[1]Изобретение относится к технике, предназначенной для диспергирования газа
в жидкости, и может быть использовано в микробиологической, химической, пищевой
и других отраслях промышленности для насыщения жидкости газом, для обработки
воды, промышленных или бытовых сточных вод флотацией.
[2]Цель изобретения - повышение качества
диспергирования за счет получения бо- лее мелких и однородных по размеру
пузырьков и их более равномерного распределения по потоку жидкости.
[3]На фиг. 1 изображено устройство, продольный разрез, вдоль короткой оси участка
смешения; на фиг. 2 - то же, разрез, вдоль длинной оси участка смешения; на фиг. 3 -
разрез А-А на фиг. 1.
[4]Устройство содержит воздушную камеру
1, снабженную патрубком 2 подвода газа с дросселем 3, а также установленные в
воздушной камере 1 конфузор 4, участок 5 смешения в виде щелевого канала высотой
0,5-5,0 мм, выполненный с отверстиями 6 на широких сторонах, и диффузор 7.
[5]Кроме того, устройство снабжено вакуумметром (не показан).
[6]Устройство для диспергирования газа в жидкости работает следующим образом.
[7]Исходная вода при давлении 0,2-0,4 МПа поступает в конфузор 4, где при плавном
снижении проходного сечения до щелевого канала высотой 0,5-5 мм приобретает
скорость 5-25 м/с. При прохождении участка 5 смешения вода за счет создаваемого
разрежения эжектирует воздух, поступающий из воздушной камеры 1 через отверстия
6. Вследствие незначительного гидравлического сопротивления отверстий
6 разрежение в водяном потоке устанавли- вают равным разрежению в воздушной камере
, причем последнее устанавливают с помощью дросселя 3, размещенного на патрубке
2, в зависимости от скорости движения воды таким образом, чтобы в
жидкостный поток поступали отдельные газовые пузырьки, а не струи газа. Этому также
способствует небольшая толщина участка 5 смешения, выполненного в виде щелевого канала.
[8]В диффузоре 7 скорость получаемой газожидкостной смеси постепенно снижается
до 1-2 м/с вследствие плавного увеличения проходного сечения, и смесь выходит из ус-
тройства. При этом давление газожидкостной смеси увеличивается до атмосферного,
а размеры полученных газовых пузырьков уменьшаются обратно пропорционально
кубическому корню из отношения давлений
[9]до и после диффузора 7, что в итоге способствует
получению более мелких однородных газовых пузырьков. Благодаря щелевому сечению
участка 5 смешения и рассредоточен- ному расположению отверстий 6 получаемые газовые пузырьки равномерно
распределяются во всем объеме потока жидкости, что снижает их коалесценцию,
дополнительное дробление и способствует получению однородных газовых пузырьков малых размеров.
[10]Далее газожидкостная смесь поступает в аппарат определенного технологического
назначения, например флотатор или ферментер .
[11]П р и м е р 1. Проводили диспергирование
воздуха в воде путем эжекции при температуре воды 10°С и воздуха 20°С. Воздух
при давлении 0,07 МПа вводили в поток воды толщиной 0,5 мм, движущийся со скоростью
9 м/с, через отверстия диаметром 0,8 мм. После газонасыщения снижением
скорости движения давление газожидкостной смеси повышали до атмосферного и определяли
диаметр полученных газовых пузырьков (0,05-0,1 мм) в зависимости от их
скорости всплывания в неподвижной жидкости (5-10 мм/с).
[12]П р и м е р 2. Проводили диспергирование воздуха в воде с показателями, приведенными
в примере 1. Воздух вводили при давлении 0,0014 МПа в поток воды толщиной
0,5 мм, движущийся со скоростью 25 м/с. После повышения давления смеси диаметр
воздушных пузырьков составлял 0,05- 0,1 мм.
[13]-П р и м е р 3. Проводили диспергирование
воздуха в воде с показателями, приведенными в примере 1. Воздух при давлении
0,07 МПа вводили в поток толщиной 5 мм. движущийся со скоростью 8 м/с. После повышения
давления смеси до атмосферного диаметр полученных газовых пузырьков составлял 0,1-0,2 мм.
[14]П р и м е р 4. Для получения сравнительных данных параллельно проводили диспергирование
воздуха в воде с показателями, приведенными в примере 1. Воздух вводили при атмосферном давлении
в поток воды толщиной 0,5 мм, движущийся со скоростью 9 м/с. Размеры полученных
газовых пузырьков составляли 1-5 мм.
[15]Сравнение данных, приведенных в примерах
1-3 и в примере 4, показывает, что при использовании изобретения получаемые
воздушные пузырьки имеют меньшие размеры, при этом диапазон их размеров
более узок по сравнению с известным решением .
[16]Выбор параметров давления и высоты щелевого канала участка смешения обусловлен следующим.
[17]При повышении давления в воздушной камере выше 0,07 МПа размеры получаемых
газовых пузырьков увеличиваются как вследствие повышения давления, так и в
результате необходимого в этом случае снижения скорости движения жидкости, Значение
давления 0,0014 МПа в воздушной камере лимитировано давлением насыщения
жидкости при данной температуре. Оптимальное давление определяется, в
основном, скоростью движения жидкости, но зависит также от геометрии потока, размеров
отверстий перфорации, температуры жидкости и находится в пределах, близких
к верхнему значению давления в приведенном интервале.
[18]При снижении высоты щелевого канала менее 0,5 мм увеличивается вероятность засорения
части его сечения или полного закупоривания взвешенными частицами, что
отрицательно сказывается на расходах жидкости и газа, нарушает соотношение давления
в воздушной камере и скорости жидкости или создает застойные зоны на
участках смешения. При увеличении высоты щелевого канала более 5 мм увеличивается
неравномерность распределения газовых пузырьков в жидкости, которые преимущественно
располагаются в пристенных слоях потока. При небольших расходах высоту щелевого
канала целесообразно принимать минимальной и увеличивать ее при увеличении
производительности и возрастании размеров взвешенных в жидкости частиц.
Соотношение высоты и ширины щелевого канала не является определяющим для технологических
параметров предлагаемого устройства.
[20]Использование изобретения позволяет получить более мелкие и однородные газо
вые пузырьки, что по сравнению с известными способами и устройствами обеспечивает
повышение удельной межфазной поверхности в процессах тепло- и массообмена, а
также степени очистки в процессе последующей флотации при меньших по сравнению
с напорной флотацией энергозатратах.
[22]1.Способ диспергирования газа в жидкости путем эжекции газа дискретными
[23]струями в сформированный струйный поток жидкости, отличающийся тем, что, с
целью повышения качества диспергирования за счет получения более мелких и однородных
по размеру пузырьков газа и их
[24]более равномерного распределения по потоку
жидкости, на стадии эжекции газа струйному потоку жидкости придают ленточную
форму толщиной 0,5-5,0 мм, а эжек- цию газа осуществляют с широких сторон
[25]потока жидкости под давлением 0,0014- 0,07 МПа.
[26]2.Устройство для диспергирования газа
в жидкости, содержащее воздушную камеру с патрубком подвода газа, внутри которой
[27]установлены конфузор, участок смешения с отверстиями и диффузор, отличающее-
с я тем, что, с целью повышения качества диспергирования за счет получения более
мелких и однородных по размеру пузырьков
[28]газа и их более равномерного распределения
по потоку жидкости, участок смешения выполнен в виде щелевого канала прямоугольного
сечения, отверстия выполнены на широких сторонах участка, а устройство
[29]снабжено дросселем, установленным на патрубке подвода газа.
