FI86381B

FI86381B - Gas dissolving device

Info

Publication number: FI86381B
Application number: FI895210A
Authority: FI
Inventors: Viljo Jaervenpaeae
Original assignee: Viljo Jaervenpaeae
Priority date: 1989-11-02
Filing date: 1989-11-02
Publication date: 1992-05-15
Also published as: FI86381C; FI895210A0

Abstract

The invention relates to a pump by which gas can be dissolved in liquid, so that a gas nozzle 6, by which gas is sucked up under restraint with the aid of a valve 8, is conducted to the suction nozzle 5 of the pump 1 and onward to the suction opening in an impeller 2. Following on from the pump is a mixer 4, in which the gas and liquid are mixed together at a pressure set by means of a valve 9. The gas is hereupon dissolved in the liquid at the desired pressure. The invention also relates to an automatic feed-out device 10 for gas, in which a float 12 which opens and closes the gas outlet is lowered when the volume of the gas phase increases, whereupon the outlet opening is opened and the gas is able to dissolve through a set valve 11 to a pressure lower than the pressure of the liquid until the volume of gas is reduced sufficiently for the liquid surface to have risen to such a level that the float 12 closes off the gas outlet. <IMAGE>

Description

8638186381

Kaasunliuotuslaite 5 Keksintö kohdistuu kaasunliuotuslaitteeseen, jolla kaasua saadaan liukenemaan nesteeseen.The invention relates to a gas dissolution device with which a gas is made to dissolve in a liquid.

Kaasun liukoisuus nesteeseen on suoraan verrannollinen kaasun paineeseen ja kääntäen verrannollinen lämpötilaan 10 varustettuna tietyillä kertoimilla. Näin ollen voidaan todeta, että nostamalla nesteen liuotusolosuhteet useampia atmosfäärejä, saadaan myös kaasun liukenemismäärä vastaavia monikertoja normaaliin ilmakehän paineolosuhteisiin verrattuna. Lämpötilan nosto taas pienentää liukoisuutta vastaa-The solubility of a gas in a liquid is directly proportional to the pressure of the gas and inversely proportional to the temperature 10 with certain coefficients. Thus, it can be stated that by raising the dissolution conditions of the liquid to more atmospheres, the dissolution rate of the gas is also obtained by corresponding multiples compared to the normal atmospheric pressure conditions. Raising the temperature, on the other hand, reduces the solubility

O OO O

15 maan O C (Kelvin lämpötilan +273 K) ja vastaavasti vallitsevan lämpötilan suhteella korjattuna eli jos olosuhteet o-vat + 20°C, on liukoisuus pienentynyt O-asteisesta tilanteesta suhteella 273/293 eli 0,9317406 kertaiseksi. Lisäksi liukoisuusmäärään vaikuttaa kunkin kaasun omat kertoimet, 20 jotka ovat löydettävissä teknisistä taulukoista. Liukoisuutta voidaan ilmoittaa tilavuusyksikköinä kaasua tilavuusyk-sikköä nestettä kohti (Ncm3/ cm3) tai tilavuusyksikköä kaasua painoyksikköä nestettä kohti (Ncm3/ g).Corrected for the ratio of the O C (Kelvin temperature +273 K) and the prevailing temperature of 15 countries, ie if the conditions are + 20 ° C, the solubility has decreased from the O-degree situation by 273/293 or 0.9317406 times. In addition, the amount of solubility is affected by the individual coefficients of each gas, which can be found in the technical tables. Solubility can be expressed in units of volume of gas per unit volume of liquid (Ncm3 / cm3) or units of volume of gas per unit weight of liquid (Ncm3 / g).

• · · ♦*·[ 25 Käytännössä tavallisimpia kohteita ovat esimerkinomaisesti ' * otettavissa ilman liukeneminen veteen. Tällöin oleellista .**: osaa merkitsee ilman happi, jota on ilmassa noin 20%. Happi .* · mahdollistaa esimerkiksi kalojen elinolosuhteet vedessä,jos- : : sa happipitoisuuden tulisi olla vähintään 4---5 mg/1. Yleen- *;*: 30 sä happipitoisuudet ovat ja niiden tulisikin olla yli 6mg/l.• · · ♦ * · [25 In practice, the most common items are, by way of example, '* air-soluble water. In this case, it is essential. **: part means oxygen in the air, which is about 20% in the air. Oxygen. * · Allows, for example, the living conditions of fish in water, where the oxygen content should be at least 4 --- 5 mg / l. In general, oxygen concentrations are and should be above 6 mg / l.

Happea kuluttavat vesiin päässeet orgaaniset yhdisteet, jot-: ka hapettuvat, lahoavat ja näiden johdosta ylikasvavat, re- *;·. hevöityvät vesialueet. Tällaisten estämiseksi käsitellään yleensä yleensä viemärivedet puhdistamoissa, joista vesistä 35 pyritään ottamaan kiintoaineet mahdollisimman tarkkaan pois ja lopuksi hapettamaan ts. biologisesti puhdistamaan orgaa-·.·. niset loppuaineet. Tämä vaatii usein suuria määriä hapenli- uotusta veteen.Oxygen is consumed by organic compounds released into water, which: oxidize, decay and overgrow as a result, re- *; ·. eutrophication waters. In order to prevent such, sewage is usually treated in treatment plants, from which the solids 35 are removed as accurately as possible and finally oxidized, i.e. biologically purified organically. finishes. This often requires large amounts of oxygen leaching into the water.

2 863812 86381

Siinä on useita menetelmiä. Tavallisin on käyttää ylipaineista ilmaa, kompressorin tuottamaa ilmaa, joka puhalletaan jätevesialtaiden pohjalla, vedessäolevien hajotinsuuttimien läpi. Ilman liukoisuus on sitä nopeampaa, mitä· pienempiä 5. ovat kuplat. Tämän takia pyritään saamaan hajotinsuuttimet tuottamaan erittäin pieniä ilmapalloja, mikä vaatii ylimääräistä painetta ilmapuhalluksessa. Tämä paine menee periaatteessa hukkaan ts. ilman hajottamiseen veteen, sillä liukoisuuteen vaikuttava on vain hajotussuuttimen syvyys nestein pinnan alapuolella. Täten menetelmä ei ole taloudellinen, vaikka se on yleisesti käytössä teknillisen toteutuksen helppouden takia. Paitsi että menetelmä on epätaloudellinen, on sen varjopuolena paineilmassa olevien epäpuhtauksien aiheuttama suuttimien tukkeutumishaitta.It has several methods. The most common is to use pressurized air, the air produced by the compressor, which is blown at the bottom of the effluent basins, through the diffuser nozzles in the water. The smaller the bubbles, the smaller the · air solubility. For this reason, the aim is to make the diffuser nozzles produce very small balloons, which requires extra pressure in the air blowing. This pressure is basically wasted, i.e. the disintegration of air into water, since the solubility is only affected by the depth of the disintegration nozzle with liquids below the surface. Thus, the method is not economical, although it is widely used due to the ease of technical implementation. Not only is the method uneconomical, its downside is the disadvantage of clogging the nozzles caused by contaminants in the compressed air.

Toinen tapa sekoittaa happi veteen on käyttää suuria, erilaisia sekottimia. Näissä vesi nostetaan lentämään ilmaan suurina vesimäärinä, pisaroina, jolloin samalla syntyvä ilmavirta koskettaa pisaroita. Seurauksena on hapen liukenemi-20 nen käsiteltyyn veteen. Menetelmä on käytössä mm. puunjalostusteollisuuden jätevesien käsittelyssä. Kuitenkaan sitä ei voida pitää energeetisesti tehokkaana, vaikkakin käsiteltävät määrät ovat suuria.Another way to mix oxygen with water is to use large, different mixers. In these, the water is lifted to fly into the air in large amounts of water, in drops, whereby the resulting air flow touches the drops. As a result, oxygen dissolves in the treated water. The method is used e.g. in the treatment of waste water from the wood processing industry. However, it cannot be considered energy efficient, although the amounts handled are large.

Eräs ratkaisu on käyttää nesteen sisällä nopeasti pyörivää 25 roottoria, johon syötetään joko itseimuna tai muuten paineistettua ilmaa, minkä roottori sitten sekoittaa nesteeseen voimakkaasti hajottaen. Näissä ratkaisuissa on sekä hyviä että heikompia hyötysuhteita todettu.One solution is to use a rapidly rotating rotor 25 inside the liquid, which is supplied with either self-priming or otherwise pressurized air, which the rotor then mixes with the liquid with strong decomposition. Both good and lower efficiencies have been found in these solutions.

30 Tämä keksintö perustuu pumppuun, jossa liuotettava kaasu se-kotetaan nesteeseen siten, että juoksupyörään imuaukossa on kaasulle erillinen syöttöyhde, jolloin sopivimmin juoksupyö-rän synnyttämä imu imee halutun määrän kaasua juoksupyörään ja siitä edelleen pumpun pesään, jonka jälkeen ulostulo va-35 rustetaan painesekotinyksiköllä, missä neste ja kaasu sekot-tuvat perusteellisesti virratessaan paineisena läpi sekotin-yksikön ylimääräkaasun erottimeen.The present invention is based on a pump in which the gas to be dissolved is mixed with a liquid so that the impeller has a separate supply connection to the gas at the inlet, the suction preferably sucking the desired amount of gas into the impeller and then into the pump housing, after which the outlet is equipped with a pressure mixer. wherein the liquid and gas thoroughly mix as they flow under pressure through the mixer unit to the excess gas separator.

Keksinnön mukaista laitetta kuvaa parhaiten seuraava seloste 40 ja oheinen kuva 1.The device according to the invention is best described by the following description 40 and the accompanying figure 1.

3 863813 86381

Nestevirtaus a virtaa tässä suoritusmuodossa, joka ei mitenkään ole sidottu kuvan mukaiseen ratkaisuun, venttiili 7 kautta ja säätämänä imuyhteeseen 5. Tämä ohjaa virtauksen juoksupyörään 2, joka on pumpun pesässä 1. Juoksupyörää 2 5. pyörittää sinänsä tunnettu yhteys ja tiivistyssysteemi moottori 3. Imuyhteeseen 5 on sijoitettu putkiyhde 6 ohjaamaan sitäkautta tuleva kaasuvirta b suoraan juoksupyörään 2. Kaasuvirtaa b voidaan säätää tässä tapauksessa parhaiten säätöventtiilillä 8. Pumpun 1 painepuolella, ulostulossa on 10 liitettynä painesekoitinyksikkö 4. ja sen jälkeen on säätö-venttiili 9, josta ulostulovirtaus c voidaan säätää siten, että sekoittimessä 4 on haluttu paine. Tässä suoritusmuodossa ei ole esitetty sinänsä tunnettua painemittarivalvontaa.The liquid flow a flows in this embodiment, which is in no way bound to the solution according to the figure, through the valve 7 and controlled by the suction connection 5. This directs the flow to the impeller 2 in the pump housing 1. The impeller 2 5. is rotated by a connection and a sealing system motor 3. a pipe connection 6 is arranged to direct the incoming gas flow b directly to the impeller 2. The gas flow b can best be controlled in this case by a control valve 8. On the pressure side of the pump 1, an outlet 10 is connected to a pressure mixer unit 4 and then a control valve 9 from which the outlet flow c can be adjusted. that the mixer 4 has the desired pressure. In this embodiment, pressure gauge monitoring known per se is not shown.

15 Kun juoksupyörään sisäänvirtaus on sopiva tai halutusti kuristettu, imeytyy kaasuvirta b itsestään mukaan juoksu-pyörään. Kun kaasumäärä on sopiva ja kun painepuoli on joko putkiston kuormittamana tai venttiilillä 9 säädetty sopivaksi, virtaus c on kaasulla kyllästettyä nestettä siinä pai-20 neessa. Jos ja kun tämän virtauksen c paine alenee esimerkiksi vapaaseen atmosfääripaineeseen, purkautuu ylimääräinen kaasu nesteestä ulos molekylaarisen pieninä kuplina, jotka ovat valmiita tarrautumaan kiintoaineisiin, öljyyn, rasvoihin, flokkeihin, sakkoihin tai vastaaviin hiukkasiin, jotka 23 yhdessä nousevat pintaan. Tätä ilmiötä ts. kaasun vapautumista voidaan käyttää hyväksi monissa eri sovellutuksissa.15 When the inflow into the impeller is suitable or as desired, the gas flow b is automatically absorbed by the impeller. When the amount of gas is suitable and when the pressure side is either loaded by the piping or adjusted by valve 9, the flow c is a gas-saturated liquid at that pressure. If and when the pressure c of this flow decreases to free atmospheric pressure, for example, the excess gas is discharged from the liquid in the form of molecularly small bubbles ready to adhere to solids, oil, fats, flocs, fines or similar particles which 23 rise to the surface. This phenomenon, i.e. gas release, can be exploited in many different applications.

Koska ilmassa on typpeä suhteellisesti neljä kertaa enemmän kuin happea ja koska typen liukoisuus veteen on noin puolet 30 hapen liukoisuudesta, tulee suuri osa (n. 70%) jäämään nesteeseen kaasumaiseen muotoon. Tämä osa voidaan jättää, riippuen olosuhteista joko nesteeseen kupliksi tai poistaa erillisen kaasunerottajan 10 kautta. Sen ratkaisu voi olla sinänsä tunnettu, mutta tässä suoritusmuodossa oleellista 35 siinä on, että säädettävällä venttiilillä 11 valitaan se painealue, jolla kaasunerottajan 10 yläosaan kertynyt kaasu pääsee virtaamaan ulos virtauksena d. Tämä painealue on alhaisempi kuin venttiilin 9 tai sen perässä olevalla putkistolla on synnytetty pumppuun vastapainetta. Kaasunerot-40 tajän 10 yläosassa on koho 12, joka kelluu nesteen pinnal- 4 86381 la, ja kaasumäärän ylittäessä määrätyn tilavuuden painuu nesteen pinta ja samalla koho 12, jossa on sulku-/ ohjaus-tappi kaasun ulosvirtaukseen. Kun koho 12 laskeutuu, aukeaa kaasulle myös mahdollisuus päästä jousikuormitettuun ja sää- 5. dettyyn venttiiliin 11, joka kaasunpaineen ylittyessä asetetun rajan, kaasu pääsee virtaamaan vapaasti ulos. Kun nyt kaasu on poistunut kerääjästä 10, nousee nestepinta ja samalla koho 12, mistä seurauksena on sulkeutuminen kaasunpo-istosäätöventtiiliin 11 ja nesteen paine vastaa edellätode-10 tun venttiilin 9 tai putkiston määräämää painetta. Kaasun poistuma on nyt suljettuna, kunnes sitä on taas kertynyt niin paljon, että koho 12 painuu alaspäin niin paljon, että sulku- / ohjaustappi avaa poistotien venttiiliin 11.Because there is relatively four times more nitrogen in the air than oxygen, and because the solubility of nitrogen in water is about half that of oxygen, a large portion (about 70%) will remain in the liquid in gaseous form. This part can be left, depending on the conditions, either bubbled in the liquid or removed through a separate gas separator 10. Its solution may be known per se, but in this embodiment it is essential that the adjustable valve 11 selects the pressure range in which the gas accumulated in the upper part of the gas separator 10 can flow out as flow d. This pressure range is lower than the valve 9 or the piping following it has created back pressure in the pump. At the top of the gas separator 40 there is a protrusion 12 floating on the surface of the liquid, and when the amount of gas exceeds a certain volume, the surface of the liquid is depressed and at the same time a protrusion 12 with a shut-off / guide pin for the gas outflow. When the riser 12 lowers, the gas also has the possibility of entering a spring-loaded and adjusted valve 11, which, when the gas pressure exceeds a set limit, allows the gas to flow freely out. Now that the gas has left the collector 10, the liquid level rises and at the same time rises 12, as a result of which the gas degassing control valve 11 closes and the pressure of the liquid corresponds to the pressure determined by the valve 9 or piping. The gas outlet is now closed until it has accumulated again so much that the riser 12 is pushed down so much that the shut-off / guide pin opens the outlet to the valve 11.

15 Keksinnön mukainen mahdollisuus syöttää ja/tai liuottaa kaasua nesteeseen on tekniseltä ratkaisultaan yksinkertainen ja helppo toteuttaa. Suoritusmuoto on esitetty kovin yksinkertaiseksi, mutta siihen löytyy monta mahdollisuutta. Esimerkiksi painesekoitinyksikkö 4 on kuvassa 1 sijoitettu heti 20 pumpun jälkeen. Käytännössä tämä voi olla muuallakin putkistossa ja kokonaan rakenteeltaan vaihteleva. Samoin liukenemattoman kaasun poisto 10. Liuotettavan kaasun syöttö voi olla myös ylipaineinen ja säädettävissä toisellakin tavalla. Nesteen sisäänvirtaus a voi olla huomattavasti toinen riipiä puen, miten suuri imukorkeus tai millainen imuputki ja virtausnopeudet ovat.The possibility according to the invention to supply and / or dissolve gas in a liquid is technically simple and easy to implement. The embodiment is presented as very simple, but there are many possibilities for it. For example, the pressure mixer unit 4 is located in Figure 1 immediately after the 20 pumps. In practice, this may be elsewhere in the pipeline and may vary in structure. Likewise, removal of insoluble gas 10. The supply of soluble gas may also be overpressurized and adjustable in other ways. The inflow a of the liquid can be considerably different depending on the suction head or the suction tube and the flow rates.

Liian suuri kaasun syöttö johtaa kaasukelloilmiöön ts. pumppuun kerääntyy vapaata kaasua, jolloin imu lakkaa tai paine 30 putoaa. Tämä ei ole toivottua ja siksi kaasun syöttö tulee olla valvottua ainakain liian suuren kaasusyötön estämiseksi .Too large a gas supply leads to a gas clock effect, ie free gas accumulates in the pump, which means that the suction stops or the pressure 30 drops. This is undesirable and therefore the gas supply must be controlled at least to prevent an excessive gas supply.

Claims

Gas dissolving device which dissolves gas under pressure in liquid, consisting of a pump, characterized in that a suction opening (6) for a desired quantity (b) of gas to be dissolved in the suction opening (5) of a pressurized wheel (2) is arranged. , and after the pump 10 there is a pressurized mixer / pipe plug (4).

Gas dissolution device according to Claim 1, characterized in that an undissolved gas separator unit (10) is connected to the mixer unit (4) on the pressurized side of the pump.

Gas dissolution device according to claims 1 and 2, characterized in that the pressure after the pump is selected by means of a control valve (9).

Gas dissolution device according to claims 1-3, characterized in that the amount of discharged gas is determined by a liquid float (12) controlled by the liquid surface in the gas separator (10) which opens and closes the gas outlet.

5. Gas dissolution device according to claims 1-4, characterized in that the amount and control of both the liquid and the input gas can be controlled by valves (7 and 8).