УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕНЕРИРОВАНИЯ МИКРОПУЗЫРЬКОВ Российский патент 2019 года по МПК B01F3/04 B01F5/04 

Область техники

[0001] Настоящее изобретение относится к области химической технологии и, в частности, к устройству для генерирования микропузырьков.

Уровень техники

[0002] Размер пузырьков, получаемых посредством существующих барботажных устройств, генерирующих микропузырьки, составляет приблизительно от нескольких миллиметров до нескольких десятков миллиметров, при этом общая поверхность контакта пузырьков с жидкостью не большая и продолжительность пребывания в воде короткая, что приводит к невысокой эффективности массопереноса между газовой и жидкой фазами. Эффективные способы улучшения массопереноса между газом и жидкостью будут заключаться в генерировании более мелких пузырьков, однако генерирование существующими устройствами пузырьков с размерами в микрометрах обычно сопряжено с такими проблемами, как большое потребление энергии, небольшой объем подаваемого газа и т. п.

Суть изобретения

[0003] С учетом проблем, известных из уровня техники, техническая задача настоящего изобретения заключается в предоставлении устройства для генерирования микропузырьков, характеризующегося сравнительно низким потреблением энергии, большим объемом подаваемого газа и эффективным перемешиванием газа с жидкостью.

[0004] Чтобы решить вышеизложенную техническую задачу, техническое решение, предложенное согласно настоящему изобретению, следующее.

Устройство для генерирования микропузырьков, содержащее элемент для впуска жидкости, элемент для впуска газа, элемент для выпуска пузырькового потока и камеру для смешивания газа и жидкости, отличающееся тем, что в поверхности взаимодействия с газом и жидкостью указанной камеры для смешивания газа и жидкости выполнены газопропускные отверстия в виде имеющих углы элементов, при этом вершины указанных имеющих углы элементов – газопропускных отверстий – обращены в направлении потока жидкости.

[0005] В дополнительных усовершенствованных или оптимизированных вариантах осуществления, основанных на вышеуказанном техническом решении, дополнительно предусмотрено следующее.

Вариант 1: указанные газопропускные отверстия выполнены в пластинах для генерирования микропузырьков; устройство для генерирования микропузырьков содержит конструкцию для установки пластин для генерирования микропузырьков, при этом указанная конструкция для установки содержит камеры для скапливания газа, расположенные в камере для смешивания газа и жидкости; внутренняя полость указанной камеры для скапливания газа выполнена в сообщении с указанным элементом для впуска газа; камера для скапливания газа контактирует с жидкостью, и в поверхностях ее стенок, параллельных направлению потока жидкости, предусмотрено больше одного элемента в виде газопропускных окон, при этом указанные пластины для генерирования микропузырьков установлены в указанных элементах в виде газопропускных окон.

[0006] Кроме того, поперечное сечение указанной камеры для скапливания газа является U-образным; между двумя боковыми стенками камеры для скапливания газа и двумя боковыми стенками полости камеры для смешивания газа и жидкости образованы симметричные друг другу каналы, обеспечивающие прохождение жидкости, при этом направление указанных каналов совпадает с направлением потока жидкости; указанные газопропускные окна выполнены в поверхностях двух боковых стенок камеры для скапливания газа.

[0007] Вариант 2: в указанной камере для смешивания газа и жидкости расположена камера для скапливания газа; указанная камера для скапливания газа за счет своей конструкции из внутренней и внешней втулок определяет кольцевую внутреннюю полость; указанная кольцевая внутренняя полость выполнена в сообщении с элементом для впуска газа; жидкость проходит через полость внутренней втулки указанной конструкции из втулок; указанные газопропускные отверстия выполнены в трубчатой стенке указанной внутренней втулки.

[0008] Внутренняя втулка и внешняя втулка указанной конструкции из внутренней и внешней втулок выполнены соосными или частично совмещены относительно друг друга.

[0009] Вариант 3: указанная камера для смешивания газа и жидкости состоит из трубчатой секции для жидкости и камеры трубы для впуска газа, прикрепленной снаружи указанной трубчатой секции для жидкости; камера трубы для впуска газа соединена с указанным элементом для впуска газа; указанная поверхность взаимодействия с газом и жидкостью является поверхностью прикрепления, которой указанная камера трубы для впуска газа соединена с трубчатой секцией для жидкости; газопропускные отверстия выполнены в указанной поверхности прикрепления.

[0010] В вышеуказанном варианте:

С двух сторон относительно поверхности взаимодействия с газом и жидкостью направление потока газа и направление потока жидкости перпендикулярны друг другу.

[0011] Указанный элемент для выпуска пузырькового потока в виде насадка вдоль края снабжен вырезами в виде зубьев, и посредством такой зубчатой области на элементе выпуска пузырькового потока можно дополнительно разделять микропузырьки, скапливающиеся в потоке в большие пузыри, что обеспечивает эффективное перемешивание газа и жидкости.

[0012] Когда указанный элемент для выпуска пузырькового потока расположен горизонтально, то он выполнен в виде уплощенного насадка, постепенно увеличивающегося относительно ширины и постепенно уменьшающегося относительно высоты, при этом указанные вырезы в виде зубьев предпочтительно выполнены вдоль верхнего края указанного уплощенного насадка.

[0013] Когда указанный элемент для выпуска пузырькового потока в виде насадка направлен вверх, в насадке предусмотрено несколько концентричных и соосных конических ограничительных колец; отверстия конических ограничительных колец со стороны выпуска также снабжены вырезами в виде зубьев; между внутренними и внешними соседними ограничительными кольцами оставлены промежутки для прохождения потока; внешние ограничительные кольца, выступающие в осевом направлении, перекрывают указанные промежутки для прохождения потока.

[0014] Когда указанный элемент для выпуска пузырькового потока в виде насадка направлен вниз, указанный элемент для выпуска пузырькового потока выполнен в виде конического насадка с диаметром, постепенно уменьшающимся в направлении потока жидкости.

[0015] Преимущества

Когда посредством устройства для генерирования микропузырьков согласно настоящему изобретению в жидкость вдувается газ, на поверхности взаимодействия с газом и жидкостью, поскольку за счет быстрого потока жидкости с одной стороны газ, проходящий сквозь газопропускные отверстия, разрезается вершинами имеющих углы элементов – газопропускных отверстий – на маленькие пузырьки и поскольку эквивалентный диаметр канала газа в области вершин имеющих углы элементов в направлении потока жидкости стремится к бесконечно малой величине, генерируемые пузырьки имеют очень малый диаметр, время пребывания в жидкой фазе значительно увеличивается, и эффективность массопереноса между газом и жидкостью заметно повышается. Посредством дополнительно выполненной на элементе для выпуска пузырькового потока зубчатой области можно дополнительно разделять микропузырьки, скапливающиеся в потоке в большие пузыри, что обеспечивает эффективное перемешивание газа и жидкости, и устройство для генерирования микропузырьков согласно настоящему изобретению обладает таким преимуществами, как сравнительно низкое потребление энергии, большой объем подаваемого газа и эффективное перемешивание газа с жидкостью.

Описание прилагаемых графических материалов

[0016] На фиг. 1 представлено трехмерное схематическое изображение согласно варианту осуществления 1;

на фиг. 2 представлено схематическое изображение сверху согласно варианту осуществления 1;

на фиг. 3 представлено основное схематическое изображение согласно варианту осуществления 1;

на фиг. 4 представлено схематическое изображение сбоку согласно варианту осуществления 1;

на фиг. 5 представлено схематическое изображение конструкции для установки пластин для генерирования микропузырьков;

на фиг. 6 представлено основное схематическое изображение в разрезе согласно варианту осуществления 2;

на фиг. 7 представлено схематическое изображение сбоку согласно варианту осуществления 2;

на фиг. 8 представлено схематическое изображение сверху согласно варианту осуществления 2;

на фиг. 9 представлено трехмерное схематическое изображение согласно варианту осуществления 3;

на фиг. 10 представлено основное схематическое изображение согласно варианту осуществления 3;

на фиг. 11 представлено основное схематическое изображение согласно варианту осуществления 4;

на фиг. 12 представлено основное схематическое изображение согласно варианту осуществления 5;

на фиг. 13 представлено схематическое изображение сбоку согласно варианту осуществления 5;

на фиг. 14 представлено основное схематическое изображение согласно варианту осуществления 6;

на фиг. 15 представлено схематическое изображение сбоку согласно варианту осуществления 6.

Конкретные способы осуществления

[0017] Для более подробного объяснения технического решения и технических целей согласно настоящему изобретению ниже настоящее изобретение представлено более подробно со ссылками на прилагаемые графические материалы и конкретные варианты осуществления.

[0018] Вариант осуществления 1

Как показано на фиг. 1–5, устройство для генерирования микропузырьков содержит элемент 101 для впуска жидкости, элемент 104 для впуска газа, элемент 103 для выпуска пузырькового потока, камеру 102 для смешивания газа и жидкости, пластины 108 для генерирования микропузырьков и конструкцию 106 для установки пластин для генерирования микропузырьков; указанные пластины 108 для генерирования микропузырьков снабжены группой рядов, образованных множеством регулярно расположенных газопропускных отверстий; форма указанных газопропускных отверстий имеет вид имеющего углы элемента, например, прямоугольника, треугольника, ромба, капли воды и т. п., и вершина указанного имеющего углы элемента обращена в направлении потока жидкости; направление газа, вводимого посредством указанного элемента 104 для впуска газа, перпендикулярно направлению потока жидкости.

[0019] Указанная конструкция 106 для установки пластин для генерирования микропузырьков содержит камеру 109 для скапливания газа, расположенную в камере 102 для смешивания газа и жидкости; поперечное сечение внутренней полости камеры 109 для скапливания газа является U-образным, и посредством отверстия в своей верхней части она сообщается с указанным элементом 104 для впуска газа; камера 106 для скапливания газа на переднем и заднем концах снабжена перегородками, и между ее двумя боковыми стенками и двумя боковыми стенками полости камеры для смешивания газа и жидкости образованы симметричные друг другу каналы, обеспечивающие прохождение жидкости, при этом направление указанных каналов совпадает с направлением потока жидкости. В каждой из двух боковых стенок камеры 109 для скапливания газа предусмотрено два газопропускных окна 107, при этом указанные пластины 108 для генерирования микропузырьков установлены в указанных газопропускных окнах 107. Указанная камера 102 для смешивания газа и жидкости в верхней части снабжена отверстием, и над отверстием размещен прямоугольный установочный элемент; конструкция 106 для установки пластин для генерирования микропузырьков содержит прямоугольную крышку 105, которая герметично закрывает отверстие камеры для скапливания газа и отверстие камеры для смешивания газа и жидкости и которая посредством винтов прикреплена к указанному прямоугольному установочному элементу; с указанной крышкой 105 соединена труба для впуска газа, содержащая элемент 104 для впуска газа.

[0020] Указанный элемент 103 для выпуска пузырькового потока расположен горизонтально и выполнен в виде уплощенного насадка, постепенно увеличивающегося относительно ширины и постепенно уменьшающегося относительно высоты, при этом указанный уплощенный насадок вдоль верхнего края снабжен вырезами в виде зубьев.

[0021] В этом варианте осуществления указанные пластины для генерирования микропузырьков также можно заменить подходящим полученным плетением материалом, содержащим газопропускные отверстия.

[0022] Вариант осуществления 2

Как показано на фиг. 6–8, устройство для генерирования микропузырьков содержит элемент 201 для впуска жидкости, элемент 204 для впуска газа, элемент 203 для выпуска пузырькового потока и камеру 202 для смешивания газа и жидкости; направление газа, вводимого посредством указанного элемента 204 для впуска газа, перпендикулярно направлению потока жидкости.

[0023] В указанной камере для смешивания газа и жидкости расположена камера 205 для скапливания газа; указанная камера 205 для скапливания газа за счет своей конструкции из соосно расположенных внутренней и внешней втулок определяет кольцевую внутреннюю полость; указанная кольцевая внутренняя полость сообщается с элементом 204 для впуска газа; жидкость проходит через полость внутренней втулки 206 указанной конструкции из втулок, при этом трубчатая стенка указанной внутренней втулки 206 снабжена группой рядов газопропускных отверстий, образованных регулярно расположенными газопропускными отверстиями.

[0024] Форма указанных газопропускных отверстий также имеет вид имеющего углы элемента, например, треугольника, ромба, капли воды и т. п., и вершина указанного имеющего углы элемента обращена в направлении потока жидкости.

[0025] Конструктивное решение для указанного элемента 203 для выпуска пузырькового потока такое же, как и для элемента 103 для выпуска пузырькового потока согласно варианту осуществления 1.

[0026] Вариант осуществления 3

Как показано на фиг. 9 и фиг. 10, устройство для генерирования микропузырьков имеет такую же основную конструкцию, как и в варианте осуществления 1, и содержит такие составляющие, как элемент 301 для впуска жидкости, элемент 304 для впуска газа, элемент 303 для выпуска пузырькового потока, камеру 302 для смешивания газа и жидкости, пластины для генерирования микропузырьков, конструкцию для установки пластин для генерирования микропузырьков и т. п.

[0027] Отличие от варианта осуществления 1 заключается в том, что конец со стороны указанного элемента 301 для впуска жидкости направлен вниз, а элемент 303 для выпуска пузырькового потока в виде насадка направлен вверх. Элемент 303 для выпуска пузырькового потока представляет собой конический насадок с постепенно уменьшающимся диаметром; указанный элемент 303 для выпуска пузырькового потока в виде насадка по окружности снабжен вырезами в виде зубьев; в элементе 303 для выпуска пузырькового потока в виде насадка дополнительно предусмотрено несколько конических ограничительных колец, концентричных и соосных относительно элемента 303 для выпуска пузырькового потока; отверстия указанных ограничительных колец со стороны выпуска также снабжены вырезами в виде зубьев; между внутренними и внешними соседними ограничительными кольцами оставлены промежутки для прохождения потока; диаметр указанных конических ограничительных колец постепенно уменьшается в направлении потока жидкости; внешние ограничительные кольца, выступающие в осевом направлении, перекрывают указанные промежутки для прохождения потока.

[0028] Вариант осуществления 4

Как показано на фиг. 11, это конструктивное решение и вариант осуществления 3 в основном одинаковы, и его отличие заключается в том, что в нем конец со стороны элемента для впуска жидкости направлен вверх, а элемент для выпуска пузырькового потока в виде насадка направлен вниз, при этом конические ограничительные кольца не предусмотрены.

[0029] Вариант осуществления 5

На основании варианта осуществления 2 указанная конструкция из внутренней и внешней втулок заменена вариантом, в котором втулки совмещены в нижней части, как показано на фиг. 12 и фиг. 13, при этом внутренняя втулка 502 и внешняя втулка 501 совмещены в нижней части, и указанная внутренняя втулка 502 полностью или в трубчатой стенке верхней части снабжена равномерно распределенными газопропускными отверстиями.

[0030] Вариант осуществления 6

Как показано на фиг. 13 и 14, устройство для генерирования микропузырьков содержит элемент 604 для впуска жидкости, элемент 603 для впуска газа, элемент для выпуска пузырькового потока и камеру для смешивания газа и жидкости.

[0031] Указанная камера для смешивания газа и жидкости состоит из трубчатой секции 602 для жидкости и камеры 601 трубы для впуска газа, прикрепленной снаружи указанной трубчатой секции 602 для жидкости; камера 601 трубы для впуска газа соединена с указанным элементом 603 для впуска газа; поверхностью взаимодействия с газом и жидкостью является поверхность прикрепления, которой указанная камера 601 трубы для впуска газа соединена с трубчатой секцией 602 для жидкости; в указанной поверхности прикрепления выполнены газопропускные отверстия в виде имеющих углы элементов, при этом вершины указанных имеющих углы элементов обращены в направлении потока жидкости.

[0032] Для трубчатых элементов, предусмотренных во всех вышеуказанных вариантах осуществления, таких как конструкция из внутренней и внешней втулок, трубчатая секция для жидкости, камера трубы для впуска газа и т. п., обычно применяются круглые трубы, но также можно применять трубы другой формы, например, квадратные трубы и т. п. Диаметр микропузырьков, полученных посредством устройства для генерирования микропузырьков согласно настоящему изобретению, составляет от нескольких микрометров до нескольких десятков микрометров, и его можно широко использовать в области промышленности, защиты окружающей среды и т. п. Выше были показаны и описаны основные принципы и основные особенности настоящего изобретения, а также преимущества настоящего изобретения. Специалистам в данной области техники должно быть понятным то, что настоящее изобретение не ограничивается вышеизложенными вариантами осуществления и что представленное в вышеизложенных вариантах осуществления и описании предназначено исключительно для описания принципов настоящего изобретения, поэтому без отклонения от идеи и объема настоящего изобретения в настоящее изобретение также можно внести изменения и модификации, при этом объем правовой защиты настоящего изобретения определяется посредством прилагаемой формулы изобретения, описания и их эквивалентов.

Изобретение относится к области химической технологии, в частности к устройству для генерирования микропузырьков. Устройство содержит элемент (101) для впуска жидкости, элемент (104) для впуска газа, элемент (103) для выпуска пузырькового потока и камеру (102) для смешивания газа и жидкости. В поверхности взаимодействия с газом и жидкостью указанной камеры (102) для смешивания газа и жидкости выполнены газопропускные отверстия в виде имеющих углы элементов. Вершины газопропускных отверстий в виде имеющих углы элементов обращены в направлении потока жидкости. Технический результат: повышение эффективности массопереноса между газом и жидкостью, за счет того что пузырьки имеют очень малый диаметр, что увеличивает время их пребывания в жидкой фазе. 10 з.п. ф-лы, 15 ил.

1. Устройство для генерирования микропузырьков, содержащее элемент для впуска жидкости, элемент для впуска газа, элемент для выпуска пузырькового потока и камеру для смешивания газа и жидкости, отличающееся тем, что в поверхности взаимодействия с газом и жидкостью указанной камеры для смешивания газа и жидкости выполнены газопропускные отверстия в виде имеющих углы элементов, при этом вершины указанных имеющих углы элементов обращены в направлении потока жидкости.

2. Устройство для генерирования микропузырьков по п. 1, отличающееся тем, что указанные газопропускные отверстия выполнены в пластинах для генерирования микропузырьков; указанное устройство для генерирования микропузырьков содержит конструкцию для установки пластин для генерирования микропузырьков, при этом указанная конструкция для установки содержит одну или несколько камер для скапливания газа, расположенных в камере для смешивания газа и жидкости; внутренняя полость указанной камеры для скапливания газа выполнена в сообщении с указанным элементом для впуска газа; камера для скапливания газа контактирует с жидкостью и в поверхностях ее стенок, параллельных направлению потока жидкости, предусмотрено больше одного элемента в виде газопропускных окон, при этом указанные пластины для генерирования микропузырьков установлены в указанных элементах в виде газопропускных окон.

3. Устройство для генерирования микропузырьков по п. 2, отличающееся тем, что поперечное сечение указанной камеры для скапливания газа является U-образным; между двумя боковыми стенками камеры для скапливания газа и двумя боковыми стенками полости камеры для смешивания газа и жидкости образованы каналы, обеспечивающие прохождение жидкости, при этом направление указанных каналов совпадает с направлением потока жидкости; указанные газопропускные окна выполнены в поверхностях двух боковых стенок камеры для скапливания газа.

4. Устройство для генерирования микропузырьков по п. 1, отличающееся тем, что в указанной камере для смешивания газа и жидкости расположена камера для скапливания газа; указанная камера для скапливания газа за счет своей конструкции из внутренней и внешней втулок определяет кольцевую внутреннюю полость; указанная кольцевая внутренняя полость выполнена в сообщении с элементом для впуска газа; жидкость проходит через полость внутренней втулки указанной конструкции из втулок; указанные газопропускные отверстия выполнены в трубчатой стенке указанной внутренней втулки.

5. Устройство для генерирования микропузырьков по п. 4, отличающееся тем, что внутренняя втулка и внешняя втулка указанной конструкции из внутренней и внешней втулок выполнены соосными или частично совмещены относительно друг друга.

6. Устройство для генерирования микропузырьков по п. 1, отличающееся тем, что указанная камера для смешивания газа и жидкости состоит из трубчатой секции для жидкости и камеры трубы для впуска газа, прикрепленной снаружи указанной трубчатой секции для жидкости; камера трубы для впуска газа соединена с указанным элементом для впуска газа; указанная поверхность взаимодействия с газом и жидкостью является поверхностью прикрепления, которой указанная камера трубы для впуска газа соединена с трубчатой секцией для жидкости; газопропускные отверстия выполнены в указанной поверхности прикрепления.

7. Устройство для генерирования микропузырьков по любому из пп. 1-6, отличающееся тем, что с двух сторон относительно поверхности взаимодействия с газом и жидкостью направление потока газа и направление потока жидкости перпендикулярны друг другу.

8. Устройство для генерирования микропузырьков по любому из пп. 1–6, отличающееся тем, что указанный элемент для выпуска пузырькового потока в виде насадка вдоль края снабжен вырезами в виде зубьев.

9. Устройство для генерирования микропузырьков по п. 8, отличающееся тем, что указанный элемент для выпуска пузырькового потока при его расположении горизонтально выполнен в виде уплощенного насадка, постепенно увеличивающегося относительно ширины и постепенно уменьшающегося относительно высоты.

10. Устройство для генерирования микропузырьков по п. 8, отличающееся тем, что когда указанный элемент для выпуска пузырькового потока в виде насадка направлен вверх, то в насадке предусмотрено несколько концентричных и соосных конических ограничительных колец; отверстия конических ограничительных колец со стороны выпуска также снабжены вырезами в виде зубьев; между внутренними и внешними соседними ограничительными кольцами оставлены промежутки для прохождения потока; внешние ограничительные кольца, выступающие в осевом направлении, перекрывают указанные промежутки для прохождения потока.

11. Устройство для генерирования микропузырьков по п. 8, отличающееся тем, что когда указанный элемент для выпуска пузырькового потока в виде насадка направлен вниз, то указанный элемент для выпуска пузырькового потока выполнен в виде конического насадка с диаметром, постепенно уменьшающимся в направлении потока жидкости.