PL177119B1

PL177119B1 - Immersible apparatus for low-pressure aeration of liquid and mixing gases with liquids

Info

Publication number: PL177119B1
Application number: PL94306166A
Authority: PL
Inventors: Janusz Waś; Krzysztof Biernat
Original assignee: Krzysztof Biernat; Was Janusz
Priority date: 1994-12-07
Filing date: 1994-12-07
Publication date: 1999-09-30
Also published as: PL306166A1

Abstract

1. Głębokościowe urządzenie do niskociśnieniowego napowietrzania i mieszania cieczy i gazów, wyposażone w dyszę, przy czym wewnątrz obudowy dyszy umieszczone są swobodne kule rozbijające, znamienne tym, że dysza napowietrzająca (1) umieszczona jest pomiędzy górnym stożkiem Venturiego (2), a połączonym z nim większąpodstawą dolnym stożkiem Venturiego (3), natomiast górny stożek (2) mniejszą podstawą połączony jest z górną rurą pionową (4) wewnątrz której na jej obwodzie znajdująsię kierownice (5), przy czym sąsiednie kierownice (5) umieszczone sąod siebie w odległości (H1) nie większej niż 1,25 średnicy rury pionowej (4), natomiast z mniejsząpod- stawą dolnego stożka Venturiego (3) połączona jest dolna rura pionowa (6) o długości nie większej niż wysokość górnej rury (4), nad którą w odległości (H) znajduje się deflektor górny (7) o średnicy (D2), przy czym obudowa (10) dyszy (1) usytuowana jest nad płaszczyzną wyznaczającą połączenie podstaw górnego stożka (2) i dolnego stożka (3).1. Depth device for low-pressure aeration and mixing of liquids and gases, equipped with a nozzle, the inside of the nozzle housing housing free breaking balls, characterized in that the aeration nozzle (1) is placed between the upper Venturi cone (2) and connected to with the larger base with the lower Venturi cone (3), while the upper cone (2) with the smaller base is connected to the upper vertical tube (4) inside which, on its perimeter, the vanes (5) are located, while the adjacent vanes (5) are placed at a distance of ( H1) not greater than 1.25 of the vertical pipe diameter (4), while the lower vertical pipe (6) is connected to the lower base of the lower Venturi cone (3) with a length not greater than the height of the upper pipe (4), above which (H) there is an upper deflector (7) with a diameter (D2), with the housing (10) of the nozzle (1) located above the plane defining the connection of the bases of the upper cone (2) and the lower cone (3).

Description

Przedmiotem wynalazku jest głębokościowe urządzenie do niskociśnieniowego napowietrzania i mieszania cieczy i gazów przeznaczone do napowietrzania wody i ścieków w zbiornikach. Urządzenie służy również do separacji cieczy o różnym ciężarze właściwym lub separacji na przykład tłuszczów rozpuszczanych w cieczy.The subject of the invention is a low-pressure device for low-pressure aeration and mixing of liquids and gases, intended for aerating water and sewage in tanks. The device is also used to separate liquids of different specific gravity or to separate, for example, fats dissolved in a liquid.

Znane jest z polskiego zgłoszenia opisu patentowego nr P 295368 urządzenie do wprowadzania gazów do cieczy przez mieszanie tych czynników przy stałym ciśnieniu i temperaturze. Rozpuszczalność gazu w cieczy regulowana jest prędkością odnowy powierzchni międzyfazowych.A device for introducing gases into liquids by mixing these factors at constant pressure and temperature is known from the Polish patent application No. P 295368. The gas solubility in the liquid is regulated by the renewal speed of interfacial surfaces.

Urządzenie jest wyposażone w dysze napowietrzającą w postaci ażurowego kosza w kształcie stożka ściętego usytuowanego większą podstawą do góry. Ażurowy kosz składa się z ukształtowanych prętów nośnych umieszczonych wzdłuż tworzących stożka oraz pierścieni osiowych osadzonych współosiowo. Wewnątrz kosza umieszczone są swobodne kule elastyczne o ujemnej pływalności. Kule wypełniają część przestrzeni zamkniętej od góry i od dołu przeponami w postaci kraty. U dołu kosza znajduje się doprowadzenie gazu. Dysza umieszczona jest w korpusie w postaci stożka Yenturiego, z którym połączona jest rura pionowa.The device is equipped with aeration nozzles in the form of an openwork basket in the shape of a truncated cone situated with its larger base upwards. The openwork basket consists of shaped support rods placed along the cones and axial rings mounted coaxially. Inside the basket there are flexible negative buoyancy balls. The spheres fill part of the space closed at the top and bottom with diaphragms in the form of a grid. There is a gas supply at the bottom of the basket. The nozzle is placed in the body in the form of a Yenturi cone with which a vertical pipe is connected.

rn 119rn 119

Takie rozwiązanie ma korzystne parametry dla małych warstw cieczyjednakjako niskociśnieniowe urządzenie do mieszania cieczy i gazów nie znajduje zastosowania w głębokich zbiornikach wody.This solution has favorable parameters for small liquid layers, however, as a low-pressure device for mixing liquids and gases, it is not applicable in deep water tanks.

Istota wynalazku polega na tym, że dysza napowietrzająca umieszczonajest pomiędzy górnym stożkiem Venturiego a połączonym z nim większą podstawą dolnym stożkiem Venturiego i dolną rurą ssącą. Górny stożek mniejszą podstawą połączony jest z górną rurą, pionową, wewnątrz której na jej obwodzie znajdują się kierownice. Sąsiednie kierownice umieszczone są od siebie w odległości nie większej niż 1,25 średnicy rury pionowej. Z mniejszą podstawą dolnego stożka Venturiego połączona jest dolna rura pionowa o długości nie większej od wysokości górnej rury. Obudowa dyszy usytuowanajest nad płaszczyznąwyznaczającąpołączenie podstaw górnego stożka i dolnego stożka.The essence of the invention lies in the fact that the aeration nozzle is placed between the upper Venturi cone and the lower Venturi cone connected to it with a larger base and the lower suction pipe. The upper cone with a smaller base is connected to the upper, vertical pipe, inside which there are the vanes on its perimeter. Adjacent blades are placed apart from each other at a distance not greater than 1.25 times the diameter of the riser pipe. A lower riser pipe is connected to the smaller base of the lower venturi cone, no more than the height of the upper pipe. The nozzle housing is located above the plane defining the connection of the bases of the upper cone and the lower cone.

Obudowa dyszy ma kształt zbliżony do odwróconego stożka ściętego połączonego mniejszą podstawaz mniejsząpodstawą drugiego stożka ściętego i o otwartej większej podstawie. Do ściany wewnętrznej obudowy, w płaszczyźnie połączenia stożków dołączona jest przesłona ażurowa korzystnie w kształcie stożka ściętego, którego mniejsza podstawa połączona jest z cylindrem rozprężającym zamykającym obudowę od dołu. W ściance bocznej cylindra umieszczone jest doprowadzenie powietrza. Obudowa od góry zamknięta jest owalną czaszą perforowaną, połączoną z wewnętrzną ścianą obudowy i usytuowana poniżej płaszczyzny większej podstawy górnego stożka. Wewnątrz obudowy umieszczone sąprzynajmniej trzy swobodne kule o sztywnym korpusie i wypełniające przestrzeń nad cylindrem.The nozzle housing has a shape similar to an inverted truncated cone connected by a smaller base to a smaller base of a second truncated cone and with an open larger base. An openwork shutter, preferably in the shape of a truncated cone, is attached to the inner wall of the casing, in the plane of cone connection, the smaller base of which is connected to the expansion cylinder closing the casing from below. An air supply is located on the side wall of the cylinder. The top of the casing is closed with an oval perforated bowl, connected to the inner wall of the casing and located below the plane of the larger base of the upper cone. Inside the housing there are at least three free spheres with a rigid body and filling the space above the cylinder.

Końcówka doprowadzenia powietrzajest ścięta pod kątem γ<30° do osi, natomiast nad końcówkąod strony komory znajduje się deflektor rozpraszający. W płaszczyźnie połączenia cylindra znajduje się przegroda w postaci rusztu.The end of the air supply is truncated at an angle γ <30 ° to the axis, and a diffusing deflector is placed above the end of the chamber. In the plane of connection of the cylinder there is a partition in the form of a grate.

Rozwiązanie według wynalazku zapewnia taki transport masy cieczy, który powiększa w znacznym stopniu efekt ciągłej wymiany faz przy mieszaniu czynników. Urządzenie według wynalazku ma działanie jednozakresowe stąd sumaryczny wydatek energii na wywołanie wszystkich działań jest mniejszy w porównaniu z podobnymi urządzeniami szczególnie w głębokich zbiornikach wodnych.The solution according to the invention provides such a mass transport of liquids which greatly increases the effect of continuous phase exchange when the factors are mixed. The device according to the invention has a single-range operation, hence the total energy expenditure for triggering all actions is lower compared to similar devices, especially in deep water reservoirs.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 pokazuje schematycznie głębokościowe urządzenie do niskociśnieniowego napowietrzania i mieszania cieczy i gazów w przekroju wzdłuż osi pionowej, fig. 2 - dyszę napowietrzającą schematycznie w przekroju wzdłuż osi pionowej.The subject of the invention is shown in the drawing in which Fig. 1 shows schematically a device for low-pressure aeration and mixing of liquids and gases in a schematic way along a vertical axis, Fig. 2 - an aeration nozzle schematically in a section along a vertical axis.

Urządzenie wyposażone jest w dyszę napowietrzaj ącą 1 umieszczoną pomiędzy górnym stożkiem Venturiego 2 i połączonym z nim większą podstawą dolnym stożkiem Venturiego 3. Górny stożek 2 mniejszapodstawąpołączony jest z górną rurą pionową4, wewnątrz której na jej obwodzie znajdują się kierownice 5. Sąsiednie kierownice 5 umieszczone są od siebie w odległości H1 równej 1,25 średnicy D1 rury pionowej 4. Rrzut poziomy L kierownicy 5 wynosi 40% średnicy D1 rury pionowej 4. Z mniejszą podstawą dolnego stożka Venturiego 3 połączona jest dolna ssąca rura pionowa 6 o długości równej wysokości górnej rury 4. Dysza 1 usytuowanajest tak, że płaszczyzna rusztu 16 pokrywa się z płaszczyzną wyznaczającą połączenie podstaw górnego stożka 2 i dolnego stożka 3.The device is equipped with an aeration nozzle 1 placed between the upper Venturi cone 2 and the lower Venturi cone 3 connected to it with a larger base. from each other at a distance H1 equal to 1.25 of the diameter D1 of the vertical pipe 4. The horizontal projection L of the steering wheel 5 is 40% of the diameter D1 of the vertical pipe 4. The lower suction vertical pipe 6 is connected with the smaller base of the lower venturi 3, with a length equal to the height of the upper pipe 4 The nozzle 1 is positioned so that the plane of the grate 16 coincides with the plane defining the connection of the bases of the upper cone 2 and the lower cone 3.

Obudowa 10 dyszy 1 ma kształt zbliżony do odwróconego stożka ściętego połączonego mniejsząpodstawą z mniejsząpodstawą stożka ściętego przysłony iniekcyjnej 12 o otwartej większej podstawie. Do ściany wewnętrznej obudowy 10, w płaszczyźnie połączenia stożków dołączona jest przesłona ażurowa 15 w kształcie stożka ściętego, którego mniejsza podstawa połączona jest z cylindrem rozprężającym 14. W ściance bocznej cylindra 14 umieszczone jest doprowadzenie 8 powietrza. Od góry obudowa 10 zamknięta jest owalną czaszą 13, którą stanowi sztywna siatka połączona z wewnętrzną ścianą obudowy 10. Czasza 13 połączona jest z obudową 10 poniżej płaszczyzny większej podstawy górnego stożka obudowy 10. Średnica D4 czaszy 13 jest równa średnicy D1 rury górnej 4, wewnątrz obudowy 10 umieszczone sąprzynajmniej trzy swobodne kule o sztywnym korpusie znajdujące się nad cylindrem 14 dyszy 1.The housing 10 of the nozzle 1 has a shape similar to an inverted truncated cone connected by a smaller base to the smaller frustoconical base of the injection shutter 12 with an open larger base. Attached to the inner wall of the casing 10, in the plane of cone connection, is an openwork shutter 15 in the shape of a truncated cone, the smaller base of which is connected to the expansion cylinder 14. In the side wall of the cylinder 14 there is an air inlet 8. From the top, the casing 10 is closed with an oval bowl 13, which is a rigid mesh connected to the inner wall of the casing 10. The bowl 13 is connected to the casing 10 below the plane of the larger base of the upper cone of the casing 10. The diameter D4 of the bowl 13 is equal to the diameter D1 of the upper pipe 4, inside housing 10, there are at least three free, rigid spheres above the cylinder 14 of the nozzle 1.

177 119177 119

Końcówka doprowadzenia powietrza 8 od strony dna cylindra 14 jest ścięta pod kątem γ równym 30° do osi. nad końcówkąw cylindrze 14 znajduje się deflektor rozpraszający 9. W płaszczyźnie połączenia cylindra 14 znajduje się przegroda 16 w postaci rusztu, ciężar kul 11 wynosi 1,1 ciężaru właściwego cieczy, w której się znajdują. Średnica kul wynosi 10 mm. Wielkość oczek perforacji czaszy 13, przysłony 12i rusztu 16jest tak dobrana, aby nie występowało blokowanie się kul w oczkach. Odległość H pomiędzy górnym deflektorem 7 a górną krawędzią rury 4 jest tak dobrana, że powierzchnia wypływu cieczy w tej przestrzeni jest większa niż pole powierzchni rury 4 o średnicy D1. Średnica D2 deflektora górnego 7 jest większa niż średnica D1 rury górnej 4.The air inlet end 8 on the bottom side of the cylinder 14 is cut at an angle γ equal to 30 ° to the axis. above the tip in the cylinder 14 there is a diffusing deflector 9. In the plane of connection of the cylinder 14 there is a partition 16 in the form of a grate, the weight of the balls 11 is 1.1 specific gravity of the liquid in which they are located. The diameter of the balls is 10 mm. The size of the perforation meshes of the canopy 13, the aperture 12 and the grate 16 is selected so that blocking of the balls in the meshes does not occur. The distance H between the upper deflector 7 and the upper edge of the pipe 4 is selected so that the liquid outflow surface in this space is greater than the surface area of the pipe 4 with diameter D1. The diameter D2 of the upper deflector 7 is larger than the diameter D1 of the top tube 4.

Kąt wierzchołkowy α stożka obudowy 10 wynosi 70°. kąt wierzchołkowy β przysłony 12 wynosi 60°. Stosunek średnicy D3 cylindra rozprężającego 14 do średnicy mniejszej D5 podstawy stożka obudowy 10 wynosi 1:2. Stosunek średnicy doprowadzenia powietrza 8 do średnicy cylindra 14 wynosi 1:4. Stosunek średnicy deflektora rozpraszającego 9 do średnicy D3 cylindra 14 wynosi 1:2.The vertex angle α of the cone of the housing 10 is 70 °. the apical angle β of the diaphragm 12 is 60 °. The ratio of the diameter D3 of the expansion cylinder 14 to the minor diameter D5 of the base of the cone of the housing 10 is 1: 2. The ratio of the diameter of the air inlet 8 to that of the cylinder 14 is 1: 4. The ratio of the diameter of the dispersing deflector 9 to the diameter D3 of the cylinder 14 is 1: 2.

Powietrze doprowadzane jest doprowadzeniem 8 do cylindra rozprężającego 14 pod ciśnieniem równym ciśnieniu hydrostatycznemu na głębokości osadzenia dyszy. Dzięki skośnemu ścięciu końcówki doprowadzenia 8 powietrze rozprasza się po dnie cylindra 14 i omijając końcówkę natrafia na deflektor rozpraszający 9, który formuje strugę równomiernie nad cylindrem 14. W tym miejscu zainstalowana jest przegroda 16 w postaci rusztu, na której znajdująsię kule 11. Ruch powietrza wytrąca kule 11 ze stanu równowagi i rozpoczynćyąone cyrkulować wewnątrz obudowy 10 w ten sposób, że w środku wznoszą się do góry. Tu napotykają na czaszę 13 zamykającą obudowę 10. napływ wznoszącego się powietrza przemieszcza kule 11 na boki, gdzie po wewnętrznej powierzchni obudowy 10 powracają do środka w dolnej strefie dyszy 1 powodując stałe i skuteczne rozdrabnianie strugi powietrza.The air is supplied by the supply 8 to the expansion cylinder 14 at a pressure equal to the hydrostatic pressure at the nozzle depth. Due to the oblique cut of the tip of the inlet 8, the air disperses on the bottom of the cylinder 14 and, bypassing the tip, it hits the dispersing deflector 9, which forms a stream evenly over the cylinder 14. At this point, a partition 16 is installed in the form of a grate, on which the balls 11 are installed. the balls 11 from a state of equilibrium and begin to circulate inside the casing 10 such that they rise upwards at the center. Here they meet the canopy 13 closing the housing 10. the flow of ascending air moves the balls 11 to the sides, where on the inner surface of the housing 10 they return inside in the lower zone of the nozzle 1, causing a constant and effective disintegration of the air stream.

W momencie kiedy rozdrobnione powietrze przekroczy obrys górnej mniejszej krawędzi przysłony iniekcyjnej 12, następuje bardzo silne zassanie wody pod przysłonę iniekcyjną 12. Od tego momentu następuje stałe intensywne mieszanie cieczy i gazu wewnątrz dyszy 1. Wielkość powierzchni iniekcji jest tak dobrana, że pęd zasysanej cieczyjest nieznacznie mniejszy od pędu kul ześlizgujących się po wewnętrznej powierzchni obudowy 10. W przypadku kiedy dysza 1 współpracuje z układem stożków Venturiego 2,3, z rurami pionowymi 4,6, średnica D4 czaszy 13 jest równa średnicy D1 rury pionowej 4. Górna rura pionowa 4 jest wyposażona w kierownice 5 jak pokazano na fig. 1. Kierownice 5 stanowiąpaski z twardego i sprężystego materiału z blachy nierdzewnej o szerokości równej 1 do 5 cm zlokalizowane na całym obwodzie rury pionowej. Odległości H1 pomiędzy poziomami kierownic 5 wynoszą 1,25 średnicy D1 rury 4. Kierownice te służą do rozpraszania strugi pęcherzyków powietrza.As soon as the comminuted air crosses the contour of the upper, smaller edge of the injection diaphragm 12, water is strongly sucked under the injection diaphragm 12. From this moment on, the liquid and gas are constantly mixed inside the nozzle 1. The size of the injection surface is selected so that the momentum of the sucked liquid is insignificantly less than the momentum of the balls sliding over the inner surface of the casing 10. In the case where the nozzle 1 cooperates with the Venturi cone system 2,3, with risers 4.6, the diameter D4 of the bowl 13 is equal to the diameter D1 of the riser 4. The upper riser 4 is provided with vanes 5 as shown in Fig. 1. The vanes 5 are strips of hard and elastic material made of stainless steel with a width of 1 to 5 cm, located around the entire circumference of the riser. The distances H1 between the levels of the blades 5 are 1.25 times the diameter D1 of the pipe 4. These blades serve to disperse the stream of air bubbles.

Pęcherzyki powietrza majątendencję do zwężania się wewnątrz rury 4. Kierownice 5 zapewniają stale rozpraszanie strugi równomiernie w całym przekroju rury 4, co powoduje lepsze, bardziej równomierne mieszanie. Ponadto drgania pasków kierownic 5 ^^^uiąmikrokawitacje na ich krawędziach. Poniżej powierzchni cieczy nad rury 4 umieszczony jest górny deflektor 7 o szorskiej powierzchni spodu. Nie pozwala on na niekorzystne wyrzucanie masy wody nad powierzchnię i odpływ zjej objętości pęcherzyków powietrza. Deflektor 7 rozprasza strugę równomiernie we wszystkich kierunkach i zwiększa powierzchniowy zasięg całego urządzenia.The air bubbles have a tendency to narrow inside the tube 4. The vanes 5 ensure that the stream is constantly dispersed evenly throughout the entire cross-section of the tube 4, which results in better, more even mixing. Moreover, the vibrations of the steering wheels 5 ^^^ cause microcavitations on their edges. Below the liquid surface above the pipes 4 is an upper deflector 7 with a wide bottom surface. It does not allow the water mass to be disadvantageously projected above the surface and the volume of air bubbles to flow out. The deflector 7 disperses the stream evenly in all directions and increases the surface range of the entire device.

Dolny stożek Venturiego 3 i połączona z nim dolna rura 6 tworzą zespół zasysający ciecz (wodę) z głębokości znacznie większych niż głębokość na jaką trzeba doprowadzić powietrzegaz.The lower venturi cone 3 and the lower pipe 6 connected to it form a liquid (water) suction unit from depths much greater than the depth to which air and gas must be brought.

177 119177 119

Fig. 2Fig. 2

177 119177 119

Fig. 1Fig. 1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz.Publishing Department of the UP RP. Circulation of 70 copies

Cena 2,00 zł.Price PLN 2.00.

Claims

Patent claims

1. Depth device for low-pressure aeration and mixing of liquids and gases, equipped with a nozzle, the inside of the nozzle housing free breaking balls, characterized in that the aeration nozzle (1) is placed between the upper Venturi cone (2) and connected to it the larger base with the lower Venturi cone (3), while the upper cone (2) with the smaller base is connected to the upper vertical pipe (4) inside which the vanes (5) are located on its circumference, while the adjacent vanes (5) are located at a distance of ( H1) not greater than 1.25 of the vertical pipe diameter (4), while the lower vertical pipe (6) is connected to the lower base of the lower Venturi cone (3) with a length not greater than the height of the upper pipe (4), above which there is a distance (H) an upper deflector (7) with a diameter (D2), the housing (10) of the nozzle (1) being situated above the plane defining the connection of the bases of the upper cone (2) and the lower cone (3).

2. The device according to claim 3. The nozzle housing (10), characterized in that the housing (10) of the nozzle (1) has a shape similar to an inverted truncated cone connected with a smaller base to the smaller base of the second truncated cone and of an open larger base, while the inner wall of the housing (10) is connected to the cone connection plane. an openwork shutter (15), preferably in the shape of a truncated cone, the smaller base of which is connected to the expansion cylinder (14), and the air inlet (8) is placed in the side wall of the cylinder (14), while the top of the housing (10) is closed with an oval canopy perforated (13), which is connected to the inner wall of the casing (10) and situated below the plane of the larger base of the upper cone of the casing (10), with at least three free balls (11) with a rigid body and filling the space inside the casing (10) above the cylinder (14).

Device according to claim 2. A device according to claim 2, characterized in that the air supply terminal (8) is truncated at an angle γ 3 30 ° to the axis and, at the same time, there is a diffusing deflector (9) inside the cylinder (54).

4. The device according to claim 2. A grate-shaped partition (16) is provided in the connection plane of the conical openwork shutter (15) and the cylinder (14).