)溫裝置的讀數(shù)，當(dāng)測(cè)溫裝置的讀數(shù)降至5℃時(shí)，開(kāi)啟離心泵使苯酚溶液在立式儲(chǔ)罐和循環(huán)管之間進(jìn)行循環(huán)，通過(guò)旁路調(diào)節(jié)使進(jìn)口壓力為0.4MPa，處理第一步中的待用苯酚溶液，反應(yīng)120min，反應(yīng)結(jié)束，經(jīng)過(guò)對(duì)處理之后的溶液檢測(cè)，并計(jì)算得出苯酚降解率為38.51%。實(shí)施例2采用發(fā)明水力空化裝置處理苯酚，步驟如下：第一步，稱取0.24g的苯酚（分析純）與6L的水混合，此時(shí)苯酚濃度為40mg/L，攪拌混合均勻得到苯酚溶液，pH值為6.0，5份待用；第二步，對(duì)夾套內(nèi)的冷卻液進(jìn)行降溫，當(dāng)冷卻液的溫度降至-10℃時(shí)，將苯酚溶液從進(jìn)料口緩慢倒入立式儲(chǔ)罐中，觀察測(cè)溫裝置的讀數(shù)，當(dāng)測(cè)溫裝置的讀數(shù)降至5℃時(shí)，開(kāi)啟離心泵使苯酚溶液在立式儲(chǔ)罐和循環(huán)管之間進(jìn)行循環(huán)，通過(guò)旁路調(diào)節(jié)使進(jìn)口壓力分別為0.1、0.2、0.3、0.4和0.5MPa，處理第一步中相同的待用苯酚溶液，反應(yīng)120min，反應(yīng)結(jié)束。苯酚濃度40mg/L，處理體積為6L，反應(yīng)120min，pH值為6.0，不同進(jìn)口壓力對(duì)苯酚的降解效果如下表所示。入口壓力（MPa）0.10.20.30.40.5苯酚降解率（%）18.1321.6128.9438.5132.35從上表可以看出，當(dāng)入口壓力為0.4MPa時(shí)，苯酚降解率達(dá)到最高為38.51%，可以得出水力空化處理苯酚的最佳入口壓力為0.4MPa。實(shí)施例3采用發(fā)明水力空化裝置處理苯酚，步驟如下：第一步，稱取0.24g的苯酚（分析純）與6L的水混合，此時(shí)苯酚濃度為40mg/L，攪拌混合均勻得到苯酚溶液，H2SO4（分析純）和NaOH（分析純）調(diào)節(jié)pH值分別為1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0和9.0九份溶液，待用；第二步，對(duì)夾套內(nèi)的冷卻液進(jìn)行降溫，當(dāng)冷卻液的溫度降至-10℃時(shí)，將苯酚溶液從進(jìn)料口緩慢倒入立式儲(chǔ)罐中，觀察測(cè)溫裝置的讀數(shù)，當(dāng)測(cè)溫裝置的讀數(shù)降至5℃時(shí)，開(kāi)啟離心泵使苯酚溶液在立式儲(chǔ)罐和循環(huán)管之間進(jìn)行循環(huán)，通過(guò)旁路調(diào)節(jié)使進(jìn)口壓力值為0.4MPa，處理第一步的待用苯酚溶液，反應(yīng)120min，反應(yīng)結(jié)束。苯酚濃度40mg/L，處理體積為6L，反應(yīng)120min，入口壓力值為0.4MPa，不同pH值對(duì)苯酚的降解效果如下表所示。pH1.02.03.04.05.06.07.08.09.0苯酚降解率（%）39.1246.2148.7145.6240.3138.5135.2933.4231.83從上表可以看出，當(dāng)溶液pH值小于3.0時(shí)，苯酚降解率隨著pH值增加而增加，溶液pH為3.0時(shí)，苯酚降解率最大為48.71%，當(dāng)pH大于3.0時(shí)，苯酚的降解率隨pH值的增加而降低，可以得出水力空化處理苯酚的最佳pH值為3.0。實(shí)施例4采用發(fā)明水力空化裝置處理苯酚，步驟如下：第一步，分別稱取0.12g、0.24g、0.36g、0.48g、0.72g、0.96g和1.20g的苯酚（分析純）分別與6L的水混合，攪拌混合均勻，此時(shí)苯酚濃度分別為20mg/L、40mg/L、60mg/L、80mg/L、120mg/L、160mg/L和200mg/L，H2SO4調(diào)節(jié)pH值均為3.0，得到七份苯酚溶液待用；第二步，對(duì)夾套內(nèi)的冷卻液進(jìn)行降溫，當(dāng)冷卻液的溫度降至-10℃時(shí)，將苯酚溶液從進(jìn)料口緩慢倒入立式儲(chǔ)罐中，觀察測(cè)溫裝置的讀數(shù)，當(dāng)測(cè)溫裝置的讀數(shù)降至5℃時(shí)，開(kāi)啟離心泵使苯酚溶液在立式儲(chǔ)罐和循環(huán)管之間進(jìn)行循環(huán)，通過(guò)旁路調(diào)節(jié)使進(jìn)口壓力為0.4MPa，處理第一步中不同的待用苯酚溶液，反應(yīng)120min，反應(yīng)結(jié)束。入口壓力值為0.4MPa，反應(yīng)120min，pH值為3.0，不同初始濃度對(duì)苯酚的降解效果如下表所示。苯酚初始濃度（mg/L）20406080120160200苯酚降解率（%）41.3745.7155.7451.6347.9242.5940.35從上表可以看出，當(dāng)苯酚溶液初始濃度小于60mg/L時(shí)，苯酚降解率隨著初始濃度增加而增加，溶液初始濃度為60mg/L時(shí)，苯酚降解率最大為55.74%，當(dāng)初始濃度大于60mg/L時(shí)，苯酚的降解率隨初始濃度的增加而降低，可以得出水力空化處理苯酚的最佳初始濃度為60mg/L。從上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出水力空化處理苯酚的最佳條件為：入口壓力為0.4MPa，pH值為3.0，苯酚初始濃度為60mg/L，反應(yīng)120min，苯酚降解率可以達(dá)到55.74%。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3