CS248338B1

CS248338B1 - Liquid gasification device

Info

Publication number: CS248338B1
Application number: CS851562A
Authority: CS
Inventors: Zdenek Hvizdal
Original assignee: Zdenek Hvizdal
Priority date: 1985-03-06
Filing date: 1985-03-06
Publication date: 1987-02-12

Abstract

Řešení spadá do oboru čištění odpadních vod a týká se zařízení k proplyňování kapalin, zejména za účelem jejich sycení plynem při čištění, sestávajícího z proplyňovací nádrže, ve které je umístěna dělící vestavba, opatřena vstupním a výstupním otvorem, a minimálně jeden proplyňovací prvek s přívody kapaliny a plynu a s výstupem směsi kapaliny a plynu pro vytvoření sestupného proudu směsi kapaliny a plynu, přičemž jeho podstatou ge, že dělící vestavba je v proplyňovací nádrži umístěna tak, ze těžiště vstupního otvoru je umístěno níže než těžiště výstupního otvoru a spojnice těžist obou otvoru svírá s vodorovnou rovinou úhel alfa, který je v rozmezí 0,15 pí až 0,5 pí rad, přičemž výtok směsi kapaliny a plynu minimálně jednoho proplynovacího prvku je zaveden do vnitřního prostoru dělící vestavby ve směru od výstupního otvoru ke vstupnímu otvoru dělící vestavby.The solution falls into the field of wastewater treatment and relates to a device for gassing liquids, in particular for the purpose of saturating them with gas during cleaning, consisting of a gassing tank in which a dividing installation is placed, provided with an inlet and outlet opening, and at least one gassing element with liquid and gas inlets and with an outlet of a liquid and gas mixture for creating a descending flow of a liquid and gas mixture, its essence being that the dividing installation is placed in the gassing tank in such a way that the center of gravity of the inlet opening is located lower than the center of gravity of the outlet opening and the line connecting the centers of gravity of both openings forms an angle alpha with the horizontal plane, which is in the range of 0.15 pi to 0.5 pi rad, while the outlet of the liquid and gas mixture of at least one gassing element is introduced into the inner space of the dividing installation in the direction from the outlet opening to the inlet opening of the dividing installation.

Description

Vynález se týká zařízení k proplynování kapalin, zejména za účelem jejich sycení plynem při čištění odpadních vod.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a device for gasification of liquids, in particular for the purpose of their gas saturation in waste water treatment.

Je známé zařízení k provzdušnování kapalin, sestávající z provzdušňovací nádrže, ve které se vytváří sestupný proud kapaliny pomocí například vrtule umístěné pod hladinou kapaliny, který je ohraničen usměrňovacím pláštěm. Tato vrtule uvádí do cirkulace provzdušňovanou kapalinu v nádrži. V prostoru sestupného proudu kapaliny je umístěn provzdušňovací element, do kterého se přivádí provzdušňovací médium potrubím. Nevýhodou tohoto zařízení je, že do vynucené cirkulace provzdušňpvané kapaliny je provzdušňovací médium vháněno ve směru proudění kapaliny, takže dochází k nedokonalému promísení, k velkým ztrátám, což se projevuje nízkou účinností proplynování.A device for aerating liquids is known, consisting of an aerating tank in which a downward flow of liquid is produced by means of, for example, a propeller located below the surface of the liquid, which is bounded by a baffle. This propeller circulates the aerated liquid in the tank. In the space of the descending liquid stream, an aeration element is placed, into which the aeration medium is supplied via a conduit. A disadvantage of this device is that the aeration medium is forced into the forced circulation of the aerated liquid in the direction of the liquid flow, so that imperfect mixing occurs, large losses resulting in a low gasification efficiency.

Je rovněž známé zařízení k proplynování kapalin, které je tvořené soustavou proplynovacích prvků, kde se vytváří směs kapaliny a plynu tak, že část kapaliny, která má být proplyněna, se do proplyňovacího prvku přivádí pod tlakem jako hnací kapalina, kde Se smíchává s plynem přiváděným pod tlakem nebo přisávaným proudem hnací kapaliny. Na výtoku z proplyňovacího prvku se pak vytváří proud směsi kapaliny a plynu, který se zavádí jako sestupný proud do kapaliny, která má být proplyněna. Energie hnací kapaliny, vytékající z proplyňovacích prvků, se využívá k uvedení proplynované kapaliny do cirkulace. V prostoru sestupv ného proudu směsi kapaliny a plynu má tedy proud proplynované kapaliny souhlasný směr se sestupným proudem směsi kapaliny a plynu. Nevýhodou tohoto zařízení je, že v prostoru sestupného proudu vThere is also known a device for gasification of liquids which consists of a system of gasification elements where a mixture of liquid and gas is formed so that part of the liquid to be gasified is supplied to the gasification element under pressure as a propellant, where it mixes with the gas supplied. under pressure or a suction jet of propellant. A stream of the liquid-gas mixture is then formed at the outlet of the gassing element and is introduced as a downstream stream into the liquid to be gassed. The energy of the propellant flowing from the gassing elements is used to bring the gassed liquid into circulation. Thus, in the space of the downstream flow of the liquid-gas mixture, the stream of the gas to be gassed has a common direction with the downstream flow of the liquid-gas mixture. The disadvantage of this device is that in the space of the descending current in

směsi kapaliny a plynu se vytváří proud proplynované kapaliny stejného směru, takže v místě, kontaktu provzdušňované kapaliny se sestupným proudem směsi kapaliny a plynu je poměrně nízká turbulence a oba proudy se nedokonale směšují. Bubliny plynu, obsažené v sestupném proudu směsi kapaliny a plynu, jsou proudem kapaliny strženy do určité hloubky. Odtud potom vystupují na hladinu a unikají do ovzduší, čímž jsou pro další proplynování ztraceny. To se projevuje nízkým využitím plynu, to je nízkým podílem rozpuštěného plynu k množství přivedeného plynu. Bubliny přitom přicházejí do kontaktu převážně s kapalinou sestupného proudu, která se plynem značně nasytí, a jen z malé části do kontaktu s okolní kapalinou proplyňovací nádrže, která se proto nasytí plynem jen nepatrně. Při směšování tak dochází ke značným energetickým ztrátám, což se projevuje nízkou účinností proply- 2 248 338 ňování, vyjádřenou v hmotnostním množství rozpuštěného plynu na jednu spotřebovanou kWh·The gas-liquid mixture produces a stream of gassed liquid in the same direction, so that at the point of contact of the aerated liquid with the downstream jet of the liquid-gas mixture there is relatively low turbulence and the two streams mix imperfectly. The gas bubbles contained in the descending stream of the liquid-gas mixture are entrained to a certain depth by the liquid stream. From there they then rise to the surface and escape into the atmosphere, which is lost for further gasification. This results in a low gas utilization, i.e. a low proportion of dissolved gas to the amount of gas introduced. The bubbles are mainly in contact with the downstream liquid, which is substantially saturated with the gas, and only to a small extent in contact with the surrounding liquid of the gasification tank, which is therefore only slightly saturated with the gas. This results in considerable energy losses during mixing, which is reflected in the low efficiency of the gassing, expressed as mass of dissolved gas per kWh consumed.

Uvedené nevýhody v podstatě odstraňuje vynález, kterým je zařízení k proplyňování kapalin, zejména za účelem jejich syčev ní plynem při čištění odpadních vod, sestávající z proplynovací nádrže, ve které je umístěna dělící vestavba, opatřená vstupním otvorem a výstupním otvorem, a minimálně jeden proplyňovací prvek s přívody kapaliny a plynu a s výstupem směsi kapaliny a plynu pro vytvoření sestupného proudu směsi kapaliny a plynu, a jeho podstata spočívá v tom, že dělicí vestavba je umístěna v proplyňovací nádrži tak, že těžiště vstupního otvoru je umiste· no níže než těžiště výstupního otvoru a spojnice těžišt obou otvorů svírá s vodorovnou rovinou úhel _f který jev rozmezí 0,15 T až 0,5 T rad, přičemž výtok směsi kapaliny a plynu minimálně jednoho proplynovacího prvku je zaveden do vnitřního prostoru dělicí vestavby ve směru od výstupního otvoru ke vstupnímu otvoru dělicí vestavby·In essence, the invention, which is a device for gasification of liquids, in particular for their siphoning gas in wastewater treatment, consists of a gasification tank in which a separating device is provided, having an inlet and an outlet, and at least one gasifier. with a liquid and gas inlet and a liquid-gas mixture outlet to form a downstream liquid-gas mixture stream, and the principle is that the separator is located in the gasification tank so that the center of gravity of the inlet is lower than the center of gravity of the outlet and the center of gravity of the two apertures forms an angle _f which is in the range of 0.15 T to 0.5 T rad with the horizontal plane, wherein the outlet of the liquid-gas mixture of at least one gasifier is introduced into the interior space of the separating device in the direction dividing vestavb y ·

Vyšší účinek zařízení podle vynálezu spočívá v tom, že vlivem přiváděné směsi kapaliny a plynu pod tlakem do prostoru dělicí vestavby se v dělící vestavbě střetává sestupné proudění směsi kapaliny a plynu se vzestupným prouděním kapaliny proplynovací nádrže, Čímž dochází k intenzívní turbulenci, která přispívá k rychlému obnovování fázového rozhraní plyn.-kapalina, k rozbití plynu,do jemných bublin a vytvoření velkého fázového rozhraní, prodlužuje se doba kontaktu plynu s kapalinou. Vysoká turbulence zároveň přispívá k dokonalejšímu promísení vzestupného proudu kapaliny se sestupným proudem směsi kapaliny a plynu, takže plyn přichází v podstatě rovnoměrně do kontaktu s kapalinou vzestupného i sestupného proudu, takže rozdíly ve stupni nasycení kapaliny v obou protisměrných proudech jsou malé. Zařízení podle vynálezu tedy podstatně zvyšuje využití plynu, to je podíl rozpuštěného plynu z množství přivedeného plynu i účinnost proplyňování, vyjádřenou v hmotnostním množství rozpuštěného plynu na jednu spotřebovanou kWh·A higher effect of the device according to the invention is that the downstream flow of the liquid-gas mixture interferes with the upward flow of the gasification tank in the separating installation due to the pressurized liquid-gas mixture being supplied to the separation space. the gas-liquid phase interface is renewed, to break gas into fine bubbles and create a large phase interface, the gas-liquid contact time is increased. At the same time, high turbulence contributes to a better mixing of the uplink liquid stream with the downstream stream of the liquid-gas mixture so that the gas comes substantially evenly in contact with the uplink and downstream liquid, so that the differences in degree of saturation of the liquid in both upstream streams are small. Thus, the device according to the invention substantially increases the utilization of gas, i.e. the proportion of dissolved gas in the quantity of gas supplied and the gasification efficiency, expressed in the mass of dissolved gas per kWh consumed.

Příklad provedení zařízení podle vynálezu je schematicky znázorněn na přiloženém výkresu, kde na obr. 1 je příčný řez zařízením v základním provedení, na obr. 2 je znázorněn příčný řez jiné varianty zařízení z obr. 1.An exemplary embodiment of the device according to the invention is shown schematically in the accompanying drawing, in which Fig. 1 is a cross-section of the device in the basic embodiment, Fig. 2 shows a cross-section of another variant of the device of Fig. 1.

Zařízení podle vynálezu obr. 1 je tvořeno proplyňovací nádrží 1, ve které je umístěna dělicí vestavba 2, například válco248 338The device according to the invention of FIG. 1 is formed by a gasification tank 1, in which a separating device 2, for example a cylinder 24

- 3 váho tvaru se svislou podélnou osou. Dělící vestavba 2 je opatřena vstupním otvorem 21 umístěným na straně dna 11 proplyňovací nádrže i s těžištěm 210 a výstupním otvorem 22 na straně hladiny kapaliny v proplynovací nádrži 1, s odpovídajícím těžištěm 220. Do vnitřního prostoru 23 dělící vestavby 2 je vyústěn výtok 20 z minimálně jednoho proplynovacího prvku 2» umístěného například ve vnitřním prostoru 23 dělící vestavby 2 tak, že výtok 30 směřuje od výstupního otvoru 22 ke vstupnímu otvoru 21 dělící vestavby 2 a je umístěn na spojnici t, těžiště 210 vstupního otvoru 21 a odpovídajícího těžiště 220 výstupního otvoru 22 dělící vestavby 2. Proplynovací prvek 2 J^e opatřen dvěma vstupy 31. 32, kde k jednomu vstupu 31 je připojeno potrubí £ pro přívod hnací kapaliny a druhým vstupem 32 pro přívod plynu, například pomocí plynového potrubí 2· ob**· ² 3® znázorněna varianta zařízení z obr, 1, kde dělící vestavba 2 má šikmou podélnou osu a výtok 30 z minimálně jednoho proplyňovacího prvku 2 J^e ornístěn v dělicí vestavbě 2 excentricky, přičemž může mít libovolný sestupný směr.- 3 of its shape with a vertical longitudinal axis. The separating body 2 is provided with an inlet opening 21 located on the bottom side 11 of the gasification tank with a center of gravity 210 and an outlet opening 22 on the liquid level side in the gasifying tank 1, with a corresponding center of gravity 220. of gassing element 2 located, for example, in the interior space 23 of the separating device 2, so that the outlet 30 points from the outlet opening 22 to the inlet opening 21 of the separating device 2 and is located on the connection t. Trim the second element 2 J melter gasifier ^is provided with two inputs 31, 32 of which one input is connected to conduit 31 £ for supplying the working fluid and the second port 32 for supplying gas, for example via gas conduit 2 · ² · ** ob shown 3® A variant of the device of FIG ou longitudinal axis 30 and the outlet of at least one element 2 proplyňovacího J ^e ornístěn installation in the partition eccentrically 2 and may be of any downlink.

Popsané zařízení není ojedinělé. Funkce tohoto zařízení se nezmění, jestliže dělicí vestavba 2 bude jiného tvaru než válcového· Podmínkou však je, aby spojnice t. těžiště 210 vstupního otvoru 21 a odpovídajícího těžiště 220 výstupního otvoru 22 dělící vestavby 2 svírala s vodorovnou rovinou 6 úhel který je v rozsahu 0,15 až 0,5 ify rad. Při použití většího poctu proplynovacích prvků 2 jsou směry výtoků 30 sestupných proudů z jednotlivých proplyňovacích prvků 2 na sobě nezávislé a mohou být podle potřeby kombinovány. Proplynovací prvky 2 mohou být umístěny pod hladinou kapaliny v proplynovací nádrži 1. nebo mohou být umistev ny při hladině. Plyn dodávaný do proplynovacího prvku 2 nemusí pak být stlačený a plynové potrubí 2 může odpadnout. Potřebný vThe device described is not unique. The function of this device will not change if the partition 2 is of a shape other than cylindrical. However, the condition t is that the line t of the center of gravity 210 of the inlet 21 and the corresponding center of gravity 220 of the outlet aperture 22 of the partition 2 has an angle of 0 , 15 to 0.5 ify rad. When using a larger number of gassing elements 2, the downstream outflow directions 30 of the individual gassing elements 2 are independent of each other and may be combined as required. The gassing elements 2 may be located below the surface of the liquid in the gassing tank 1 or may be located at the surface. The gas supplied to the gassing element 2 need not then be compressed and the gas line 2 may be omitted. Needed in

plyn je pak do proplynovacího prvku 2 přisáván proudem hnací kapaliny.the gas is then sucked into the gassing element 2 by a jet of propellant.

Funkce popsaného zařízení spočívá v tom, že do proplyňovacího prvku 2 zařízení se přivádí hnací kapalina, kterou je obvykle proplyňovaná kapalina z proplynovací nádrže X, odčerpávaná neznázorněným čerpadlem, jehož výtlak je napojen na potrubí £. Druhým vstupem 32 proplynovacího prvku 3 je do proplynovacího prvku 2 vThe function of the apparatus described is that the propellant 2 of the apparatus is supplied with a propellant, which is usually a purged liquid from the purging tank X, pumped by a pump (not shown), the discharge of which is connected to the pipe 6. The second inlet 32 of the gassing element 3 is into the gassing element 2 at

přiváděn plyn, například plynovým potrubím 2· V proplynovacím prvku 2 se vytvoří směs kapaliny a plynu, která je tlakem hnací kapaliny vháněná do vnitřního prostoru 23 dělící vestavby 2 ve směru výtoku 22 a vytváří v něm sestupný proud směsi kapalinygas is supplied, for example by gas line 2. A gas-liquid mixture is formed in the gasifier 2, which is propelled by the pressure of the propellant into the interior 23 of the separating device 2 in the discharge direction 22 and

IAND

248 338 a plynu, přičemž bubliny plynu uvolněné ze směsi a vystupující na hladinu jsou znovu a znovu strhávány do větší hloubky. Tím se kapalina v dělící vestavbě pod proplyňovacím prvkem 3 obohacuje množstvím plynu, které je větší než množství plynu přiváděv né druhým vstupem 32 do proplynovacího prvku 2» snižuje se její specifická hmotnost ve srovnání se specifickou hmotností kapaliny proplynovací nádrže χ. Vlivem rozdílu těchto specifických hmotností a tlakového rozdílu mezi vstupním otvorem 21 a výstupním otvorem 22 dělící vestavby 2 se vytváří v dělicí vestavbě 2 vzestupné proudění kapaliny, uvádějící do cirkulace kapalinu proplynovací nádrže 1. Toto vzestupné proudění v dělicí vestavbě 2 se střetává s protisměrným sestupným proudem směsi kapaliny v248,338 and gas, wherein the gas bubbles released from the mixture and rising to the surface are entrained again and again to a greater depth. As a result, the liquid in the partition under the gasifier 3 is enriched with an amount of gas that is greater than the amount of gas supplied by the second inlet 32 to the gasifier 2, reducing its specific gravity compared to the specific gravity of the liquid. Due to the difference in these specific weights and the pressure difference between the inlet port 21 and the outlet port 22 of the separator assembly 2, an upward fluid flow is generated in the separator assembly 2, bringing liquid to the gasification tank 1. liquid mixtures in

a plynu z proplynovacího prvku 2, čímž se jednak podstatně prodlužuje doba kontaktu plynu s kapalinou, zvyšuje se tak využití plynu, a jednak vzniká intenzívní turbulence, která přispívá k rychlému obnovování fázového rozhraní plyn-kapalina a.rozbitím plynu do jemných bublin k vytvoření velkého fázového rozhraní, k dokonalejšímu promísení vzestupného a sestupného.proudu. Plyn přichází v podstatě rovnoměrně do kontaktu s kapalinou vzestupného sestupného proudu. Dělicí vestavba 2 znemožňuje, aby se zkratovými proudy přiváděla k proplynovacímu prvku J kapalina více nasycený než činí průměr v proplynovací nádrži 1. Vlivem vyvolané cirkulace proplynované kapaliny vstupuje do dělící vestavby vstupním otvorem 21 kapalina s podprůměrným obsahem rozpuštěného plynu, která se střetnutím se sestupným proudem směsi kapaliny a plynu promíchává a obohacuje se plynem.and gas from the gassing element 2, thereby substantially prolonging the gas-liquid contact time, increasing gas utilization, and creating intense turbulence, which contributes to the rapid recovery of the gas-liquid phase interface and by breaking the gas into fine bubbles to form a large phase interface, to better mix up and down current. The gas comes substantially evenly into contact with the uplink descending liquid. The separator assembly 2 prevents liquid from being saturated more than the diameter in the gasifier 1 by short-circuit currents. Due to the circulation of the gassed liquid through the inlet opening 21, a liquid with an below-average dissolved gas content enters the separator. The mixture of liquid and gas is mixed and enriched with gas.

Zařízení podle vynálezu lze s výhodou využít jak při proplyňování kapaliny za účelem jejího sycení plynem, tak i při vyvetrávání plynu z kapaliny. Zařízení je vhodné zvláště v těch případech, kdy se požaduje vysoké využití přiváděného plynu, at již proto, že je tento plyn drahý, například čistý kyslík, vzduch nebo kyslík obohacený ozonem, nebo proto, aby ochlazování proply- . nované kapaliny bylo minimální. Zařízení podle vynálezu může být použito například při provzdušnování aktivačních nádrží^ případně různých biologických reaktorů nebo fermentorů čistým kyslíkem, při ozonaci vody, při přívodu kyslíku ze vzduchu do procesu termofilní aerobní stabilizace a podobně. Zařízení je možno s výhodou použít i při aeraci aktivačních a podobných nádrží vzduchem.The device according to the invention can be advantageously used both for gasification of the liquid for the purpose of gas saturation and for the ventilation of gas from the liquid. The device is particularly suitable in those cases where high utilization of the feed gas is required, either because it is expensive, for example pure oxygen, air or ozone-enriched oxygen, or in order to cool the gas. The amount of liquid was minimal. The device according to the invention can be used, for example, in aerating the activation tanks or various biological reactors or fermenters with pure oxygen, in the ozonation of water, in the supply of oxygen from the air to the thermophilic aerobic stabilization process and the like. The device can also be advantageously used in aeration of activation and similar tanks by air.

Claims

OBJECT OF THE INVENTION

248 338

Apparatus for the gasification of liquids, in particular for the purpose of their gas saturation in waste water treatment, consisting of a gasification tank in which a separating device is provided, having an inlet and an outlet, and at least one gasifier with liquid and gas inlets and a liquid mixture outlet; gas for generating a downward flow of the liquid-gas mixture, characterized in that the separating device (2) is located in the gasification tank (1) such that the center of gravity (210) of the inlet opening (21) is lower than the center of gravity (220) of the outlet of the apertures (210) and the center of gravity (210, 220) of the two apertures (21, 22) form an angle (θ) to the horizontal plane (6) which is in the range of 0.157 ^ to 0.5 7 ⁴ rad 30) the mixture of liquid and gas of at least one gassing element (3) is introduced into the interior space (23) of the partition (2) in the direction from the outlet opening (22) to the inlet opening (2) (1) dividers (2).