CZ286481B6 - Immersion equipment for mixing two liquids - Google Patents

Description

Oblast techniky

Vynález se týká ponorného zařízení k míšení dvou tekutin, z nichž nejméně jedna je kapalina, které je tvořeno trubkou k přijímání tekutin, otevřenou na obou axiálních koncích, nejméně dvěma tryskami k přivádění tekutin a stěnami ohraničeným průtočným kanálem, do kterého trysky jedním svým koncem vyčnívají dovnitř, a který svým druhým koncem vyúsťuje do trubky, přičemž trubka ve výšce zaústění ve střední oblasti průtočného kanálu obklopuje nárazovou zónu, pro narážení na sebe proudů tekutin, vystupujících z průtočného kanálu a vstřikovaných tryskami.

Dosavadní stav techniky

Tekutinou se ve smyslu vynálezu rozumí kapaliny a plyny. Zařízení se může používat k míšení kapaliny s plynem nebo k míšení dvou vzájemně nerozpustných kapalin, nebo k míšení, popřípadě k homogenizaci dvou vzájemně rozpustných kapalin. Dále uvedené vývody platí také pro obě ostatní možnosti, pro míšení kapaliny s plynem.

Takové míšení se provádí například při čištění odpadních vod, kde má být do vody vnášeno co možno největší množství kyslíku, který je ve vodě špatně rozpustný. K tomu je, stejně jako při chemických reakcích i při absorpčních a desorpčních dějích, mezi plynem a kapalinou potřebné vytvořit mezi oběma tekutinami při vysokém stupni turbulence velkou styčnou plochu pro látkovou výměnu. Látková výměna mezi plynem a kapalinou se tím zintenzivní.

Zařízením, známým z DE 38 18 991 Cl se látková výměna při míšení tekutin dále zlepší. V poli smykového napětí kapaliny, v bezprostředním pásmu za otvory trysek se plyn při výstupu z trysek rozptýlí do velmi malých bublinek. Současně každý paprsek proudu kapaliny nasává z vnitřku nádoby kapalinu nebo směs plynu s kapalinou. Tím se vytvářejí za tryskami homogenní dvoufázové proudy. Oba dvoufázové proudy se odkloní tak, že v nárazové zóně nádoby na sebe narážejí. Tím se plynové bublinky dále rozptýlí a kinetická energie plyno-kapalinové směsi se disipuje (přemění na tepelnou energii). Tím se vytváří vysoký stupeň turbulence a velká styčná plocha pro látkovou výměnu, jak v nárazové zóně, tak i v ostatních částech nádoby, nad a pod nárazovou zónou.

Cílem vynálezu je vytvořit pro zařízení popsané v úvodu, konstrukčně jednoduché uspořádání.

Podstata vynálezu

Tohoto cíle se dosahuje ponorným zařízením k míšení dvou tekutin, z nichž nejméně jedna je kapalina, které je tvořeno trubkou k přijímání tekutin, otevřenou na obou axiálních koncích, nejméně dvěma tryskami k přivádění tekutin a stěnami ohraničeným průtočným kanálem, do kterého trysky jedním svým koncem vyčnívají dovnitř, a který svým druhým koncem vyúsťuje do trubky, přičemž trubka ve výšce zaústění ve střední oblasti průtočného kanálu obklopuje nárazovou zónu, pro narážení na sebe proudů tekutin, vystupujících z průtočného kanálu a vstřikovaných tryskami, podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že nejméně jedna stěna průtočného kanálu je tvořena částí stěny trubky.

Toto zařízení je provedeno s trubkou a průtočným kanálem jako jednodílné. Může být provedeno jako kompaktní konstrukce a proto se dá jednoduše ovládat. Proto může být zařízení vedle svého

-1 CZ 286481 B6 přímého použití nasazeno také jako mísící zařízení v podobě ponorného agregátu pro velkoobjemové nádrže na kapaliny.

Průtočný kanál je jednoduše utvořen, neboť se pro jeho konstrukci využije stěny trubky, která je tak jako tak k dispozici. Je třeba vždy jen dvě stěny průtočného kanálu vně nebo uvnitř trubky spojit pevně a ve vhodné poloze s trubkou.

Přitom může být pro každou trysku, použitou v zařízení, osazen jeden druh vlastního průtočného kanálu. Je ale také možné opatřit kruhový průtočný kanál větším počtem trysek.

Některá výhodná provedení vynálezu jsou předmětem závislých nároků.

Podle prvního výhodného provedení jsou průtočné kanály alespoň dva a jsou tvořeny polovinami trubek, uspořádanými vně trubky a spojenými s její stěnou.

Podle dalšího výhodného provedení jsou průtočné kanály alespoň dva a jsou tvořeny dutými Uprofíly, uspořádanými vně trubky a spojenými s její stěnou.

Podle jiného výhodného provedení je průtočný kanál tvořen kusem trubky, koncentrickým s trubkou a na ní upevněným.

Podle dalšího výhodného provedení je v tryskách integrována trubka k přivádění plynu, jako jedné z tekutin.

V dalším výhodném provedení je trubka zaústěna do velkoobjemové nádrže na kapaliny.

Přehled obrázků na výkresech

Příklady provedení předmětu vynálezu jsou zobrazeny na výkresech, na kterých jednotlivé obrázky znázorňují:

Obr. 1 zařízení podle vynálezu ve schematickém znázornění

Obr. 2 půdorys zařízení

Obr. 3 bokorys zařízení

Obr. 4 oproti obr. 2 pozměněné provedení zařízení

Obr. 5 tryska, použitelná v zařízení, ve zvětšeném vyobrazení

Obr. 6 příklad použití zařízení.

Příklady provedení vynálezu

Dále bude popsáno zařízení podle vynálezu pro míšení kapaliny s plynem. Stejným způsobem se ale zařízení může používat pro míšení dvou vzájemně nerozpustných kapalin, nebo pro homogenizaci dvou vzájemně rozpustných kapalin.

V trubce 1, která je na obou axiálních koncích otevřená a je s výhodou vytvořena jako podélně protáhlý válec, se mají spolu mísit plyn GS a kapalina FL. Přitom se má například do kapaliny FL vnášet největší možné množství kyslíku. Na jednom konci trubky 1. - v zobrazeném příkladu provedení je to dolní konec - jsou uspořádány dvě trysky 2 a 3 k nimž se přivádí jednak kapalina FL, jednak plyn GS. Trysky 2 a 3 jsou přitom uspořádány tak, že z nich vystupující paprsky kapaliny a plynu dorazí do průtočných kanálů 4 a 5 průtočného zařízení, ústících do trubky 1 na dvou navzájem proti sobě ležících místech průměru. Trubka 1 je včetně průtočných kanálů 4 a 5

-2CZ 286481 B6 a trysek 2 a 3 ponořena do velkoobjemové nádrže 6, v níž je obsažena jako kapalina například odpadní voda.

Zařízení může být vytvořeno například tak, jak je znázorněno na obr. 2 a 3. U zařízení, vytvořeného v tomto tvaru, jsou na trubce 1 připevněny dvě uzavřené obloukovité stěny 7 a 8, které jsou pevně spojeny se stěnou trubky J a ohraničují axiálně orientované prostory po obou stranách trubky 1. Stěny 7 a 8 jsou podle obr. 3 na čelních stranách jejich konců 9 a 10 uzavřeny. Na druhých, otevřených koncích vyčnívají trysky 2 a 3 dovnitř do prostorů, ohraničených stěnami 7 a 8 a stěnou trubky L Stěny 7 a 8 tvoří dohromady se stěnou trubky 1 průtočné zařízení, které zde sestává z průtočných kanálů 4 a 5, vysvětlených v návaznosti na obr. 1.

V oblasti konců 9 a 10 stěn 7 a 8 je stěna trubky 1 vybrána. Odpovídající otvory 11 a 12 ve stěně trubky 1 jsou na obr. 3 naznačeny vždy dvěma čarami. Trubka 1 a stěny 7 a 8 jsou vyrobeny například z plastu nebo z kovu.

Stěny 7 a 8 mohou být podle obr. 2 polokruhovité zaoblené. Potom mohou být s výhodou tvořeny polovinami trubek. K vytvoření stěn 7 a 8 mohou být podle obr. 4 použity také profily tvaru U. Průtočné kanály 4 a 5 probíhají v podstatě rovnoběžně s trubkou 1- Oba, v trubkách odděleně vedené, proudy kapaliny a plynu se spolu setkávají v trubce 1 v čárkovaně orámované nárazové zóně PZ. Trysky 2 a 3 sají kapalinu nebo směs plynu s kapalinou z oblasti dolních konců nádoby a starají se tak o vnitřní oběh, naznačený šipkami na obr. 1. Kapalina je do trubky přiváděna shora nebo ve vnějším oběhu, například pomocí pumpy 13. Po smísení může kapalina odtéci z nádrže 6 přepadem 14. Přebytečný plyn může uniknout ze zařízení zčásti trubkou 1, zčásti nádrží 6.

Na obr. 1 jsou znázorněny dvě trysky 2 a 3. Mohou být použity ale také více než dvě, vždy od sebe navzájem oddělené trysky. Trysky 2 a 3 jsou výhodně provedeny jako dvou látkové trysky, ze dvou koncentricky uspořádaných trubek. Jsou, pokud jde o geometrii a rozměry, vytvořeny s výhodou identicky, takže do trubky 1 jsou přiváděny dva rovnoměrné proudy plynu a kapaliny. Jsou-li použity více než dvě trysky, pak budou místa vyústění odpovídajících průtočných trubek účelně přesazené uspořádána rovnoměrně po celém obvodu trubky 1- Při třech tryskách je tedy například mezi místy vyústění vždy úhel 120°.

Zařízení podle obr. 1 až 4 pracuje v podstatě takto:

Tryskami 2 a 3 jsou odděleně přiváděny kapalina FL a plyn GS. V důsledku pole smykového napětí kapaliny FL na výstupních otvorech trysek 2 a 3 se plyn disperguje. Plynové bublinky jsou unášeny kapalinou a takto vzniklá dvoulátková směs naráží ve dvou proudech v nárazové zóně PZ navzájem na sebe. Plynové bublinky jsou tím dále dispergovány, takže nastává zvýšená látková výměna. Velký díl plynových bublinek zůstává i nadále v nárazové zóně PZ ve vznosu, a tím se stále dále dispergují. To vede k dalšímu zvýšení látkové výměny. Nárazová zóna PZ je lokalizována z toho důvodu v trubce 1 pokud možno centrálně, tedy přibližně v jejím středu.

V jiném provedení zařízení, může být oproti provedením z obr. 2 až 4 spodní část trubky 1 obklopena koncentricky a v odstupu s ní probíhajícím kusem trubky. Trysky 2 a 3 vyúsťují potom do kruhového prostoru. Průtočné zařízení je ohraničeno z vnějšku kusem trubky a uvnitř zase stěnou trubky L Protože otvory v trubce 1 ve výšce nárazové zóny PZ jsou také umístěny po obvodu, je účelné spojit spodní část trubky 1 s koncentrickým kusem trubky. K tomu mohou být použity například schematicky naznačené příčky 15 (viz obr. 1), pevně spojené se spodní částí trubky 1 a koncentrickým kusem trubky. Koncentrický kus trubky je na horním konci pevně a po obvodu těsně spojen s trubkou 1. Průtočný kanál je tedy v tomto případě vytvořen jako kruhový. Je z jedné strany ohraničen trubkou 1 a z druhé strany koncentrickým kusem trubky, čímž jsou vymezeny stěny průtočného kanálu. U tohoto provedení zařízení jsou účelně použity více než dvě trysky. Výhodně jsou použity čtyři, vždy po obvodu navzájem o 90° přesazené, trysky. Počet trysek je ale i zde libovolný.

-3 CZ 286481 B6

Trysky mohou být podle obr. 1 uspořádány tak, že jejich tělíska vyčnívají v radiálním směru dovnitř do průtočného zařízení. Příklad konstrukce takové trysky je ve zvětšeném měřítku znázorněn např. na obr. 5. Sestává z trubice 16, která má ve své obvodové ploše otvor 17 trysky. Kapalina FL, přiváděná trubicí 16 se takto odkloní asi o 90°, takže může vtékat do průtočného kanálu trubky 1, který je ohraničen stěnou trubky 1 a stěnou 7, jak je zřejmé z obr. 5. K přivádění plynu GS je v trubici 16 trysky integrována užší trubička 18, jejíž výstupní otvor 19 leží nad otvorem 17 trysky. Tělíska trysek mohou i v axiálním směru vyčnívat do průtočného zařízení.

Zařízení, popsané v předcházejícím textu, může být přímo nasazeno například ke zpracování odpadních vod. Může ale také být používáno, jak bylo popsáno s poukazem na obr. 1, jako ponorný agregát ve velkoobjemové nádrži 6. Lze také použít současně více takových zařízení, například jako na obr. 6 tři zařízení A, B a C. Výhodou je, že zařízení může být vyráběno s optimálními pevně danými rozměry, bez ohledu na konkrétní případ použití. Přičemž se použije jenom právě potřebný počet zařízení jako ponorné agregáty.

Claims (6)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Ponorné zařízení k míšení dvou tekutin, z nichž nejméně jedna je kapalina, které je tvořeno trubkou (1) k přijímání tekutin, otevřenou na obou axiálních koncích, nejméně dvěma tryskami (2, 3) k přivádění tekutin a alespoň jedním, stěnami ohraničeným, průtočným kanálem (4, 5), do kterého trysky (2, 3) jedním svým koncem vyčnívají dovnitř, a který svým druhým koncem vyúsťuje do trubky (1), přičemž trubka (1) ve výšce zaústění průtočného kanálu (4, 5) ve střední oblasti vymezuje nárazovou zónu (PZ), pro narážení na sebe proudů tekutin, vstřikovaných tryskami (2, 3) a vystupujících z průtočného kanálu (4, 5), vyznačující se tím, že nejméně jedna stěna průtočného kanálu (4, 5) je tvořena částí stěny trubky (1).
2. 2. Ponorné zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že průtočné kanály (4, 5) jsou alespoň dva a jsou tvořeny polovinami trubek, uspořádanými vně trubky (1) a spojenými s její stěnou.
3. 3. Ponorné zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že průtočné kanály (4, 5) jsou alespoň dva a jsou tvořeny dutými U-profily, uspořádanými vně trubky (1) a spojenými s její stěnou.
4. 4. Ponorné zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že průtočný kanál je tvořen kusem trubky, koncentrickým s trubkou (1) a na ní upevněným.
5. 5. Ponorné zařízení podle jednoho z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že v tryskách (2, 3) je integrována trubička (18) k přivádění plynu, jako jedné z tekutin.
6. 6. Ponorné zařízení podle jednoho z nároků laž5, vyznačující se tím, že trubka (1) je zaústěna do velkoobjemové nádrže (6) na kapaliny.