Сатуратор Советский патент 1993 года по МПК B01F7/26 

Изобретение относится к устройствам для диспергирования и растворения газов в жидкостях (растворах, эмульсиях, суспензиях) и может использоваться, например, в рудодобывающей промышленности, нефтехимическом синтезе, флотационной и микробиологической очистке сточных вод, их озонировании.

Целью изобретения является интенсификация массробмена путем уменьшения размеров пузырьков газа, диспергируемого в турбулентном потоке жидкости.

Поставленная цель достигается тем, что сатуратор содержит корпус с установленными внутри него по оси ротором и статором. Ротор выполнен в виде диска с зубчатым кольцом на его образующей и нагнетательными лопатками на поверхности диска, а статор - в виде диска с-зубчатым кольцом, расположенным коаксиально зубчатому кольцу ротора с зазором между ними. Зубчатое кольцо и нагнетательные лопатки расположены по одну сторону плоскости диска, Зубчатое кольцо статора расположено между зубчатым кольцом ротора и его нагнета- тельными лопатками. Межзубное пространство статора посредством каналов .в теле статора и газовой камеры, образованной корпусом сатуратора и торцовой поверхностью статора, соединено с патрубком подвода газа. Внутренняя полость ротора связана с патрубком подвода жидкости. Сатуратор выполняется погружным с перфорированным по периметру корпусом и проточным с корпусом в виде улитки,

На фиг. 1 изображен сатуратор в .погружном исполнении,.а на фиг. 2 - в проточном,

Сатуратор (фиг. 1) состоит из корпуса 1 с перфорацией 2 по периметру. Внутри корпуса 1 по его оси на валу 3 установлен ротор

4в виде диска с зубчатым кольцом 5 на его образующей и нагнетательными лопатками б на поверхности диска. Вал герметизирован посредством узла уплотнения 7, Зубчатое кольцо 5 и нагнетательные лопатки 6 расположены по одну сторону плоскости диска ротора 4. Коаксиально зубчатому кольцу

5ротора 4 с зазором с ним расположен статор 8 в виде диска с зубчатым кольцом 9. Зубчатое кольцо 9 статора 8 расположено между зубчатым кольцом 5 ротора 4 и его нагнетательными лопатками 6. Корпус сатуратора 1 и торцовая поверхность статора 8 образуют газовую камеру 10. Межзубное пространство зубчатого кольца 9 статора 8 посредством каналов 11 в теле статора 8 и газовой камеры 10 соединено с патрубком подвода газа 12. Внутренняя полость рото0

ра 4 соединена с патрубком подвода жидкости 13.

Сатуратор работает следующим образом. Сатуратор погружается в жидкость, Га- зовая камера 10, каналы 11 в теле статора 8, внутренняя полость ротора 4 и патрубок подвода газа 12 заполняются жидкостью. Патрубок подвода газа 12 соединяется с атмосферой или источником газа. Через вал 3 от внешнего привода (на фиг. 1 не показан) во вращение приводится ротор 4, нагнетательные лопатки 6 которого отбрасывают находящуюся между ними жидкость на периферию. Через патрубок подвода жидкости 13 в полость ротора 4 поступает новый объем жидкости. При совмещении части отверстий зубчатого кольца 9 статора 8 жидкость истекает сквозь них и через щели 2 корпуса 1 выбрасывается в объем окружающей сатуратор жидкости. При этом через каналы 11 в теле статора 8 в этот поток эжектируется жидкость, заполняющая каналы 11 в теле статора 8, газовую камеру 10 и патрубок подвода газа 12 По истечению жидкости, изначально заполняющей газовую камеру 10, каналы 11 в теле статора 8, патрубок подвода газа 12, в газовую камеру 10 сатуратора эжектируется газ, который через каналы 11 статора 8 поступает в межзуб- ное пространство зубчатого кольца 9 статора 8 и смешивается в нем с турбулентным потоком проходящей сквозь него жидкости. Газожидкостная смесь прокачивается через зазор между зубчатым кольцом 9 ротора 4 и зубчатым кольцом статора 8, где подвергается механическому измельчению и воздействию пульсирующего давления, возникающего вследствие чередующегося полного совмещения и полного перекрытия межзубных пространств зубчатых колец 5 и 9 ротора 4 и статора 8. Полностью перекрывающиеся и совмещающиеся щели чередуются между собой, что обуславливает непрерывность истечения газожидкостной смеси из сатуратора. Выбрасываемые с высокой скоростью из прорезей 2 корпуса 1 газожидкостные струи турбулизируют жидкость в радиусе 5-10 диаметров ротора, что дополнительно интен0

5

0

0

5

0

5

сифицируег массообмен.

При определенных сочетаниях величин зазора между зубчатым кольцом 5 ротора 4 и зубчатым кольцом 9 статора 8, их диаметров, линейных скоростей вращения ротора 4, в зазоре между ними возникает пульсация давления, порождающая кавитация, являющуюся наиболее эффективным фактором интенсификации тепломассообмена.

Сатуратор в проточном исполнении (фиг. 2) состоит из корпуса 1, выполненного в виде улитки. Внутри корпуса 1 по его оси на валу 3 установлен ротор 4 в виде диска с зубчатым кольцом 5 на его образующей и нагнетательными лопатками 6 на поверхности диска. Вал герметизирован посредством узла уплотнения 7. Зубчатое кольцо 5 и нагнетательные лопатки 6 расположены по одну сторону плоскости диска ротора 4. Ко- аксиально зубчатому кольцу 5 ротора 4 с зазором с ним расположен статор 8 в виде диска с зубчатым кольцом 9. Зубчатое коль- цо 9 статора 8 расположено между зубчатым кольцом 5 ротора 4 и его нагнетательными лопатками 6. Корпус сатуратора 1 и торцо- |вая поверхность статора 8 образуют газовую камеру 10. Межзубное пространство зубчатого кольца 9 статора 8 посредством каналов 11 в теле статора 8 и газовой камеры 10 соединено с патрубком подвода газа J12. Внутренняя полость ротора 4 соединена Ic патрубком подвода жидкости 13. Корпус сатуратора 1 и торцовая поверхность стато- |ра 8 образуют полость улитки 1-4. | Сатуратор работает следующим обраJ30M.

I Через патрубок подвода жидкости 13 полость сатуратора заполняется жидкостью, после чего задвижка (на фиг. 2 не показана), расположенная на напорном патрубке сатуратора, соединенного с полостью улитки 14, закрывается. Патрубок подвода газа 12 перекрыт. Через вал от внешнего привода (на фиг. 2 не показан) во вращение приводится ротор 4, нагнетательные лопатки 6 которого отбрасывают находящуюся между ними жидкость на периферию. При совмещении части отверстий зубчатого кольца 5 ротора 4 с частью отверстий зубчатого кольца 9 статора 8 жид- | кость истекает сквозь них и накапливаясь в | полости улитки 14 выбрасывается из нее. |Открывается патрубок подвода газа 12. При |этом через перекрывающиеся отверстия j зубчатого кольца 5 ротора и отверстия зуб,- :чатого кольца 9 статора 8, эжектируется |жидкость, заполняющая каналы 11 в теле статора 8, газовую камеру 10 и патрубок | подвода газа 12. По ее истечению в газовую камеру 10 сатуратора эжектируется газ, который через каналы 11 статора 8 поступает |в межзубное пространство зубчатого коль- |ца 9 статора 8 и смешивается в нем с турбу- |лентным потоком проходящей сквозь него жидкости. Газожидкостная смесь прокачи- | вается через зазор между зубчатым кольцом |9 ротора 4 и зубчатым кольцом статора 8, где j подвергается механическому измельчению ;и воздействию пульсирующего давления,

возникающего вследствие чередующегося полного совпадения и полного перекрытия межзубных пространств зубчатых колец 5 и 9 ротора 4 и статора 8.

5Авторами экспериментально установлено, что сатуратор с диаметром ротора 0,06 м, зазором между ротором и статором 110 м, скоростью вращения ротора 3000 с позволяет получать пузырьки воздуха в воде диа0 метром 5-6 106 м. Размер пузырьков замерялся по времени их всплытия.

Сатуратор имеет следующие преимущества по сравнению с известным:

-обеспечивает высокий тепло- и массо- 5 обмен за счет получения пузырьков диамет. ром 5-6 м, диспергированных в турбулентном потоке жидкости;

-изготавливается на базе серийных погружных и центробежных насосов путем мо0 дернизации центробежного колеса в ротор с дополнительной установкой статора;

-ротор и статор сатуратора могут изготавливаться из коррозионноустойчивых неметаллических материалов, например,

5 фторопласта, что расширяет диапазон использования:

-сатуратор работает как с самовсрсом газа, так и при принудительной его подаче;

-сатуратор может быть выполнен в по- 0 гружном исполнении и в проточном как центробежный насос;

-сатуратор на базе центробежного насоса одновременно выполняет функции насоса и химического реактора, что упрощает

5 обслуживание, повышает надежность технологии, снижает затраты на ремонт и эксплуатацию;

-сатуратор, выполненный на базе центробежного насоса перекачивает газожид0 костную смесь в устойчивом режиме при содержании в ней до 8-10% об. газа, что в 260-330 раз больше, чем для центробежного насоса, сбрасывающего при содержании газа в жидкости 0,04% об.

5 Формула изобретения

1. Сатуратор, содержащий корпус с установленным внутри по его оси на валу ротором, патрубки подвода газа и жидкости, отверстия для выхода газожидкостной сме0 си, отличающийся тем, что, с целью интенсификации массообмена путем уменьшения размеров пузырьков газа, диспергируемого в турбулентном потоке жидкости, ротор выполнен в виде диска с зубчатым

5 кольцом на его периферии и нагнетательными лопатками на поверхности диска, а статор - в виде диска с зубчатым кольцом, расположенным коаксиально зубчатому кольцу ротора с зазором между ними, при- чем межзубное пространство статора посредством каналов в теле статора и газовой камеры, образованной Корпусом сатуратора и торцовой поверхностью статора, соединено с патрубком подвода газа, а внутренняя полость ротора связана с патрубком подвода жидкости.

2, Сатуратор по п. 1,отличающийся тем, что зубчатое кольцо и нагнетательные лопатки расположены по одну сторону плоскости диска ротора..

3.Сатуратор по п. 1,отличающийся тем, что зубчатое кольцо статора расположено между зубчатым кольцом ротора и его нагнетательными лопатками.

4.Сатуратор по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что он выполнен погружным с перфорированными по периметру корпусом или проточным с корпусом в виде улитки.

Использование: изобретение относится к устройствам для диспергирования и растворения газов в жидкостях. Сущность изобретения: сатура Ьр содержит корпус 1 с 4 12 . установленным внутри него по оси на валу 3 ротором 6, патрубки подвода газа и жидкости, отверстия для выхода газожидкостной смеси. Ротор выполнен в виде диска с зубчатым кольцом 5 на его образующей и нагнетательными лопатками 6 на поверхности диска. Статор 8 выполнен в виде диска (с зубчатым кольцом 9, расположенным ко- аксиально зубчатому кольцу ротора с зазором между ними. Межзубное пространство статора 8 посредством каналов 11 в теле статора 8 и газовой камеры 10, образованной корпусом сатуратора и торцовой поверхностью статора, соединено с патрубком подвода газа 12, а внутренняя полость ротора связана с патрубком подвода жидкости 13.3 з. п. ф-лы, 2 ил. Ч Ј j 00 со о -Л 00 00 СО