PL209175B1 - Urządzenie do dyspersji gazów w cieczy - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do dyspersji gazów w cieczy, umożliwiające uzyskiwanie drobnych pęcherzyków gazu przy małym zużyciu energii.

Obecnie znanych jest wiele sposobów i urządzeń do dyspersji gazów pod powierzchnią cieczy, wykorzystywanych szczególnie w procesie oczyszczania ścieków komunalnych metodą osadu czynnego i w procesie wzbogacania minerałów metodą flotacji.

Do napowietrzania głębokich komór osadu czynnego stosuje się głównie dyfuzory z perforowaną membraną. Wymaga to instalowania rozleglej sieci rurociągów sprężonego powietrza a membrany często zatykają się.

Znane także do napowietrzania, ale mniej rozpowszechnione, są aeratory mechaniczne z pionowym wałem.

W procesach flotacji, w maszynach flotacyjnych, dyspersję drobnopęcherzykową powietrza uzyskuje się stosując aeratory neumo-mechaniczne, składające się z wirnika łopatkowego i uspokajacza.

Przykładowo, z polskiego opisu patentowego nr 77456 znany jest wirnik do mieszania gazu z cieczą , który posiada poziom ą pł aską tarczę wirnikową , do której od doł u przymocowany jest pierścień o pobocznicy w postaci dowolnej bryły obrotowej, tworzącej razem z tarczą zbiornik otwarty od dołu. Do zewnętrznej strony pierścienia przytwierdzony jest promieniowo szereg łopatek o poprzecznym przekroju w postaci prostokąta, których wysokość jest większa od szerokości. Pierścień przymocowany do tarczy wirnikowej może stanowić pobocznicę walca.

Z polskiego opisu patentowego nr 181786 znany jest wirnik do mieszania gazu z płynem. W skład tego wirnika wchodzi w przybliżeniu pionowa część, w przybliż eniu równoległa do osi obrotu, oraz pewna liczba biegnących od niej na zewnątrz łopatek, z których co najmniej niektóre mają część górną przystosowaną do wzbudzania przepływu płynu w przybliżeniu ku dołowi ku wirnikowi oraz część dolną przystosowaną do wzbudzania przepływu płynu w przybliżeniu ku górze ku wirnikowi. W skład wirnika wchodzą ponadto środki barierowe, co najmniej częściowo dzielące wspomniane części, górną i dolną, oraz wlot gazu usytuowany z tej samej strony środków barierowych, co część dolna. W skład środków barierowych może wchodzić człon podobny do kołnierza leżący w płaszczyźnie w przybliżeniu prostopadłej do osi obrotu, który może przecinać, co najmniej część łopatek, albo stanowić ich integralną część.

W polskim opisie patentowym nr 109447 opisane jest urządzenie do flotacji minerałów, w skład, którego wchodzi układ mieszająco-napowietrzający złożony z radialnego uspokajacza łopatkowego, zamocowanego w dolnej części zbiornika i wirnika łopatkowego.

Wirnik łopatkowy składa się z płyty oraz pierścienia o pobocznicy w postaci dowolnej bryły obrotowej z łopatkami. Pierścień ten tworzy z płytą wirnika rodzaj zbiornika otwartego od dołu. W bocznej części wirnika, utworzonej przez pierścień oraz znajdujące się na jego obwodzie łopatki wykonane są otwory o przekroju poprzecznym dowolnego kształtu. Otwory te łączą przestrzeń ograniczoną przez pierścień i płytę wirnika z przestrzenią na zewnątrz wirnika i mogą być rozmieszczone dowolnie, zarówno w samym pierścieniu jak i w łopatkach, z tym, że w przypadku, gdy otwory te wykonane są w łopatkach, ich przekrój poprzeczny ma kształt kołowy.

Wokół okrągłej płyty wirnika znajdują się, rozmieszczone radialnie, prostokątne łopatki uspokajacza zaburzeń hydrodynamicznych.

W opisanym tu rozwiązaniu powietrze kierowane jest drążonym wałem pod płytę wirnika, skąd otworami wypływa na zewnątrz wirnika.

Z polskiego zgł oszenia patentowego nr P344060 znany jest aerator maszyny flotacyjnej, posiadający wirnik usytuowany współśrodkowo wewnątrz łopatkowego statora. Wirnik, zamocowany jest do drążonego wału napędowego, ma postać okrągłej tarczy z otworem w środku, do której od dolnej jej strony przytwierdzone są łopatki o kształcie prostopadłościanu, rozmieszczone radialnie i symetrycznie wokół elementu cylindrycznego usytuowanego współśrodkowo od dołu tarczy. Element cylindryczny może posiadać otwory. Łopatki wirnika przy zewnętrznej powierzchni cylindrycznego elementu posiadają wycięcia lub pionowe szczeliny.

Wirnik współpracuje ze statorem. Łopatki statora rozmieszczone są radialnie na płycie mającej postać pierścienia leżącego w płaszczyźnie wyznaczonej przez dolne krawędzie łopatek wirnika a usytuowanego równolegle do dna komory flotacyjnej. Ł opatki statora są równej wysokoś ci i mają postać prostopadłościanu o przekroju poprzecznym w kształcie prostokąta, a ustawione są prostopadle do płaszczyzny płyty statora. Od góry łopatki statora są przykryte pierścieniem kołowym.

PL 209 175 B1

Stator posiada dodatkowo kierownicę napływu usytuowaną pod wirnikiem.

W rozwią zaniu opisanym w zgł oszeniu P344060 powietrze doprowadzane jest do aeratora poprzez drążony wał napędowy wirnika. Powietrze wpływa otworem w tarczy wirnika do elementu cylindrycznego a stamtąd otworami wydostaje się poprzez wycięcia w łopatkach wirnika w przestrzeń między łopatkami wirnika i razem z przepływającą tam cieczą wypływa na zewnątrz wirnika, a następnie poprzez szczelinę przedostaje się do statora. Ze statora, ukierunkowana radialnie na jego łopatkach, mieszanina cieczy i zdyspergowanego powietrza wypływa w przestrzeń komory flotacyjnej.

We wszystkich opisanych rozwiązaniach powietrze doprowadza się pod wirnik drążonym wałem. Ilość dyspergowanego w ten sposób powietrza jest ograniczona wydajnością pompowania wirnika. Zużycie energii na zdyspergowanie 1 000 Nm³ powietrza i utrzymanie flotowanych osadów w zawiesinie wynosi nie mniej jak 30 - 100 kWh, tym mniej im większa jest maszyna flotacyjna.

Celem wynalazku jest opracowanie takiego urządzenia do dyspersji gazu w cieczy, które wyeliminuje przedstawione problemy.

Cel ten zrealizowano opracowując urządzenie do dyspersji, w którym dyspergowany gaz wprowadza się do przestrzeni wewnętrznej łopatek uspokajacza, skąd poprzez szczeliny w ściance pionowej łopatki wypływa do kanałów pomiędzy łopatkami uspokajacza.

Urządzenie według wynalazku składa się z wirnika łopatkowego i łopatkowego uspokajacza radialnego, usytuowanych współosiowo wewnątrz komory, przy czym średnica wewnętrzna uspokajacza jest o 10 do 50 mm większa od zewnętrznej średnicy wirnika.

Uspokajacz tworzy 12 - 20 łopatek połączonych sztywno z tarczą w kształcie pierścienia i skierowanych w dół, mających kształt graniastosłupów otwartych od dołu, o podstawie trójkąta równoramiennego, którego wierzchołek o kącie 10 - 20°, korzystnie 13 - 15°, skierowany jest do osi wirnika, natomiast jego krótki bok jest korzystnie fragmentem okręgu.

W każdej z łopatek uspokajacza, od góry, znajduje się otwór wlotowy gazu, przez który doprowadzany jest gaz do przestrzeni wewnętrznej łopatki.

Boczne ścianki łopatek, od dołu, posiadają pionowe szczeliny o szerokości 2 - 20 mm, korzystnie 5 - 10 mm.

Wprowadzanie dyspergowanego gazu poprzez przestrzeń wewnętrzną łopatek do cieczy pomiędzy łopatki uspokajacza umożliwia uzyskiwanie drobnych pęcherzyków gazu przy względnie małym zużyciu energii.

Ponadto, zwiększając wydajność pompowania wirnika, na przykład poprzez zwiększenie średnicy lub szybkości obrotowej wirnika, dodatkowo można znacznie poprawić stopień dyspersji gazu i rozwinięcie powierzchni międzyfazowej ciecz - gaz.

Tak więc opracowane rozwiązanie eliminuje problemy związane z zarastaniem instalacji napowietrzającej przy metodzie barbotażowej (dyfuzory membranowe) czy też kilkukrotnie zwiększa ilość dyspergowanego gazu bez konieczności podwyższenia mocy mieszadła (wirnika) w aeratorach pneumo - mechanicznych z pionowym wałem.

Wynalazek został objaśniony w przykładzie wykonania oraz na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie całe urządzenie w przekroju pionowym, fig. 2 przedstawia zespół łopatek uspokajacza w widoku z góry, fig. 3 przedstawia widok boczny łopatki uspokajacza.

Urządzenie do dyspersji gazów posiada komorę 1 w kształcie walca, w której zamocowany jest wirnik łopatkowy 2 i łopatkowy uspokajacz radialny 3. Wszystkie elementy 1,2,3 usytuowane są współosiowo. W pobliżu dna komory 1 o średnicy 462 cm zamocowany jest uspokajacz 3 o średnicy zewnętrznej 240 cm, a wewnątrz uspokajacza, na drążonym wale napędowym 4 zamocowany jest wirnik 2 o średnicy zewnętrznej wynoszącej 94 cm.

Uspokajacz 3 posiada 12 łopatek 5 zamocowanych radialnie od dołu do pierścienia 6. Łopatki 5 mają kształt graniastosłupów otwartych od dołu, których podstawy mają kształt trójkąta równoramiennego o wierzchołku o kącie 15°, skierowanym do osi wirnika, którego krótki bok jest fragmentem okręgu. W każdej z łopatek 5 uspokajacza 3, od góry, znajduje się otwór wlotowy 7 przez który gaz doprowadzany jest do wnętrza łopatki 5 przewodami 8.

Boczne ścianki łopatek 5, od dołu, posiadają pionowe szczeliny 9 o szerokości 0,8 cm.

Dyspersja powietrza w cieczy przy zastosowaniu tego urządzenia przebiega następująco.

W komorze 1 urządzenia, wypełnionej cieczą, wirnik 2 wprawia się w ruch obrotowy z prędkością m/s i jednocześnie podaje się przewodami 8 do wewnętrznej przestrzeni ł opatek 5 powietrze pod ciśnieniem 0,03 MPa, skąd powietrze wtłaczane jest do kanałów pomiędzy łopatki 5 uspokajacza radialnego 3 przez szczeliny 9 w łopatkach 5 uspokajacza 3. W kanałach między łopatkami 5 uspokajacza 3

PL 209 175 B1 ma miejsce zderzanie się cienkich płaskich strumieni powietrza z silną strugą wirującej cieczy pompowaną przez wirnik 2, co powoduje rozdrobnienie powietrza na drobne pęcherzyki.

Claims (1)

1. Urządzenie do dyspersji gazów w cieczy składające się z umieszczonych współosiowo wewnątrz komory, wirnika łopatkowego i łopatkowego uspokajacza radialnego o 12-20 łopatkach połączonych ze sobą sztywno, w którym średnica wewnętrzna uspokajacza jest większa od zewnętrznej średnicy wirnika o 10 do 50 mm, znamienne tym, że znajdujący się na zewnątrz wirnika (2) uspokajacz (3) tworzą łopatki (5) mające kształt graniastosłupów otwartych od dołu o podstawie trójkąta równoramiennego, którego wierzchołek o kącie 10 -20°, korzystnie 13 - 15°, skierowany jest do osi wirnika (2), natomiast jego krótki bok jest korzystnie fragmentem okręgu, a w górnej powierzchni każdej z ł opatek (5) uspokajacza (3) znajduje się otwór wlotowy (7) gazu, a ponadto boczne ś cianki ł opatek (5), od dołu, posiadają pionowe szczeliny (9) o szerokości 2-20 mm, korzystnie 5 - 10 mm.

   PL 209 175 B1