CN113304664B - 一种通过高频超声波作用和层流沉降优化的乳化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公布了一种通过高频超声波作用和层流沉降优化的乳化装置,所述的装置由超声波乳化器、溢流槽及层流沉降系统等部分组成,超声波乳化器包括搅拌器、乳化槽和超声波换能器集装室以及进料管和自来水进水管等组件;层流沉降系统包括罐状壳体、进料管、出料管、布液腔、连接管和环形管状布液槽等结构。本发明优化后的乳化液在参与化学反应时有利于加速溶解从而大大提高化学反应的效率,就以石灰液为例,经过乳化后的石灰液无论是用于废水处理过程中的pH调节或其它酸碱反应都具有加速溶解,提高反应效率和减少沉渣的优点,一方面可节省原料,另一方面可减轻废渣处理的压力,因此可以大大提高经济效益。

Description

一种通过高频超声波作用和层流沉降优化的乳化装置
技术领域
本发明涉及化工、食品和水处理环保领域,技术领域尤其涉及一种通过高频超声波作用和层流沉降优化的乳化装置。
背景技术
在化工、水处理环保以及其它一些相关行业中有些化学品因为溶解度低因而在使用过程中常常出现耗量大或残渣过多等状况,最常见的就是石灰。石灰,即氢氧化钙是一种人们熟知的化学原料,常用于一些化工行业,而更广泛的是用于废水处理行业。在废水处理工艺中氢氧化钙主要用于沉淀重金属和酸碱中和,调节pH。石灰作为废水处理的原材料,其优点是价格低廉,因而处理成本低,一般比氢氧化钠的成本要低5-6倍,但缺点是溶解度低,常温下溶解度一般在0.17%以下。
在废水处理工艺中,石灰的传统使用方法是,在搅拌槽中加水和一定比率的石灰粉,配成石灰液,并通过泵输送到处理池对废水进行处理。由于石灰液还存在大量未溶解的大小不一的氢氧化钙颗粒,同时,固液比通常过大,因此,在对废水处理时还未溶解就下沉,形成泥渣。这种情况,一方面造成原材料的浪费,增加处理成本,另一方面增加了产渣量从而增加了后续废固物的处理费用。这是目前废水处理行业普遍存在的问题。由低溶性化学品引起的类似问题也存在于食品和涂料等行业,为解决这些问题,我们提出了一种通过高频超声波作用和层流沉降优化的乳化装置。
发明内容
本发明拟解决的技术问题是通过一种有效途径让传统配制的低溶性料液中未溶解的颗粒细化至纳米水平并获得完全优化的乳化液,从而让其在各种化学反应中能快速溶解并参与反应,避免因不能及时溶解而造成过多的残渣。
为了实现上述目的,本发明采用了如下技术方案:
一种通过高频超声波作用和层流沉降优化的乳化装置,由超声波乳化器、溢流槽及层流沉降系统等部分组成,超声波乳化器包括搅拌器、乳化槽和超声波换能器集装室以及进料管、自来水进水管及排渣管等组件,整个装置安在溢流槽内部,其顶部距离溢流槽顶部10厘米,超声波换能器集装室位于乳化槽的下方,由隔层隔开,底部为开口和密封盖,超声波装置的电源线通过密封管延伸至装置外面,超声波换能器安装数量为50个,最高震动频率为1.4兆赫,乳化槽和超声波换能器集装室为圆筒状结构,直径为1米,前者高度为50厘米后者为25厘米,由两对相互对称的板状固定杆固定在溢流槽内,固定杆长度为10厘米,宽度为5厘米,厚度为1厘米,搅拌器的搅动部分包括搅拌叶和连杆位于槽内,其电机和附件位于壳体顶部,由槽钢支撑,进料管和自来水进水管分别直通到乳化槽底部,其往上部分穿过罐体顶盖并通过弯头连接其延伸部分,在其中分别装有流量调节阀,用于调节乳化液的固液比。
优选的,超声波乳化器的工作原理是,当料液和自来水按预定的比例进入乳化槽时,料液在搅拌器高速搅拌和超声波高频震荡下,未溶解的物料粗粒不断被细化,从而形成纳米级微小颗粒,同时在高频震荡过程产生的气泡之作用下料液被乳化而形成乳化液,在此过程中,通过调节安在进料管和自来水进水管上的调节阀,可根据需要调节乳化液的固液比,从而提高乳化液的使用效果。
优选的,溢流槽作为超声波乳化器的附属装置,其上部为圆筒状结构,高度为0.85米,直径为1.2米,由两对对称分布的板状固定杆固定在外围罐壁上,固定杆长度为15厘米,宽度为10厘米,厚度为1.5厘米,下部呈漏斗状,椎体部分高度为0.3米,底部为圆筒状结构,高度10厘米,直径16-18厘米,直插入位于下方的层流沉降系统的布液腔顶部,当乳化槽的液位高过其顶部边沿时就会溢流到溢流槽,然后进入层流沉降系统。
优选的,层流沉降系统的核心部分是布液装置,位于溢流槽下方,其中包括布液腔、分液室、分流管和环管式布液槽,布液腔位于壳体中央,为圆筒状结构,直径18-20厘米,高度1.8-2米,布液腔下方连着分液室,其直径为22-24厘米,高度20-25厘米,底部由两根固定在罐壁上的槽钢支撑,从分液室到环管式布液槽之间由6根分流管连接,呈辐射状分布,外端偏下,呈100°角,分流管的直径为DN50,布液槽环管的直径为DN80,环绕环管沿其外侧偏下45°角处开有一道下泄口,其宽度为2厘米,这种结构使往下的液流和上升的液流相互隔离,避免相互干扰,使层流效应充分发挥出来,大大提高粗粒的沉降效果,从而优化乳化液的质量。
优选的,层流沉降系统和溢流槽连同超声波乳化器等装置以自下而上方式安装在一个罐状壳体内,上部由溢流槽外的2对对称分布的固定杆固定,下部由2支承载布液装置的槽钢固定,罐体筒体部分高度为3-3.5米,直径1.5米,顶部为平面结构,下部呈漏斗状,高度为0.8米,整个罐体由3根直径10厘米,厚度1.5厘米的钢管支撑,离罐体顶部1.2米处下方安有一个带法兰弯管的乳化液排料口,在罐底安有一个带法兰弯管的粗液排口,管口直径分别为DN50。
优选的,本装置所涉及到的电器,如流量调节器、超声波换能器、搅拌器以及如水泵等附属电器等都分别连接到可编程的程序控制器上,以便有效控制装置的运作流程,保证其高效运行并获得优化的乳化液,整个装置使用时,自来水进水管进口、进料管进口和粗液排管出口将分别通过管道与自来水管、进料泵和回流泵相连。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
该装置,料液和自来水按比例分别进入乳化槽,在搅拌器搅拌和超声波高频震动下,未溶解颗粒不断细化而形成纳米级微粒,并与高频超声波震动所形成的微气泡结合而被乳化,从而形成乳化液。随着液位的提高,乳化液最终将从乳化槽上沿溢流到溢流槽,接着流入层流沉降系统,通过布液器所形成和加强的层流效应,残留的粗颗粒将沉往罐底并通过粗液回流泵返回原料搅拌槽,而被完全细化的乳化液则随着液位的上升最后从排料口排出,从而达到乳化液的优化,残留在乳化槽里的一些不被细化的大颗粒或废料将间歇性清理,并从乳化槽的废料排口排掉,经乳化后的料液理化性能获得改善,以石灰液为例,经过乳化后的石灰液无论是用于废水处理过程中的pH调节或其它酸碱反应都具有加速溶解,提高反应效率和减少沉渣的优点,一方面可节省原料,另一方面可减轻废渣处理的压力,因此可以大大提高经济效益。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的剖面示意图。
图3为本发明罐体内部分液室处的连接结构示意图。
图4为本发明布液槽的俯视结构示意图。
图5为本发明布液槽底部的缝隙状下泄口结构示意图。
图6为本发明的工作流程图。
图中标号:100、超声波乳化器;200、溢流槽;300、层流沉降系统;1、调节阀;2、进料管;3、自来水进水管;4、搅拌器;5、排渣管;6、超声波换能器集装室;7、乳化液排料口;8、布液腔;9、分液室;10、分流管;11、布液槽;12、罐体支柱;15、乳化器固定杆;16、底口密封盖;17、溢流槽固定杆;18、溢流槽底部出口;19、布液器支撑杆;20、粗液排口;21、缝隙状下泄口;22、顶盖螺丝固定盖板;23、搅拌器电机支撑槽钢;24、顶盖活动盖板;25、罐体。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。
实施例1
如图1-5所示的一种通过高频超声波作用和层流沉降优化的乳化装置,其中包括超声波乳化器100、溢流槽200和层流沉降系统300,所述的超声波乳化器100为圆筒状结构,其上部是乳化槽,用于料液乳化,下部是超声波换能器集装室6,由圆形的底口密封盖16密封连接,用于安装超声波换能器及相关配件,两者之间由隔层隔开,溢流槽200上部为圆筒状,下部为漏斗形结构,用于收集从乳化器溢流出来的料液并引流到下面的层流沉降系统300,所述的层流沉降系统300以强化层流效应为目的进行设计,其关键设置为布液装置,其中包括布液腔8、分液室9、分流管10和布液槽11,位于上部的是布液腔8,所述布液腔8上部套着溢流槽底部出口18,且下部与分液室9相连,沿分液室9外围安装6支分流管10,向外辐射连通布液槽11,所述分液室9底部由2支槽钢的布液器支撑杆19支撑,所述的布液槽11沿外侧偏下45°处开有一条缝隙状下泄口21,通过缝隙状下泄口21料液贴着罐体25内壁顺流而下,以上装置全部安装在一个罐状壳体25内,安装在下部的是层流沉降系统300,然后自下而上依次的是溢流槽200和超声波乳化器100,罐体25上部为圆筒结构,下部为漏斗形结构,离罐体顶部1.2米处下方安有一个带法兰弯管的乳化液排料口7,内口朝上,供乳化液通过溢流排往罐外,在罐底安有一个带法兰弯管的粗液排口20,罐体25底部设置有罐体支柱12,所述的罐体25顶部为平面结构,且安装有一块半圆形的顶盖螺丝固定盖板22和一块顶盖活动盖板24。
以上装置的工作原理是,当料液和自来水按比例分别进入乳化槽后,在搅拌器4搅拌和超声波乳化器100的超声波高频震动下,未溶解颗粒不断被细化而形成纳米级微粒,并与高频超声波震动所形成的微气泡结合而被乳化,从而形成乳化液,随着液位的提高,乳化液最终将从乳化槽上沿溢流到溢流槽200,接着流入层流沉降系统300,液流顺着布液腔8和分液室9,经分流管10和布液槽11流向罐底,其中残留的粗颗粒将沉往罐底并通过粗液排口20连接回流泵返回原料搅拌槽,而被完全细化的乳化液则随着液位的上升最后从乳化液排料口7排出,从而达到乳化液的优化,残留在乳化槽里的一些不被细化的大颗粒或废料将间歇性清理,并从乳化槽连通的排渣管5排掉。
采用实施例1的实施方案,经乳化后的料液理化性能获得改善,因而大大有利于其应用工艺,以石灰液为例,经过乳化后的石灰液无论是用于废水处理过程中的pH调节或其它酸碱反应都具有加速溶解,提高反应效率和减少沉渣的优点,一方面可节省原料,另一方面可减轻废渣处理的压力,因此可以大大提高经济效益。
在实施例1的基础上,实施例2-实施例6分别对本发明做进一步的改进和说明。
实施例2
进一步的,所述的超声波乳化器100装有搅拌器4,搅拌器4的搅动部分包括搅拌叶和连杆位于槽内,其电机和附件位于罐体25顶部,由搅拌器电机支撑槽钢23支撑。
进一步的,乳化槽底下装有超声波换能器,安装数量为50个,最高震动频率为1.4兆赫。
采用以上技术方案,不仅可以有效将料液中的粗颗粒细化,而且可以将其乳化。
实施例3
进一步的,所述的超声波乳化器100为圆筒结构,直径为1米,高度为0.75米,其中上部的乳化槽高度50厘米,下部的超声波换能器集装室6高度25厘米。
进一步的,所述的溢流槽200上部为圆筒结构,直径1.2米高度0.85米,由2对对称分布的溢流槽固定杆17固定在罐体25内,下部为漏斗形,椎体部分高度为0.3米,底部出口为圆筒结构,直径16-18厘米,高度10厘米。
更进一步的,所述的超声波乳化器100装在溢流槽200内,由2对对称分布的乳化器固定杆15固定,其顶部比溢流槽200顶部低10厘米。
更进一步的,溢流槽200的底部圆筒出口,直接插入下方层流沉降系统300的布液腔8上部。
采用上述技术方案,如图4所示,乳化液可以从乳化槽溢流到溢流槽200,然后顺流进入层流沉降系统300,实现粗粒的沉降,自上而下,一气呵成,流程非常流畅。
实施例4
进一步的,如图2所示,作为超声波乳化器100的组成部分的进料管2和自来水进水管3分别直通到乳化槽底部,其往上部分穿过罐体顶盖并通过弯头连接其延伸部分,在其中分别装有流量调节阀1。
采用以上方案,可以调节乳化液的固液比,从而使乳化液的理化性能获得优化。
实施例5
进一步的,所述的罐体25,其圆筒部分直径为1.5米,高度为3-3.5米,其椎体部分高度为0.8-1米,所述的乳化液排料口7和粗液排口20,其直径均为DN50,乳化液排料口7的位置距离罐体25顶端1.2米。
进一步的,所述的超声波乳化器100、溢流槽200及层流沉降系统300按照所述的上下顺序安装在罐体25内。
采用以上技术方案,其优点是整个装置结构紧凑,操作便利,同时可节省占地空间。
实施例6
进一步的,所述装置除了机械部分外,还包括与其相关的电器,如流量调节器1、超声波换能器、搅拌器4还涉及到如水泵等附属电器,所述的电器作为所述装置的组成部分或自然延伸,分别连接到可编程的程序控制器上。
采用以上技术方案,可以有效控制装置的运作流程,保证其高效运行并获得优化的乳化液。
实施例7
进一步的,如图6所示,整个装置使用时,自来水进水管3的进口、进料管2的进口和粗液排口20将分别通过管道与自来水管、进料泵和回流泵相连,并延伸至原料搅拌槽,从而形成一个闭环的工艺系统。
采用以上技术方案,可以大大简化操作流程,从而减少人工投入。
采用实施例1-7的技术方案,应用于石灰乳化液制备工艺中,取得了良好的效果,经测试发现,本发明制备的石灰乳化液,内含的氢氧化钠微粒粒径均匀,固液比合理,用于废水处理等工艺效果明显,不但节省原料,还显著减少残渣。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种通过高频超声波作用和层流沉降优化的乳化装置,包括超声波乳化器(100)、溢流槽(200)和层流沉降系统(300)三个部分,其特征在于,所述的超声波乳化器(100)安装在溢流槽(200)内,且所述超声波乳化器(100)外壁通过2组对称分布的乳化器固定杆(15)与溢流槽(200)固定安装,所述的溢流槽(200)其内承载超声波乳化器(100),其下连接层流沉降系统(300),所述的层流沉降系统(300)由布液腔(8)、下部为分液室(9)、分流管(10)和布液槽(11)构成,所述布液腔(8)位于溢流槽(200)的下方与其底部相连,所述布液腔(8)的下部为分液室(9)、分流管(10)和布液槽(11),所述分液室(9)底部由2支槽钢的布液器支撑杆(19)支撑;
所述的超声波乳化器(100),其包括乳化槽、超声波换能器集装室(6)、搅拌器(4)、进料管(2)、自来水进水管(3),所述的乳化槽和超声波换能器集装室(6)为圆筒状结构,所述乳化槽位于超声波换能器集装室(6)的上方与其相连接,其间由隔层隔开,所述的超声波换能器集装室(6)的内部安装有超声波换能器,且所述超声波换能器集装室(6)底部设有圆形开口,并由圆形的底口密封盖(16)密封连接,所述乳化槽顶部低于溢流槽(200)的顶部,且乳化槽顶部与罐体(25)顶部的盖板之间预留设置有间隙,所述的超声波乳化器(100)的内部设置有进料管(2)和自来水进水管(3),且所述进料管(2)和自来水进水管(3)分别直通到乳化槽底部,其往上部分穿过顶盖螺丝固定盖板(22)并通过弯头连接其延伸部分,所述进料管(2)和自来水进水管(3)上分别装有调节阀(1),用于调节乳化液的固液比;
所述的溢流槽(200)的上部为圆筒状结构,下部为漏斗型,顶部与罐体(25)顶部持平,底部的溢流槽底部出口(18)直接插入布液腔(8)的顶部,所述溢流槽(200)圆筒外侧由两组对称的溢流槽固定杆(17)固定在罐体(25)内;
所述的布液腔(8)为圆筒状结构,所述布液腔(8)上部套着溢流槽底部出口(18),且下部与分液室(9)相连,所述的分液室(9)和布液槽(11)之间由6根呈辐射状分布的分流管(10)连接,所述分流管(10)外端朝下倾斜,且内端与分液室(9)之间呈100°夹角,所述的布液槽(11)为环形管,外侧紧贴罐体(25)内壁,内侧与分流管(10)外端相接,所述的布液槽(11)沿外侧偏下45°处开有一条缝隙状下泄口(21),通过缝隙状下泄口(21)料液贴着罐体(25)内壁顺流而下;
所述的层流沉降系统(300)和溢流槽(200)连同超声波乳化器(100)自下而上安装在一个罐体(25)内,所述的罐体(25)顶部为平面结构,且安装有一块半圆形的顶盖螺丝固定盖板(22)和一块顶盖活动盖板(24),所述罐体(25)底部为漏斗状结构,靠近布液腔(8)的所述罐体(25)侧壁安装有乳化液排料口(7),所述罐体(25)底部设置有粗液排口(20);
所述顶盖螺丝固定盖板(22)和顶盖活动盖板(24)之间的罐体(25)顶部设置有搅拌器电机支撑槽钢(23),所述搅拌器电机支撑槽钢(23)上安装有搅拌器(4),且所述搅拌器(4)的连接轴贯穿搅拌器电机支撑槽钢(23)向下延伸至乳化槽内部。
2.根据权利要求1所述的一种通过高频超声波作用和层流沉降优化的乳化装置,其特征在于,所述乳化液排料口(7)上方的罐体(25)侧壁设置有排渣管(5),且所述排渣管(5)贯穿罐体(25)、溢流槽(200)及乳化槽内壁,与所述乳化槽内部相连通,所述罐体(25)的底部设置有罐体支柱(12)。
3.根据权利要求1所述的一种通过高频超声波作用和层流沉降优化的乳化装置,其特征在于,所述的超声波换能器安装数量为50个,最高震动频率为1.4兆赫。
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