CS247828B1

CS247828B1 - Liquid gasification method

Info

Publication number: CS247828B1
Application number: CS849957A
Authority: CS
Inventors: Zdenek Hvizdal
Original assignee: Zdenek Hvizdal
Priority date: 1984-12-19
Filing date: 1984-12-19
Publication date: 1987-01-15

Abstract

Řešení spadá do oboru čištění odpadních vod a týká se způsobu proplyňování kapaliny, zejména za účelem jejího sycení plynem. Podstata způsobu spočívá v tom, že do prostorově vymezeného vzestupného groudu kapaliny se v protisměru zavádí alespoň jeden sestupný proud směsi kapaliny a plynu tak, že úhel mezi směry vzestupného a sestupného proudu je v rozsahu 0,5 rad až iC rad. Další podstatou způsobu je, že rychlost sestupného proudu směsi kapaliny a plynu v místě jeho vstupu do prostorově vymezeného proudu kapaliny je větší než rychlost vzestupného proudu.The solution falls into the field of wastewater treatment and relates to a method of gassing a liquid, in particular for the purpose of saturating it with gas. The essence of the method consists in that at least one descending stream of a liquid-gas mixture is introduced into a spatially defined ascending flow of liquid in the opposite direction so that the angle between the directions of the ascending and descending streams is in the range of 0.5 rad to iC rad. Another essence of the method is that the velocity of the descending stream of the liquid-gas mixture at the point of its entry into the spatially defined liquid stream is greater than the velocity of the ascending stream.

Description

Vynález se týká způsobu proplyňování kapaliny, zejména za účelem jejího sycení plynem při čištění odpadních vod.The present invention relates to a process for the gasification of a liquid, particularly for the purpose of gas saturation in waste water treatment.

V současné době se provádí proplyňování kapaliny tak, že do vodorovného proudu kapaliny, cirkulující v nádrži, se v souhlasném směru zavádí šikmý sestupný proud směsi kapaliny a plynu. Nevýhodou tohoto způsobu je, že oba proudy kapaliny se pohybují stejným směrem, takže v místě kontaktu vodorovně proudící provzdušňované kapaliny se šikmým sestupným proudem směsi kapaliny a plynu je poměrně nízká turbulence a oba proudy se nedokonale směšují.At present, the gas is gassed by introducing an oblique downstream flow of the liquid-gas mixture into the horizontal liquid stream circulating in the tank. The disadvantage of this method is that both fluid streams move in the same direction, so that at the point of contact of the horizontally flowing aerated fluid with the oblique downstream stream of the liquid-gas mixture, the turbulence is relatively low and the two streams mix imperfectly.

Bubliny plynu, obsažené v sestupném proudu kapaliny jsou proudem kapaliny strženy do určité hloubky, odtud potom vystupují na hladinu a unikají do ovzduší, čímž jsou pro další proplyňování ztraceny. To se projevuje nízkým využitím plynu, to je nízkým podílem rozpuštěného plynu z množství přivedeného plynu.The gas bubbles contained in the descending liquid stream are entrained to a certain depth by the liquid stream, from where they rise to the surface and escape into the atmosphere, thereby being lost for further gasification. This results in a low gas utilization, i.e. a low proportion of dissolved gas in the amount of gas introduced.

Bubliny plynu přitom přicházejí do kontaktu převážně s kapalinou sestupného proudu, která se značně plynem nasytí a vodorovně proudící kapalina se nasytí jen nepatrně. Při směšování sestupného a vodorovného proudu dochází ke značným energetickým ztrátám, což se projevuje nízkou účinností proplyňování, vyjádřenou v hmotnostním množství rozpuštěného plynu na jednu spotřebovanou kwh.The gas bubbles are in contact with predominantly the downstream liquid, which is largely saturated with the gas and the horizontally flowing liquid is only slightly saturated. When mixing the downstream and horizontal streams, there is a significant energy loss, which results in a low gasification efficiency, expressed as mass of dissolved gas per kwh consumed.

Uvedené nevýhody stávajícího stavu techniky se v podstatě odstraní způsobem proplyňování kapaliny, jehož podstata spočívá v tom, že do prostorově vymezeného vzestupného proudu kapaliny o střední profilové rychlosti menší než 3 m.s^-1 se v protisměru zavádí alespoň jede'n sestupný proud směsi kapaliny a plynu, jehož rychlost v místě jeho vstupu do prostorově vymezeného vzestupného proudu kapaliny je v rozsahu 3 až 50 m.s ¹, přičemž úhel mezi směry vzestupného a sestupného proudu je v rozsahu 0,6 “7C rad až rad.These disadvantages of the prior art are substantially eliminated by a liquid gasification process which consists in introducing at least one downstream liquid-gas flow into a spatially delimited upstream liquid stream having a mean profile velocity of less than 3 ms ^-1 . whose velocity at the point of its entry into the spatially delimited upward fluid flow is in the range of 3 to 50 ms ¹ , with an angle between the directions of the upward and downward streams in the range of 0.6 "7C rad to rad.

Vyšší účinek způsobu proplyňování kapaliny spočívá v tom, že bubliny plynu, přivedeného do vzestupného proudu kapaliny sestupným proudem směsi kapaliny a plynu přicházejí při svém výstupu k hladině znovu do kontaktu se sestupným proudem a jsou jím opětovně strženy do větší hloubky, čímž se prodlužuje doba kontaktu plynu s kapalinou a zvyšuje stupeň jejich rozplynění.A higher effect of the liquid gasification method is that the bubbles of gas introduced into the ascending liquid stream by the downstream liquid-gas mixture come back into contact with the downstream stream as they rise to the surface and are entrained again to a greater depth thereby increasing contact time. gas with liquid and increases their degree of degassing.

V oblasti styku vzestupného proúdu s protisměrným sestupným proudem vzniká intenzívní turbulence, která přispívá k rozbití plynu do jemných bublin, takže se vytvoří velké fázové rozhraní a dochází k rychlému obnovování fázového rozhraní plyn-kapallna.In the region of the contact of the uplink current with the downstream downstream, intense turbulence arises, which contributes to the breakage of the gas into fine bubbles, so that a large phase interface is formed and the gas-liquid phase interface is rapidly recovered.

Vysoká turbulence zároveň přispívá k dokonalejšímu promísení vzestupného a sestupného proudu kapaliny. Ztráty plynu únikem do ovzduší jsou tak podstatně omezeny a využití plynu je proto vysoké.At the same time, high turbulence contributes to a better mixing of the upward and downward fluid flows. Gas losses by air leakage are thus substantially reduced, and the use of gas is therefore high.

Plyn přichází do kontaktu s kapalinou vzestupného a sestupného proudu v podstatě rovnoměrně, takže rozdíly ve stupni nasycení kapaliny v obou proudech plynem jsou malé. To se příznivě projevuje ve vyšší účinnosti aerace, vyjádřené v hmotnostním množství rozpuštěného plynu na jednu spotřebovanou kwh.The gas comes into contact with the liquid in the upstream and downstream streams substantially evenly, so that the differences in the degree of saturation of the liquid in both gas streams are small. This has a favorable effect on the aeration efficiency, expressed as mass of dissolved gas per kwh consumed.

V příkladném řešení se vytváří svislý vzestupný proud kapaliny ve tvaru válce, který má kruhový průřez o průměru 3 m. Střední průtočná rychlost kapaliny ve vzestupném proudu je —1 3 —IIn an exemplary solution, a vertical upward flow of a cylindrical liquid having a circular cross-section of 3 m diameter is produced.

0,7 m.s , tomu odpovídá průtočné množství kapaliny ve vzestupném proudu přibližně 5 m .s .This corresponds to a flow rate of about 5 m / sec.

Do vzestupného proudu kapaliny se zavádí sedm svislých proudů kapaliny, rovnoměrně rozložených po průtočném profilu vzestupného proudu.Seven vertical fluid streams are uniformly distributed over the upstream flow profile into the upward fluid flow.

Do každého sestupného proudu je přiváděno 20 l.s^-1 kapaliny. Sestupná rychlost kapaliny v místě vstupu sestupného proudu do vzestupného prudu je přibližně 10 m.s^-1. Do prostoru vstupu sestupných proudů do vzestupného proudu se zavádí stlačený vzduch v množství 15 l.s”¹do každého sestupného proudu.Each downstream is supplied with 20 ls ^{-1 of} liquid. The downward velocity of the liquid at the point of entry of the downstream current to the ascending stream is approximately 10 ms ^-1 . Compressed air of 15 ls ^-1 is introduced into the downstream inlet space into each downstream.

Vzduch je sestupným proudem kapaliny strháván a rozbíjen do jemných bublin. Na styku vzestupného proudu a sestupných proudů kapaliny vzniká značná turbulence a dochází zde proto k vytváření velkého fázového rozhraní a k rychlému obnovování fázového rozhraní.The air is entrained and broken down into fine bubbles by the descending stream of liquid. There is considerable turbulence at the contact of the upstream and downstream fluid streams and therefore a large phase interface is formed and the phase interface is rapidly renewed.

Tím vytváří příznivé podmínky pro rozpouštění plynu. Energie sestupných proudů kapaliny se ve směru jejich pohybu postupně utlumuje až poklesne tak, že vzduchové bubliny přestávají být strhávány, sestupné proudy se rozpadají a uvolněné bubliny vzduchu vystupují vzestupným proudem kapaliny vzhůru, přičemž se opět dostávají do prostoru zavádění sestupných proudů kapaliny.This creates favorable conditions for gas dissolution. The energy of the descending liquid streams gradually diminishes in the direction of their movement until it drops so that the air bubbles cease to be entrained, the descending streams disintegrate, and the released air bubbles rise upwardly as they enter the space of introduction of the descending fluid streams.

Zde je část vzduchových bublin sestupným proudem kapaliny opět stržena do větších hloubek, část je vynesena vzestupným proudem kapaliny na hladinu, kde se z kapaliny uvolní.Here, part of the air bubbles is drawn down again to greater depths by the downward flow of the liquid, and a part is carried by the upward flow of liquid to the surface where it is released from the liquid.

Tato druhá část vzduchu vytváří ve vymezeném prostoru nádrže vzestupný proud kapaliny.This second part of the air creates an upward flow of liquid in the defined space of the tank.

Uvedený příklad způsobu proplyňování kapaliny není jediný. Vzestupný proud kapaliny může mít i jiný tvar než válcový, např. obdélníkový, může být ve tvaru mezikruží apod.This example of the method of gas degassing is not the only one. The upward fluid flow may also have a shape other than a cylindrical shape, e.g., rectangular, annular, and the like.

Totéž se týká i sestupných proudů kapaliny.The same applies to descending liquid streams.

Vzestupný proud nemusí být svislý, může být též šikmý. Totéž se týká i sestupných proudů. Sestupné proudy nemusí být rovnoběžné. Podmínkou pouze je, aby úhel mezi směry vzestupného a každého sestupného proudu byl v rozmezí 0,5ťrad až ‘TC rad.The upward current need not be vertical, it can also be oblique. The same applies to downstream currents. The downstream currents need not be parallel. The only condition is that the angle between the directions of the uplink and each downstream is within the range of 0.5 trad to ‘TC rad.

Způsob dle vynálezu lze s výhodou použít jak při proplyňování kapaliny za účelem jejího sycení plynem, tak i při odplyňování kapaliny. Způsob je výhodný zejména v případech, kdy je požadováno vysoké využití přiváděného plynu'vzhledem k jeho vysoké ceně, jako např. u čistého kyslíku, vzduchu nebo kyslíku obohaceného ozonem, a v případech, kdy je žádoucí minimální ochlazování proplyňované kapaliny.The process according to the invention can be advantageously used both for gas degassing for gas saturation and for degassing. The process is particularly advantageous in cases where high utilization of the feed gas is required because of its high cost, such as pure oxygen, air or ozone-enriched oxygen, and where minimal cooling of the gas to be gassed is desired.

Způsob je využitelný např. při provzdušňování aktivačních nádrží, různých biologických reaktorů nebo fermentorů čistým kyslíkem, při ozonaci vody, při přívodu kyslíku ze vzduchu do nádrží na termofilní aerobní stabilizaci a podobně. Způsobu dle vynálezu lze použít i při aeraci aktivačních a obdobných nádrží vzduchem.The method can be used, for example, to aerate activation tanks, various biological reactors or fermenters with pure oxygen, to ozone water, to supply oxygen from air to thermophilic aerobic stabilization tanks, and the like. The method according to the invention can also be used in the aeration of activation and similar tanks by air.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

A method of gasification of a liquid, in particular for the purpose of gas saturation, characterized in that at least one downstream liquid-gas mixture having a velocity at the point of entry into the spatially delimited upstream liquid stream having a mean profile velocity of less than 3 ms 1 is introduced. the spatially delimited upward fluid flow is in the range of 3 to 50 ms ^-1 , with the angle between the upward and downstream directions being in the range of 0.6 "TT rad to rad.