Аэрирующий элемент Советский патент 1992 года по МПК C02F3/20 

Изобретение относится к технике аэрации жидкости и может быть использовано при очистке высококонцентрированных по органическим загрязнениям сточных вод,

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является аэрирующий элемент из волокнисто-пористого термопластичного полимерного материала, выполненный в виде трубы, жесткость которой обеспечивается войлочной структурой укладки волокон и интенсивной пропиткой концов трубы отверждающимся полимером. Использование волокнистой (войлочной) структуры позволяет получить более мелкие поры, а следовательно, и более мелкие пузырьки воздуха, что ведет к увеличению эффективности аэрации.

Однако известный аэрирующий элемент имеет очень низкую жесткость на изгиб, что требует дополнительных опорных элементов, усложняющих конструкцию аэратора и осложняющих их монтаж.

Кроме того, эффективность аэрации при использовании в аэрационной системе этих элементов снижается за счет коалесценции пузырьков воздуха по краям цилиндрического профиля трубы.

Цель изобретения - повышение эффективности аэрации, увеличение срока службы за счет повышения жесткости.i

Цель достигается тем, что аэрирующий элемент из волокнисто-пористого термопластичного полимерного материала, выполненный в виде трубы, имеет упорядоченную стереоскопическую структуру, образованную волокнами, сплавленными между собой в местах контакта. Поперечное сечение трубы имеет трехгранный профиль, грани которого выполнены в виде дуги окружности, радиус которой находится в интервале

R г

где R радиус выступов (описанной окружности).

VJ VI СА 00 00

В совокупности существенные признаки позволяют исключить коалесценцию пузырьков воздуха по краям профиля трубы за счет конфигурации профиля и уменьшения пористости выступов по сравнению с гранями; повысить жесткость аэрирующего элемента за- счет укладки и сплавления волокон, а также наличия трех более плотных выступов, что влечет за собой упрощение конструкции аэратора и снижение трудоемкости монтажа аэрационной системы; увеличить срок службы за счет трехкратной смены аэрирующих поверхностей; сократить расход сырья на изготовление элементов на 10-50% по сравнению с цилиндрическим профилем.

На фиг. 1 изображено устройство для получения аэрирующего элемента; на фиг. 2 - поперечное сечение профиля аэрирующего элемента.

Аэрирующий элемент получают следующим образом.

Термопластичный полимерный материал загружается в бункер генератора волокон (не показан), нагревается, гомогенизируется и подается в распылительное устройство 1 (фиг. 1), в которое через камеру закрутки 2 подается нагретый воздух. На выходе из распылительного устройства 1 образуется газоволокнистый факел 3, в котором расплав полимера вытягивается по траектории 4 закрученной воздушной струей, Закрученный поток газа увеличивает интенсивность силовых и тепловых воздействий по сравнению с прямоточной струей и позволяет увеличить усилие растяжения, что заставляет полимер кристаллизоваться в условиях интенсивного растяжения, позволяет получить волокна с более высокой степенью молекулярной ориентации иоднородными по диаметру. Затем газоволокнистый факел 3 наслаивается на оправку 5, имеющую трехгранный профиль. Так как полимер находится в вязкотекучем состоянии, то в местах пересечений волокон происходит их сплавление за счет аккумулированного в волокнах тепла. При нанесении следующего слоя происходит сплавление волокон в местах контакта между слоями, что приводит к получению волокнисто-пористого аэрирующего элемента 6 с высокими прочностными характеристиками и упорядоченной стереоскопической структурой. Она характеризуется тем, что аэрирующий элемент состоит из одинаковых по саоей пространственной конфигурации слоев, которые образованы одинаковыми витками волокон, уложенными по криволинейной траектории.

Полученный трехгранный профиль, грани которого выполнены в виде дуг окружности, приближенно можно описать выражением (для каждой грани отдельно)

R-e + e(1-)2,

где р- радиус-вектор профиля;

R - радиус выступов (описанной окружности); е - глубина впадины;

(р - угловой параметр, который представляет собой центральный угол, отсчитываемый против часовой стрелки от линии, соединяющей центр профиля и выступ про- филя,

г

причем 0 е R (1 - cos 60°) и 0 р .

Выступы профиля имеют пористость в раз меньшую, чем пористость граней. Это

достигается тем, что при постоянной угловой скорости (а) оправки линейная скорость на поверхности оправки, которая взаимодействует с факелом, изменяется от R (на выступах) до (R-e) со на середине грани. В

совокупности это исключает коалесценцию пузырьков воздуха по краям профиля трубы, что повышает эффективность аэрации,

Укладка волокон по криволинейной траектории и сплавление их в местах контакта

образуют упорядоченную стереоскопиче- 1 скую структуру, что повышает жесткость аэрирующего элемента и позволяет применять их без дополнительных опорных элементов. Кроме того, повышению жесткости

служат и выступы профиля трубы, которые имеют более высокую плотность, чем грани. Возможность трехкратной смены (поио- ротом аэрирующего элемента на 120° вокруг своей оси) рабочей поверхности

аэрирующего элемента позволяет значительно увеличить срок службы аэратора.

Выбор глубины впадины е, а следовательно, и радиуса грани профиля производится исходя из конкретных условий

эксплуатации аэратора: глубины установки, характера сточных вод, требований к длине .аэратора и необходимости обеспечения определенной жесткости, объема сточных вод, количества аэраторов на единицу площади

аэротенка и т.д.

Пример, Получение волокнисто-пористых аэрирующих элементов производилось на экспериментальной установке из полиэтилена высокого давления ГОСТ

16337-85, марка 10803-020. Технологические режимы; температура расплава 300°С, температура распыляющего воздуха 200°С. Диаметр получаемых волокон 20-50 мкм. В полученных аэрирующих элементах пористость граней равна 46%, а выступов соответственно:

для г 80мм-42%,

для мм-37,5%,

для мм-29,6%.

При продувке воздуха через аэрирующие элементы наблюдается следующее:

при расходе воздуха 2,5-3,5 м3/ч коа- лесценция пузырьков отсутствует на всех аэрирующих элементах;

при расходе воздуха 3,5-6,0 м3/ч незначительная коалесценция наблюдается только у элемента с мм;

при расходе воздуха более б м3/ч коалесценция наблюдается у аэрирующего эле- мента с мм и отсутствует у двух других.

ТаКим образом, из приведенного примера видно, что аэрирующий элемент с мм обладает самой большой жесткостью по длине (по сравнению с двумя други- ми) и у него полностью отсутствует коалесценция, следовательно, аэраторы такой конструкции можно использовать при установке на различной глубине и там, где необходимы аэраторы большой (более 1 м) длины, а также в аэротенках с большой плотностью расположения аэрирующих элементов.

Аэрирующие элементы с мм обладают меньшей жесткостью, коалесценция пузырьков воздуха у них также не наблюдается на всем диапазоне величин расхода воздуха, такие элементы можно использовать при установке на различных глубинах, где необходимы элементы длиной не более 1 м и при различных расходах воздуха.

Аэраторы с мм используют длиной не более 500 мм при небольших - до 3,5 м /ч расходах воздуха.

Внедрение предлагаемых аэрирующих элементов предполагается осуществить на предприятиях Минжилкомхоза БССР и Минлеспрома для интенсификации процесса биологической очистки сточных вод.

Формула изобретения Аэрирующий элемент, содержащий трубу из волокнисто-пористого термопластичного полимерного материала, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности аэрации, увеличения срока службы за счет повышения жесткости, материал трубы выполнен с упорядоченной сте- реосколической структурой из волокон, сплавленных друг с другом в месте их контакта, а труба - с трехгранным в поперечном сечении профилем, грани которого выполнены в виде дуг окружности с радиусом г, находящимся в интервале R г о°, где R - радиус описанной по отношению к поперечному сечению трубы окружности.

Использование: при очистке высококонцентрированных по органическим загрязнениям сточных вод. Сущность изобретения: аэрирующий элемент в виде трубы из волокнисто-пористого термопластичного материала выполнен с упорядоченной стереоскопической структурой, образованной волокнами, сплавленными друг с другом в месте их контакта, и с трехгранным в поперечном сечении профилем, грани которого выполнены в виде дуг окружности с радиусом г, находящимся в интервале R г °о , где R - радиус описанной по отношению к поперечному сечению трубы окружности. 2 ил.

Яоздух

LfJ Расплод

Фиг.1

Фаг, 2