一种应用于微细土壤减量的轴向连接排序型旋流器

本发明属于土壤修复的颗粒分离，具体地说，是关于一种应用于微细土壤减量的轴向连接排序型旋流器。

背景技术：

1、有机物和重金属造成的土壤污染是我国亟待解决的主要环境问题之一。微细颗粒物既是污染物来源，又是有害物质传播载体，较小的比表面积使其有机物和重金属元素浓度极高。若处理不当，会对当地的土壤、水资源和周边环境造成严重污染，还可能通过食物链对人类的身体健康造成严重的威胁。由于污染土壤总量巨大，加上有机物-重金属复合污染现象不断攀升，造成了高昂的处理成本和较低的处理效率。

2、土壤实际是由不同粒径大小的微粒组成的整体，其大小从微米到毫米均有分布，形状多为球形或者棍棒状。随着对有机物-重金属污染土壤机理和修复手段的研究越来越深入，学者们发现污染物含量与粒径有很强的相关性，小粒径土壤因为具有较大的比表面积从而比大粒径土壤污染更为严重，有机物和重金属含量均和土壤粒径大小呈负相关性。随着土壤颗粒的增大，各种污染物的含量迅速降低。根据这一规律，结合土壤修复的需求，研究者提出了土壤减量化修复的思路：将无污染的大颗粒土壤挑选出来，对剩余小颗粒、高污染的土壤进行集中处理，从而减少土壤修复总量。常用的减量化手段一般为振动筛分，可以分离较大颗粒，但对微米级颗粒的分离效果有限，使得减量后的待填埋土壤中污染物含量仍然较高，因此需要针对振动筛分后的微小颗粒进行进一步的减量化处理。

3、旋流分离是一种常见的高效低耗的多相分离技术，其基本原理是利用两相或多相间的密度差，通过离心力的作用，实现多相组分的分离。但在现有技术中，常规旋流器分离粒径仍然较大，对较小颗粒的分离效果有限；不能基于粒径对颗粒进行排序和浓度精确调控，导致微小污染颗粒的分离效率难以提高。

4、申请号为cn200710114150.5的中国发明专利公开了一种依靠进料管内的预沉降作用来提高分离效率的离心蜗壳进料旋流器。但受限于进料管的空间和长度，进料管对固体颗粒所能达到的沉降效果有限。

5、公开号为cn101972717a的中国专利公开了一种基于进口颗粒调控的旋流器，通过在旋流器前端连接进口颗粒调控器来实现颗粒(由内侧到外侧)从大到小或从小到大排列，进而提高旋流器的分离效率。由于进口颗粒调控器的调控部分主体为圆柱形，虽然可使颗粒在旋流器入口截面内沿径向(由内侧到外侧)呈现规律分布，但对沿轴向上(由上侧到下侧)颗粒分布的调控效果较差。

6、公开号为cn106269315a的中国专利公开了一种进口颗粒排序型旋流器，提供了包括颗粒顺旋和颗粒逆旋这两种结构形式，但排序器和旋流器两个装置通过径向连接，造成的能量损失较大，安装和制造难度提高，难以应用于大型工业项目中需要大量旋流器串/并联的场景。

7、综上，本领域迫切需要开发一种能进一步强化颗粒调控、提高微细颗粒的分离效率和分级效率，并且结构简单、能耗低、适合在大型工业场景中应用的旋流器。

技术实现思路

1、本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种应用于微细土壤减量的轴向连接排序型旋流器。

2、为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

3、一种应用于微细土壤减量的轴向连接排序型旋流器，包括旋流器主体和设置在旋流器主体顶部的颗粒排序器，其中：

4、颗粒排序器内部具有上层圆柱排序腔和底部收窄的下层圆锥排序腔，上层圆柱排序腔外侧连接有矩形切向入口；

5、旋流器主体包括上层圆柱分离腔、下层圆锥分离腔以及底流管；

6、颗粒排序器底部开设有连通旋流器主体的连接通道，上层圆柱排序腔、下层圆锥排序腔以及上层圆柱分离腔的中部设置有轴向延伸的芯管，该芯管的上端连接有溢流管，下端与旋流器主体的顶部连通。

7、进一步的，连接通道包括螺旋向下的螺旋进料段和水平通向上层圆柱分离腔的旋流器入口段，旋流器入口段与螺旋进料段的衔接处为矩形的旋流器入口。

8、优选的，矩形切向入口的宽度为旋流器入口宽度的1～2倍，矩形切向入口的高度为旋流器入口宽度的1～3/2倍。

9、优选的，螺旋进料段的整体高度为旋流器入口宽度的2～3倍，螺旋进料段的螺旋圈数为0～1圈。

10、进一步的，旋流器入口段以椭圆线段的形状延伸。

11、优选的，上层圆柱排序腔的内径为旋流器主体公称直径的2～3倍，上层圆柱排序腔的高度与矩形切向入口的高度相同。

12、优选的，下层圆锥排序腔的内壁锥角为0°～45°，下层圆锥排序腔的高度为矩形切向入口高度的2～3倍。

13、优选的，芯管外壁与上层圆柱排序腔、下层圆锥排序腔的内壁之间形成环形空间，芯管的外径为上层圆柱排序腔内径的1/3～2/3。

14、进一步的，颗粒排序器和旋流器主体为一体结构。

15、进一步的，颗粒排序器的外形为圆柱体；上层圆柱分离腔的外形也为圆柱状，上层圆柱分离腔顶部与颗粒排序器的连接处设有台阶，使得上层圆柱分离腔的上部腔壁厚度大于下部腔壁厚度。

16、相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：

17、1、本发明的应用于微细土壤减量的轴向连接排序型旋流器中将排序器和旋流器轴向连接，且无运动部件，能耗低，制造简单，结构简洁紧凑，可在大规模工业场景中大量串/并联使用。

18、2、本发明的应用于微细土壤减量的轴向连接排序型旋流器能够基于粒径在颗粒进入旋流器主体之前对其进行空间排序和浓度调控，有效提高微细颗粒的分离效率以及大小颗粒的分级效果。

技术特征：

1.一种应用于微细土壤减量的轴向连接排序型旋流器，其特征在于，包括旋流器主体和设置在所述旋流器主体顶部的颗粒排序器，其中：

2.根据权利要求1所述的应用于微细土壤减量的轴向连接排序型旋流器，其特征在于：

3.根据权利要求2所述的应用于微细土壤减量的轴向连接排序型旋流器，其特征在于：

4.根据权利要求2所述的应用于微细土壤减量的轴向连接排序型旋流器，其特征在于：

5.根据权利要求2所述的应用于微细土壤减量的轴向连接排序型旋流器，其特征在于：

6.根据权利要求1所述的应用于微细土壤减量的轴向连接排序型旋流器，其特征在于：

7.根据权利要求1所述的应用于微细土壤减量的轴向连接排序型旋流器，其特征在于：

8.根据权利要求1所述的应用于微细土壤减量的轴向连接排序型旋流器，其特征在于：

9.根据权利要求1所述的应用于微细土壤减量的轴向连接排序型旋流器，其特征在于：

10.根据权利要求1所述的应用于微细土壤减量的轴向连接排序型旋流器，其特征在于：

技术总结本发明公开了一种应用于微细土壤减量的轴向连接排序型旋流器，包括旋流器主体和顶部的颗粒排序器。颗粒排序器内部具有上层圆柱排序腔和下层圆锥排序腔，上层圆柱排序腔外侧连接有矩形切向入口。旋流器主体包括上层圆柱分离腔、下层圆锥分离腔以及底流管。颗粒排序器底部开设有连通旋流器主体的连接通道，上层圆柱排序腔、下层圆锥排序腔以及上层圆柱分离腔的中部设置有轴向延伸的芯管，芯管上端连接有溢流管，下端与旋流器主体的顶部连通。本发明将排序器和旋流器主体轴向连接，能够在颗粒进入旋流器主体之前对其进行空间排序和浓度调控，提高微细颗粒的分离效率以及大小颗粒的分级效果，且能耗低、制造简单，可大量串/并联使用。技术研发人员：赵金超,吕文杰,黄渊,韦奇,白锦浩,陈材,夏太阳,熊子悠,冯婉婷,李奥,林朝毅受保护的技术使用者：华东理工大学技术研发日：技术公布日：2024/6/20