УСТРОЙСТВО ДЛЯ АЭРАЦИИ ЖИДКОСТИ Советский патент 1994 года по МПК C02F3/20 

Изобретение касается аэрации жидкости и может быть использовано при флотации различных материалов, при очистке сточных и промышленных вод, при насыщении жидкости кислородом, в различных химических процессах.

Цель достигается тем, что в устройстве для аэрации жидкости, содержащем форсунку со штуцерами для подачи жидкости под давлением и сжатого воздуха и с размещенными в ее рабочем канале насадками, выполненными в виде решетчатых втулок с отверстиями, расположенными в осевом и радиальном направлениях, решетчатые втулки размещены по оси форсунки с зазорами между собой, отверстия в решетчатых втулках, расположенные в осевом направлении, совмещены между собой и образуют пакет сопел, каждое из которых имеет собственную ось, направленную вдоль оси форсунки и проходящую через сопла решетчатой втулки одновременно, при этом сопла сообщены через зазоры между решетчатыми втулками со штуцером для подачи жидкости под давлением, отверстия в решетчатых втулках, расположенные в радиальном направлении, равномерно размещены по периферийной части решетчатых втулок и сообщены с одной стороны через воздухораспределительные пазы и канавки, выполненные на внутренней поверхности корпуса форсунки, со штуцером для подачи сжатого воздуха, с другой стороны - с полостью, образованной решетками втулки: решетчатая втулка выполнена в виде гильзы с внутренним буртом и со сквозными радиальными отверстиями, расположенными в средней своей части, и с плотно размещенными внутри гильзы по ее торцам плоскими решетками со сквозными отверстиями, расположенными в осевом направлении, при этом плоские решетки, плотно соприкасаясь с поверхностью внутреннего бурта гильзы, образуют в решетчатой втулке полость для сжатого воздуха.

Необходимым и обязательным условием для успешной флотации ценного компонента из объема аэрированной пульпы, а также удержания наиболее крупных частиц ценного компонента в пенном слое является максимальное проявление коалесцентного механизма действия реагентов, при котором происходит только лишь на поверхности извлекаемых частиц при полном отсутствии или незначительном уровне коалесценции их во всей массе аэрированной пульпы и пенного слоя, причем аэрация пульпы должна быть наиболее тонкодисперсной, ибо только в этом случае возможно максимальное и равномерное насыщение ее воздушными пузырьками при наибольшей плотности среды, в которой происходит всплывание нагруженных ценным компонентом флотокомплексов. При такой ситуации создаются благоприятные условия для флотации частиц ценного компонента широкого диапазона крупности, так как именно тонкодисперсные пузырьки воздуха, равномерно и в большом количестве рассеянные в пульпе, легко при определенных условиях выседают и закрепляются на гиодрофобной поверхности частиц любой крупности, а интенсивное их слияние в более крупные пузырьки на поверхности извлекаемых частиц обеспечивает (наряду с наибольшей плотностью среды) повышенную подъемную силу, необходимую для флотации крупных минеральных зерен из объема аэрированной пульпы и удержания наиболее крупных частиц в пенном слое, состоящем из мелкодиперсных пузырьков и, в силу этого, имеющем большую плотность.

Коалесцентный механизм имеет по крайней мере две взаимозависимые составные части, одна из которых определяется действием реагентов на границе жидкость-газ, т.е. пенообразователей, другая - на границе жидкость - твердое, т.е. собирателей. Для максимального проявления коалесцентного механизма необходимо обеспечить (при прочих равных условиях) минимально возможную концентрацию пенообразователя в жидкой фазе пульпы, при которой не происходит коалесценции воздушных пузырьков, находящихся в объеме аэрированной пульпы и в слое пены, но в то же время интенсивно коалесцирующих при соприкосновении с гидрофобной поверхностью извлекаемых частиц с образованием трехфазного периметра контакта более крупных воздушных пузырьков, обладающих большей подъемной силой.

Получить тонкодисперсные пузырьки одинакового размера, не коалесцирующие в объеме аэрированной пульпы, возможно, если пневмогидравлический аэратор выполнить многоступенчатым, в котором под действием акустических колебаний пульсирующей струи жидкости происходит последовательное дробление воздушных пузырьков до микронных размеров. Многократность дисперсионного контакта жидкой и газообразной фаз можно при этом значительно усилить, разделив струю жидкости на множество микроструй, насыщая их при каждой ступени пневмогидравлической аэрации тонкодисперсными воздушными пузырьками, получая на выходе последней ступени тонкодисперсную водо-воздушную смесь.

На фиг. 1 показан фронтальный разрез устройства для аэрации жидкости; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг.3 - вид по стрелке Б на устройство со стороны выходной его части.

Устройство для аэрации жидкости содержит форсунку 1 со штуцерами 2 и 3 для подачи жидкости под давлением и сжатого воздуха соответственно. В корпусе форсунки 1 размещены решетчатые втулки 4 с зазором 5 между собой, обеспечиваемым обечайками 6. Каждая решетчатая втулка 4 состоит из гильзы 7 с радиальными отверстиями 8, равномерно размещенными по ее периметру и двух плоских решеток 9 с отверстиями 10, расположенными в осевом направлении. Плоские решетки 9 опираются на внутренний бурт 11 гильзы 7, образуя в решетчатых втулках 4 полости 12, которые через радиальные отверстия 8, кольцевые канавки 13 и продольные пазы 14, выполненные на внутренней поверхности корпуса форсунки 1, сообщаются со штуцером 3 для подачи сжатого воздуха. Решетчатые втулки 4 зажимаются в корпусе форсунки 1 резьбовым соединением 15 штуцера 2 для подачи жидкости под давлением. Герметизация соединения обеспечивается при этом эластичной прокладкой 16. Для герметизации зазоров 5 обечайки 6 выполнены из упругоэластичного материала, например полиуретана. Крепление форсунки 1 на объекте применения (камере флотомашины) обеспечивается посредством резьбового соединения 17, выполненного на ее корпусе со стороны выходной части. Отверстия 10 в плоских решетках 9 имеют с входной и выходной сторон решетчатых втулок 4 сопловые раструбы 18. Отверстия 10 каждой из решетчатых втулок 4 совмещены между собой и образуют пакет сопел, каждое из которых имеет собственную ось 0. направленную вдоль оси 0 форсунки 1 и проходящую через сопла каждой из решетчатых втулок 4 одновременно. Соосность сопел обеспечивается центрированием решетчатых втулок 4 в корпусе форсунки 1. Фиксатор 19 предназначен для предотвращения смещения решетчатых втулок 4 и их плоских решеток 9 вокруг оси 0.

Устройство для аэрации жидкости работает следующим образом. Посредством резьбового соединения 17 устройство подсоединяется к емкости с аэрируемой пульпой (в камере флотомашины). Через штуцер 2 подают под давлением воду с пенообразователем. В штуцер 3 подают сжатый воздух, который, проходя через продольные пазы 14, кольцевые канавки 13 и радиальные отверстия 8, поступает в полость 12 решетчатых втулок 4.

Из штуцера 2 вода с пенообразователем продаливается через отверстия 10 в решетчатых втулках 4. Пересекая полости 10 со сжатым воздухом, струи воды эжектируют воздух, возбуждая при этом акустические колебания, которые способствуют смещению воды и воздуха и его диспергации, образуя аэрогидросмесь. Проходя первую по ходу движения полученной смеси решетчатую втулку 4, аэрогидросмесь попадает в зазор 5, где также под воздействием возбуждаемых струей акустических колебаний происходит дальнейшее дробление пузырьков воздуха в струе аэрогидросмеси. При прохождении второй и последующих решетчатых втулок 4 в струю аэрогидросмеси добавляются новые порции воздуха, эжектируемого из полостей 12, и происходит многократный дисперсионный контакт жидкой и газообразной фаз, в результате чего происходит эффективное диспергирование воздуха в жидкости, усиливаемое акустическими колебаниями.

Из отверстий 10 последней по ходу движения смеси решетчатой втулки 4 аэрогидросмесь попадает в емкость с аэрируемой пульпой (камеру флотомашины), образуя в ней факел тонкодиспергированных между собой воды и воздуха и обеспечивая аэрацию пульпы (жидкости) в емкости (камере флотомашины). Зазоры 5 между решетчатыми втулками 4 выполняют роль резонансных камер, в которых усиливаются возбуждаемые акустические колебания при формировании струй жидкости в пульсирующих струях воздуха, выходящих из полостей 12 через отверстия 10. Струи аэрогидросмеси приобретают при этом упорядоченную структуру и приводит к распаду на капли одного размера, что обеспечивает получение в аэрируемой пульпе пузырьков воздуха практически одной крупности.

Более тонкой диспергации воздуха в пульпе можно добиться увеличением количества решетчатых втулок 4 в корпусе форсунки 1.

Будучи в водной среде, факел тонкодиспергированных между собой частиц воды и воздуха осуществляют аэрацию жидкости. В случае же размещения устройства в воздушной среде он будет выполнять роль распылителя жидкости в воздухе, при этом в зависимости от требуемого соотношения жидкой и газообразной фаз его можно использовать при подаче в осевом направлении как воды под давлением, так и сжатого воздуха.

Данное устройство можно использовать для тонкого диспергирования двух и более несмешивающихся между собой жидкостей, например масел в воде или воды в нефтепродуках, а также применять его при распылении красителей, огнегасящих растворов, минудобрений и т.п. Можно использовать его для приготовления нежной массы.

Таким образом, предлагаемое изобретение по сравнению прототипом позволит за счет улучшения аэрогидродинамического режима работы и многократности дисперсионного контакта жидкой и газообразной фаз повысить эффективность диспергирования воздуха в жидкости и во флотационной пульпе.

Изобретение касается аэрации жидкости. Целью изобретения является повышение эффективности диспергирования воздуха в жидкости и во флотационной пульпе. Устройство для аэрации жидкости содержит форсунку 1 со штуцерами 2 и 3 для подачи жидкости под давлением и сжатого воздуха соответственно. В форсунке 1 размещены решетчатые втулки 4 с зазором 5 между собой. Каждая решетчатая втулка 4 состоит из гильзы 7 с радиальными отверстиями 8, равномерно размещенными по ее периметру и двух плоских решеток 9 с отверстиями 10. Плоские решетки 9 опираются на внутренний бурт 11 гильзы 7, образуя полости 12, которые через радиальные отверстия 8, кольцевые канавки 13 и продольные пазы 14, выполненные на внутренней поверхности форсунки 1, сообщаются со штуцером 3 для подачи сжатого воздуха. Отверстия 10 имеют с обеих сторон сопловые раструбы 18. Из штуцера 2 вода с пенообразователем продавливается через отверстия 10. Пересекая полости 12 со сжатым воздухом, струи воды эжектируют воздух, возбуждая при этом акустические колебания, способствующие смешению воды и воздуха и диспергации последнего, образуя аэрогидросмесь. Из отверстий 10 последней по ходу движения смеси решетчатой втулки 4 аэросмесь попадает в емкость с аэрируемой пульпой. Изобретение позволяет улучшить процесс флотации. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ АЭРАЦИИ ЖИДКОСТИ, содержащее форсунку со штуцерами подачи жидкости под давлением и сжатого воздуха, а также размещенными в форсунке соосно последней насадками, выполенными в виде решетчатых втулок с отверстиями, расположенными в осевом и радиальном направлениях, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности диспергирования воздуха в жидкости и во флотационной пульпе, решетчатые втулки размещены с зазорами между собой, в них выполнены отверстия, параллельные оси форсунки и соединенные между собой и с отверстием, расположенным в осевом направлении, для каждого из них в одной из решетчатых втулок имеются соосные ему отверстия в других решетчатых втулках, при этом на внутренней поверхности форсунки выполнены воздухоразделительные пазы и канавки, отверстия в решетчатых втулках, расположенные в радиальном направлении, равномерно размещены по периферийной части решетчатых втулок и с одной стороны соединены с отверстиями, параллельными оси форсунки, а с другой совмещены с воздухораспределительными пазами и канавками, которые в свою очередь соединены со штуцером подачи сжатого воздуха. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что решетчатая втулка выполнена в виде гильзы с буртом на ее внутренней поверхности, внутри которой размещены две плоские решетки с отверстиями, расположенными соосно и параллельно оси форсунки, при этом плоские решетки совмещены с буртом с возможностью образования между ними полости для сжатого воздуха. 3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что отверстия, расположенные соосно и параллельно оси форсунки, выполнены с сопловыми раструбами на обоих своих концах.