ФЛОТАТОР Российский патент 1999 года по МПК C02F1/24 B03D1/14 

Изобретение относится к устройствам для обработки воды, промышленных и бытовых стоков и предназначено для удаления белков, жиров, нефтепродуктов, ПАВ, СПАВ и других аналогичных примесей.

Известен флотатор (см.Мещеряков Н.Ф. Флотационные машины и аппараты. - М. : Недра, 1982, рис.104 в), содержащий прямоугольный корпус с расположенными внутри параллельными парными перегородками, между которыми размещены трубопроводы для подачи водовоздушной смеси, гидроциклон для подачи исходной воды. С боковых сторон корпуса предусмотрены устройства для приема пенного продукта и очищенной воды. Сверху имеется механизм удаления пены.

Недостатком флотатора является низкий эффект очистки при высоком содержании примесей в исходной воде, большие габаритные размеры, невозможность регулирования процесса при изменении загрязненности воды.

Наиболее близким аналогом по технической сущности и достигаемому результату является флотатор по а.с.1212962, МКИ C 02 F 1/24. Данный флотатор содержит прямоугольный в плане корпус с парными параллельными перегородками, между которыми размещены перфорированные трубопроводы для подвода водовоздушной смеси, механизм для удаления пены c пеносборником и узел вывода отработанной воды с приемным карманом. Обрабатываемая вода с воздухом под давлением подается в перфорированные трубопроводы, а далее с большой скоростью вытекает через два ряда отверстий в направлении перегородок и вверх. Оси отверстий каждого из рядов направлены в сторону ближайшей парной перегородки под острым углом к ее плоскости. В результате скользящего удара струи водовоздушной смеси о перегородку не полностью используется энергия на дробление пузырьков воздуха. Неполное использование кинетической энергии струи жидкости на дробление газовых пузырьков является основным недостатком конструкции данного флотатора. Далее жидкость, находящаяся между параллельными перегородками, за счет энергии струй и разности плотностей водовоздушной смеси, находящейся между параллельными перегородками, и воды, бедной воздушными пузырьками, остального объема флотатора, движется вверх и изливается под уровень воды над верхними кромками перегородок.

Другим не менее существенным недостатком данной конструкции флотатора является неравномерное распределение газовой фазы в объеме жидкости, заключенной между перегородками. После удара струи водовоздушной смеси о перегородку смесь растекается по ее поверхности. Основная масса пузырьков при этом концентрируется непосредственно у перегородки. Описанный эффект вызывает неравномерное насыщение пузырьками воздуха потока жидкости, поступающего снизу в объем между перегородками, и как следствие, снижает степень очистки воды. Концентрационная стратификация жидкости может привести к появлению выталкивающей силы, действующей на объем жидкости с большим количеством мелких пузырьков. В результате действия восходящих струй происходит разрушение пенного слоя. Данный недостаток наблюдается при обработке воды, требующей повышенного расхода воздуха.

Поставлена задача - повысить эффект очистки воды за счет получения более мелких пузырьков воздуха и равномерного насыщения ими обрабатываемого объема воды.

Поставленная задача достигается выполнением каждой из парных параллельных перегородок с уступами-отражателями, при этом плоскость уступа должна быть расположена выше перфорированных трубопроводов, заключенного между парными параллельными перегородками, и перпендикулярна осям отверстий последнего.

Возможно выполнение каждой из парных параллельных перегородок с отражателем в ферме усеченного клина или клина, при этом основание клина или усеченного клина совмещено с плоскостью перегородки, а плоскость нижней боковой грани клина или усеченного клина перпендикулярна осям отверстий перфорированного трубопровода, заключенного между указанными параллельными перегородками.

Выполнение каждой из парных параллельных перегородок с уступом-отражателем, плоскость которого расположена выше перфорированного трубопровода и перпендикулярна осям отверстий последнего, или отражателем в форме клина или усеченного клина, основание которого совмещено с плоскостью перегородки, а плоскость нижней боковой грани перпендикулярна осям отверстий перфорированного трубопровода, позволяет получить пузырьки воздуха значительно меньшего размера. Размер образующихся в турбулентном потоке жидкости пузырьков зависит от скорости деформации жидкости. При взаимодействии струи жидкости с преградой скорость деформации жидкости максимальна при натекании струи на преграду под прямым углом. Поэтому при натекании струи водовоздушной смеси на плоскость уступа под прямым углом размер образующихся пузырьков будет максимальным при заданной начальной скорости истечения струи.

Выполнение перегородок с уступами-отражателями позволяет также более равномерно насытить объем поднимающейся между парными параллельными перегородками жидкости пузырьками воздуха.

После удара струи водовоздушной смеси о плоскость уступа-отражателя она растекается по поверхности плоскости и движется к краю уступа. Далее водовоздушная смесь срывается с уступа и веером перекрывает пространство между параллельными перегородками, насыщая весь объем поднимающейся жидкости мелкими пузырьками.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами:
Фиг.1. Общий вид флотатора, парные параллельные перегородки которого выполнены с уступами-отражателями.

Фиг. 2. Фрагмент общего вида флотатора, имеющего парные параллельные перегородки с уступами-отражателями, выполненными в форме клина.

Фиг. 3. Фрагмент общего вида флотатора, имеющего парные параллельные перегородки с уступами-отражателями, выполненными в форме усеченного клина.

Флотатор содержит прямоугольный в плане корпус 1 (фиг. 1), внутри которого размещены парные перегородки 2 с уступами-отражателями 3. Для подвода водовоздушной смеси во флотатор между перегородками 2 расположены перфорированные трубопроводы 4. Плоскость уступа-отражателя 3 каждой перегородки расположена выше перфорированного трубопровода 4 и перпендикулярна осям 5 отверстий последнего. С внешней стороны к корпусу 1 прикреплены пеносборник 6 с патрубком 7 для удаления пенного продукта и приемный карман 8, связанный с дренажной системой 9 флотатора. Приемный карман 8 снабжен шибером 10, служащим для поддержания постоянного уровня воды в корпусе 1, и трубопроводом 11, служащим для удаления обработанной воды. Плоское днище корпуса 1 выполнено с наклоном в сторону приемного кармана 8. В днище корпуса предусмотрен трубопровод 12 для удаления несфлотированных примесей. Вверху, над корпусом 1 установлен механизм удаления пены 13.

В других вариантах на парных перегородках 2 (фиг.2, фиг.3) выше перфорированных трубопроводов 4 размещены уступы-отражатели 3, имеющие форму клина (фиг. 2) и усеченного клина (фиг.3). Нижние грани отражателей в форме клина (фиг. 2) и в форме усеченного клина перпендикулярны осям 5 отверстий трубопровода 4.

Флотатор работает следующим образом. Исходную воду смешивают с воздухом и первично образованную водовоздушную смесь под давлением по подающему трубопроводу направляют в перфорированные трубопроводы 4 (фиг.1). Водовоздушная смесь с большой скоростью вытекает из отверстий трубопроводов 4 и в направлении, перпендикулярном плоскостям уступов 3. При ударе водовоздушной смеси о плоскости уступов 3 происходит дробление воздушных пузырьков. За счет прямого удара водовоздушной струи о плоскости уступов-отражателей 3 формируется спектр размеров пузырьков значительно меньшего размера, по сравнению со спектром размеров, получаемых во флотаторе-аналоге. Значительно увеличивается скорость растворения кислорода за счет более развитой поверхности раздела фаз и повышенного капиллярного давления газа в пузырьках.

После удара струи жидкость с мелкими пузырьками растекаются по плоскости уступов 3. Часть жидкости движется вниз к перегородкам 2, другая часть движется вверх к краю уступов-отражателей 3, где происходит ее срыв. При срыве водовоздушной смеси с уступов-отражателей она веером перекрывает весь объем между перегородками 2. В результате достигается равномерное насыщение поднимающегося снизу потока жидкости мелкими пузырьками. Далее поток за счет энергии движения струи и разности плотностей водовоздушной смеси между перегородками 2 и воды, бедной воздушными пузырьками, основного объема корпуса 1, поднимается вверх и изливается под уровень воды над верхними кромками перегородок 2. Во время движения потока происходит образование флотокомплексов пузырек-частица загрязнений. При изливе поток делится на две части и изменяет свое направление на противоположное. Движение воды в непосредственной близости от уровня ее во флотаторе создает благоприятные условия для выделения нагруженных пузырьков в пенный слой. Механизмом удаления пены 13 она транспортируется в пеносборник 6 и самотеком удаляется через патрубок 7. Освобожденный от основной массы пузырьков поток движется вниз между парами перегородок 2. Часть потока снова увлекается в пространство между перегородками 2, где происходит повторный цикл очистки. Другая часть потока достигает дренажной системы 9, а затем поступает в приемный карман 8, где переливается через шибер 10. Подъемом и спусканием шибера 10 уровень воды в корпусе 1 выводится на необходимую высоту. После перелива через шибер 10 вода удаляется по трубопроводу 11. Другая часть жидкости с несфлотированными примесями удаляется по трубопроводу 12.

Флотатор может найти применение при очистке воды от нефтепродуктов, масел, жиров, белков, ПАВ и СПАВ. Флотатор содержит прямоугольный в плане корпус с парными параллельными перегородками, между которыми размещены перфорированные трубопроводы для подвода водовоздушной смеси, механизм для удаления пены с пеносборником и узел вывода отработанной воды с приемным карманом. Парные параллельные перегородки выполнены с уступами-отражателями, плоскости которых расположены выше перфорированных трубопроводов и перпендикулярны осям отверстий последних. Возможно выполнение отражателей на перегородках в форме клиньев или усеченных клиньев, нижние грани которых перпендикулярны осям отверстий трубопроводов, а основания совмещены с плоскостью перегородок. Результат изобретения: повышение эффекта очистки воды за счет получения более мелких пузырьков воздуха и равномерного насыщения ими обрабатываемой воды. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Флотатор, содержащий прямоугольный в плане корпус с парными параллельными перегородками, между которыми размещены перфорированные трубопроводы для подвода водовоздушной смеси, механизм для удаления пены с пеносборником, узел вывода отработанной воды с приемным карманом и уступы-отражатели, выполненные в форме клиньев и расположенные на парных параллельных перегородках над перфорированными трубопроводами, отличающийся тем, что нижние грани клиньев перпендикулярны осям отверстий перфорированных трубопроводов. 2. Флотатор по п.1, отличающийся тем, что клинья выполнены усеченными. 3. Флотатор по п.1 или 2, отличающийся тем, что основания клиньев или усеченных клиньев совмещены с плоскостью перегородок.