Устройство для аэрации и перемешивания жидкости Советский патент 1985 года по МПК B01F5/16 C02F3/20 

Изобретение относится к механическому оборудованию для ведения технологических процессов в микробиологической, химической и других смежных отраслях промышленности, а точнее к устройствам для аэрации и перемешивания жидкости в аппаратах. Известно устройство, содержащее укрепленные на вертикальном валу конические тарелки, установленные с образованием кольцевого сопла, между которыми размеш,ен разделительный диск и подводящие патрубки газа, размещенные в сопле 1. Недостаток данного устройства для аэрации и перемешивания жидкости заключается в том, что оно не обеспечивает высокой степени массообмена между газом и жидкостью, определяемого площадью их контакта, из-за незначительной диспергации (измельчения) пузырьков газа. Процесс образования пузырьков газа в жидкости, в основном, происходит при истечении газа из подводящих патрубков, а степень их диспергации определяется срезывающими усилиями на торцах патрубков, возникающими при обтекании патрубков струями жидкости. Поскольку подводящие патрубки расположены около вала, где скорость движения жидкости и срезывающие усилия незначительны, степень диспергации струи газа тоже незначительна. Сопло, по которому движутся образовавшиеся пузырьки газа в радиальном направлении, играет роль распределителя пузырьков в объеме аппарата и мало влияет на процесс их измельчения, т.е. степень диспергирования. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для аэрации и перемещивания жилкости, содаржащее вращающийся корпус, выполненный в виде двух соосно установленных покровных дисков, образующих по периферии кольцевое сопло, горизонтальную гофрированную перегородку с отверстиями, выполненными по периферии перегородки на выходе из корпуса. По обе стороны перегородки закреплены элементы в виде конических дисков, обращенных один к другому больщими основаниями; между дисками в валу выполнены отверстия для подвода газа 2. Известное устройство позволяет турбулизировать газовые и жидкостные потоки по отдельности, однако это не интенсифицирует процесс массообмена. Отверстия, выполненные на периферийной части горизонтальной перегородки, хотя и приводят к интенсификации массообмена, не обеспечивают достаточной степени диспергирования газа, так как не происходит перетекания газожидкостного потока через отверстия в результате равенства давлений и скорости потоков над и под перегородкой. Цель изобретения - интенсификация массообмена между газом и жидкостью пудиспергированиятем повышения степени пузырьков газа. Поставленная цель достигается тем, что устройство для аэрации и перемешивания жидкости, содержащее вращающийся корпус, выполненный в виде двух соосно установленных покровных дисков, горизонтальную перегородку с отверстиями, закрепленную между дисками, и элементы в виде конических дисков, закрепленные большими основаниями на горизонтальной перегородке по обе ее стороны, снабжено радиальными перегородками, установленными между коническими дисками и образующими камеры, внутри которых выполнены отверстия в горизонтальной перегородке, а конические диски имеют вырезы, выполненные в их основании и по периферии с чередованием в камерах, при этом камеры с вырезами в основании элементов размещены соосно камерам с вырезами по периферии. Кроме того, устройство снабжено дополнительными радиальными перегородками, установленными в камерах с вырезами в основании конических дисков. На фиг. 1 изображен аппарат с устройством для аэрации и перемешивания жидкоСти, общий вид; на фиг. 2 - устройство, продольный разрез; на фиг. 3 - узел 1 на фиг. 2; на фиг. 4 - вид А на фиг. 2; на фиг. 5 - разрез Б-Б на фиг. 2. Устройство для аэрации и перемешивания жидкости содержит укрепленный на вертикальном валу 1 корпус 2, выполненный в виде двух соосно установленных покровных дисков 3, между которыми закреплена горизонтальная перегородка 4. На перегородке с двух сторон закреплены элементы в виД конических дисков 5 и 6, между которыми в перегородке 4 выполнены отверстия 7. Конические диски имеют вырезы 8 по периферии и вырезы 9 в основании. Между коническими дисками установлены радиальные перегородки 10, образующие камеры 11 и 12 с вырезами в основании конических дисков и камеры 13 и 14 с вырезами по периферии конических дисков. Камеры 11 и 12 снабжены дополнительными радиальными перегородками 15 и установлены соосно соответственно камерам 14 и 12. , На выходе из корпуса установлены радиальные лопатки 16. Горизонтальная перегородка 4 с коническими дисками 5 и 6 крепится на валу 1 посредством втулки 17 и щпонки 18. Вал 1 с устройством, для аэрации расположен внутри аппарата 19 в слое жидкости над кольцевым газоподводящим патрубком- барботером 20. Устройство работает следующим образом. При вращении вала и подаче газа через барботер 20 устройство, как и все турбинные мешалки, образует в слое жидкости два циркуляционных газожидкостных контура, что ведет к поступлению потоков жидкости с пузырьками газа в устройство снизу и сверху.

При прохождении потока через кольцевой зазор между валом 1 и покровными дисками 3 он разделяется на два отдельных потока. Один поток проходит в кольцевое пространство между корпусом 2 и коническими дисками 5 и 6, а другой поток через вырезы 9 поступает в камеры 11 и 12. В этих камерах радиальными перегородками 15 в поле центробежных сил газожидкостный поток разгоняется от вала 1 в радиальном направлении к отверстиям 7 в перегородке 4.

Поскольку в части оснований конических дисков 5 и 6 отсутствуют вырезы, газожидкостный поток под действием динамического напора поступает в камеры 13 и 14 только через отверстия 7 из противолежащих зон 11 и 12. Проходная площадь вырезов 8 выбирается такой, чтобы она превосходила суммарную площадь отверстий 7 в каждой камере в несколько раз. Тогда при равенстве расходов через отверстия 7 и вырезы 8 в камерах 13 и 14, а также отсутствии в этих камерах радиальных перегородок, разгоняющих поток, скорость потока в отверстиях 7 будет значительно выще, чем скорость потока через вырезы 8.

При вертикальном вводе струй жидкости с пузырями в объем такой же жидкости, в котором скорость давления потока меньще.

чем в отверстиях, происходит интенсивное разрушение пузырей в сдвиговом потоке за счет резкого торможения жидкости, окружающей пузырек. Кроме того, крупные пузыри разрушаются при входе в узкие от верстия 7 из камер 11 и 12.

Дополнительное дробление газожидкостного потока происходит при его истечении из вырезов 8 на выходе из корпуса. Так как газожидкостный поток на этом участке

0 по сравнению с потоками, истекающими из вырезов 8, имеет значительно большую скорость и динамический напор за счет воздействия на поток радиальными лопатками 16, пузырьки газа при 1 имаются к горизонтальной перегородке 4 и интенсивно дро бятся в сдвиговом потоке.

Далее, смешанный газожидкостный поток в радиальном направлении отбрасывается от периферии устройства к стенкам аппарата 19, разделяется на две циркуляционных контура, перемешивает и насыщает газом весь объем жидкости в аппарате.

Предлагаемое выполнение устройства для аэрации и перемешивания жидкости в аппарате позволяет за счет организации в нем двухступенчатого разрушения пузырьков газа и увеличения времени пребывания газовой фазы в объеме устройства повысить степень диспергирования пузырьков газа, следствием чего является интенсификация ,ц процесса массообмена между газом и жидкостью.

), IZ/J /16

Budf{

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ АЭРАЦИИ И ПЕРЕМЕШИВАНИЯ ЖИДКОСТИ, содержащее вращающийся корпус, выполненный в виде двух соосно установленных покровных дисков, горизонтальную перегородку с отверстиями, закрепленную между дисками, и элементы в виде конических дисков, закрепленные большими основаниями на горизонтальной перегородке по обе ее стороны, отличающееся тем, что, с целью интенсификации массообмена между газом и жидкостью путем повышения степени диспергирования пузырьков газа, оно снабжено радиальными перегородками, установленными между коническими дисками и образующими камеры, внутри которых выполнены отверстия в горизонтальной перегородке, а конические диски имеют вырезы, выполненные в их основании и по периферии с чередованием в камерах, при этом камеры с вырезами в основании элементов размещены соосно камерам с вырезами по периферий. 2. Устройство по п. 1, отличающееся § тем, что оно снабжено дополнительными ра(Л диальными перегородками, установленными в камерах с вырезами в основании конических дисков. 05 сд 4 to