УСТРОЙСТВО ДЛЯ АЭРАЦИИ ЖИДКОСТИ Российский патент 2004 года по МПК B03D1/14 B03D1/24 

Изобретение относится к устройствам для аэрации сточных вод в аэротенках-отстойниках и может быть использовано в области обогащения полезных ископаемых, в частности в устройствах для аэрации пульпы, при переработке рудного и нерудного сырья, а также в ферментационных установках пищевой промышленности, при флотационной очистке сточных вод, в целлюлозно-бумажной промышленности и др. областях техники.

Известен механический аэратор для флотационной машины, выполненный в виде лопастного осевого импеллера, соединенного посредством ступицы с полым валом. С целью повышения срока службы и производительности аэратора лопасти снабжены ребрами. (Авторское свидетельство СССР №865402, М. Кл. В 03 D 1/16, опубл. 25.09.1981).

Недостатком указанного устройства является невозможность генерировать пузырьки воздуха одинакового размера, что приводит к увеличению диаметров пузырьков в результате коалесценции, снижению передачи кислорода в жидкость и барботажу.

Известен аэратор, содержащий корпус с воздухозаборными окнами, конфузор, смесительную камеру, диффузор, размещенный в корпусе дополнительный конфузор и патрубок для подвода аэрируемой воды. Дополнительный конфузор закреплен на стенке корпуса посредством кронштейнов, а воздухозаборные окна расположены в стенке корпуса по окружности и выполнены под углом к радиусу для закрутки всасываемого воздуха. Кронштейны установлены в том же направлении, что и окна корпуса. Аэратор выполнен на конце с отражателем-распределителем потока с направляющими перегородками. (Патент RU №2047572 С1, С 02 F 3/20, опубл. 10.11.1995).

Недостатком данного аэратора является невозможность перемешивания рабочего объема жидкости в технологическом процессе.

Известен аэратор-смеситель, содержащий трубопровод подачи воздуха и вращающиеся лопасти. Трубопровод подачи воздуха имеет телескопическую конструкцию с рассредоточенным выпуском воздуха по всей длине через конически расширяющиеся насадки, в которых жестко закреплены криволинейные лопасти, ориентированные в заданном направлении, между двумя соседними телескопическими аэраторами в плане на одной оси посередине установлены вращающиеся сетчатые смесители. Площади в свету выходных отверстий конических расширений увеличиваются постепенно и это обеспечивает равномерный выход воздуха и равномерное закручивание аэрированного потока по всей длине телескопической трубы. Сетчатые смесители своим местом установки приводятся во вращение от пары сил давления, вращающихся в противоположных направлениях аэрированных потоков.

Криволинейные лопасти, жестко закрепленные в коническом расширении, ориентированы в одном направлении и в разные направления относительно плоскости симметрии. (Заявка №2000117589, опубл. 27.06.2002).

Недостатком указанного устройства является невозможность генерировать пузырьки воздуха одинакового размера, что приводит к увеличению диаметров пузырьков в результате коалесценции, снижению передачи кислорода в жидкость и барботажу.

Известен аэратор, включающий корпус, расположенные соосно и с зазором друг к другу патрубок для подачи жидкости, размещенный в корпусе, и выпускную насадку, сообщенную с корпусом, патрубок для ввода воздуха, при этом отношение диаметра патрубка для подачи жидкости к ширине зазора между ним и выпускной насадкой составляет от 5 до 15, а отношение длины выпускной насадки к диаметру патрубка для подачи жидкости и отношение диаметров патрубка для подачи жидкости и выпускной насадки составляет от 4 до 10. (Патент RU №2187381, кл. B 03 D 1/14, опубл. 20.08.2002).

Недостатком известного аэратора являются неравномерное распределение кислорода в жидкости, что приводит к необходимости вместо одного высокопроизводительного аэратора устанавливать несколько, из-за чего увеличиваются затраты энергии на подачу единицы объема воздуха.

Известно устройство для аэрации сточных вод, содержащее полый вал, на нижнем конце которого установлена мешалка из четырех клиновидных полых лопаток с отверстиями, мешалка установлена с возможностью вращения вокруг полого вала, диаметрально противоположные пары лопаток размещены одна над другой, в полом валу выполнены четыре отверстия, сообщающие его с верхней парой полых лопаток, при этом отверстия верхних лопаток выполнены в верхней их части. Четыре отверстия на нижнем конце полого вала расположены диаметрально противоположно. Полый вал снабжен фланцем, разделяющим одна от другой верхнюю и нижнюю пары лопаток. (Авторское свидетельство №1452799, C 02 F 3/16, C 02 F 3/22, дата 23.01.1989).

Недостатком данного изобретения является невозможность регулирования диаметров пузырьков воздуха и недостаточная интенсивность перемешивания.

Наиболее близким к предложенному является аэратор, содержащий корпус с размещенным в нем импульсным источником выброса газа и прикрепленные к корпусу патрубки подачи и выброса газа. Импульсный источник выброса газа выполнен в виде соосно соединенного с патрубком подачи газа Сегнерова колеса, выходные концы патрубков которого выполнены с щелевыми соплами, а патрубки выброса газа прикреплены к корпусу равномерно вокруг Сегнерова колеса и тангенциально ему по направлению его вращения. Аэратор снабжен трубкой для эжекции жидкости в проточную часть аэратора, один конец которой размещен в канале патрубка подачи газа и изогнут в направлении движения газа, а другой его конец расположен снаружи аэратора. Выходные концы патрубков выброса газа выполнены изогнутыми и шарнирно связаны с этими патрубками. (Патент RU №2048459 С 1, С 02 F 7/00 С 12 М 1/04, опубл. 20.11.1995).

Недостатком указанного устройства является невозможность генерировать пузырьки воздуха одинакового размера, что приводит к увеличению диаметров пузырьков в результате коалесценции, снижению передачи кислорода в жидкость и барботажу.

Задачей изобретения является повышение эффективности аэрации пульпы.

Технический результат изобретения заключается в повышении эжектирующей способности устройства, поддержании рабочих жидкостей во взвешенном состоянии, более интенсивном насыщении жидкости кислородом.

Технический результат достигается тем, что устройство для аэрации жидкости, включающее установленный с возможностью вращения корпус с изогнутыми выпускными насадками, соединенный с корпусом через подшипник патрубок для подачи газа и установленный в последнем концентрично ему патрубок для подачи жидкости, согласно изобретению снабжено жестко соединенными с дном корпуса и связанными через дополнительный подшипник с патрубком для подачи жидкости и сообщенными с ним, дополнительными патрубками, выпускные отверстия которых соосны впускным отверстиям выпускных насадок корпуса, при этом отношение диаметра выпускного отверстия дополнительного патрубка к ширине зазора между дополнительным патрубком и впускным отверстием выпускной насадки равно от 2:10 до 2:15, а отношение диаметра выпускного отверстия дополнительного патрубка к диаметру впускного отверстия выпускной насадки - от 2 до 8.

Подшипники выполнены в виде подшипников скольжения.

Снабжение жестко соединенными с дном корпуса и связанными через дополнительный подшипник с патрубком для подачи жидкости и сообщенными с ним дополнительными патрубками, выпускные отверстия которых соосны впускным отверстиям выпускных насадок корпуса, позволит внутри корпуса потоку воздуха кольцевым обжатием струи жидкости создать режим кавитации течения жидкости, который затем переходит в пленочно-диспергированный режим течения смеси жидкости и газа в выпускной насадке.

Оптимизация конструктивных размеров устройства для аэрации - выполнение отношения диаметра выпускного отверстия дополнительного патрубка к ширине зазора между дополнительным патрубком и впускным отверстием выпускной насадки, равным от 2:10 до 2:15, и выполнение отношения диаметра выпускного отверстия дополнительного патрубка к диаметру впускного отверстия выпускной насадки от 2 до 8 позволит дополнительно увеличить расход воздуха при сохранении пузырьков оптимальной крупности с примерно одинаковым диаметром, что исключает коалесценцию пузырей и барботаж.

Изобретение поясняют чертежи, где на приведенной фиг.1 показано устройство, вертикальный разрез; на фиг.2 - вид А-А на фиг.1.

Устройство включает установленный с возможностью вращения корпус 1, соединенный с корпусом 1 через подшипник 2 патрубок 3 для подачи газа и установленный в последнем концентрично ему патрубок 4 для подачи жидкости. Устройство снабжено жестко соединенными с дном корпуса 1 и связанными через дополнительный подшипник 5 с патрубком 4 для подачи жидкости и сообщенными с ним дополнительными патрубками 6, выпускные отверстия 7 которых соосны впускным отверстиям 8 изогнутых выпускных насадок 9 корпуса, при этом отношение диаметра выпускного отверстия 7 дополнительного патрубка 6 к ширине зазора Н между дополнительным патрубком 6 и впускным отверстием 8 выпускной насадки 9 равно от 2:10 до 2:15, а отношение диаметра выпускного отверстия 7 дополнительного патрубка 6 к диаметру впускного отверстия 8 выпускной насадки 9 - от 2 до 8. Подшипники 2 и 5 выполнены в виде подшипников скольжения. Такая оптимизация конструктивных параметров устройства позволяет потоку воздуха кольцевым обжатием струи и жидкости создать режим кавитации течения жидкости, который затем переходит в пленочно-диспергированный режим течения жидкости и воздуха в выпускной насадке.

Устройство для аэрации жидкости работает следующим образом.

Жидкость под давлением 3-7 атм подается в патрубок 4, на выходе из которого струя жидкости обжимается потоком воздуха из патрубка 3. Жидкость, обжатая воздухом, поступает в изогнутую выпускную насадку 9, где происходит формирование пузырьков воздуха флотационной крупности. Под действием истекающих из выпускных насадок 9 струй аэрированной жидкости корпус 1 вращается вокруг своей оси за счет реактивной тяги выходящей пузырьковой струи по принципу Сегнерова колеса, способствуя перемешиванию газожидкостных струй в корпусе 1.

Устройство для аэрации жидкости позволяет повысить эжекцию воздуха при сохранении пузырьков флотационной крупности и насытить кислородом жидкость до 12-14 мг/л.

Определение отношения диаметра патрубка 4 для подачи жидкости D к диаметру выпускной насадки 9 d и величина зазора Н между диаметром дополнительного патрубка 6 для подачи жидкости и выпускной насадкой 9 определены экспериментально.

Сначала определялось соотношение диаметра D патрубка для подачи жидкости 4 к диаметру d выпускной насадки 9, а затем при фиксированном выбранном соотношении определялась величина зазора Н между патрубком 6 для подачи жидкости и выпускной насадкой 9.

Оптимизация параметров узлов устройства для аэрации жидкости и введение патрубка для подачи жидкости позволило поддержать рабочую смесь во взвешенном состоянии и увеличить интенсивность передачи кислорода в жидкость.

Использование: изобретение относится к устройствам для аэрации сточных вод в аэротенках-отстойниках и может быть использовано в области обогащения полезных ископаемых, в частности в устройствах для аэрации пульпы, при переработке рудного и нерудного сырья, а также в ферментационных установках пищевой промышленности, при флотационной очистке сточных вод, в целлюлозно-бумажной промышленности и др. областях техники. Технический результат заключается в повышении эжектирующей способности аэратора, поддержании рабочих жидкостей во взвешенном состоянии, более интенсивном насыщении жидкости кислородом. Устройство включает установленный с возможностью вращения корпус с изогнутыми выпускными насадками. С корпусом через подшипник соединен патрубок для подачи газа. В последнем установлен концентрично ему патрубок для подачи жидкости. Устройство снабжено жестко соединенными с дном корпуса и связанными через дополнительный подшипник с патрубком для подачи жидкости и сообщенными с ним дополнительными патрубками. Выпускные отверстия дополнительных патрубков соосны впускным отверстиям выпускных насадок корпуса. Отношение диаметра выпускного отверстия дополнительного патрубка к ширине зазора между дополнительным патрубком и впускным отверстием выпускной насадки равно от 2:10 до 2:15, а отношение диаметра выпускного отверстия дополнительного патрубка к диаметру впускного отверстия выпускной насадки от 2 до 8. Подшипники выполнены в виде подшипников скольжения. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для аэрации жидкости, включающее установленный с возможностью вращения корпус с изогнутыми выпускными насадками, соединенный с корпусом через подшипник патрубок для подачи газа и установленный в последнем концентрично ему патрубок для подачи жидкости, отличающееся тем, что оно снабжено жестко соединенными с дном корпуса и связанными через дополнительный подшипник с патрубком для подачи жидкости и сообщенными с ним дополнительными патрубками, выпускные отверстия которых соосны впускным отверстиям выпускных насадок корпуса, при этом отношение диаметра выпускного отверстия дополнительного патрубка к ширине зазора между дополнительным патрубком и впускным отверстием выпускной насадки равно 2:10 - 2:15, а отношение диаметра выпускного отверстия дополнительного патрубка к диаметру впускного отверстия выпускной насадки в пределах 2 - 8.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что подшипники выполнены в виде подшипников скольжения.