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

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

Известно устройство ля аэрации жидкости, содержащее 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, причем 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 каждой 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, расположенными в осевом направлении, при этом плоские решетки, плотно соприкасаясь с поверхностью внутреннего бурта гильзы, образуют в решетчатой втулке полость для сжатого воздуха.

К недостаткам данного устройства можно отнести отсутствие конструктивных элементов, усиливающих акустическое воздействие на процесс диспергирования, что снижает эффективность диспергирования при получении пузырьков минимальных размеров.

Целью изобретения является повышение эффективности диспергирования воздуха в жидкости и во флотационной пульпе за счет усиления акустического воздействия и многократности дисперсионного контакта жидкой и газообразной фаз.

Достигается это 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, причем 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 проходящую через сопла каждой 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, в плоских решетках, прилегающих к зазору своей верхней частью, выполнены газоструйные излучатели в виде сквозных отверстий с соплами в их верхних частях, размещенных вокруг отверстий с соплами в решетчатых втулках, а в плоских решетках, прилегающих к зазору своею нижней частью, выполнены резонаторы в виде глухих отверстий, соосных с нижерасположенными газоструйными излучателями.

При создании изобретения авторы исходили из следующего. Необходимым и обязательным условием для успешной флотации полезного компонента из объема аэрированной пульпы, а также удержания наиболее крупных частиц полезного компонента в пенном слое, является максимальное проявление коалесцентного механизма действия реагентов, при котором интенсивное слияние воздушных пузырьков 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 полезным компонентом флотокомплексов. При такой ситуации создаются благоприятные условия для флотации частиц полезного 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 из гидрофобной 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 мелкодисперсных 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 при низких концентрациях пенообразователя (близких к коалесцирующему порогу), можно, используя многоступенчатый пневмогидравлический аэратор, 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 водовоздушную смесь. Усилитель акустическое воздействие на процесс диспергирования воздуха в жидкости в многоступенчатом пневмогидравлическом аэраторе и тем увеличить степень многократности дисперсионного контакта жидкой и газообразной фаз можно, если на каждой ступени аэратора вокруг каждого из его сопел равномерно разместить газоструйные излучатели звуковых и ультразвуковых волн (генераторы Гартмана) с введением в них сжатого воздуха, подаваемого в пневмогидравлический аэратор. В известном устройстве для аэрации жидкости это несложно сделать, если газоструйные излучатели звуковых и ультразвуковых волн (генераторы Гартмана) равномерно разместить вокруг сопел через зазоры между решетчатыми втулками, причем сопла газоструйных излучателей выполнить в плоских решетках, прилегающих к зазору со стороны штуцера для подачи жидкости под давлением, а соответствующие им резонаторы выполнить в плоских решетках, прилегающих к зазору с противоположной стороны, при этом полость для сжатого воздуха в решетчатой втулке сообщить с зазором через сопла газоструйных излучателей.

На фиг. 1 показан фронтальный разрез устройства для аэрации жидкости; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - вид по стрелке В 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 упруго-эластичного 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 "о", 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".

Вокруг отверстий 10 в плоских решетках 9, прилегающих к зазору 5 со стороны штуцера 2 для подачи жидкости под давлением, выполнены сопла 20 газоструйных излучателей 21 звуковых и ультразвуковых волн, резонаторы 22 которых выполнены в плоских решетках 9, прилегающих к зазору 5 с противоположной от штуцера 2 стороны, при этом каждое сопло 20 и соответствующий ему резонатор 22 расположены на своих осях, параллельных осям "о". Диаметр выходных отверстий сопел 20 и диаметр и глубина отверстий резонаторов 22 равны между собой, что обеспечивает стабильность работы газоструйных излучателей 21. Полость 12 для сжатого воздуха в решетчатых втулках 4 сообщается с зазором 5 через сопла 20 газоструйных излучателей 21.

Устройство для аэрации жидкости работает следующим образом.

Посредством резьбового соединения 17 устройство подсоединяется к емкости с аэрируемой пульпой (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 пpодавливается через отверстия 10 в решетчатых втулках 4. Пересекая полости 12 со сжатым воздухом, струи воды эжектируют воздух, возбуждая при этом акустические колебания, которые способствуют смешению воды и воздуха и его диспергации, образуя аэрогидросмесь. Акустическое воздействие на струи аэрогидросмеси усиливается действием газоструйных излучателей 21 звуковых и ультразвуковых волн. Сжатый воздух из полостей 12 через сопла 20 газоструйных излучателей 21 с высокой скоростью ударяет в резонаторы 22, в результате чего происходит излучение звуковых и ультразвуковых волн. Поступающий при этом в зазор 5 из полости 12 сжатый воздух эжектируется струями аэрогидросмеси через отверстия 10 в плоских решетках 9, дополнительно насыщая их тонкодисперсным воздухом при многократном дисперсионном контакте жидкой и газообразной фаз.

Проходя первую по ходу движения полученной смеси решетчатую втулку 4, аэрогидросмесь попадает в зазор 5, где также под воздействием возбуждаемых струями и газоструйными излучателями 21 акустических колебаний происходит дальнейшее дробление пузырьков воздуха в струе аэрогидросмеси. При прохождении второй и последующих решетчатых втулок 4 в струю аэрогидросмси добавляются новые порции воздуха, эжектируемые из полостей 12 и зазором 5, и происходит многократный дисперсионный контакт жидкой и газообразной фаз, в результате чего происходит эффективное диспергирование воздуха в жидкости, усиливаемое акустическими колебаниями газоструйных излучателей 21 звуковых и ультразвуковых волн.

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). Струи аэрогидросмеси приобретают при этом упорядоченную структуру, что приводит к распаду жидкости на капли одного размера и 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 осуществляет аэрацию жидкости. В случае же размещения данного 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 нефтепродуктах, а также применять его при распылении красителей, огнегасящих растворов, растворов минудобрений, приготовления горючих смесей и т.п. Можно использовать его для приготовления снежной массы при отрицательных температурах.

Таким образом, предложенное техническое решение по сравнению с прототипом позволит за счет усиления акустического воздействия и многократности дисперсионного контакта жидкой и газообразной фаз повысить эффективность диспергирования воздуха в жидкости и во флотационной пульпе.

Изобретение относится к аэрации жидкости. Целью изобретения является повышение эффективности диспергирования воздуха в жидкости и во флотационной пульпе за счет усиления акустического воздействия и многократности дисперсионного контакта жидкой и газообразной фаз. В устройстве вокруг отверстий 10 выполнены сопла 20 газоструйных излучателей 21 звуковых и ультразвуковых волн, резонаторы 22 которых расположены в плоских решетках 9, при этом каждое сопло 20 и соответствующий ему резонатор 22 соосны друг с другом. Сжатый воздух через сопло 20 газоструйных излучателей 21 ударяет в резонаторы 22, в результате чего происходит излучение звуковых и ультразвуковых волн. Изобретение позволяет улучшить очистку жидкости флотацией. 4 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ АЭРАЦИИ ЖИДКОСТИ по авт. св. N 1658577, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности диспергирования воздуха в жидкости и во флотационной пульпе за счет усиления акустического воздействия и многократности дисперсионного контакта жидкой и газообразной фаз, в плоских решетках, прилегающих к зазору своей верхней частью, выполнены газоструйные излучатели в виде сквозных отверстий с соплами в их верхних частях, размещенных вокруг отверстий с соплами в решетчатых втулках, а в плоских решетках, прилегающих к зазору нижней частью, выполнены резонаторы в виде глухих отверстий, соосных с нижерасположенными газоструйными излучателями.