RU231958U1 - Вихревой сатуратор - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к устройствам, предназначенным для насыщения жидкости газом и выделения из пересыщенного раствора тонкодисперсных пузырьков, и может быть использована для очистки природных и сточных вод методом флотации. Технической задачей полезной модели является повышение степени дисперсности получаемой водовоздушной смеси при снижении энергопотребления. Технический результат достигается за счет того, что вихревой сатуратор содержит цилиндрический корпус, соединенный посредством патрубка с эжектором. Корпус закрыт герметическим днищем с одной стороны, а с другой стороны снабжен цилиндрической вихревой камерой, имеющей диаметр в 5 раз больше диаметра корпуса сатуратора, к которой тангенциально присоединен патрубок подачи воды, а по ее оси размещена вихревая вакуумная камера, верхний конец которой является патрубком вывода водовоздушной смеси. Совокупность существенных признаков настоящей полезной модели позволяет повысить степень дисперсности получаемой водовоздушной смеси при снижении энергопотребления.

Description

Полезная модель относится к устройствам, предназначенным для насыщения жидкости газом и выделения из пересыщенного раствора тонкодисперсных пузырьков, и может быть использована для очистки природных и сточных вод методом флотации.

Известен сатуратор, предназначенный для насыщения воды атмосферным воздухом при повышенном давлении, состоящий из цилиндрического корпуса, снабженного входными трубопроводами подачи воды и воздуха и выходными трубопроводами для выведения обработанной воды и излишков воздуха, в котором размещен пористый элемент, разделяющий внутреннее пространство корпуса на две соосные полости, сообщающиеся между собой через поры элемента, отличающийся тем, что пористый элемент выполнен в виде трубчатого элемента, соединенного с трубопроводом подачи воздуха; при этом трубопровод подачи воды подсоединен к полости, образующейся между стенкой цилиндра и пористым элементом (RU 162450 U1, заявка 2015151936/05 от 03.12.2015 опубл. 10.06.2016. Бюл. №16).

В сатураторе известной конструкции насыщение воды воздухом подаваемым компрессором осуществляется при значительной величине избыточного давления р_р=0,3-0,5 МПа. В результате резкого сброса давления до р_а=10⁵ Па в потоке воды, насыщенной воздухом в сатураторе, раствор воздуха становится пересыщенным (концентрация воздуха в растворе с_р, мг/л, превышает величину концентрации насыщения при атмосферном давлении с_на, мг/л).

В соответствии с законом Лапласа из пересыщенного раствора воздуха в воде могут выделяться зародыши пузырьков воздуха, имеющие минимальный размер (радиус) R_кp, м

где - коэффициент поверхностного натяжения на границе раздела фаз «вода-воздух»;

Δр=р_р-р_а, Па, - разница давлений в жидкости до р_р и после сброса избыточного давления р_а.

Процесс выделения зародышевых пузырьков воздуха из пересыщенного раствора, несмотря на наличие пресыщения, значительно затруднен из-за энергетического барьера, возникающего вследствие необходимости образования границы раздела фаз «вода-воздух», на что требуется дополнительная энергия. Новая фаза может образоваться только в процессе спонтанной локальной флуктуации концентраций растворенного газа в некотором объеме раствора. Выделившиеся из пересыщенного раствора зародышевые пузырьки воздуха быстро увеличивают свой размер за счет процесса диффузии в них растворенного в воде воздуха. Поскольку процесс выделения зародышевых пузырьков воздуха из пересыщенного раствора затруднен, то число образующихся в объеме жидкости зародышевых пузырьков с ростом величины пересыщения раствора воздухом возрастает незначительно, а размер формирующихся из пересыщенного раствора пузырьков воздуха существенно увеличивается.

Недостатком известного сатуратора является необходимость подачи в устройство сжатого воздуха, что существенно усложняет процесс эксплуатации и увеличивает его энергопотребление, при этом образование на выходе из устройства, из раствора, имеющего большую степень пересыщения, относительно крупных пузырьков воздуха снижает эффективность процесса флотационного удаления мелкодисперсных частиц загрязнений.

Технической задачей полезной модели является повышение степени дисперсности получаемой водовоздушной смеси при снижении энергопотребления.

Технический результат достигается за счет того, что вихревой сатуратор содержит цилиндрический корпус, соединенный посредством патрубка с эжектором. Корпус закрыт герметическим днищем с одной стороны, а с другой стороны снабжен цилиндрической вихревой камерой, имеющей диаметр в 5 раз больше диаметра корпуса сатуратора, к которой тангенциально присоединен патрубок подачи воды и соосно с ней присоединена вихревая вакуумная камера, верхний конец которой является патрубком вывода водовоздушной смеси.

Данная конструкция позволяет без дополнительных затрат энергии обеспечить эжекцию атмосферного воздуха при незначительной величине избыточного давления потока воды, подаваемого в эжектор, и при этом получить, а затем подать в корпус сатуратора крупнодисперсную водовоздушную смесь, и за счет вращательно-поступательного движения потока выделить из пересыщенного раствора при пониженном давлении тонкодисперсные пузырьки воздуха и создать на выходе мелкодисперсную водовоздушную смесь.

Полезная модель, вихревой сатуратор, поясняется сопровождающими чертежами: фиг. 1 - разрез А-А, фиг. 2 - разрез Б-Б.

Вихревой сатуратор содержит цилиндрический корпус 1, нижний конец которого закрыт герметическим днищем 8, а к его верхнему концу прикреплена цилиндрическая вихревая камера 2 имеющая диаметр D, величина которого в 5 раз больше диаметра d₁ корпуса 1. К цилиндрической вихревой камере 2 тангенциально присоединен патрубок 3 подачи воды, а по ее центру соосно с корпусом 1 размещена вихревая вакуумная камера 5, верхний конец которой является патрубком 9, предназначенным для отвода выделяющейся из пересыщенного раствора мелкодисперсной водовоздушной смеси. К корпусу 1 тангенциально присоединен патрубок 4 подачи крупнодисперсной водовоздушной смеси, образующейся на выходе из эжектора 6.

Вихревой сатуратор работает следующим образом.

Потоки обрабатываемой воды поступают в патрубок подачи 3 и на вход в эжектор 6, при этом их расходы, а также количество эжектируемого воздуха регулируются запорной арматурой 10. Поступая в вихревую камеру 2 по тангенциально присоединенному к ней патрубку 3, поток воды создает вращательное движение с некоторой угловой скоростью ω₁, затем вращающийся поток воды перетекает в кольцевую камеру 7, образованную внутренней стенкой корпуса 1 и внешней стенкой вакуумной вихревой камеры 5, где он приобретает вращательно-поступательное движение. Величина угловой скорости нисходящего потока воды в кольцевой камере 7 ω₂ увеличивается прямо пропорционально отношению квадратов диаметров вихревой камеры 2, D и корпуса сатуратора 1, d₁. В результате вращательно-поступательного движения потока воды в кольцевой камере 7 величина давления в ней становится меньше чем величина на входе в патрубок 4 и на выходе из эжектора 6. Под действием перепада давлений жидкости на входе и выходе из эжектора 6 он подсасывает атмосферный воздух, в результате чего в патрубок 4 поступает крупнодисперсная водовоздушная смесь. В процессе вращательно-поступательного движения водовоздушной смеси в кольцевой камере 7 вода насыщается воздухом при повышенном давлении. Дойдя до днища 8 корпуса вихревого сатуратора 1, нисходящий вращающийся поток водовоздушной смеси меняет направление своего движения, и восходящий поток водовоздушной смеси поступает в вакуумную вихревую камеру 5. Угловая скорость вращения восходящего потока водовоздушной смеси ω₃, поступающей в вакуумную камеру 5, увеличивается прямо пропорционально отношению квадрата диаметров корпуса сатуратора 1, d₁, и вакуумной вихревой камеры 5, d, в результате чего в ней создается пониженное давление. Раствор воздуха во вращающемся восходящем потоке водовоздушной смеси при пониженном давлении становится пересыщенным, и из него выделяются тонкодисперсные пузырьки воздуха. Мелкодисперсная водовоздушная смесь отводится из вихревого сатуратора через патрубок 9.

Совокупность существенных признаков настоящей полезной модели позволяет повысить степень дисперсности получаемой водовоздушной смеси при снижении энергопотребления.

Claims (1)

1. Вихревой сатуратор, содержащий цилиндрический корпус, патрубок подачи воды, патрубок отвода мелкодисперсной водовоздушной смеси, отличающийся тем, что корпус с нижнего конца закрыт герметическим днищем, а с верхнего конца снабжен соосно соединенной с ним цилиндрической вихревой камерой, имеющей диаметр в 5 раз больше диаметра корпуса, к которой тангенциально присоединен патрубок подачи воды, при этом по центру цилиндрической вихревой камеры соосно с корпусом размещена вихревая вакуумная камера, верхний конец которой является патрубком отвода мелкодисперсной водовоздушной смеси, а к корпусу тангенциально присоединен патрубок подачи крупнодисперсной водовоздушной смеси, выполненный с возможностью соединения с эжектором.

Images