CN108854823A - 一种高效气液混合装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高效气液混合装置，涉及气液破碎细化技术领域。包括搅拌套筒和气液混合装置，所述气液混合装置包括进气口、进液口和气液混合出口，所述气液混合出口与所述搅拌套筒连接，所述搅拌套筒内设置有气液切割装置，气液在气液混合装置中进行初步混合，进入搅拌套筒后，在气液切割装置的作用下，形成水利剪切作用和机械剪切作用，将气泡进行切割细化，使得到的气泡的比表面积较大，气液两相的接触面积增大，可有效强化氧的传质效率，提高氧(或气体)在常温、常压条件下在水中的浓度，形成超饱和溶氧水体；另外，本实施例提供的高效气液混合装置结构简单、体积小、不易堵塞、操作方便、维护和使用成本较低，具有良好的经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及气液破碎细化技术领域，尤其涉及一种高效气液混合装置。
背景技术
天然水体具有一定的自净能力，其中微生物的氧化分解是水体自净的主要途径。如果水体中溶解氧含量较低，好氧微生物将受到抑制，而厌氧微生物处于活跃状态。当进入水体中污染物总量超过水体自净能力时，水体中溶解氧会被好氧微生物消耗殆尽，导致水体呈现厌氧状态，剩余污染物在厌氧微生物的作用下被分解为氨气、甲烷、二氧化碳、硫化氨等对水生生物具有毒害性的气体。同时，水分子同各种微生物的代谢产物结合成较大的聚合分子团进一步通过吸附的方式与水体中的污染物紧密结合，最终致使水体的自净能力丧失，并伴随着水体发黑变臭等现象的发生，对周围环境带来极大的影响。如何向水体高效增氧是修复水体的关键所在。
在污废水的好氧生化处理过程中，曝气是处理系统中的一个重要环节，目的是为了保持反应池中溶解氧的含量，保证好氧微生物分解污染物所需的溶解氧，并使反应池内微生物、污染物、溶解氧充分溶合与接触，为微生物降解污染物提供最适宜的条件。传统的溶氧方式大多采用鼓风曝气，鼓风曝气大多采用淹没式的多孔扩散头或空气喷嘴产生气泡，气泡直径较大，在水体中的上升速度快、停留时间短，氧利用率较低，动力消耗较大。因此，提高溶氧效率和氧气利用率是降低污水处理厂运行能耗的重要措施。
水体中污染物与环境基质和污染物之间的交互作用对其可生化性(也称生物可降解性，即被微生物降解的难易程度)有很大影响。有机物和环境中溶解态或颗粒态天然有机质结合，导致其自由溶解形态大量减小，水体中污染物之间的相互作用使之结合形成大分子集团或极性很强的分子，污染物与微生物的接触面积大大减小，难以进入生物体的细胞膜被微生物所吸收，从而导致污染物的可生化性降低。此时即使提高水体中的溶解氧浓度，对污染物的去除效果也很难达到要求。因此在实现水体较高溶解氧浓度的同时，如何对水体中污染物进行切割细化，对提高污染物生化处理效果具有非常积极的作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高效气液混合装置，从而解决现有技术中存在的前述问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种高效气液混合装置，包括搅拌套筒和气液混合装置，所述气液混合装置包括进气口、进液口和气液混合出口，所述气液混合出口与所述搅拌套筒连接，所述搅拌套筒内设置有气液切割装置。
优选地，所述气液混合装置为文丘里布气装置，所述文丘里布气装置包括文丘里管，所述文丘里管的喉道处设置有进气口，所述进气口通过导气管与送气设备连接，所述文丘里管的一端为与进液管相连的进液口，另一端为气液混合出口，所述气液混合出口与所述搅拌套筒连接。
优选地，所述气液混合出口通过法兰连接安装在所述搅拌套筒的进液端。
优选地，所述气液切割装置包括中心轴承以及安装在所述中心轴承上的多个搅拌叶片，每个所述搅拌叶片与所述中心轴承之间均具有一定的倾斜角度，多个所述搅拌叶片沿所述中心轴承的轴向交错排布。
优选地，所述搅拌叶片为扇形叶片。
优选地，每对所述扇形叶片之间以顺时针60°角交错排列在所述中心轴承上。
优选地，所述气液切割装置还包括导流锥，所述导流锥位于所述搅拌套筒的进液端，且与所述中心轴承连接。
优选地，所述中心轴承与所述导流锥位于同一轴线上，轴度小于0.1mm。
优选地，所述中心轴承通过螺纹紧固方式与所述导流锥连接。
优选地，所述气液切割装置还设有支座，所述中心轴承的两端均安装在所述支座上，所述支座通过锁紧螺母固定在所述搅拌套筒的外壁上。
本发明的有益效果是：本发明提供的高效气液混合装置，包括搅拌套筒和气液混合装置，所述气液混合装置包括进气口、进液口和气液混合出口，所述气液混合出口与所述搅拌套筒连接，所述搅拌套筒内设置有气液切割装置，气液在气液混合装置中进行初步混合，进入搅拌套筒后，在气液切割装置的作用下，形成水利剪切作用和机械剪切作用，将气泡进行切割细化，使得到的气泡的比表面积较大，气液两相的接触面积增大，可有效强化氧的传质效率，提高氧(或气体)在常温、常压条件下在水中的浓度，形成超饱和溶氧水体，对于我国在黑臭河道、湖泊治理、水产养殖等领域的水体富氧具有非常重大的意义；另外，本实施例提供的高效气液混合装置结构简单、体积小、不易堵塞、操作方便、维护和使用成本较低，具有良好的经济效益。
附图说明
图1为所述高效气液混合装置的结构示意图；
图2为文丘里布气装置示意图；
图3为扇形切割叶片结构示意图。
图中主要组件符号说明：
1 导流锥、2 支座、3 锁紧螺母、4 中心轴承、5 搅拌叶片、6 搅拌套筒、7 文丘里布气装置(气液混合装置)、7-1 进液口、7-2 进气口、7-3 导气管、7-4 气液混合出口。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1-3所示，本发明提供了一种高效气液混合装置，包括搅拌套筒6和气液混合装置7，所述气液混合装置7包括进气口7-2、进液口7-1和气液混合出口7-4，所述气液混合出口7-4与所述搅拌套筒6连接，所述搅拌套筒6内设置有气液切割装置。
本实施例提供的高效气液混合装置，机身可以采用耐腐蚀金属材质，可防止高饱和气体溶液下的化学腐蚀作用
上述结构的高效气液混合装置的工作原理为：
本实施例提供的高效气液混合装置可应用于水体与氧气的高效混合，实现水体的高效富氧。高效气液混合装置工作时，首先打开水泵，曝气水池中的水通过水泵的输送作用进入气液混合装置并在系统内进行循环，氧源(氧气瓶或空压机)与气液混合装置相连接，打开氧源的控制阀，在气液混合装置中完成气液两相的初步混合。经过初步混合的气液两相流进入搅拌套筒后在气液切割装置的作用下，气液两相流发生旋转，形成涡旋流。气液切割装置能够实现对气泡的机械切割作用，使气泡直径变小。而且装置内可产生径向和轴向的压力梯度，随着气液两相在搅拌套筒内的融合，气相速度降低而液相速度增加，气液混合物在径向切面上的速度逐渐减小，由于搅拌套筒壁面的粘性阻力的作用，靠近搅拌套筒壁面的速度要低于搅拌套筒内部的速度，会扩大传递界面，产生二次流等复杂流动状态，使得气泡在水力剪切作用下进一步破碎细化，从而使得气液两相在搅拌套筒内混合比较均匀，传质作用充分，水体中的溶解氧能够得到迅速的提升达到饱和甚至超饱和状态，并能保持水体中溶解氧在相当一段时间内维持在较高水平。同时污染物在经过高效气液混合装置后也能够实现一定的切割细化。本实施例提供的气液混合装置，通过在搅拌套筒内设置气液切割装置，可实现气液体微纳米切割细化，气液体在切割腔(搅拌套筒)内在剪切力的作用下，将气体大分子团切割为纳米量级的小分子团物质，使溶液中气体含量高、稳定性好；该装置设备成本低，易维护，可实现大规模工业生产和应用。
本实施例提供的高效气液混合装置具有如下优点：
采用本实施例提供的气液混合装置，产生的气泡直径较传统曝气装置小，气泡的比表面积较大，气液两相的接触面积增大，可有效强化氧的传质效率，提高氧(或气体)在常温、常压条件下在水中的浓度。
传统曝气装置一般只存在曝气充氧作用，细化切割作用较弱。本实施例提供的高效气液混合装置，能将流过该装置的气、液分子团及各种悬浮物和含有大分子有机物液体切割细化，从而大大增加物质相互作用的接触面积，加快物质之间的反应速率和传质速率。在污废水处理中，可通过该装置对气水混合液体细化切割作用，使微生物、污染物、溶解氧可实现充分的混合接触，进而强化好氧微生物的活性，提高对污染物的去除能力。
现有技术中，一些微纳米曝气装置存在结构复杂难加工，流道较窄容易堵塞等问题。而本实施例提供的气液混合装置结构简单、体积小、不易堵塞、操作方便、维护和使用成本较低，具有良好的经济效益。
本实施例提供的高效气液混合装置能够直接用于污废水生物处理和受污染水体生态修复领域的复氧，还可用于富氧水制备等液体溶气领域，以及化工生产过程中的细化混合等领域。
其中，所述气液混合装置为文丘里布气装置，所述文丘里布气装置7包括文丘里管，所述文丘里管的喉道处设置有进气口7-2，所述进气口7-2通过导气管7-3与送气设备连接，所述文丘里管的一端为与进液管相连的进液口7-1，另一端为气液混合出口7-4，所述气液混合出口7-4与所述搅拌套筒6连接。
采用上述结构的工作原理为：
经过提升泵加压流过的水体通过文丘里喷嘴高速喷出，使压力转化为速度能，在喷嘴出口区域形成真空，从而将氧气吸进来，两股介质在扩压管内进行混合及能量交换，并使速度能还原成压力能，最后以高压进入旋转切割转筒，进一步高效混合。
上述结构的有益效果为：
文丘里布气装置通过过流断面逐渐缩小，后突然扩大，水流在通道内剧烈碰撞，形成涡流，对气泡进行切割，过流断面再次收缩时，流态剧变，紊动更为剧烈，气泡进一步变小，在气泡浓度，均匀性方面表现出较好的优势，溶气效率高。与普通进气口相比，文丘里布气装置最大优点在于无回气，部件不易磨损，无任何机械运动部件，维修简单。
通过采用文丘里布气构造，将水体高压快速转换为水体动能，可以使气体在液相分散更均匀，气液扩散更高效。
本实施例中，所述气液混合出口7-4通过法兰连接安装在所述搅拌套筒6的进液端。
通过将文丘里布气装置与导流锥相连，并将其与导流锥安置于同一轴心线上可以通过导流锥的导流作用更好的分散气液，使气液混合更加均匀。
在本实施例中，所述气液切割装置可以包括中心轴承4以及安装在所述中心轴承4上的多个搅拌叶片5，每个所述搅拌叶片5与所述中心轴承4之间均具有一定的倾斜角度，多个所述搅拌叶片5沿所述中心轴承4的轴向交错排布。
采用上述结构的工作原理为：
中心轴承上叶片以一定倾斜角度排布，形成螺旋状，当气液混合液以一定的速度和压力通过时，通过叶片的倾斜作用，推动流体向前流动，通过液体的冲刷作用，带动轴承的高速切割旋转。
上述结构的有益效果为：
通过交错排列的搅拌叶片将氧气大分子团切割为纳米量级的小分子团物质，液体中气体含量高、稳定性好。
通过搅拌叶片的高速旋转切割与流体向前推动作用可以减少装置的能量损失，同时对气液实现高速的切割。
在一个优选实施例中，所述搅拌叶片5可以为扇形叶片。
本实施例中，每对所述扇形叶片之间以顺时针60°角交错排列在所述中心轴承4上。
上述结构中，通过叶片之间顺时针60°角交错排列，搅拌叶片对于气液混合体的纵向以及横向推进循环运动效果较好，而且气液混合体的搅拌质量与功率都相对较高。
本实施例中，所述气液切割装置还可以包括导流锥1，所述导流锥1位于所述搅拌套筒6的进液端，且与所述中心轴承4连接。
上述结构中，导流锥可以更好的对气液混合器进行导流，减少气液混合阻力。
本实施例中，所述中心轴承4与所述导流锥1位于同一轴线上，轴度小于0.1mm。
上述结构中，通过轴承与导流锥的同心圆设计，可以最大限度的减少轴承与转筒之间的摩擦阻力，同时与导流锥的配合，实现更高效的气液混合和节能。
本实施例中，所述中心轴承4可以通过螺纹紧固方式与所述导流锥1连接。
上述结构中，通过螺纹紧固作用，可以避免较大冲击压力下设备渗漏问题的发生。
本实施例中，所述气液切割装置还可以设有支座2，所述中心轴承4的两端均安装在所述支座2上，所述支座2通过锁紧螺母3固定在所述搅拌套筒6的外壁上。
上述结构中，支座可以起到稳定和支撑气液混合装置的作用，在高压及气流的搅动混合下可以很好地防止设备的随处移动。
通过采用本发明公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：本发明提供的高效气液混合装置，包括搅拌套筒和气液混合装置，所述气液混合装置包括进气口、进液口和气液混合出口，所述气液混合出口与所述搅拌套筒连接，所述搅拌套筒内设置有气液切割装置，气液在气液混合装置中进行初步混合，进入搅拌套筒后，在气液切割装置的作用下，形成水利剪切作用和机械剪切作用，将气泡进行切割细化，使得到的气泡的比表面积较大，气液两相的接触面积增大，可有效强化氧的传质效率，提高氧(或气体)在常温、常压条件下在水中的浓度，形成超饱和溶氧水体，对于我国在黑臭河道、湖泊治理、水产养殖等领域的水体富氧具有非常重大的意义；另外，本实施例提供的高效气液混合装置结构简单、体积小、不易堵塞、操作方便、维护和使用成本较低，具有良好的经济效益。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种高效气液混合装置，其特征在于，包括搅拌套筒和气液混合装置，所述气液混合装置包括进气口、进液口和气液混合出口，所述气液混合出口与所述搅拌套筒连接，所述搅拌套筒内设置有气液切割装置。
2.根据权利要求1所述的高效气液混合装置，其特征在于，所述气液混合装置为文丘里布气装置，所述文丘里布气装置包括文丘里管，所述文丘里管的喉道处设置有进气口，所述进气口通过导气管与送气设备连接，所述文丘里管的一端为与进液管相连的进液口，另一端为气液混合出口，所述气液混合出口与所述搅拌套筒连接。
3.根据权利要求2所述的高效气液混合装置，其特征在于，所述气液混合出口通过法兰连接安装在所述搅拌套筒的进液端。
4.根据权利要求1所述的高效气液混合装置，其特征在于，所述气液切割装置包括中心轴承以及安装在所述中心轴承上的多个搅拌叶片，每个所述搅拌叶片与所述中心轴承之间均具有一定的倾斜角度，多个所述搅拌叶片沿所述中心轴承的轴向交错排布。
5.根据权利要求4所述的高效气液混合装置，其特征在于，所述搅拌叶片为扇形叶片。
6.根据权利要求5所述的高效气液混合装置，其特征在于，每对所述扇形叶片之间以顺时针60°角交错排列在所述中心轴承上。
7.根据权利要求4所述的高效气液混合装置，其特征在于，所述气液切割装置还包括导流锥，所述导流锥位于所述搅拌套筒的进液端，且与所述中心轴承连接。
8.根据权利要求7所述的高效气液混合装置，其特征在于，所述中心轴承与所述导流锥位于同一轴线上，轴度小于0.1mm。
9.根据权利要求8所述的高效气液混合装置，其特征在于，所述中心轴承通过螺纹紧固方式与所述导流锥连接。
10.根据权利要求9所述的高效气液混合装置，其特征在于，所述气液切割装置还设有支座，所述中心轴承的两端均安装在所述支座上，所述支座通过锁紧螺母固定在所述搅拌套筒的外壁上。
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