CN102513040A - 陶瓷膜微孔气体分布器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种微孔气体分布器，包括壳体（1），壳体（1）上有进气口（5）、进液口（6）和排液口（7）；所述的壳体（1）内装有陶瓷膜元件（2），陶瓷膜元件（2）的一端开口，一端用环氧树脂封闭，进气口（5）和陶瓷膜元件（2）的开口端相通。本发明利用膜材料的微孔特性，气体从陶瓷膜元件的开口端进入，从侧壁的微孔放出，使气泡细小、均匀，且液体由进液口向排液口移动，使从陶瓷膜元件内扩散的气泡在壳体内与液体充分接触，提高了气液传质效率，陶瓷膜具有耐高温、高压、酸碱等特点，可在各种溶液中长期使用，连续运行时间长，运行稳定，降低了运行费用。

Description

陶瓷膜微孔气体分布器
技术领域
本发明涉及一种微孔气体分布器，尤其涉及一种陶瓷膜微孔气体分布器。
背景技术
气体分布器广泛应用于气体吸收、气液反应、生化曝气等气液传质设备中，气体在一定压力的驱动下，通过气体分布器扩散成微小气泡汇入液体，进行混合和传质。气体分布器根据结构可以分为管式、板式和盘式分布器；根据材料又可以分为陶瓷、橡胶膜片、聚乙烯和金属分布器。气体分布器的材质、结构和孔径大小直接影响了其寿命和传质效果，例如，微孔气体分布器产生气泡的比表面积（a>6mm-1）比一般分布器的比表面积（a<0.6mm-1）大得多，使传质过程得到极大强化。
目前已有的气体分布器存在许多缺陷，如中国专利CN101746895A公布了一种管式微孔曝气方法及装置设计了一种在橡胶膜片上均匀分布有Y型微孔的气体分布器，利用曝气时的气体压力使Y型空张开，气体扩散到水中；停止曝气时，由于橡胶自身的弹力和水压使孔闭合。此装置虽然可以避免水中物质堵塞气孔，但是由于橡胶本身易老化，不适用于含有氯或其他化学清洁剂的液体中，故使用寿命不长，且由于孔径过大，曝气效率不高。专利CN101982429A公布了超微孔曝气器采用40～50目刚玉烧制成曝气盘片，虽然克服了材质老化的问题，但是盘式气体分布器存在曝气死角，且在应用于污水曝气时污水中的杂质易落于盘面上，造成孔径堵塞。专利CN1074837公布了膜气体分布器是以金属或有机的管式或平板膜为元件设计的气体分布器。虽然该气体分布器膜孔小，气液传质能力强，但是以金属为材料的气体分布器，由于金属可能与溶液发生反应，使用范围受到限制；而有机材料不耐酸碱、抗压能力有限，也缩短了其使用寿命。因此，需要发明一种使用寿命长，气液传质效率高的微孔气体分布器。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题提供一种陶瓷膜微孔气体分布器。
本发明的另一目的是提供陶瓷膜微孔气体分布器的曝气方法。
本发明实现其技术目的所采用的技术方案是：
一、陶瓷膜微孔气体分布器，包括壳体，壳体上有进气口、进液口和排液口；所述的壳体内装有陶瓷膜元件，陶瓷膜元件的一端开口，一端用环氧树脂封闭，进气口和陶瓷膜元件的开口端相通。
所述的陶瓷膜元件由无机金属氧化物烧结而成。
所述的无机金属氧化物为氧化铝或氧化锆。
所述的陶瓷膜元件的孔隙率为30%～60%。
所述的陶瓷膜元件的微孔孔径为50nm～800nm。
所述的陶瓷膜元件为多个，在壳体内纵向平行排列。
作为本发明的进一步改进，所述的壳体内还装有隔板，进液口和排液口分别位于隔板的两侧，隔板上局部有缺口，隔板上具有内径与陶瓷膜元件外径相匹配的小孔，陶瓷膜元件从小孔中穿过。
所述的隔板为多块，相邻的隔板分别与壳体的两侧固接。
所述的隔板数量为奇数，进液口和排液口分别位于壳体的同侧。
所述的隔板数量为偶数，进液口和排液口分别位于壳体的两侧。
作为本发明的进一步改进，所述的壳体两端还装有花板，花板与壳体内侧壁固接，花板上具有内径与陶瓷膜元件外径相匹配的小孔，陶瓷膜元件从小孔中穿过，进液口和排液口与两块花板之间形成的空腔相通。
二、陶瓷膜微孔气体分布器的曝气方法，气体由进气口进入壳体中的陶瓷膜元件内，再通过陶瓷膜元件管壁的微小孔向外扩散；液体从进液口进入，扩散的气体与液体接触，进行气液传质后，液体从排液口流出。
采用上述技术方案的积极效果：本发明利用膜材料的微孔特性，气体从陶瓷膜元件的开口端进入，从侧壁的微孔放出，使气泡细小、均匀，且液体由进液口向排液口移动，使从陶瓷膜元件内扩散的气泡在壳体内与液体充分接触，提高了气液传质效率；在壳体两端设有花板，防止了停止曝气时液体回流至气体泵的可能性，提高了泵的使用寿命；壳体内有多块隔板，在隔板的作用下，使液流更加湍急，液体和气泡充分混合，提高气液传质效率；与橡胶膜片、聚乙烯和金属等材质相比，陶瓷膜具有耐高温、高压、酸碱等特点，可在各种溶液中长期使用，连续运行时间长，运行稳定，降低了运行费用。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的另一实施方式的结构示意图。
图3是本发明的使用流程图；
图中：1-壳体，2-陶瓷膜元件，3-隔板，4-花板，5-进气口，6-进液口，7-排液口，8-空气压缩机，9-压力表，10-缓冲罐，11-转子流量计，12-陶瓷膜微孔气体分布器，13-料液罐，14-集液罐，15-真空缓冲罐，16-真空泵。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1是本发明的结构示意图，如图所示，陶瓷膜微孔气体分布器，包括壳体1，壳体1上有进气口5、进液口6和排液口7。壳体1内装有陶瓷膜元件2，陶瓷膜元件2的一端开口，一端用环氧树脂封闭，进气口5和陶瓷膜元件2的开口端相通。气体由进气口5进入陶瓷膜元件2。陶瓷膜元件2由无机金属氧化物烧结而成，无机金属氧化物可以是氧化铝或者氧化锆，陶瓷膜元件2的孔隙率为30%～60%，微孔孔径为50nm～800nm。由于陶瓷膜元件2的一端开口，一端用环氧树脂封闭，因此，进入的气体从陶瓷膜元件2侧壁上的微孔放出，形成微小气泡。陶瓷膜元件2为多个，在壳体1内纵向平行排列，加大陶瓷膜元件2的释放面积。
为了更大的提高气液传质效率，制造出湍急的液流，使气泡和液体充分混合，壳体1内还装有隔板3，进液口6和排液口7分别位于隔板3的两侧，隔板3上局部有缺口，隔板3上具有内径与陶瓷膜元件2外径相匹配的小孔，陶瓷膜元件2从小孔中穿过。当液体在壳体1内流动时，由于受到隔板3的阻挡，使水流从隔板3上的局部缺口部位流过，形成湍急的液流。
为了更进一步的加强效果，将隔板3设置为多块，相邻的隔板3分别与壳体1的两侧固接，这样使得液流在壳体1内曲折前行，液流更加湍急，与气泡的混合也就更加均匀。为了延长液体流动的行程，如图1所示，隔板3数量为奇数，进液口6和排液口7分别位于壳体1的同侧。图2是本发明的另一实施方式的结构示意图，如图2所示，隔板3数量为偶数，进液口6和排液口7分别位于壳体1的两侧。
由于在使用时，本装置与气体泵连接，为了防止停止曝气时液体回流至气体泵的可能性，延长气体泵的使用寿命，壳体1两端还装有花板4，花板4与壳体1内侧壁固接，花板4上具有内径与陶瓷膜元件2外径相匹配的小孔，陶瓷膜元件2从小孔中穿过，进液口6和排液口7与两块花板4之间形成的空腔相通。这样，液体只在两块花板4形成的空腔内进行流动，不会干扰进气口5，因此，停止曝气时液体也不会回流至进气口5，进而回流到气体泵，延长气体泵的使用寿命。
陶瓷膜微孔气体分布器的曝气方法，气体由进气口5进入壳体1中的陶瓷膜元件2内，再通过陶瓷膜元件2管壁的微小孔向外扩散；液体从进液口6进入，扩散的气体与液体接触，进行气液传质后，液体从排液口7流出。整个过程中实现气泡和液体的充分混合，气液传质效率高。
图3是本发明的使用流程图，如图所示，气体由空气压缩机8输送，经过缓冲罐10，使流量达到稳定，空气压缩机8和缓冲罐10之间的管线上装有压力表9，便于随时进行观察，然后通过转子流量计11调节气体流量达到实验范围值。气体由进气口5进入陶瓷膜微孔气体分布器12内，通过陶瓷膜元件2上的微孔扩散成细小均匀的气泡，料液罐13内的清水由进液口6进入壳体1内，与扩散出的细小均匀气泡混合接触，接触后，气体和液体的混合物在真空泵16的负压抽吸作用下从排液口7排出，进入集液罐14，真空泵16与集液罐14之间安装真空缓冲罐15，对真空泵16的负压作用做进一步的缓冲。
实施例1
    以测量水中充氧量为例，采用氧化铝烧结而成的陶瓷膜元件2，孔隙率为36%，平均孔径为50nm，且隔板3数量为奇数，进液口6和排液口7在壳体1的同侧。气体由空气压缩机8输送，经过缓冲罐10，使流量达到稳定，空气压缩机8和缓冲罐10之间的管线上装有压力表9，便于随时进行观察，然后通过转子流量计11调节气体流量达到实验范围值。当气体压力达到0.1Mpa时，由进气口5进入陶瓷膜微孔气体分布器12内，通过陶瓷膜元件2上的微孔扩散成细小均匀的气泡，料液罐13内的清水由进液口6进入壳体1内，与扩散出的细小均匀气泡混合接触，接触后，气体和液体的混合物在真空泵16的负压抽吸作用下从排液口7排出，进入集液罐14，真空泵16与集液罐14之间安装真空缓冲罐15，对真空泵16的负压作用做进一步的缓冲。以碘量法测定出水中的溶解氧，实验结果表明，与传统盘式气体分布器相比，使用本发明的陶瓷膜微孔气体分布器可使氧吸收速率提高3倍，传质系数提高100%。
实施例2
以亚硫酸钠空气氧化法测定亚硫酸钠中溶解量为例，采用氧化锆烧结而成的陶瓷膜元件2，孔隙率为50%，平均孔径为800nm，且隔板3数量为偶数，进液口6和排液口7在壳体1的不同侧。气体由空气压缩机8输送，经过缓冲罐10，使流量达到稳定，空气压缩机8和缓冲罐10之间的管线上装有压力表9，便于随时进行观察，然后通过转子流量计11调节气体流量达到实验范围值。当气体压力达到0.8Mpa时，由进气口5进入陶瓷膜微孔气体分布器12内，通过陶瓷膜元件2上的微孔扩散成细小均匀的气泡，料液罐13内的清水由进液口6进入壳体1内，与扩散出的细小均匀气泡混合接触，接触后，气体和液体的混合物在真空泵16的负压抽吸作用下从排液口7排出，进入集液罐14，真空泵16与集液罐14之间安装真空缓冲罐15，对真空泵16的负压作用做进一步的缓冲。以碘量法测定出水中的溶解氧，实验结果表明，与传统盘式气体分布器相比，使用本发明的陶瓷膜微孔气体分布器可使氧吸收速率提高5倍，传质系数提高200%。
实施例3
    以测量水中充氧量为例，采用氧化铝烧结而成的陶瓷膜元件2，孔隙率为30%，平均孔径为100nm，且隔板3数量为奇数，进液口6和排液口7在壳体1的同侧。气体由空气压缩机8输送，经过缓冲罐10，使流量达到稳定，空气压缩机8和缓冲罐10之间的管线上装有压力表9，便于随时进行观察，然后通过转子流量计11调节气体流量达到实验范围值。当气体压力达到0.1Mpa时，由进气口5进入陶瓷膜微孔气体分布器12内，通过陶瓷膜元件2上的微孔扩散成细小均匀的气泡，料液罐13内的清水由进液口6进入壳体1内，与扩散出的细小均匀气泡混合接触，接触后，气体和液体的混合物在真空泵16的负压抽吸作用下从排液口7排出，进入集液罐14，真空泵16与集液罐14之间安装真空缓冲罐15，对真空泵16的负压作用做进一步的缓冲。以碘量法测定出水中的溶解氧，实验结果表明，与传统盘式气体分布器相比，使用本发明的陶瓷膜微孔气体分布器可使氧吸收速率提高3倍，传质系数提高100%。
实施例4
    以亚硫酸钠空气氧化法测定亚硫酸钠中溶解量为例，采用氧化锆烧结而成的陶瓷膜元件2，孔隙率为60%，平均孔径为800nm，且隔板3数量为偶数，进液口6和排液口7在壳体1的不同侧。气体由空气压缩机8输送，经过缓冲罐10，使流量达到稳定，空气压缩机8和缓冲罐10之间的管线上装有压力表9，便于随时进行观察，然后通过转子流量计11调节气体流量达到实验范围值。当气体压力达到0.8Mpa时，由进气口5进入陶瓷膜微孔气体分布器12内，通过陶瓷膜元件2上的微孔扩散成细小均匀的气泡，料液罐13内的清水由进液口6进入壳体1内，与扩散出的细小均匀气泡混合接触，接触后，气体和液体的混合物在真空泵16的负压抽吸作用下从排液口7排出，进入集液罐14，真空泵16与集液罐14之间安装真空缓冲罐15，对真空泵16的负压作用做进一步的缓冲。以碘量法测定出水中的溶解氧，实验结果表明，与传统盘式气体分布器相比，使用本发明的陶瓷膜微孔气体分布器可使氧吸收速率提高5倍，传质系数提高200%。

Claims (12)

1. 一种陶瓷膜微孔气体分布器，包括壳体（1），壳体（1）上有进气口（5）、进液口（6）和排液口（7），其特征在于：所述的壳体（1）内装有陶瓷膜元件（2），陶瓷膜元件（2）的一端开口，一端用环氧树脂封闭，进气口（5）和陶瓷膜元件（2）的开口端相通。
2. 根据权利要求1所述的陶瓷膜微孔气体分布器，其特征在于：所述的陶瓷膜元件（2）由无机金属氧化物烧结而成。
3. 根据权利要求2所述的陶瓷膜微孔气体分布器，其特征在于：所述的无机金属氧化物为氧化铝或氧化锆。
4. 根据权利要求1所述的陶瓷膜微孔气体分布器，其特征在于：所述的陶瓷膜元件（2）的孔隙率为30%~60%。
5. 根据权利要求1所述的陶瓷膜微孔气体分布器，其特征在于：所述的陶瓷膜元件（2）的微孔孔径为50nm~800nm。
6. 根据权利要求1所述的陶瓷膜微孔气体分布器，其特征在于：所述的陶瓷膜元件（2）为多个，在壳体（1）内纵向平行排列。
7. 根据权利要求1所述的陶瓷膜微孔气体分布器，其特征在于：所述的壳体（1）内还装有隔板（3），进液口（6）和排液口（7）分别位于隔板（3）的两侧，隔板（3）上局部有缺口，隔板（3）上具有内径与陶瓷膜元件（2）外径相匹配的小孔，陶瓷膜元件（2）从小孔中穿过。
8. 根据权利要求7所述的陶瓷膜微孔气体分布器，其特征在于：所述的隔板（3）为多块，相邻的隔板（3）分别与壳体（1）的两侧固接。
9. 根据权利要求8所述的陶瓷膜微孔气体分布器，其特征在于：所述的隔板（3）数量为奇数，进液口（6）和排液口（7）分别位于壳体（1）的同侧。
10. 根据权利要求8所述的陶瓷膜微孔气体分布器，其特征在于：所述的隔板（3）数量为偶数，进液口（6）和排液口（7）分别位于壳体（1）的两侧。
11. 根据权利要求1所述的陶瓷膜微孔气体分布器，其特征在于：所述的壳体（1）两端还装有花板（4），花板（4）与壳体（1）内侧壁固接，花板（4）上具有内径与陶瓷膜元件（2）外径相匹配的小孔，陶瓷膜元件（2）从小孔中穿过，进液口（6）和排液口（7）与两块花板（4）之间形成的空腔相通。
12. 根据权利要求1所述的陶瓷膜微孔气体分布器的曝气方法，其特征在于：气体由进气口（5）进入壳体（1）中的陶瓷膜元件（2）内，再通过陶瓷膜元件（2）管壁的微小孔向外扩散；液体从进液口（6）进入，扩散的气体与液体接触，进行气液传质后，液体从排液口（7）流出。
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