CN113387453A - 一种气液垂直环形切割微界面空化混合设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种气液垂直环形切割微界面空化混合设备，包括本体，所述本体包括前端渐缩段、中部切割室、后端混合段及超微细化结构。本发明能够提高气液传质效率，提高气体溶解率，减少曝气能量损失。
Description
技术领域
本发明属于高效溶气技术领域，具体是一种气液垂直环形切割微界面空化混合设备。
背景技术
在环保领域，生化处理技术涉及空气曝气，臭氧高级氧化技术涉及臭氧曝气。目前常用曝气方式以曝气风机、表面曝气、潜水射流和沉水曝气为代表，气泡直径一般在毫米级。气泡的比表面积大、上升速度快、溶解速度慢、逸出损失大，表现为气体利用率较低，不符合节能思想。
目前，射流曝气技术应用较广。利用文丘里负压吸气原理，可实现较大的吸气量和较强的搅动作用。但目前采用的文丘里射流曝气技术，属于传输型层次，集中于吸气量大小，所产生的气泡直径较大，宏观体现出较强的搅动作用，但微观微界面层次的传质作用较弱，表现为气体溶解率较低。
发明内容
针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种气液垂直环形切割微界面空化混合设备，以达到提高气液传质效率，提高气体溶解率，减少曝气能量损失的目的。
本发明提供的一种气液垂直环形切割微界面空化混合设备, 包括本体，所述本体包括前端渐缩段、中部切割室、后端混合段，分别对应增压区、释压吸气区、扩散混合区，所述前端渐缩段、中部切割室、后端混合段三者的轴线重合；还包括超微细化结构。
优选地，所述前端渐缩段的壁面与水平轴线的夹角为16°-35°。
优选地，所述中部切割室上设有气相进口，数量为1-4个；所述中部切割室内设有气液混合切割区；所述气液混合切割区的截面为环形，所述气液混合切割区内的气相切割流速为5-19m/s。
优选地，所述后端混合段包括水平段和渐扩段；所述渐扩段的壁面与水平轴线的夹角为3°-10°。
优选地，所述前端渐缩段上设有液相进口和出口；所述后端混合段的水平段的内径横截面积与前端渐缩段出口的内径横截面积的比值为1.15-3.38；所述水平段长度占所述后端混合段长度的5%-15%。所述前端渐缩段混合出口截面与后端混合段混合入口截面的面心距、所述气相空间与气液切割区环形分割面的截面宽度，两者的大小相同。
优选地，所述超微细化结构内设有螺旋导流片，气液混合相通过后形成螺旋离心流动型态。因强力的离心力与向心力，使未溶解的气体向所述超微细化结构的轴线集聚，水向所述超微细化结构的内壁处流动。所述螺旋导流片与水平线夹角根据流体压力降及微气泡直径要求计算所得为25°-68°。
优选地，所述超微细化结构内位于螺旋导流片的后侧方设有流体切割头分布区，所述流体切割头分布区包括2-7个环形截面区，所述环形截面区内布置若干个流体切割头。
优选地，所述流体切割头分布区置于所述超微细化结构混合出口前5-10cm处；所述流体切割头设置为伞状封闭结构。
优选地，所述伞状封闭结构包括与超微细化结构内壁连接的伞柄段，所述伞柄段的另一端设置伞帽段，所述伞柄段的直径为1-5cm，所述伞帽段的最大圆形截面直径为伞柄段直径的1.2-2.5倍，所述伞帽段的外壁设有不光滑表面，所述不光滑表面的凹凸高度差不大于2mm。。
优选地，所述前端渐缩段、中部切割室、后端混合段及超微细化结构依次连接形成一整体结构；所述前端渐缩段、中部切割室、后端混合段之间连接的方式包括焊接连接、螺纹连接和法兰连接；所述超微细化结构与后端混合段的连接方式包括直连和管道连接。
相对于现有技术，本发明的有益效果为：本发明通过设置前端渐缩段、中部切割室、后端混合段及超微细化结构，能够产生大量微米级气泡，提高气液传质效率，提高气体溶解率，减少曝气能量损失。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的结构示意图。
图2为本发明实施例中前端渐缩段的结构示意图。
图3为本发明实施例中中部切割室的结构示意图。
图4为本发明实施例中后端混合段与超微细化结构的结构示意图。
图5为本发明实施例中流体切割头的结构示意图。
其中，1、前端渐缩段；101、液相进口；102、出口；103、壁面；2、中部切割室；3、后端混合段；301、混合入口；305、水平段；306、渐扩段；4、气相进口；7、超微细化结构；708、螺旋导流片；709、流体切割头；7091、伞柄段；7092、伞帽段。
具体实施方式
提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
实施例
参照图1，一种气液垂直环形切割微界面空化混合设备，包括本体，所述本体包括前端渐缩段1、中部切割室2、后端混合段3，三者两两焊接，分别对应增压区、释压吸气区、扩散混合区，后端混合段3通过管道连接超微细化结构7，四者连接形成一整体，且四者的轴线重合。
参照图2，前端渐缩段1为圆台型结构，前端设有液相进口101，后端设有出口102，壁面103与水平轴线的夹角为21°。
参照图3，中部切割室2的上部设有一个气相进口4，与前端渐缩段1的出口102、后端混合段3的混合入口301构成气液混合切割面，所述气液混合切割面为环形，气相切割流速为10m/s，气相进口4的轴线与气液混合切割面的中心相交。
参照图4，后端混合段3设有混合入口301，包括水平段305和渐扩段306，渐扩段306的壁面与水平轴线的夹角为5°，水平段305的内径横截面积与前端渐缩段1的出口102的内径横截面积的比值为2.25。
参照图4，超微细化结构7内设有螺旋导流片708，螺旋导流片708与水平轴线的夹角为64°，超微细化结构7内位于螺旋导流片708的后侧方设有流体切割头分布区，所述流体切割头分布区包括7个环形截面区，所述环形截面区内布置8个流体切割头709。
所述流体切割头分布区置于超微细化结构7混合出口前7cm处，参照图5，流体切割头709设置为伞状封闭结构，所述伞状封闭结构包括与超微细化结构7内壁连接的伞柄段7091，伞柄段7091的另一端设置伞帽段7092，伞柄段7091的直径为3cm，伞帽段7092的最大圆形截面直径为6cm，伞帽段7092的外壁设有不光滑表面，所述不光滑表面的凹凸高度差为2mm。
本实施例的工作工程及原理如下：液相作为动力水经前端渐缩段1混合入口101，逐步加速后经前端渐缩段1的出口102喷出，穿过中部切割室2的环形气液混合切割面，进入后端混合段3，因截面突然增大，流速减小，动能转化为压力能，在中部切割室2内形成负压。气体由气相进口4因负压被吸入中部切割室2内，气体经过环形气液混合切割面，与液相发生初次混合，气液垂直切割，形成气液混合两相。初次混合的气液两相进入超微细化结构7内，经螺旋导流片708的作用，形成环形旋流流动型态，液相向外，气相向内，在环形伞状流体切割头709的破碎作用下，切割外侧液相，充分紊流，与内侧气相进一步混合，气体被超微细化，形成微细气泡群。本实施例能够产生大量微米级气泡，提高气液传质效率，提高气体溶解率，减少曝气能量损失。
以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明的专利保护范围之内。
Claims (10)
1.一种气液垂直环形切割微界面空化混合设备，其特征在于，包括本体，所述本体包括前端渐缩段、中部切割室、后端混合段及超微细化结构。
2.如权利要求1所述的气液垂直环形切割微界面空化混合设备，其特征在于，所述前端渐缩段的壁面与水平轴线的夹角为16°-35°。
3.如权利要求1所述的气液垂直环形切割微界面空化混合设备，其特征在于，所述中部切割室内设有气液混合切割区；所述气液混合切割区的截面为环形，所述气液混合切割区内的气相切割流速为5-19m/s。
4.如权利要求1所述的气液垂直环形切割微界面空化混合设备，其特征在于，所述后端混合段包括水平段和渐扩段；所述渐扩段的壁面与水平轴线的夹角为3°-10°。
5.如权利要求4所述的气液垂直环形切割微界面空化混合设备，其特征在于，所述前端渐缩段上设有液相进口和出口；所述后端混合段的水平段内径横截面积与前端渐缩段出口的内径横截面积的比值为1.15-3.38。
6.如权利要求1所述的气液垂直环形切割微界面空化混合设备，其特征在于，所述超微细化结构内设有螺旋导流片，所述螺旋导流片与水平轴线的夹角为25°-68°。
7.如权利要求6所述的气液垂直环形切割微界面空化混合设备，其特征在于，所述超微细化结构内位于螺旋导流片的后侧方设有流体切割头分布区，所述流体切割头分布区包括2-7个环形截面区，所述环形截面区内布置若干个流体切割头。
8.如权利要求7所述的气液垂直环形切割微界面空化混合设备，其特征在于，所述流体切割头分布区置于所述超微细化结构混合出口前5-10cm处；所述流体切割头设置为伞状封闭结构。
9.如权利要求8所述的气液垂直环形切割微界面空化混合设备，其特征在于，所述伞状封闭结构包括与超微细化结构内壁连接的伞柄段，所述伞柄段的另一端设置伞帽段，所述伞柄段的直径为1-5cm，所述伞帽段的最大圆形截面直径为伞柄段直径的1.2-2.5倍，所述伞帽段的外壁设有不光滑表面，所述不光滑表面的凹凸高度差不大于2mm。
10.如权利要求1所述的气液垂直环形切割微界面空化混合设备，其特征在于，所述前端渐缩段、中部切割室、后端混合段及超微细化结构依次连接形成一整体结构；所述前端渐缩段、中部切割室、后端混合段之间连接的方式包括焊接连接、螺纹连接和法兰连接；所述超微细化结构与后端混合段的连接方式包括直连和管道连接。
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