Przedmiotem wynalazku jest urzadzenie do cia¬ glego napowietrzania pseudóplastycznej, plynno- -stalej mieszaniny o duzej koncentracji czastek stalych, takiej jak szlam sciekowy.Znane urzadzenia do powodowania przenikania stosunkowo niewielkiej ilosci gazu do stosunkowo duzej objetosci plynu poprzez mieszanie calosci plynu zawsze lacza w sobie nieodwracalna a za¬ tem niewydajna konwersje energii mechanicznej w energie cieplna poprzez lepkosciowe rozprosze¬ nie. Wielkosc straty wskutek lepkosciowego roz¬ proszenia jest uzalezniona od lepkosci plynu. Je¬ zeli lepkosc ta jest niewielka, wówczas skladnik rozproszenia lepkosciowego jest maly. Warunek ten jest wspólny dla wszystkich systemów oczysz¬ czania scieków, gdzie calkowita koncentracja cza¬ stek sitalycli we wplywajacych sciekach jest nie¬ wielka n.p. 0,01% wagowo, zas lepkosc plynno- -stalej mieszaniny jest podobna do lepkosci samej wody. Jednakze przy wzroscie koncentracji cza¬ stek stalych w plynie wiadomo jest, ze lepkosc wynikowej mieszaniny wzrasta w sposób wyklad¬ niczy. W wyniku tego w konwencjolanych proce¬ sach powodujacych przenikanie i polegajacych na mieszaniu * calej masy plynu pr,zy coraz to wie- kszelj koncentracji czastek istalyoh, energia walu wejsciowego, tracona poprzez rozproszenie lep¬ kosciowe, odpowiednio wzrasta. Problem ten na¬ sila sie w przypadku szlamu sciekowego o zawar¬ tosci przynajmniej 2,5% wagowo czastek stalych, 10 15 20 25 30 poniewaz tego rodzaju szlam posiada nie tylko duza lepkosc, lecz takze zachowuje sie jak masa pseudóplastyczna.W znanych ukladach napowietrzania jest sto¬ sowana moc walu wejsciowego dla indukowania calosciowej konwencji bezwladnosciowej plynu, która' zasadniczo zanika w trakcie burzliwego pro¬ cesu kaskadowego i która powoduje przenikanie masy. W przypadku plynu o malej lepkosci, to jest scieku o malej ilosci zawiesiny wszystkich czastek stalych (TSS), strata energii wskutek roz¬ proszenia lepkosciowego jest stosunkowo mala.W przypadku wiekszej lepkosci (sciek o duzej wartosci TSS) koniecznosc calosciowej konwekcji bezwladnosciowej plynu dla spowodowania prze¬ nikania masy powoduje duzo wieksza strate energii wskutek rozproszenia lepkosciowego i mniej wydajnego systemu napowietrzania. Z tego wzgledu byloby korzystne, gdyby uniknieto etapu przenikania masy poprzez mieszanie konwekcyjne przy utrzymaniu tego samego stopnia przenikania masy. W tym przypadku, moc z walu bylaby bez¬ posrednio przetwarzana w prace potrzebna do przenikniecia masy, co odpowiadaloby pojedynczo- -etapowej kaskadzie energii. W takim przypadku nie byloby wcale strat z rozproszenia lepkoscio¬ wego, oczywiscie w przypadku idealnym.Jednakze, jesli straty lepkosciowe da sie" tak zmniejszyc, ze schemat bedzie zasadniczo obrazo¬ wal sytuacje rzeczywista, wówczas napowietrzanie 127 325127 325 3 mozna przeprowadzic zadowalajaco przy stosunko¬ wo niskich gestosciach mocy.Celem obecnego wynalazku jest opracowanie urzadzenia do napowietrzania pseudoplastycznych, plynno-stalych mieszanin, aktywizujacego roz¬ puszczanie gazu w jednoetapowym ukladzie kas¬ kadowym, o znacznie nizszych gestosciach mocy, taniego i niezawodnego, uzytecznego dla fermen¬ tacji tlenowej pseudoplastycznego szlamu scieko¬ wego i aktywujacego duzy stopien rozcienczania gazu przy stosunkowo niewielkich gestosciach mocy. 4 jak rozwazono przykladowo w „Transport Pheno- menon", Birda, Stewarda i Lightfoota, John Wiley i Synowie Inc. 1960, strony 11—13. W wyniku tego, gdy pecherzyk przebija sie poprzez tego ro- 5 dzaju mieszanine ku górze, wówczas jego stru¬ mien nadazajacy ma nizsza lepkosc skuteczna niz cala ilosc plynu. Po pewnym okresie dzialania pe¬ cherzyki maja tendencje do skutecznego tworzenia zestawu „kanalów" o skutecznie nizszej lepkosci przez mieszanine. W obrebie tych „kanalów" szyb¬ kosc koagulowania pecherzyków wzrasta, powie¬ kszajac rozmiar pecherzyków, który wraz z nizsza lepkoscia skuteczna znacznie skraca czas pobytu pecherzyków i zmniejsza szybkosc przenikania masy.Za pomoca urzadzenia wedlug wynalazku mozna uzyskac korzysci bedace skutkiem zwiekszonej lepkosci gestej, plynno-stalej mieszaniny z jed¬ noczesnym uniknieciem komplikacji wprowadzo¬ nych przez jej pseudoplastyczny charakter. Peche¬ rzyki wprowadzane na dno pojemnika sa w spo¬ sób powtarzalny przecinane w rozstawionych od¬ stepach, gdy podnosza sie w pojemniku, zapobie¬ gajac tym samym tworzeniu sie „kanalów" o ma¬ lej lepkosci. Sredni wymiar pecherzyków pozosta¬ je maly a skuteczna lepkosc duza, wplywajac na wieksze szybkosci przenikania ma$y. Wszystko to jest przeprowadzana zasadniczo bez stosowania mocy, co wynika z lepkosci plynu poniewaz ele¬ menty przecinajace pecherzyki sa zaprojektowane jedynie do przecinania pecherzyków, z pominie¬ ciem zarówno osiowego jak i promieniowego pom¬ powania.Okreslana w opisie „równowazna srednica po¬ jemnika" D jest wyznaczana wedlug nastepuja¬ cego równania (1), w którym A stanowi arytime- ityczna srednia ipowiierztahni przeklrojtu pojemnika (od1 szczyitiu do dina), zals N stanowi liiczfoe -zespolów przecinajacych pedherzyfloi w pojemniku. 4A id) 'Okreslana w opisie „równowaizna wysokosc" H etanowi srednia' arytmetyczna wysokosc plynno- -^'taiej mieszaniny w pojeminikiu.Okreslana w opisie „maksymalna równowazna dllugosc ramienia" r zespolu przecinajacego peche¬ rzyki odnosi sie do sredniej asymetrycznej dlu¬ gosci najdluzszych „dwóch wystajacych na zewna¬ trz ramion" (w przekroju poprzecznym pojemnika) w ziesipole przecinajacyim pecherfcyikti, w którymi ramiona rozmaitych elementów przecinajacych pe¬ cherzyki moga miec zmienna dlugosc.Okreslana w opisie „równowazna szerokosc czolowa ramienia" W stanowi srednia, aryttime- ityczna szerokosci czolowych kaódego ramie¬ nia na, kazdym elemencie przecinajacym pe- clherzyki. Okreslana w opisie „maksymalna syste¬ mowa równowaizna dlugosc' ramienia" R jest wyz¬ naczona wedlug nasitejiujacego równania (2), w kltórym licznik jest równy sumie kwadratów mak¬ symalnej równowaznej dlugosci ramienia r dla kazdego zespolu przecinajacego w pojemniku, zas Urzadzenie do ciaglego ; napowietrzania pseudo- plastycznej plynno-stalej mieszaniny o duzej kon¬ centracji-¦ czastek stalych, wynoszacej przynajmniej 15 2,5% wagowych wedlug wynalazku charakteryzuje sie tym, ze zawiera pojemnik do napowietrzania mieszaniny, w którym stosunek równowaznej wy¬ sokosci pojemnika do jego równowaznej srednicy wynosi pomiedzy 0,5 a 5,0, zas w pojemniku tym 20 znajduje- sie przynajmniej jeden pionowy, obro¬ towy wal o v gestosci mocy ponizej 0,295 J/sek na litr pojemnosci pojemnika, majacy przylaczone v przynajmniej dwa zespoly przecinajace pecherzy¬ ki, z. których kazdy posiada przynajmniej dwa ^ rozmieszczone symetrycznie, odchodzace na zew¬ natrz ramionaj tworzace urzadzenie przecinajace pecherzyki, które ma taka maksymalna równo¬ wazna dlugosc ramienia a kazdy zespól przecina¬ jacy pecherzyki taka równowazna czolowa szero- M kosc ramienia, ze. stosunek ich jest mniejszy niz 0,1, a powierzchnia czolowa ramienia znajduje sie przy zaworze pozwalajacym na unikniecie inten¬ sywnego pompowania mieszaniny przez ten zes¬ pól, zas maksymalna systemowa równowazna dlu¬ gosc ramienia stanowi przynajmniej 25% równo¬ waznej srednicy pojemnika, przy czym zespoly przecinajace pecherzyki sa oddalone pionowo od siebie tak, ze stosunek czolowej szerokosci ramie¬ nia od pionowego odstepu zespolów przecinajacych miesci sie pomiedzy 0,005 a 0,04, a ponadto za- * wiera liczne promieniowo rozmieszczone miejsca wstrzykiwania pecherzyków gazu napowietrzaja¬ cego usytuowane przy dolnym koncu pojemnika, przy czym promien najdalej na zewnatrz usytu¬ owanego miejsca wstrzykiwania stanowi przynaj- 45 mniej 40% maksymalnej równowaznej dlugosci ramienia zespolu przecinajacego pecherzyki.Uproszczona równowaga sil na rosnacych peL cherzykach gazu w cieczy newtonowskiej wskazu¬ je, ze szybkosc wzrostu jest wprost proporcjonal¬ na do rozmiaru pecherzyka i odwrotnie proporcjo¬ nalna do lepkosci plynu. Inaczej mówiac, polacze¬ nie malych pecherzyków i duzej lepkosci znacz¬ nie powiekszy czas pobytu pecherzyków. Wzrost czasu pobytu pecherzyków ma dodatni wplyw na 55 szybkosc przenikania masy. W wyniku tego mozna sie spodziewac, ze odpowiednia jakosc przenika¬ nia masy mozna uzyskac poprzez proste dyfundo- wanie malych pecherzyków gazu w znany sposób.Jednakze plyn o duzej koncentracji Czastek sta- 60 lych, taki jak szlam sciekowy, stanowi nienewto- nowska, pseudoplastyczha substancje. Stosowane w opisie okreslenie „substancja pseudoplastyczna" odnosi sde do taikich substancjo;, kitórych lepkosc zmienia sie odwrotnie do szybosci przecinania, 65 10127 325 5 mianownik N jest ponownie liczba zespolów prze¬ cinajacych pecherzyki w pojemniku,- B = 1/2 iN 02) Przykladowo, jezeli zespól napowietrzajacy po¬ siada trzy elementy przecinajace pecherzyki, kazidy z wystajacymi zewnetrznie ramiiooami.t o rozmai¬ tych dlugosciach, wówczas maksymalna równowaz¬ na dlugosc raimienia r jest wyznaczona w oparciu o srednia arytmetyczna dlugosci dwóch eHememtów przecinajacych pecherzyki,, posiadajacych najdluz¬ sze ramiona w kierunku poprzecznymi, prostopad¬ lym do osi obracajacego sie wallu.Zwykle obracajace sie ramiona poszczególnego zespolu przecinajacego maja te sama dlugosc, tak ze poprzeczna odleglosc pomiedzy zakonczeniami zewnetrznymi ikazdego. ramienia wynosi 2A, i przynajmniej 50% równowaznej srednicy D pojem¬ nika. Jesli jednakze ramiona szczególnego zespolu przecinajacego pejdhstrzyki maja roizmaita dlugosc, wówczas maksymalna równowazna dlugosc ramie¬ nia r stanowi srednia arytmetyczna dlugosci ra- mdion takiego zespolu przecinajacego pecherzyki, •który posiada najwieksza dlugosc w kierunku po¬ przecznym prostopadlym do osa oitaraca|ja)cego sie walu.Wynalazek mo:ze byc równiez stosowany prak¬ tycznie w pojemnikach z wieloma pionowymi wa¬ lami z zespolami przecinajacymi pecherzyki, umie-* szczonymi wewnatrz pojemnika w rozmaitych miejscach w polozeniu poprzecznym. Moze to byc pozadane, jezeli pojemnik jest za duzy aby za¬ pewnial odpowiednie napowietrzanie za pomoca tylko jednego zespolu przecinajacego, luib tez moze byc korzystne stosowanie dwóch lufo wiecej mniej¬ szych zespolów przecinajacych zamiast pojedyn¬ czego, duzego zespolu przecinajacego. W tym prizy- padlku, kazdy zesipól . przecinajacy musi posiadac przynajmniej dwa umieszczone symetrycznie, wys¬ tajace na zewnatrz rarniiona, z maksymalna rów¬ nowazna dlugoscia ramienia r tatka, ze maksy- imalna systemowa równowazna dlugosc raimienia R stanowi przynajmniej 25% równowaznej srednicy D pojemnika.Przy praktycznym stosowaniu urzadzenia wed¬ lug wynalazku w przypadku uzycia wielu zespo¬ lów przecinajaicydhi, maksymalna systemowa rów¬ nowazna dlugosc ramienia R dla systemu jest po¬ nownie wyznaczona przez równanie (2),, zas rów¬ nowazna srednica D pojemnika jest wyznaczona przez równanie (1). Jak stwierdzono, maksymalna systemowa równowazna dlugosc ramienia- R musi wynosic przynajmniej 25%' równowaznej srednicy D pojemnika. W podolbny sposób, stosunek H/iD równowaznej wysokosci H do równowaznej sred¬ nicy D miuisi wynosic pomiedzy 0,5 a 5,0. Wreszcie, stosunek W/r równowaznej szerokosci czolowej W kazdego elementu przeci na)jaicego pecherzyki na zespole przecinajacym, do maksymalnej równowaz¬ nej -dlugosci ramienia r kazdego zespolu przecina¬ jacego musi wynosic mniej niz 0,1. Rozwiazanie to rózni sie od rozwiazania, w którym jest zasto¬ sowany pojedynczy zespól przecinajacy w danym pojemniku. W tym rozwiazaniu maksymalna rów¬ nowazna dlugosc raimienia r jest identyczna z 6 maksymalna systemowa równowazna dlugoscia ra¬ imieniaR. - ¦ .Przedmiot wynalazku zostanie przedstawiony w przykladach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia diagram blokowy, pokazujacy 5 charaikterylsltyczne cechy pracy znanych urzadzen, napowietrzajacych i urzadzen pracujacych zgodnie z wynalazkiem, fig. 2 — schematyczny rysunek ¦urzadzenia zawierajacego obracalny zespól rozpy¬ lajacy gaz, uruchamiany wedlug tego wynalazku, 10 fig, 3 — schematyczny rysunek afcsonometfryczny odmiennego urzadzenia, zawierajacego staly piers¬ cien dyfuzyjny gazu i nadajacego sie do prak¬ tycznego stosowania wynalazku, fig. 4a, 4b i 4c — szczególowe, schematyczne rysunki trzech typów 15 elemenltów przecinajacych pecherzyki, nadajacych sie do praktykowania. wynalazku,, fig. 5a i 5fo — schematyczne rysunki przekrojowe w rzucie pio¬ nowym i widoku z góry, pokazujace urzadzenie do nadmuchiwania gazsm, szczególnie przydatne do 20 praktykowania wynalazku w pojemnikach maja¬ cych stosunkowo duze stosunki H/iD wysokosci do srednicy, a fig. 6 — wykres pokazujacy pobór mo¬ cy w diunkcji predkosci powierzchniowej dla zna¬ nego pednika okretowego i dla sposobu napowiet- 25 rzania wedlug wynalazku.(Na1 figurze 2 jest pokazany pojemnik do napo¬ wietrzania szlamu, zawierajacy podloge 20, sciany (boczne 21 i 22, sciane tyflna 23 i niepokazana scia-r ne przednia. Mioga .byc zastosowane inne ksztalty 30 pojemnika, na przyklad okragle sciany boczne.Tak' samo jedna luib wiecej scian moga byc ziem¬ ne. Pojemnik jest, wypelniony ptseudoplastyczna, plynnostala 'mieszanina w rodzaju szlamu sciefco- '' wego, w kfoóryim calkowita koncenltlracja czasltek J5 stalych wynolsi, przynajmniej 2,5% wagowo. Sto¬ sunek H^D równowaznej wysokosci H do. równo¬ waznej srednicy D pojemnika musi wynosic po- imiedzy 0,5 a 5,0. Korzystnie ten stosunek miesci sie w zakresie 1,0 db 3,0, 40 Pionowy obracailny wal 24 jest zanurzony gle¬ boko w pojemniku, zas zespól rozpraszajacy gaz 25 jest podlaczony do piasty 26. Zespól rozprasza¬ jacy moze stanowic konwencjonalny obrotowy rozpryskiwacz, znany ze sitanu techniki jak na 45 przyklad opisany w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych nr 3775 307 na rzecz Mc Whirtiera i in., skladajacy sie z odchodzacych priomiieniowo wydrazonych ramion rozpryskujacych 27 — wypo¬ sazonych w otworki na gaz. Korzystnie obrotowy 50 roEpryiskiwacz 25 ma wymiary spelniajace wyma¬ gania stawiane wedlug wynalazku zespolowi prze¬ cinajacemu pecherzykii, i tworzy jeden taki zes¬ pól dodatkowo do spelnianej funkcji — elementu wstrzykujacego pecherzyki gazu. Wal 24 jest. wy- 55 drazony, zas gaz jest wyprowadzany ..przez prze¬ wód gazowy 28 do walu 24 za pomoca obrotowej zalaczki 29. Drugi koniec zalaazfci 29 jest podla-, czony do silnika 30 za pomoca przekladni zmniej¬ szajacej 31. 60 Na wale 24 korzystnie znajduje sie \ rozlbijacz piany 32, kltóry moze przykladowo stanowic turbi-. na lopatkowa o znanej konstrukcji. Zaobserwowa¬ no,, ze przy praktykowaniu tego sposobu wyste¬ puje tendencja do tworzenia sie stosunkowo trwa- 65. tej piany 37. iRozbiijacz piany 32 sluzy do zapolbie-127 325 7 gania narastaniu ted piany do poziomu, który mó^iby byc klopotliwy. W odstepie ku górze od zespolu rozpraszaljacego gaz 25 zinajduje sie pier¬ wszy zespól przecinajacy pecherzyki 35, przymoco- wany do walu 24 poprzez piaste 36. Zespól prze¬ cinajacy posiada osiem rozmieszczonych symetry¬ cznie,, odchodzacych na zewnaltlnz ramion 37. Po¬ niewaz obracajacy sie zespól rozpraszajacy gaz 25 oddzialywuije jako drugi z przynajmniej d;wóch zespolów przecinajacych pecherzyki w tym szcze¬ gólnym rozwiazaniu, zaltem jest on wlaczony do obfliczania wartosci maksymalnej równowaznej dlugosci ramienia r i od)powiednio, maksymalnej systemowej równowaznej dlugosci ramienia R, kftó- ra mui&i spelniac zaleznosc R 0,25 D. Ramiona przecinajace 27 i 37 maja zaprojektowana -taka szerokosc czolowa w, ze stosunek W do pionowego rozstawienia S zespolów przecinajacych jest .po¬ miedzy 0„0005 a 0,04. v Dla zminimalizowainia ilosci mieszania konwek- cyjnegOi, która wywoluja zespoly przecinajace pe- M cherzyjki, stosunek czolowej szerokosci W Ramie¬ nia przecinaijacego do maksymalnej równowaznej dlugosci ramienia r jest korzystnie tak maly, jak to praktycznie ikonstrukcyjnie jeslt mozUiitwe np. mniej niz A,02, tak ze ramiona 27 i 37 sa korzyet- 25 nie dlugie i cienkie. Okaze sie jasne, ze gdy wy¬ miar pojemnika i odipowiednio srednica zespolu przecinajacego pecherzyki wzrasta, to zwykle mu¬ si wzrosnac bezwzgledna szerokosc czolowa W, aby utrzymac sitrukturaina calosc. Obecnie górna glra- 30 nica projektowanych srednic pojemnika, w którymi przeprowadza sie tlenowe przefenmenitowywanie szla¬ mu dfla pojemnika pojedynczego wynosi 4,575 m Wartosc ta jest oparta na przypuszczalnie- osza¬ cowanej strefie wplywu zespolu przecinajacego pe- g5 dherzyki, majacego srednice 3,66 n% który uwaza sie za majacy prawie najwiekszy rozmiaru miesz¬ czacy sie w obrebie zalecanego stosunku W/r, i jmajacy solidna konstrukcje. Korzystnie, bezwzgle¬ dna wartosc równowaznej szerokosci czolowej W 40 ramienia jest takze mala, tj. ponizej okolo 3,81 cm, w celu zminimalizowania ilosci nieuniknionego pompowania plynu, wykonywanego przez obraca¬ jace sie ramiona. Ramiona przecinajace' 27 i 37 sa korzystnie lekko zakrzywione wzgledem kierunku 45 obrotu w celu dalszego minimalizowania pompo-\ wania plynu i dla zabezpieczenia materialu wlók¬ nistego w rodizajlu drultu lub szmat przed przy¬ czepieniem sie do powierzchni czolowej ramienia przecinajacego. Tego rodzaju materialy znacznie 50 zwiekszalyby opór postaciowy i skutkiem tego £olbór mocy. ^ Obrót walu 24 ze stosunkowo duza predkoscia wierzcholkowa powoduje, ze ramiona 27 i 37 prze¬ cinaja, poprzez bezposrednie uderzenie, duze pe- 65 cherzykiL gazu, uttalfculjace z zespolów rozpraszaja¬ cych; na pecherzyki bardzo drobne. Nastepnie te pecherzyki kontynuuja zasadniczo swobodne uno-^ szeriie do powierzchni plynu 38. Dodatfcowo; \ra- miona .przecinajace 27 i 37 wytwarzaja bardzo ma- 60 le prady wirowe o zasiegiu podobnymi wielkoscia do rozmiaru unoszacych sie pecherzyków gazu. Te prady wirowe takze przedzielaja unoszace sie pe¬ cherzyki. Tego rodzaju oddzialywanie daje bardzo duzy stopien przenikaniamasy. §5 8 ^a figurze 3 jest pokazane urzadzenie, w któ¬ rym gaz jest wtryskiwany przez unieruchomiony pierscien dyluzyjny 140, znajdujacy sie blisko pod¬ logi 120. Dylfiuzor moze stanowic przykladowo po¬ rowaty korpus ceramiczny (jak przedstawiono) lufo alternatywnie moze stanowic uksztaltowana torioi- dalnie rure z rozstawionymi w odstepach otwor¬ kami. Gaz jest doprowadzony do pierscienia dy¬ fuzyjnego 140 za pomoca przewodu 141. Urzadze¬ nie zawiera pokrywe 142, przykrywajaca przest¬ rzen gazowa 143 ponad poziomem cieczy 138 i za¬ klada sie, ze gaz napowietrzajacy stanowi tlen o wysokim stopniu czystosci, a ponadto jest poza¬ dane odzyskiwanie niewykorzystanego- gazu napo¬ wietrzajacego do ponownego obiegu. Mozna to przeprowadzic za pomoca podwieszonego przewo¬ du 144 i kompresora recyrkulacji gazu 145. Alter¬ natywnie lulb dodatkowo, mozna wprowadzic swie¬ zy gaz napowietrzajacy do przewodu 141 za po¬ moca przewodu 146 z zaworem 147. Zuzyty gaz jest odprowadzany z 'przestrzeni gazowej 143 za pomoca przewodu 148 z zaworem 149, oddalonego od przewodu recyrkulacji 144.Poniewaz pierscien dyfuzyjny 140 jest nieru¬ chomy, zatem nie moze oddizialywac równiez jaflko zespól przecinajacy pecherzyki. Z tego wzglejdu, dla praktykowania sposobu wedlug wynalazku do walu 124 sa zamocowane dwa oddalone pionowo od siebie zespoly przecinajace pecherzyki 135a i 135b. Pionowy odstep S zespolów .przecinajacych i szerokosc czolowa W raimiema przecinajacego maja takie wymiary, ze stosunek W/S jest' po¬ miedzy 0,0005 a 0,04 ze wzgUadów dyskutowanych poprzednio. Nalezy zauwazyc, ze kazdy zespól przecinajacy pecherzyki 135a i 135b posiada cztery rozmieszczone symetrycznie ramiona 137a i 137b. iDolbór liczby i wymiarów takich ra-mion jest oczy¬ wisty dla fachowców z tej' dziedziny, zas w naj¬ szerszym aspekcie wynalazek wymaga tylko dwóch takich ramion dla kazldego zespolu przecinajacego.(W urzadzeniu z ifig. 3„ wal 124 jest równiez 32 w urzadzeniu z fig. 2. Jednakze turbina 132 która oddzialywuje podobnie do rozbijacza piany 32 w urzadzeniu z fig£. Jednakze turbina 132 rózni sie troche przez ta, ze jest umieszczona na poziomie odpowiadajacych powierzchni cieczy 138, a nie powyzej. Urzadzenie jest zaprojektowane do zminimalizowania ilosci mieszania konwekcyjnego plynu, zgodnie z zalozeniami tego wynalazku'. Mi¬ mo tego,, urzadzenie pracuje w znany sposób, od¬ rzucajac duze krople plynu promieniowego na zewnatrz od osi walu 124, zapobiegajac tym sa¬ mym itworzeniu sie trwalej „piany.Na fig. 4 isa przedstawione bardziej szcze¬ gólowe rózne rodzaje zespolów przecinajacych pe¬ cherzyki 235, odpowiednie do praktykowania wy¬ nalazku. Na fig. 4a, zewnetrznie wystajace ramio¬ na sa utworzone przez cienkie, okragle prety 237a.Gdy zespól 235a jest obracany w kierunku strzal¬ ki, wówczas boki pretów 237a zwrócone w strone kierunku obrotu stanowia powierzchnie przecinaja¬ ca. Jak przedstawiono równowazna szerokosc czo¬ lowa W stanowi srednice pretów 23Ja. Na fig. 4b sa przedstawione dlugie cienkie, plaskie lopatki 237b stanowiace odchodzace zewnetrznie ramiona127 325 9 zespolu przecinajacego pecherzyki 235b, podobnie do konstrukcji pokazanej na fig. 2 i 3.Na figurze 4c jest pokazana cienka, perforowana plyta 235c zastosowana jako zespól przecinajacy (pecherzyki,, z uksztaltowanymi wentylatorowo lo- ^atkaimi 237a polaczonymi zeibrami uszitywniaija- cynii 250 i tworzacymi odchodzace zewnetirzinie ramiona. Gdy plyta 235c jest obracana w kierunku sitrzalflci, y wówczas strona 251 iplyfty zwrócona w strone ikierunlku obrotu tworzy powierzchnie prze¬ cinajaca pecherzyfltj, majaca szerokosc W. _ Na figurach 5a i 5lb jest przedstawione urza¬ dzenie, szczególnie odipowieldnie do praktykowania wynalazSeui, w którym stosunek wysokosci do sze¬ rokosci pojemnika jest sibosuntoowo diutzy, i/Lub lep- too&ci pseudoplalstycznej,, plynnonstalej napowiet¬ rzanej mieszaniny jest stosunkowo doza. Gaz na¬ powietmzaijacy jest wprowadzany do-urzadzenia za pomoca obracajacego sie walu 324 i wyladowywa¬ ny do dolnego (konca pojemnika przez czterora- mienny dbracaijacy sie. rozpraszacz 354, umieszczony nad zakonczeniem 353. Cztery zespoly przecinaija- ce peaheirzylki od1 335a do 335d sa jednakowo old siebie odlegle i przymocowane do walu 324. Kazdy zes'pól przecinajacy pecherzyki posiada "dwa dlugie, cienkie ramiona siegajace na zewnatrz i oddalone od siebie o 180 stopni. Ramiona na sasiednich zes¬ polach przecinajacyoli\ pedherzyiki sa obrócone wziglediem siebie o 90 stopni. Do wewnetrznej sciar ^ ny pojemnika sa przymocowana antywirowe prze- igrody 355, rozstawione poprzecznie wzgledem sie¬ bie i wystajace promieniowo do wewnajtrz.Stoisiulac sposóib wedlug wynalazku i urzadzenie z fig. 5, pecherzyki podnoszace sie z dna pojemni¬ ka sa raz po raz prizecinane w male pecherzyki,, gdy przechodza do strefy wplywu zespolów prze¬ cinajacych 354, 335a, 335b, 335c i 335d.(W iprojekcie urzadzenia do stosowania wynalazku istnieje mozliwosc wyboru liczby ramion przeci¬ najacych w1 poszczególnym zespole przecinajacym pecherzyki, a takze liczby zespolów przecinajacych pecherzyki^ mocowanych do walu. Pojedyncze ra¬ mie przecinajace, obracajace sie ze stala pred¬ koscia bedzie wykonywalo pewna ilosc pompowa¬ nia, pobieralo dana ilosc mocy, wytwarzalo pewna ilosc turbulencji, przecinalo dana ilosc pecherzy¬ ków gazu i jednoczesnie dostarczalo pewna ilosc przenikania masy.Dodanie nastepnego ramienia przecinajacego do zespolu ogólnie zwiekszy kazdy z tych efektów.Jak mozna sie spodziewac, bezwzgledna zmiana tych efektów, pochodzaca od dodania nastepnego ramienia przecinajacego nie jest czynnikiem sta¬ lym, zas granice mozna ewentualnie osiagnac wówczas, gdy dodanie nastepnego ramienia prze¬ cinajacego nie zwiekszy w sposób istotny skutecz¬ nosci dzialania zespolu przecinajacego pecherzyki.Ponadto istnieje zapewne zalecana równowaga po^ miedzy rosnacym oddzialywaniem przecinajacym, a poborem mocy dla kazdego pracujacego* zgodnie z wynalazkiem urzadzenia, która moze byc wyr znaczona doswiadczalnie. 10 nie, ze natezenie przecinania (predkosc obrotowa zespolu przecinajacego pecherzyki) konieczne dla najskuteczniejszego praktykowania wynalazku, jest uzaleznione od predkosci unoszenia pecherzyków.Predkosc unoszenia pecherzyków bedaca funkcja szybkosci gazowania i powierzchni gazowania, jest takze funkcja lepkosci mieszaniny. Gdy lepkosc mieszaniny wzrasta, wówczas opór postaciowy unoszacych sie pecherzyków gazu rosnie, przez co maleje predkosc unoszenia pecherzyków. W wy¬ niku tego, przy danej predkosci obrotowej i wa¬ runkach napowietrzania (szybkosc napowietrzania i powierzchnia gazowania) mozna zastosowac mniej ramion przecinajacych w zespole pracuja¬ cym w stosunkowo bardziej lepkiej mieszaninie niz w zespole, pracujacym ,w stosunkowo mniej lepkiej mieszaninie, dla uzyskania tej samej wy¬ dajnosci przecinania pecherzyków. Alternatywnie, dla tej samej konstrukcji zespolu przecinajacego pecherzyki i dla stalych warunków napowietrza¬ nia, zespól przecinajacy, pracujacy w mieszaninie bardziej lepkiej moze byc obracany z predkoscia mniejsza niz taki sam zespól, pracujacy w mniej 4epkiej mieszaninie, dla uzyskania takiej samej wydajnosci przecinania pecherzyków.Inne wazne stwierdzenie polega na tym, ze moc potrzebna do obracania ramienia przecinajacego jest bezposrednia funkcja oporu postaciowego, wy¬ twarzanego przy ruchu ramienia przecinajacego poprzez mieszanie. Wielkosc tego oporu postacio¬ wego jest równiez uzalezniona od lepkosci miesza¬ niny. Zgodnie z tym, dla danej mocy jest mozliwe obracanie danego zespolu przecinajacego peche- rzki z wieksza predkoscia obrotowa w mieszaninie mniej lepkiej, niz w bardziej lepkiej. Przeciwnie, dla uzyskania podobnego poboru mocy przy danej predkosci obrotowej, zespól przecinajacy pecherzy¬ ki, pracujacy w bardziej lepkiej mieszaninie musi miec mniej ramion przecinajacych, niz zespól pra¬ cujacy w mniej lepkiej mieszaninie. 2 tych Wzgle¬ dów, potrzbna lub pozadana jest mniejsza ilosc ramion przecinajacych w. zespole przecinajacym pecherzyki, przeznaczonym do pracy w bardziej lepkiej mieszaninie niz w mieszaninie mniej lep¬ kiej. Jako wynik tych rozwazan zaleca sie, aby w bardzo lepkich mieszaninach (takich jak szlam sciekowy z calkowita koncentracja zawiesiny cza^- stek stalych wynoszaca wiecej niz 3,5 procentów wagowych) nie stosowano wiecej niz cztery ra~ miona przecinajace. W mniej lepkiej mieszaninie nie jest konieczne ani potrzebne wiecej niz osiem ramion przecinajacych. Jak wyjasniono uprzednio, fachowiec dysponuje równiez mozliwoscia wyboru zastosowania dodatkowych ramion przecinajacych raczej w postaci uzycia wielu zespolów przecinaja¬ cych pecherzyki, niz poprzez zwiekszanie liczby ramion przecinajacych w zespole.Dla rozwiazan, w których stosunek H/D Wyso¬ kosci do szerokosci pojemnika do napowietrzania jest stosunkowo duzy, lepiej jest stosowac dodat¬ kowe ramiona przecinajace przez dodanie ich w postaci dodatkowego zespolu przecinajacego niz stosowac, bardziej na zewnatrz wysuniete ramio¬ na na istniejacych zespolach przecinajacych. Nie jest obecnie dokladnie jasne, dlaczego mozna op¬ tymalizowac uksztaltowanie danego pojemnika do Lepkosc napowietrzanej, pseudoplastycznej plyn- no-stalej mieszaniny, wplywa na liczbe ramion przecinajacych, które maja byc uzyte w zespole przecinajacym pecherzyki, ^azne jest stwierdze- a 10 15 20 30 35 40 43 50 55 60127 325 11 napowietrzania w stosunku do liczby i projektu zespolu przecinajacego pecherzyki. Jednakze przy¬ puszcza sie, ze optymalizacja jest glównie funk¬ cja glebokosci pojemnika. Gdy pojemnik jestt gle- ibszy wówczals mozna prawdopodobnie polepszyc skutecznosc napowietrzania i wykorzystania mocy przez rozstawienie wzdluz walu wielu zespolów przecinajacych pecherzyki^ z których kazdy ima dana liczbe ramion przecinajacych, niz przez umieszczenie tej samej dllolsci ramion- przecinaja¬ cych w mniejszej ilosci zeispolów przecinajacych pecherzyki. Biezace praktykowanie wynalazku po¬ lega na uzyciu B zespolów przecinajacych peche¬ rzyki rozstawionych w ,jednakowyeh odstepach wzdluz .walu, gdzie B korzystnie miesci sie w zakresie -wyznaczonyim przez równanie (3): H/D^B^H/D+3 (3) gdzie H stanowi równowazna wysokosc (srednia glebokosc mieszaniny plynu) w pojemniku do na¬ powietrzania, a D stanowi równowazna srednice pojemnika do napowietrzania. Ostateczny wybór projektu zalezy w duzym stopniu od wielkosci dostepnej mocy walu i lepkosci plynu. Lepkosc plynu ma duzy wplyw na zatrzymywanie gazu.Jak zauwazono poprzednio, fachowiec ma rów¬ niez mozliwosc wyboru zastosowania wielu zes¬ polów przecinajacych pecherzyki w danym po¬ jemniku. Ten wybór staje sie wazny wówczas, gdy pozadana objetosc oczyszczana staje sie tak duza, ze wymaga wielu pojedynczych* pojemników dla równowaznego oczyszczania. Zastosowanie pojedynczego zbiornika z wieloma zespolami prze¬ cinajacymi, moze dawac duze korzysci ekonomiczne w stosunku do wielu pojedynczych pojemników-.Pobór mocy do poruszania wystaijacych na zew¬ natrz ramion poszczególnego zespolu przecinaja¬ cego pecherzyki w mieszaninie plynu jest zalezny przede wszystkim od Oporu postaciowego. Jest to szczegóinde sluszne dla pretów i lopatek. Wskaza¬ no poprzednio,, ze wielkosc tego polboru mocy& a zatem wielkosc oporu jest ibeziposrednio' uzaleznio- ina od stosunku W/r zespolu przecinajacego pe¬ cherzyki. Duzy stosunek W/r wykazuje duzy opór postaciowy i duzy pofbór mocy zespolu przecinaja¬ cego. Niski stosunek W/ir, jak jest wymagane wedlug wynalazku, daje maly opór postaciowy i maly pojbór mocy. Znane mieiszadlowe luib lo¬ patkowe uklady napowietrzania (byly zaprojekito- wane nominalnie na stosunek W/r wynoszacy oko¬ lo 0,30 dO' 0,40, podczas gdy stosunek W/r wedliuig wynalazku wynosi ponize;j 0^1, a korzyistnie po¬ nizaj 0^02. Wynalazek udostepnia d^zy stopien roz¬ puszczania gazu przy stosunkowo niskich gestos¬ ciach mocy wynoszacych 0,295 J/bek na llitr pojemnosci pojemnika.Równowazny stosunek H/D ^wynoszacy pomiedzy 0,5 a 5,0 stanowi optymalny zakres, który rów¬ nowazy konkurujace ze soba wzgledy, ekonomicz¬ ne i szybkosc przenikania masy. Ogólnie gdy sto¬ sunek H/D pojemnika rosnie, wówczas pojemnik daje zwiekszenie przenikania masy wskutek zwiekszenia sredniego czasu przetrzymywania pe¬ cherzyków. Jednakze dla zrealizowania tego zwiek¬ szenia, konieczne jest wydatkowanie duzych l^osz- tólw, zwiazanych ze zmiana projektu pojemnika. 12 Przykladowo, jezeii uklad jest zaprojektowany na jednodniowy czas przetrzymywania dla ciagle go strumienia zasilajacego o szybkosci przeplywu 189250 l/dzien, wówczas jest wymagana objetosc 5 pojemnika, wynoszaca 189250 1. Jesli te objetosc ma posiadac poejdynczy zbiornik majacy stosunek H/D wynoszacy okolo 1,75, wówczas zbiornik po¬ winien miec srednice 5,15 m i wysokosc 9 ni, zas jesli jest zastosowany stosunek H/D = 10, wów- 10 czas srednica zbiornika jest zmniejszona 2,75 m, zas- wysokosc zbiornika jest zwiekszona do 29 m.Zmiana ta drastycznie zwieksza konieczna dlugosc walu obrotowego, zwieksza trudnosci w obslugi¬ waniu wnetrza kadzi i mieszadla, zwieksza koszty 15 pompowania plynu oraz, jak mozna sie bylo spo¬ dziewac, znacznie zwieksza równiez koszt pojem¬ nika. W duzym pojemniku, w którym jest zasto¬ sowany wiecej niz jeden wysoki element przeci¬ najacy, wartosci równowaznego stosunku H/D po- 20 nad 5 wskazuja, ze zastosowano w zbiorniku za duzo wysokich elementów przecinajacych. Przy drugim brzegu granicy, stosunek H/D wynoszacy ponizej okolo 0,5 oznacza, ze glebokosc pojemnika jest za mala, aby najkorzystniej wykorzystac sku- 25 teczne powiekszenie czasu przetrzymywania ma¬ lych pecherzyków wskutek zwiekszonej pozornej lepkosci mieszaniny o duzej zawartosci czastek stalych. Przykladowo, we wspomnianym powyzej ukladzie, zbiornik o stosunku H/D wynoszacym okolo 1,0 bedzie mial wysokosc 6,22 m zas przy stosunku H/D wynoszacym 0,25 wysokosc pojem¬ nika bedzie zmniejszona do 2,47 m. Zmiana ta równiez niekorzystnie zwieksza przestrzen po- wirzchniowa, zajeta przez pojemnik. W zalecanej praktyce, równowazny ^stosunek H/D jest utrzy- 35 mywany w zakresie 1,0 do 3,0. 25% dolna granica równowaznej dlugosci ramienia w systemie mak¬ simum zespolu przecinania pecherzyków, jako funkcja równowaznej srednicy pojemnika repre¬ zentuje minimalna powierzchnie kontaktowania z40 sie cieczy z gazem, która jest uwazana za koniecz¬ na dla otrzymania wystarczajacego oczyszczenia w danym pojemniku. Przy równowaznej dlugosci ramienia w systemie maksimum ponizej okolo 25% równowaznej srednicy pojemnika, wystapi 45 mniejsze niz 25% wykorzystanie objetosci pojem¬ nika do napowietrzania.Korzystne jest przynajmniej 50% wykorzysta¬ nia objetosci, co wymaga maksymalnej systemo¬ wej równowaznej dlugosci ramienia R równej 50 przynajmniej 35% równowaznej szerokosci D po¬ jemnika.Stosunek W/r kazdego zespolu przecinajacego pecherzyki stanowi glówny wyznacznik wielkosci mieszania konwekcyjnego, wywolywanego obro- 55 tern wysokiego zespolu przecinajacego. Poniewaz wynalazek zamierza do unikniecia w ogóle miesza¬ nia konwekcyjnego, zatem ten stosunek sprowa- , dza sie do tak malej wartosci, jak tylko jest to konstrukcyjnie mozliwe, lecz w kazdym wypadku co ponizej okolo 0,10. Duze wartosci stosunku W/r powoduja znaczna ilosc promieniowego' i/lub osio¬ wego pompowania, co w przypadku plynu o duzej lepkosci powoduje nadmierna strate mocy wsku¬ tek rozproszenia lepkosciowego. Dodatkowo do 65 strat mocy, przy duzych wartosciach W/r jest127 325 13 takze zwiekszony opór postaciowy zespolu przeci¬ nania pecherzyków. Im jest wiekszy opór posta¬ ciowy, tym wieksze jest calkowite zapotrzebowa¬ nie mocy. Korzystnie, stosunek W/r jest utrzymy¬ wany ponizej okolo 0,02. Stosunek W/S jest po¬ miedzy 0,0005 a 0,04. Wartosc stosunku W/r po¬ wyzej 0,04 wskazuje, ze zespoly przecinania pe¬ cherzyków sa rozstawione zbyt blisko siebie. Im mniejszy odstep pomiedzy sasiednimi zespolami przecinania pecherzyków, tym zachodzi wieksze oddzialywanie hydrauliczne pomiedzy sasiednimi ramieniami przecinajacymi. Zwieksza to konwek¬ cje podczas dzialania urzadzenia i prowadzi do wiekszych strat rozproszenia lepkosciowego. Efekt jest podobny do wywolywanego przez powieksze¬ nie stosunkuW/r. - Nadmiernie duza wartosc W/S równiez prowa¬ dzi do niepozadanego' marnoitrawstwa mocy. Funk¬ cja zespolu przecinajacego pecherzyki jest zapew¬ nienie, aby pecherzyki byly ponownie rozbite w drobne pecherzyki, zanim zapanuje koagulacja pe¬ cherzyków i drazenie przez nie tuneli. Przy zbyt bliskim rozstawieniu pecherzyków, unoszace sie pecherzyki gazu sa ponownie przecinane bardziej niz to jest konieczne dla zwiekszenia spotegowa¬ nia, uzyskiwanego w wysoce lepkim, pseudopla- stycznym plynie poprzez powtarzalne zmniejsza¬ nie wymiaru pecherzyków. Z drugiej strony, je¬ zeli stosunek W/S jest za maly wówczas efekty koagulacji i tunelowania zaczynaja dominowac i maleje skutecznosc kontaktowania. Zalecany zak¬ res stosunku W/IS miesci sie pomiedzy 0,009 a 0,025.W etapie (c) gestosc mocy jest ograniczona do po¬ nizej okolo 0,295 J/sek na litr pojemnosci pojem¬ nika. Wartosci ponad tym poziomem jedynie zwiekszaja ilosc zuzywanej mocy, bez istotnego zwiekszenia wykorzystania gazu. Przy dolnej gra¬ nicy, gestosc mocy musi byc wystarczajaca do obracania walu dla mozliwosci spelniania funkcji przecinania i prowadzenia napowietrzania. Gestosc mocy powinna wynosic ponad okolo 0,0196 J/sek na litr. pojemnosci pojemnika. Jak rozwazano wczesniej, stan techniki polegal zwykle na dwu¬ stopniowej kaskadzie energii dla przenikania ma¬ sy, w której calosciowe mieszanie plynu powodo¬ walo dostep rozpuszczonego gazu do calej masy plynu. Stan tecliniki obejmuje dwie metody, w wyniku których zostaje osiagniety ten rezultat w drodze calosciowej konwekcji plynu. Przede wszy¬ stkim, prady konwekcyjne moga unosic wtryski¬ wane pecherzyki gazu do calej masy plynu, przy czym stopniowy zanik tych pradów w prady wi¬ rowe oddzialywuje na pecherzyki gazu, powodu¬ jace przenikanie masy. Po drugie, prady konwek¬ cyjne moga przenosic do masy plynu uprzednio rozpuszczony gaz, uzyskany przykladowo w drodze umiejscowionego wysoko oddzialywania przecina¬ jacego. Kazdego rodzaju zjawisko jest nieuchron¬ nie niesprawne, co jest zwiazane z rozproszeniem lepkosciowym. Jak stwierdzono, powyzej wspom¬ niana niesprawnosc jest bezposrednio polaczona z lepkoscia plynu. Przykladowo, w plynach lep¬ kich wszelkie próby nadania plynowi pradu pro¬ wadza do duzych strat sprawnosci, poniewaz etap konwekcyjny jest gwaltownie rqzproszany przez oddzialywanie lepkosciowe. W wyniku tego, na- 14 lezy unikac dwuetapowej kaskady energii zas we¬ dlug wynalazku przenikanie masy jest wywoly¬ wane poprzez mase plynu, kierowana bezposred¬ nio na oddzialywanie malych pradów wirowych. 5 Z powyzszych przyczyn, pecherzyki napowietrza¬ jace sa wtryskiwane przy dnie pojemnika w wie¬ lu miejscach, przy czym promien najbardziej na zewnatrz polozonego miejsca wtryskiwania sta¬ nowi przynajmniej 40% maksymalnej dlugosci 10 równowaznej zespolu przecinajacego pecherzyki, tak ze pecherzyki gazu unoszace sie przez plyn- no-^tala mieszanine przechodza przez znaczna czesc przestrzeni obejmowanej dzialaniem zespo¬ lu przecinajacego pecherzyki. 15 Poniewaz wedlug wynalazku korzystnie unika sie jakiegokolwiek istotnego pompowania plynu lub konwekcyjnego mieszania dla zapewnienia, aby gaz znajdowal sie w bliskim kontakcie z cala zawartoscia pojemnika, zatem poczatkowe 20 wprowadzenie pecherzyków gazu na odleglosci promieniowej mniejszej niz 40% maksymalnej równowaznej dlugosci ramienia bedzie powodo¬ walo nieodpowiedni poziom lub stopien napowiet¬ rzania przy jakimkolwiek racjonalnym wydatku _ mocy. Krzystnie, pecherzyki gazu sa wprowadza¬ ne na odleglosci promieniowej, stanowiacej przy¬ najmniej 75% maksymalnej równowaznej dlugo¬ sci ramienia r. Dla zapewnienia, aby maksymalna ilosc pecherzyków gazu, unoszaca sie z zespolu wtryskiwania gazu, byla dostepna dla cieczy ko¬ nieczne jest, aby zespól przecinajacy pecherzyki byl wysposazony w ramiona przecinajace, obej¬ muja swym zasiegiem przestrzen przynajmniej równowazna przestrzeni wtryskiwania gazu. 35 Przyklad I. W jednej sieci badan, testowa¬ no system napowietrzania, podobny do projektu systemu z fig. 2, z zastosowaniem wody wodocia¬ gowej ze wzgledu na charakterystyke mocy. Ba¬ dana kadz stanowil gleboki na 975 cm cylindrycz¬ ny zbiornik o srednicy wewnetrznej 56 cm i o na¬ chylonej podlodze. Element wtryskujacy gaz sta¬ nowil dwurarnienny, obracajacy sie rozpryskiwacz o srednicy 305 cm, przymocowany ^ia koncu wy¬ drazonego walu i posiadajacy równowazna szero- koisc czolowa W ramienia wynolszaca 0,64 cm. Zes- 45 pól rozpryskujacy byl umieszczony blisko podlogi badanej kadzi i sluzyl równiez jako dolny zespól przecinajacy pecherzyki. Górny zespól przecinaja¬ cy pecherzyki byl oddalony na 3,05 cm ponad roz- pryskiwaczem stanowiacym dolny zespól przeci- 50 najacy pecherzyki, i byl przymocowany na tym samym wale. Ten górny zespól posiadal cztery 20,3 cm odchodzace promieniowo ramiona, odda¬ lone od siebie co 90°, przy czym kazde z nich po¬ siadalo szerokosc czolowa wynoszaca 0,32 cm. 55 Maksymalna- równowazna dlugosc r ramienia, a takze maksymalna systemowa równowazna dlu- goisc R ramienia dla zesipolu wynosila 17,8 cm.Stosunek W/r górnego dolnego zespolu przecina¬ nia pecherzyków wynosil zatem odpowiednio 0,036 60 i 0,018. Dodatkowo, jak pokazano na fig. 4)b, kaz¬ de ramie przecinajace bylo odchylone od kierun¬ ku obrotu walu dla dalszego zminimalizowania pompowania plynu i zbierania odpadów.Zespól napowietrzajacy byl równiez wyposazony 65 w 17,8 cm podzialowa turbine lopatkowa (PBT) 40127 325 15 urzadzenia do napowietrzania powierzchniowego, taka jak rozbijacz piany. Turbina PBT miala po- dzialke 45° i szerokosc czolowa wynoszaca 2,54 cm, zas spód turbiny PBT byl oddalony na 38 cm ponad górny zespól przecinajacy pecherzyki. Pod- 5 czas testowania poziom cieczy znajdowal sie za¬ raz pod turbina PBT (zerowe zanurzenie). Kadz byla równiez wyposazona w cztery 7,6 cm szeroko¬ sci przegrody, rozstawione co 90° i siegajace nd wysokosci ponad poziomem cieczy w kadzi do wy- 10 sokosci zaraz ponad obracajacym sie rozpryski- waczem. Najdalej na zewnatrz wysunieta krawedz przegród znajdowala sie blisko wewnetrznego za¬ siegu ramion przecinajacych. (Predkosc obrotowa wynosila 375 obr/min. Dla celów porównawczych, 15 przebadano równiez konwencjonalny uklad napo¬ wietrzajacy, zanurzony w wodzie wodociagowej i w szlamie zawierajacym 2% wagowo czastek sta¬ lych w tej samej kadzi. Uklad ten nie byl wypo¬ sazony w urzadzenie do napowietrzania powierz- 20 chniowego i skladal sie jedynie z dwuramiennego rozpryskiwacza o srednicy 152 cm, umieszczonego na wysokosci 71 cm "ponizej poziomu cieczy, i ze ^ruby okretowej o srednicy • 15,2 cm, umieszczonej 114 cm ponad rozpryskiwaczem. Sruba okretowa u nakierowywala ciecz osiowo w dól na dwuramien- ny rozpryskiwacz. Predkosc obrotowa wynosila 400 obr/min, oraz zebrano dane odnosnie poboru mocy.Na figurze 6 jest pokazany wykres, przedsta¬ wiajacy prace ukladu konwencjonalnego w szla¬ mie zawierajacym 2%. wagowych czastek stalych (krzywa A) i w wodzie wodociagowej (krzywa B) zas krzywa C przedstawia prace ukladu z fig. 2, w wodzie wodociagowej. Na wykresie, stosunek poboru mocy przy zgazowywaniu do poboru mo¬ cy bez zgazowywania. (stosunek mocy) jest wy¬ kreslony jako funkcja predkosci powierzchniowej gazu napowietrzajacego (w metrach na minute).Dane weldijuig krzywej C pokazuja, 'ze uklad z fiig. 2 jest zasadniczo nieczuly na predkosc po- ^wierzdhniowa. Wystepuje •niewLefllki spadek stosun¬ ku mocy przy wiekszych predkosciach powierzch¬ niowych, leaz moze to pochodzic foardzlieg od zmia¬ ny igesitosci mieszaniny gaz—ciecz, niiz od zjawis¬ ka zalania. Zalanie jest to ajawiislko, przy którym sruba napedowa zostaje otoczona powloka nienu- chomego gazu tak, ze moc pobierana [przez wal raptownie spada. Zigodniez tym, raptownie spada równiez przenikanie masy. Jak pokazano poprzez dane w wodzie wodociagowej wedlug krzyweg B dla danego ukladu, zostaje on zalany w wodzie wodociagowej przy szybkosci zgazowywania, znajdujacej sie w obszarze 0,06 m/min. faktycznie wystepuje ponad 20% róznica w stosunku mocy przy wyzszych predkosciach powierzchniowych .po¬ miedzy ukladem z fig. 2 a znanym ukladem, pra¬ cujacym w wodzie wodociagoweó. Nalezy zauwa¬ zyc, ze to porównanie jest przyfbHizomei, poniewaz uklad bedzie zwykle .zalany przy mnieijszelj szyb¬ kosci zgazowywania przy nizszych predkosciach obrotowych. Zgodnie z tym, jesli uklad ze stanu techniki kosci obrotowefj 375 dbr/ttnin. co ukladu z fig. 2, to bedzie wykazywal zalanie przy nawet mniejszej predkosci powierzchniowej. Na fig. 6 jest równiez 16 pokazane przez porównanie krzywej A . B, ze uklad znany pracuje znacznie mniej sprawnie (rozpatrujac zuzycie mocy), gdy jest zastosowany do napowietrzania mieszaniny plynnej zawieraja- ceij 2% wagowo' czastek stalych^ w porównaniu z woda wodociagowa. Jakkolwiek uklad z fig. 2 nie byl* iiruchamiany w plynnonstalej: mieszaninie we¬ dlug zasad wynalazku*, to inne badania wykazaly, ze pobór mocy obecnego sposobu napowietrzania jiest w minieijsizym stopniu zaklócona przez wzra¬ stajaca predkosc powierzchniowa.Inaczej mówiac, zalanie wystejpuje przy znacznie wiekszych predkosciach powierzchniowych przy , praktykowaniu wynalacku, w porównaniu ze sta¬ nem techniki. Zgodnie z tym, moze przenikac ttten konieczny do realizowania szerszego zakresu szyb¬ kosci pofboru tlenu bez iznaczneigo spadku spraw¬ nosci dzialania.Przyklad II. Urzadzenie z fig. 2 opisane w przykladzie 1, zostalo zastosowane w badaniach nad stosowaniem wynalazku w praktyce, w celu ciaglego napowietrzania aktywowanego szlamu po¬ chodzacego ze scieków. Nastepujaca tablica A sta¬ nowi zestawienie kluczowych parametrów ukladu Tablica A równowazna wysokosc H/srednica D = 2,406 czolowa szerokosc W ramdenia/imaksy- malna równowazna dlugosc r ramienia = 0,036 dla rozprysfciwacza stanowiacego ,'dolny zespól przecinajacy oziowa (szerokosc W ramienia/imaklsy- madna równowazna dlugosc r ramienia = 0,018 dla górnego zespolu * [przecinajacego czolowa szerokosc W ramienia/odstep S pomiedzy zespolami przecinajacymi = 0,0104 maksymalna .systemowa równowazna dlugosc R ramienia/równowazna sredni¬ ca D pojemnika = 032 promien najbardziej zewnetrznego usy¬ tuowania miejisca witoryskiwania peche¬ rzyków = 80% maksy¬ malnej równowaznej diluigosci r Cechy robocze — przeprowadzanie fermentacji scieków za pomomoca tego ukladu przy zastoso¬ waniu gazu napowietrzajacego o zawartosci (obje- toscioweij) 99% tlenu byly nastepujace: Tablica B cechy doprowadzanego szlamiu Calkowita zawartosc czastek stalych % 3„04^3,51 Zawartosc lotnych czastek stalych % 2y34—3,36 Temperatura °C 13,5^24,0 cechy .komory fermentacyjnej Calkowita zawartosc czastek stalych % 2,42-^3,51 Temperatura°C 53,5—60,0 Czas przetrzymywania (dni.) 1,7—3,7 Redukcja lotnych czastek stalych % 16,4^^32,6 Gestosc mocy na wale J/sek na litr 0,098—0,49 10 1S 20 13 30 39 40 45 50 5S M127 325 17 Wiadomo, ze . fenmeratocja tlenowa szlamu scie¬ kowego postepuje szybciej przy podwyzszonych temperalturach. Gdy temlperaitlura wzras;ta ponad 35°C, wówczas zanikaja mikroorganizmy mezofil- ne i zaczynaja wzrastac formacje termofilne. Za¬ kres tteimperaitur 45° do 75° jest czesto odnoszony jako zakres termofilny,, w którym termoifile prze¬ wazaja i w którym wiekszosc mezofi/li zamiera.Pomad tym zakresem zanikaja termoflle, zas przy 90°C uklad staje sie zasadniczo sterylny. Ze wzgle¬ du na bardziej gwlatowne uftlienianie szlamu, fer¬ mentacja termofilna daje pelniejsze usuniecie ni¬ szczonych biologicznie zawieszonych lotnych cza¬ stek stalych- (VSS\ niz w tym samytm okresie czasu dalaiby fermenltacja w temperaturze otocze¬ nia. Uzyskuje sie bardziej stabilna pozostalosc, która mozna bez przeszkód rozporzadzac. Stwier¬ dzono, ze: termofilna fermentacja skutecznie zalbiija lub eliminufje ze szlamu bakterie chorobotwórcze- zapobiegajac tym samym poitemcjalmeimiu zagroze¬ niu dla zdrowia poprzez poizlbycie sie ich.Wiadomo, równiez ze biochemiczna reakcja, fer¬ mentacji, tlenowaj scieków ma charakter egzoter¬ miczny. W tym przykladzie temperatura doprowa¬ dzanego szlaimu znacznie wzrosla podczas fermen¬ tacji, to jest od 13,5—24,0°C do 53,5—60°C. Wska¬ zuje to- na fakt, ze spos'óib byl maksymalnie sku- teczny w warunkach jednoliltego rozprowadzania napowietrzajacego gazu zawierajacego 'tlen w mie¬ szaninie plynnonstalej tak ze reakcja egzoiterimicz- na mogla przebiegac gwaltownie i mogla spowo¬ dowac podgrzanie mieszaniny do pozadanego za^ kresu termofilnego.Przyklad III. Przed badaniem wedlug przy¬ kladu 2 zastosowano ten sam pojemnik fermenta¬ cyjny w ukladzie zanurzonej sruby okretowej, opisanym w (przykladzie i dla przeprowadzenia fer¬ mentacji tlenowej scieków za pomoca gazu za¬ wierajacego' 99% itlenu (objetosciowo). Wartosci po¬ boru mocy przy zgazowaniu dla badan wedlug tego ogólnego rodzaju sa naniesione na krzywa A z fig. 6. Parametry robocze tych badan byly nastepujace: Tablica C Cechy doprowadzanego szlamu Calkowita zawajtosc czastek stalych % 3,13—4,64 Stale czastki lotne % 2,52—2,92 Temperaltiura°C 19,4^18,7 Cechy komory fermentacyjnej i Calkowita zawartosc czastek stalych % 2,10—2,99 Temperatura °C 50,4^-50,2 Czas przetrzymywania (dni) 4,2—4,0 Redukcja lotnych czasltek stalych % 40„1—30,0 pierwsze badanie przeprowadzono przy mniefj- szetj koncentracji czastek stalych i przy dluzszym 15 18 czasie przetrzymywania w stosunku do drugiego okresu badania. Jednakze róznica, w czaste przetrzy¬ mywania jest stosunkowo niewielka, tak ze w o- breibie eksperymentu mozna zalozyc, ze zostaly ze- 5 brane dane przy tym samym sredniim czasie prze¬ trzymywania. "Nalezy zauwazyc, ze wyniki, pier- wsizego okresu badania, w oparciu o procentowa redukcje zawartosci lotnych czasltek stalydh, sa leplsze niz wyniki uzyskane w drugim okresie ba- 10. dania przy wiekszej koncentracji czastek stalych, tj. uklad dzialal lepiej przy niiziszych stezeniach czastek stalych. Jest to spowodowane zalewaniem ukladu sriulby okretowej. Wracajac do'fig. 6, knzy- wa stosunku mocy dla ukladu znanego przy za¬ wartosci 2% wagowo czastek stalych wykazuje,, ze urzadzenie' jest zalane' przy predkosci powierzch¬ niowej wynoszacej okolo- 0,027 mylmin.Jezeli predkosc powierzchniowa ma byc wiek¬ sza niz 0,027 m/min w celu dostarczenia potrzeb- 20 neij ilosci tlenu dla biologicznego- przetworzenia przy koncentracji 2% czastek stalych, wówczas uklad bejdlzie pracowal w warunkach zalania i sprawnosc dzialania sposolbu napowietrzania zma¬ leje. Poniewaz szylbkosc polboru tlenu dHa szlamu 25 sciekowego bedizie rosla przy wzrastajacych kon¬ centracjach czastek stalych,, wymagajacych wiek¬ szych szyfbkosci zgazowywania, zatean ogranicze¬ nia fizyczne urzadzenia napowietrzajacego i wy¬ magania biologiczne szlamu sciekowego pozostaja mat w sprzecznosci ze solba. Inaczej mówiac przy 30 zwiekszajacej sie konceritraaji czasltek stalych w szlamie jest wymagana wieksza predkoisc po¬ wierzchniowa dla dostarczenia wystarczajacej ilo¬ sci gazu napowietrzajacego do- kadzi w celliu po¬ krycia zapotrzebowania ijlenu przez szlatm, zas za-. 35 nur z one urzadzenie napowietrzajace ma tenden¬ cje do zalamia przy odpowiednio nizszej predkosci powierzchniowej. W efekcie, przy wiekszej koncen¬ tracji czastek stalych zanurzony uklad sruiby okre¬ towej pracuje ciagle w warunkach _zalania. Z tego 40 wzgledu, zanurzony uklad sruiby okretowej jesit mniej sprawny przy wiekszych sftezeniadh czasltek stalych niz system wedlug wynalazku, i musi dla zachowania sprawnosci ibyc uruchamiany przy niz¬ szych koncentracjach czasltek stalych. 45 j Przyklad IV. W tablicy D sa zelbrane para- matry robocze fermentacji tlenowejj scieku za po¬ moca gazu zawierajacego 99% tlenu i tej samej kadzi testowej,, kltora byla opisana poprzednio, dla pieciu' rozmaitych przebiegów. Przebiegi A i B wy- 50 stepuja dla ukladu zanurzonej sruby oikrejtowej z przykladu 1,, zas przejbiegi |Q D i E wystepuja dla podanego, w przykladzie ukladu przecinajacego wedlug wynalazku. , Przebieg A ceclhuje dlugi czas przetrzymywania 55 w stosunku do, kolejnych faz badania. W duzym stopniu przyczynia sie to do wiekszej redukcji lot¬ nych czastek stalych,' lecz mozna zauwazyc sto*- sunkowo niska konicemitracje czastek stalych wy¬ stepujaca w kadzi fermentacyjnej podczas tej fa- 6o zy badania. Podobnie w drugiej faziie7 ibadania (przi£ib:eg B) ^ukladu sruiby okreltowe^ koncenlra- oja czastek stalych w kadzi fermentacyjnej byla . utrzymana przecietnie na poziomie 2y2% wago¬ wych. Wieksze- stronia czastek sitaiych nie byly 65 moEiliwe do stosowania z tego wzgledu* ze nas*te_v19 127 325 Tablica D W [Charakterystyka . doprowadza*- nych Calkowita zawartosc czastek sta¬ lych Zawartosc lotnych czastek sta¬ lych % Temperatura °C Charakterystyka kadizi. fermen- stacyjnej Calkowita zawartosc czastek sta¬ lych % ¦ - ¦ ' Temperatura °C Czas przetrzymywania (dni) Redukcja lotnych czastek sta¬ lych % A 3,14 'A46 17„4 246 47„2 44 3fl,3 B 2,80 ' 2,18 24,8 %20 47,9 2,3 26,8 C 3,70 2,84 19,0 ' 3,00 55,4 2,4 1 b 2s,8 D 4,13 3,19 23,5 < 3,01 56i,7 2,7 29,8 iE 3,97 . '2,70 ¦ 21,8' ' 3,42 57,0 2,88 26,0 | puje wówczas zalewanie wystepujace przy szyb- kosciach zgazowywania, wymaganych dla spelnie- nia zapotrzebowania fermentowanego szlamu od¬ nosnie szybkosci poboru tleniu/ Jak * zauwazono uprzednio przy wiekszej koncentracji czastek sta;, lych, zanurzony uklad., sruby pociagowej pracuje stale w warunkach zalania. Z tego wzgledu, uklad zanurzonej srulby okretowej musi byc uriuchamiany przy nizszych koncentracjach czastek stalych. Jed¬ nakze, przy nizszych koncentracjach czastek sta¬ lych nie mozna optymalnie zuzytkowac korzysci wynikajacych z ciepla biologicznego, wyzwalanego podczas procesu fermentacji.Przy nizszej koncentracji czastek, stalych jest konieczna znacznie wieksza ilosc ciepla biologicz¬ nego dJla podniesienia plynnej mieszaniny ze wzgledu na Wieksza ilosc wody, przypadajaca na okreslona ilosc substancji biologicznej. Z tego wzglediu temperatura komory fermentacyjnej pod¬ czas pracy sruby okresowej (przebiegi A i B) -byla znacznie nizsza niz podczas przebiegu pracy w sysltemie wedlug wynalazku. Wynik ten posiada wazne skultki uboczne, pnzylkftadowo, w ukladzie ze snuiba okretowa nie mozna w sposób ciagly uzyskiwac pasteryzacji w racjonalnym czasie. W przeciwienstwie do tego, tablica D pokazuje, ze podczas przebiegów C, D i E obejmujacych prak¬ tykowanie wynalazku system .pracowal sprawnie przy koncentracji czastek stalych ponad 2,5% wa¬ gowych. W kazdym z tych przebiegów temperatu¬ ra komory fermentacyjnej byla latwo utrzymywa- na na poziomie ponad 50°C. Jak tu rozwazono spo¬ sób wedlug wynalazku ma szczeg61ine zastosowa¬ nie, w napowietrzaniu szlamów sciekowych o duzej koncentracji czastek stalych. Tego rodzaju szlamy maja nde tylko duze lepkosci pozorne* ale rów- niez wykazuja wlasnosci pseudoplastyczne. Jed¬ nakie , w szerszymi aspekcie, wynalazek ma zasto¬ sowanie w napowietrzaniu jakiejkolwiek plynno- -stalej mieszaniny pseudopllaistycznej o diuzej kon- centrac)ii czastek stalych. Tego rodzaju mieszani¬ ny nfe moga byc skutecznie napowietrzane typo¬ wymi, znanymi sposobami, lecz nadaja sie jedy¬ nie dla sposobu wedlug wynalazku. Przykladowo wiadomo jest, ze duza koncentracja miazgi papie¬ rowej w wodzie wykazuje wlasnosci pseudopfla- styczne (patrz przykladowo „Transport Phenome- non", Birda, Stewarda i Gightifooita, wydawnictwo. 30 f John Wiley i Synowie Inc., 1970„ strony Ul—-13.Z tego wzgledu wynalazek moze byc równiez sto¬ sowany przy kontaktowaniu z gazem scieków za¬ wierajacych miazge papierowa. iW kazdym zastosowaniu, pseudopiLastyczna i 35 plynno-stala mieszanina o duzej 'koncentracji cza- • stek stalych jest utrzymywana w pojemniku do napowietrzania przez okres czasu, konieczny do Otrzymania pozadanego stopnia oczyszczania, przy¬ kladowo, jezeli sposób ma byc zastosowany do 40 termofilnej fermentacji Ulenowej szlamu sciekowe¬ go za pomoca gazu wzbogaconego tlenem, wów¬ czas w zaleznosci od pozadanego stopnia oczysz¬ czenia stosuje, sie zwykle czas przeltrzymywania, trwajacy od 4 godzin do 10 dni. Tym niemniej, w 45 pewnych zastosowaniach, jak na przyklad przy obróbce pulpy papiercwej, w stosunku do której wynalazek znajduje potencjalne zastosowanie, czas przetrzymywania mieszaniny dla zapewnienia wla¬ sciwego oczyszczania musi byc zwykle dluzszy niz Bm okolo 15 minut.Jakkolwiek zalecane rozwiazania wynalazku zo¬ staly szczególowo opisane,, to jednak' nalezy rozu¬ miec, ze istnieja inne rozwiazania, obejmujace mo¬ dyfikacje przedstawionych cech i mieszczace sie w zakresie wynalazku.Zastrzezenie patentowe Urzadzenie do ciaglego napowietrzania pseudo- 60 elastycznej plynnonstalej mieszaniny o duzej kon¬ centracji czajs'tek stalych, wynoszacej przynajmniej 2,5%, wagowych, znamienne tym, ze zawiera po¬ jemnik do napowietrzania mieszaniny, w którym stosunek (H/D) równowaznej wysokosci #5 jemnika do jego równowaznej) srednicy (D) wyno-127 325 21 si pomiedzy 0,5 do 5„0 zas w poijemnikiu tym znaij- diutje sde przynagmnielj jeden pionowy," obrotowy wal (24), o gestosci mocy ponizej 0,295 J/sek na litr pojemnosci pojemnika, maijacy przylaczone przynajmniej dwa zespoly przecinajace pecherzy¬ ki (35); z któryclh kazdy posiada przynajmniejj dwa rozmieszczone symetrycznie, odchodzace na zew¬ natrz ramiona (37), tworzace urzadzenie przecina¬ jace pecherzyki, które ma taka maksymalna rów¬ nowazna dlugosc (r) ramienia a kazdy zespól prze¬ cinajacy pecherzyki (35) taka równowazna czolo¬ wa szerokosc ramienia (W), ze stosunek (W/r) jest mnieijszy niz 0,1„ a powierzchnia czolowa ramienia o szerokosci (W) znajduje sie przy zaworze poz- wailaijacym na unikniecie intensywnego pompowa¬ lo 15 22 nia mies"zaniny przez ten zespól, zas maksymalna systemowa równowazna dlugosc (R) ramienia sta¬ nowi przynajmniej 25% równowaznej srednicy (D) pojemnika, przy czym zespoly .przecinajace peche¬ rzyki (35) sa oddalone pionowo od siebie tak, ze stosunek czoloweg szerokosci ramienia (W) do pio¬ nowego odsitejpu (S) zespolów przecinajacych mies¬ ci sie pomdejdzy 0,005 a 0,04, a ponadto zawiera liczne promieniowo rozmieszczone miejsca wstrzy¬ kiwania pecherzyków gazu napowietrzajacego usy¬ tuowane przy dolnym koncu pojemnika., przy czyim promien najdalej na zewnatrz usytuowanego miej¬ sca wstrzykiwania stanowi przynaijmnieij 40% mak¬ symalnej równowaznej dlugosci (r) ramienia zes¬ polu przecinajacego pecherzyki (35).FIG. 1 a l SEZWLflDW03ClO*fl PlYM CZftfTrK STRLYCH U\EHYt*fitAHPl KONWEKCJfi A/JKUfEK ZL0K*UZ0¥lftfV&O Doi* z*M»tr»tt zami hobrt* CMacm graurtu ^^127 325 sc 30 A 23A 2EjnF ¦H3I 29 2 22-n tiH^M^^ ' ¦¦ - 24- •^^ 35 "" i ^ 36\-.\\ 37 o ^ 25 26 27 "PT 33 38 -21 FIG. 2 FIG. 3127 325 FIG. 4(b) FIG. 4(a) 250 FIG. 4(c) 335b I/324 y==Q 337d ¦'.'. • ;\ •' 335d N 335c • : 337b -,335a a= 353- 354 FIG. 5 355 v320 355 F I G. 5a127 325 FIG. 6 0.6 0.8 PREDKOSC POW)£XZCHfVlQh(t ($T&Py/hin) RSW Zakl. Graf. W-wa, Srebrna 16, z. 600-85/O — 90 +20 egz, Cena 100 zl PL