PL196258B1 - Sposób i urządzenie do poddawania cieczy działaniu energii ultradźwiękowej - Google Patents

Abstract

1. Sposób poddawania cieczy dzialaniu energii ultra- dzwiekowej, w którym wprowadza sie ciecz do zbiornika reakcyjnego i po obróbce usuwa sie obrobiona ciecz z tego zbiornika reakcyjnego, znamienny tym, ze podnosi sie poziom cieczy wewnatrz pierwszej komory (12) znajdujacej sie wewnatrz zbiornika reakcyjnego (10), po czym sprowa- dza sie w dól cienka warstewke cieczy po zewnetrznej powierzchni (40) pierwszej komory (12) do drugiej ko- mory (14) i dalej sprowadza sie ciecz do trzeciej komory (16), a nastepnie do cieczy znajdujacej sie w trzeciej komorze (16) doprowadza sie energie ultradzwiekowa. 6. Urzadzenie do poddawania cieczy dzialaniu energii ultradzwiekowej, zawierajace zbiornik reakcyjny, urzadze- nie doplywowe, urzadzenie odplywowe i urzadzenie dopro- wadzajace energie ultradzwiekowa, znamienne tym, ze wewnatrz zbiornika reakcyjnego (10) sa umieszczone kolej- no, co najmniej trzy komory, komora pierwsza (12), komora druga (14) i komora trzecia (16), przy tym pierwsza komora (12), z która jest polaczone pierwsze urzadzenie doplywo- we (20), jest otoczona sciana wewnetrzna (18) zbiornika reakcyjnego (10), natomiast miedzy sciana wewnetrzna (18) a sciana zewnetrzna (22) zbiornika reakcyjnego (10) znajduje sie druga komora (14), która jest polaczona lacz- nikiem (24) z sasiadujaca z nia trzecia komora (16), do której jest dolaczone urzadzenie ………………………….. PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do poddawania cieczy działaniu energii ultradźwiękowej.

Znane są procesy, za pomocą których ciecze, a w szczególności ciecze z rozpuszczonymi wnich materiałami lub nie rozpuszczonymi składnikami stałymi, albo płyny rozproszone w cieczy, są poddawane obróbce, aby następnie doprowadzić je do tradycyjnych instalacji przemysłowych w procesie produkcyjnym, albo po to by je wprowadzić do urządzeń obróbki ścieków biologicznych w praktycznym zastosowaniu.

Znane są także procesy obróbki ścieków w celu ich demineralizacji i odpieniania. Tak obrobione ścieki są wykorzystywane, na przykład, jako woda technologiczna do celów przemysłowych, albo do hydroponicznego nawadniania rozsadników roślin.

Jednakże, te procesy wymagają bardzo wysokich nakładów na urządzenia i technikę sterowania, a tym samym narzucają wysokie koszty inwestycyjne.

Jeden z tych znanych procesów dotyczy odwadniania i osuszania, a następnie spalania osadów ściekowych albo fekalii. Tak obrabiane fekalia, na przykład płynny świński nawóz, są gromadzone w stosunkowo wielkich instalacjach magazynujących, w których te fekalia są traktowane czynnikami biologicznymi, w taki sposób, że są zagęszczane i rozkładane przez procesy biologiczne.

Dodatkowym wykorzystaniem fekalii, które są wytwarzane w wielkich ilościach w procesach hodowlanych prowadzonych na wielką skalę, jest rozprowadzanie fekalii jako użyźniacza na obszarach rolniczych, takich jak pola uprawy zbóż, lub podobne.

Niedogodnością jest to, że stosowanie fekalii na obszarach rolniczych powoduje silny zapach w otoczeniu, a poza tym to, że zarazki i bakterie zawarte w kale, przechodzą do gleby i do wody gruntowej. Znane procesy rozpraszania lub rozprowadzania gnoju wymagają wielkiej przestrzeni dla instalacji rozpraszających lub rozprowadzających, a ponowna obróbka, która temu towarzyszy, wymaga zarówno długich czasów przetwarzania jak i podnoszących koszty składników.

Celem niniejszego wynalazku jest podanie sposobu i urządzenia do takiej obróbki cieczy, która nie wymaga wielkich przestrzeni i wysokich kosztów.

Sposób poddawania cieczy działaniu energii ultradźwiękowej, w którym wprowadza się ciecz do zbiornika reakcyjnego i po obróbce usuwa się obrobioną ciecz z tego zbiornika reakcyjnego, według wynalazku jest charakterystyczny tym, że podnosi się poziom cieczy wewnątrz pierwszej komory znajdującej się wewnątrz zbiornika reakcyjnego, po czym sprowadza się wdół cienką warstewkę cieczy po zewnętrznej powierzchni pierwszej komory do drugiej komory i dalej sprowadza się ciecz do trzeciej komory, a następnie do cieczy znajdującej się w trzeciej komorze doprowadza się energię ultradźwiękową.

Podczas podnoszenia poziomu cieczy wewnątrz pierwszej komory wprowadza się do niej czynnik płynny, ciecz przynajmniej częściowo spienia się i wchodzi w reakcję chemiczną z wprowadzonym czynnikiem płynnym, po czym ciecz odpienia się i ta odpieniona ciecz miesza się w drugiej komorze z cieczą nie spienioną.

Korzystnie, po sprowadzeniu cieczy do trzeciej komory, a przed doprowadzeniem energii ultradźwiękowej do cieczy, wprowadza się dodatkowe czynniki płynne do łącznika pomiędzy drugą komorą a trzecią komorą.

Korzystnie, czynnikiem płynnym, który wprowadza się do pierwszej komory jest powietrze, tlen lub ozon.

Korzystnie, dodatkowymi czynnikami płynnymi, które wprowadza się do trzeciej komory są media utleniające i/lub redukujące, korzystnie, ozon i nadtlenek wodoru.

Urządzenie do poddawania cieczy działaniu energii ultradźwiękowej, zawierające zbiornik reakcyjny, urządzenie dopływowe, urządzenie odpływowe i urządzenie doprowadzające energię ultradźwiękową, według wynalazku jest charakterystyczne tym, że wewnątrz zbiornika reakcyjnego są umieszczone kolejno, co najmniej trzy komory, komora pierwsza, komora druga i komora trzecia, przy tym pierwsza komora, z którą jest połączone pierwsze urządzenie dopływowe, jest otoczona ścianą wewnętrzną zbiornika reakcyjnego, natomiast między ścianą wewnętrzną a ścianą zewnętrzną zbiornika reakcyjnego znajduje się druga komora, która ma połączenie z sąsiadującą z nią trzecią komorą, do której jest dołączone urządzenie doprowadzające energię ultradźwiękową, zaś do pierwszej komory, naprzeciwko pierwszego urządzenia dopływowego, jest dołączone urządzenie do wytwarzania podciśnienia.

Wewnątrz pierwszej komory, od góry do okolicy ujścia pierwszego urządzenia dopływowego, przebiega rura nurkowa.

PL 196 258 B1

Korzystnie, pomiędzy pierwszym otworem wylotowym rury nurkowej a ujściem pierwszego urządzenia dopływowego jest umieszczona płyta.

Korzystnie, drugi otwór wylotowy rury nurkowej jest połączony z trzecią komorą.

Korzystnie, poniżej górnego brzegu pierwszej komory jest umieszczone pierwsze urządzenie usuwające.

Korzystnie, przekrój poprzeczny pierwszej komory zmniejsza się, w kierunku przepływu cieczy, a górna krawędź ściany wewnętrznej, otaczającej pierwszą komorę jest usytuowana w odstępie od, znajdującego się naprzeciw, górnego końca zbiornika reakcyjnego.

Korzystnie, w pierwszej komorze od strony dopływu jest usytuowane urządzenie rozpraszające.

Korzystnie, urządzenie rozpraszające ma postać porowatego kamiennego pierścienia.

Korzystnie, do trzeciej komory jest dołączone drugie urządzenie dopływowe.

Korzystnie, druga komora jest podzielona dodatkową ścianą na wewnętrzną pierścieniową komorę i na zewnętrzną pierścieniową komorę, które są połączone ze sobą.

Urządzenie doprowadzające energię ultradźwiękową zawiera przetworniki ultradźwiękowe.

Korzystnie, trzecia komora otacza pierwsze urządzenie dopływowe.

Korzystnie, trzecia komora jest podzielona półprzepuszczalną przegrodą na pierwszą częściową komorę i drugą częściową komorę.

Korzystnie, w pierwszej częściowej komorze znajduje się otwór wylotowy dla składników stałych, zaś w drugiej częściowej komorze znajduje się urządzenie odpływowe cieczy.

Korzystnie, do pierwszej częściowej komory jest dołączone urządzenie doprowadzające energię ultradźwiękową, a także wylot łącznika pomiędzy drugą komorą i trzecią komorą.

Korzystnie, pierwsze urządzenie dopływowe jest uformowane w postaci rury przechodzącej przez urządzenie rozpraszające, wystającej do komory pierwszej i usytuowanej współosiowo zarówno względem komory pierwszej, jak i komory drugiej oraz komory trzeciej.

Korzystnie, w ścianie wewnętrznej zbiornika reakcyjnego znajduje się, co najmniej jeden otwór łączący pierwszą komorę z drugą komorą.

Korzystnie, pomiędzy ścianą wewnętrzną i ścianą zewnętrzną zbiornika reakcyjnego jest usytuowany kołnierz ze szczelinami, które stanowią połączenie pomiędzy drugą komorą i trzecią komorą.

Korzystnie, drugie urządzenie dopływowe zawiera drugą pompę i rurę, która ma zakończenie w trzeciej komorze.

Korzystnie, urządzenie odpływowe jest umieszczone, co najmniej w części, współosiowo względem pierwszego urządzenia dopływowego, i zawiera dodatkową pompę.

Korzystnie, urządzenie do wytwarzania podciśnienia zawiera pierwszą pompę i rurę wyposażoną w separator lub syfon i element spustowy.

Korzystnie, ściana zewnętrzna zbiornika reakcyjnego jest uformowana w postaci licznych, wzajemnie połączonych, segmentów cylindrycznych.

Korzystnie, wewnątrz trzeciej komory jest usytuowany reflektor offsettowy dla energii ultradźwiękowej.

Korzystnie, za pierwszą pompą jest włączone urządzenie do odbierania i utylizacji pozostałości czynników płynnych.

Korzystnie, przetwornik ultradźwiękowy urządzenia doprowadzającego energię ultradźwiękową ma obudowę w kształcie miski, na której obrzeżu znajduje się elastyczna uszczelka podtrzymująca piezoceramiczny krążek dociśnięty tuleją.

Korzystnie, przetwornik ultradźwiękowy zawiera ponadto urządzenie dociskające elastyczną uszczelkę.

Korzystnym skutkiem stosowania sposobu, według wynalazku, w którym ciecz przeznaczona do obróbki podnosi się wewnątrz pierwszej komory, a potem sprowadza się ją przez drugą komorę do trzeciej komory, jest to, że cząstki stałe zawarte w cieczy oddzielają się podczas wzrastania poziomu, dzięki różnicom ich gęstości. W drugiej komorze składniki płynne, wcześniej nierozdzielone, podlegają dodatkowemu wzajemnemu rozdzielaniu.

Dzięki spływaniu w dół cienkiej warstewki cieczy odbywa się skuteczne odgazowywanie cieczy podlegającej obróbce. Koszt odgazowania jest niski, ponieważ nie ma potrzeby doprowadzania energii mechanicznej do cieczy podlegającej obróbce.

Korzystnym skutkiem zastosowania w urządzeniu, według wynalazku, co najmniej trzech komór ułożonych w jeden ciąg wewnątrz zbiornika reakcyjnego, jest wysoka wydajność produkcyjna osiągana na niewielkiej przestrzeni. Zbiornik reakcyjny, dla pewnych zastosowań i przy pewnych wielko4

PL 196 258 B1 ściach wydajności produkcyjnej, może być ruchomy, np. zamontowany na przyczepie pojazdu. Umożliwia to przemieszczania zbiornika z jednego miejsca zastosowania do następnego.

Zaletą jest także to, że urządzenie może być używane do oddzielania niemieszających się cieczy, wykorzystując różnice gęstości tych cieczy. Podobnie, urządzenie według wynalazku, jest odpowiednie do oddzielania płynu z cieczy, która zawiera nierozpuszczone składniki stałe.

Dalszym polepszeniem wydajności urządzenia, według wynalazku, jest dołączenie urządzenia doprowadzającego energię do trzeciej komory zbiornika. Podnosi się w ten sposób energię wewnętrzną cieczy przeznaczonej do obróbki. Proces obróbki przyspiesza się, przez to, że na przykład podnosi się temperatura cieczy obrabianej albo przez to, że ciecz przeznaczona do obróbki jest zasilana energią wewnętrzną wywołującą ruchy usprawniające mieszanie lub odgazowywanie.

Proces obróbki wzmaga się także wskutek wytwarzania podciśnienia wewnątrz zbiornika reakcyjnego.

Przedmiot wynalazku w przykładach wykonania jest uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia urządzenie do poddawania cieczy działaniu energii ultradźwiękowej z rurą nurkową zanurzoną w pierwszej komorze, w przekroju; fig. 2 - drugi przykład wykonania urządzenia z fig. 1, w którym druga komora zbiornika reakcyjnego jest rozdzielona na dwie uformowane pierścieniowo komory, w przekroju; fig. 3 - kolejny przykład wykonania urządzenia, w widoku z boku i w widoku z góry; fig. 4 trzecią komorę zbiornika reakcyjnego, rozdzieloną półprzepuszczalną przegrodą, w przekroju, zaś fig. 5 przedstawia urządzenie doprowadzające energię ultradźwiękową, w przekroju.

Urządzenie do poddawania cieczy działaniu energii ultradźwiękowej przedstawione na fig. 1 zawiera zbiornik reakcyjny 10, wewnątrz którego znajdują się trzy kolejne komory: pierwsza komora 12, druga komora 14 i trzecia komora 16. Pierwsza komora 12 jest otoczona przez ścianę wewnętrzną 18 zbiornika reakcyjnego 10. Do pierwszej komory 12 jest dołączone pierwsze urządzenie dopływowe 20 służące do wprowadzania cieczy przeznaczonej do obróbki w zbiorniku reakcyjnym 10 lub w pierwszej komorze 12.

Druga komora 14 znajduje się pomiędzy ścianą wewnętrzną 18 i ścianą zewnętrzną 22 zbiornika reakcyjnego 10, i jest połączona z trzecią komorą 16. Druga komora 14 jest oddzielona od trzeciej komory 16 przez kołnierz 26 wyposażony w szczeliny lub otwory, które stanowią połączenie między tymi komorami. Kołnierz 26 jest umieszczony pomiędzy ścianą wewnętrzną 18 a ścianą zewnętrzną 22 zbiornika reakcyjnego 10.

Trzecia komora 16 ma urządzenie odpływowe 28 do wyciągania cieczy. W dodatku, do trzeciej komory 16 jest podłączone urządzenie doprowadzające energię ultradźwiękową 30 służące do podwyższania energii wewnętrznej cieczy podlegającej obróbce.

Naprzeciwko pierwszego urządzenia dopływowego 20 znajduje się, dołączone do pierwszej komory 12, urządzenie do wytwarzania podciśnienia 33 wewnątrz zbiornika reakcyjnego 10.

Dzięki wytworzonemu podciśnieniu wewnątrz zbiornika reakcyjnego 10, wprowadzana przez pierwsze urządzenie dopływowe 20 do pierwszej komory 12 ciecz ponosi się w tej komorze dopóki nie osiągnie skraju ściany wewnętrznej 18. Wtedy ciecz wydostaje się na zewnątrz pierwszej komory 12 i po zewnętrznej powierzchni 40 ściany wewnętrznej 18 zbiornika reakcyjnego 10 spływa w dół cienką warstewką do drugiej komory 14.

Wewnątrz pierwszej komory 12 przebiega rura nurkowa 32, która dochodzi aż w pobliże wylotu pierwszego urządzenia dopływowego 20. Umożliwia to spuszczanie części cieczy podlegającej obróbce wprost z pierwszej komory 12 zbiornika reakcyjnego 10 przedtem, zanim dostanie się ona do drugiej komory 14.

Pomiędzy pierwszym wylotem 34 rury nurkowej 32 i wylotem pierwszego urządzenia dopływowego 20 jest umieszczona płyta 36 służąca do pierścieniowego rozprowadzania cieczy wydostającej się z pierwszego urządzenia dopływowego 20 do wnętrza pierwszej komory 12.

Płyta 36 chroni ciecz wypływającą z wylotu pierwszego urządzenia dopływowego 20 przed natychmiastowym dostaniem się jej wprost do rury nurkowej 32 i usunięciem jej z pierwszej komory 12, bez uprzedniego wystawienia jej na działanie procesu obróbczego w pierwszej komorze 12. Ciecz wpływająca przez pierwsze urządzenie dopływowe 20, jest prowadzona przez płytę 36 obok pierwszego otworu wylotowego 34 rury nurkowej 32 i płynie początkowo w kierunku drugiej komory 14.

Drugi otwór wylotowy 38 rury nurkowej 32 jest dołączony do, nie pokazanej na rysunku, pompy, za pomocą której ciecz jest wyciągana z pierwszej komory 12 przez rurę nurkową 32. Przy odciąganiu części cieczy podlegającej obróbce, za pomocą rury nurkowej 32, zostaje wywołany w pierwszej komorze 12 przepływ obwodowy, co powiększa czas przebywania cieczy w pierwszej komorze 12.

PL 196 258 B1

Drugi otwór wylotowy 38 rury nurkowej 32 jest połączony z trzecią komorą 16. W tym przypadku, rura nurkowa 32 formuje rodzaj obejścia drugiej komory 14, przez które ciecz przeznaczona do obróbki może być wyprowadzana z pierwszej komory 12 i wprowadzana do trzeciej komory 16. Co więcej, część cieczy przeznaczonej do obróbki, która jest prowadzona obok drugiej komory 14, może być dostarczana do innego urządzenia, do dalszej obróbki.

W korzystnym przykładzie wykonania wynalazku przekrój poprzeczny komory 12 zmniejsza się w kierunku przepływu cieczy, a górna krawędź ściany wewnętrznej 18 znajduje się w pewnym odstępie od, położonego na przeciw niej, końca zbiornika reakcyjnego 10. Zwężenie przekroju poprzecznego powoduje szybkie podnoszenie się cieczy przeznaczonej do obróbki.

Ciecz spływa, w postaci cienkiej warstewki, w dół wzdłuż powierzchni zewnętrznej 40 ściany wewnętrznej 18 zbiornika reakcyjnego 10 (lub ściany pierwszej komory 12) z pierwszej komory 12 do drugiej komory 14. Dzięki temu, na przykład farby lub lakiery, w których są uwięzione pęcherze gazowe, mogą być w cienkiej warstwie łatwo odgazowywane.

W obszarze przejściowym z pierwszej komory 12 do drugiej komory 14 jest usytuowane pierwsze urządzenie usuwające 42 do usuwania substancji lekkich ze zbiornika reakcyjnego 10. Jeżeli poziom wypełnienia drugiej komory 14 jest tak ustawiony, że odpowiada on, co najmniej wysokości, na której znajduje się otwór pierwszego urządzenia usuwającego 42, wtedy lekkie substancje pływające po wierzchu cieczy podlegającej obróbce, na przykład cząstki celulozy ze świńskiego nawozu płynnego, albo niewymieszane oleje z mieszanin wodno-olejowych, można bez trudu odciągnąć ze zbiornika reakcyjnego 10, wprost za pierwszą komorą 12.

Innym możliwym sposobem usuwania składników stałych z cieczy podlegającej obróbce jest stosowanie sit (niepokazanych) przed wejściem do trzeciej komory 16, które są zainstalowane przed kołnierzem 26. Możliwe jest też usuwanie składników stałych ze zbiornika reakcyjnego 10 lub z drugiej komory 14 przez drugie urządzenie usuwające 44.

Pierwsze urządzenie dopływowe 20, otoczone trzecią komorą 16, jest połączone ze ścianą wewnętrzną 18 i ze ścianą zewnętrzną 22 zbiornika reakcyjnego 10.

Za pierwszą pompą 56 jest dołączone urządzenie 88 do odbierania i wykorzystywania resztkowych ilości czynników płynnych, wychodzących ze zbiornika reakcyjnego 10.

W pewnych zastosowaniach lub w pewnych procesach obróbki, czynniki płynne, takie jak powietrze lub tlen, są wprowadzane do cieczy przez urządzenie rozpraszające 46, które jest dołączone do pierwszej komory 12 u dołu, od strony dopływu. Służy ono nie tylko do wprowadzania czynników płynnych do cieczy, ale także do przynajmniej częściowego jej spieniania. Dzięki temu w górnej strefie pierwszej komory 12, w miejscu przechodzenia cieczy do drugiej komory 14, wytwarza się obszar wypełniony spienioną cieczą. Powierzchnia reakcji pomiędzy cieczą przeznaczoną do obróbki a doprowadzonym czynnikiem płynnym, zostaje gwałtownie zwiększona tak, że wzrasta szybkość przebiegu reakcji w procesach obróbki.

Ciecz jest wciągana do zbiornika reakcyjnego przez, dołączone do pierwszej komory 12, urządzenie wytwarzające podciśnienie 33, co wzmacnia spienianie, i podnoszenie się cieczy, lub spienionej części cieczy, wewnątrz zbiornika reakcyjnego 10.

Przy zwiększeniu czasu zachodzenia reakcji, napięcia powierzchniowe częściowo spienionych cieczy obniżają się tak, że spieniona ciecz ponownie zostaje odpieniona i razem z niespienioną częścią cieczy zostaje ściągnięta w dół do drugiej komory 14. Tam, przed wejściem do trzeciej komory 16, mieszają się razem. W ten sposób, osiąga się korzystne przyspieszenie procesów obróbki podczas kolejnego wyrównywania zagęszczenia cieczy podlegającej obróbce, po jej wyjściu z pierwszej komory 12, przez powiększanie powierzchni reakcji.

Do trzeciej komory 16 jest dołączone drugie urządzenie dopływowe 48 służące do wprowadzania dodatkowych czynników płynnych do cieczy, które dodatkowo przyspieszają procesy obróbki. Przez to drugie urządzenie dopływowe 48 są dostarczane media utleniające i redukujące, służące do obróbki płynnego świńskiego nawozu. Takimi mediami mogą być nadtlenek wodoru i/lub ozon. Te dwa czynniki płynne mają taką zaletę, że płynny świński nawóz może być obrobiony bez wytwarzania szkodliwych pozostałości. Po takiej obróbce płynnego świńskiego nawozu nie ma potrzeby usuwania szkodliwych resztek.

Na fig. 2 jest przedstawiony drugi przykład urządzenia, według wynalazku, w którym druga komora 14 zbiornika reakcyjnego 10 jest dodatkowo podzielona przez dodatkową ścianę 50 na dwie pierścieniowe częściowe komory: wewnętrzną komorę pierścieniową 14a i zewnętrzną komorę pierścieniową 14b.

PL 196 258 B1

Ciecz dostaje się do pierwszej komory 12 przez pierwsze urządzenie dopływowe 20. Przez urządzenie rozpraszające 46, które w tym przykładzie wykonania ma kształt porowatego kamiennego pierścienia, doprowadza się do cieczy powietrze, albo tlen. To powoduje spienianie cieczy w pierwszej komorze 12. Spieniona ciecz zostaje ponownie odpieniona i płynie, przez wewnętrzną pierścieniową komorę 14a, do zewnętrznej pierścieniowej komory 14b. Wewnętrzna pierścieniowa komora 14a znajduje się między dodatkową ścianą 50 i ścianą wewnętrzną 18 zbiornika reakcyjnego 10. Porowaty kamień jest wykonany ze spienionego azotku krzemu.

W innym przykładzie (nie zilustrowanym) dodatkowa ściana 50 ma otwory umożliwiające niespienionej cieczy, która znajduje się wewnątrz pierwszej komory 12, przepływanie przez nie do wewnętrznej pierścieniowej komory 14a.

Wewnętrzna pierścieniowa komora 14a i zewnętrzna pierścieniowa komora 14b są połączone otworami 52 znajdującymi się w ścianie wewnętrznej 18 zbiornika reakcyjnego 10. Wewnętrzna pierścieniowa komora 14a jest przewidziana jako dodatkowa uspokajająca i mieszająca strefa, dla cieczy spienionej i następnie ponownie odpienionej. W dodatku, odbywa się tam wyrównywanie zagęszczeń pomiędzy częściami cieczy, spienioną i niespienioną, istniejącymi w wewnętrznej pierścieniowej przestrzeni 14a i w połączonej z nią zewnętrznej pierścieniowej przestrzeni 14b.

Urządzenie do wytwarzania podciśnienia 33 w zbiorniku reakcyjnym 10 zawiera rurę 54 i pierwszą pompę 56, rura 54 posiada separator lub syfon i element spustowy (niepokazany), umieszczony w sąsiedztwie oddzielacza, służący do usuwania osadzających się cząstek stałych.

Ściana zewnętrzna 22 zbiornika reakcyjnego 10 jest uformowana z kilku połączonych ze sobą cylindrycznych sekcji, które są powkładane jedna w drugą i mocno połączone z wiekiem 58 oraz zdnem 60 zbiornika reakcyjnego 10, za pomocą, znajdujących się po bokach, elementów dociskających (nieprzedstawionych na rysunku).

Drugie urządzenie dopływowe 48 (fig. 2) zawiera rurę 62 i drugą pompę 64, które służą do wprowadzania czynników płynnych do trzeciej komory 16. Ponadto, do rury 62 drugiego urządzenia dopływowego 48 może być także dołączone urządzenie wytwarzające tlen.

Urządzenie odpływowe 28, służące do wyciągania cieczy podlegającej obróbce ze zbiornika reakcyjnego 10, częściowo obejmuje pierwsze urządzenie dopływowe 20 i jest skierowane do rury 66, która jest połączona z dodatkową pompą 68. Przez drugą pompę 64 drugiego urządzenia dopływowego 48 i przez pierwszą pompę 56 urządzenia do wytwarzania podciśnienia 33, utrzymuje się podciśnienie w środkowej części zbiornika reakcyjnego 10, które za pomocą urządzenia sterującego (niepokazane) wywiera działanie ssące na ciecz przeznaczoną do obróbki.

Urządzenie doprowadzające energię 30 zawiera przetworniki ultradźwiękowe, za pomocą których dostarczane przez drugie urządzenie dopływowe 48 czynniki płynne, są wprowadzane do cieczy w postaci pęcherzyków. W ten sposób zwiększa się powierzchnia reakcji między cieczą a czynnikami płynnymi. W celu umożliwienia bezpośredniego doprowadzania energii ultradźwiękowej do trzeciej komory 16, w trzeciej komorze 16 jest zastosowany reflektor offsetowy 70 wykonany ze szkła. Zarówno w pierwszej komorze 12 jak i w rejonie wylotu pierwszego urządzenia dopływowego 20, jest umieszczony czujnik 72, który zapewnia centralny układ sterowania w celu utrzymywania poziomu wypełnienia, za pomocą odpowiednich sygnałów sterujących.

Czynniki płynne, poprzez rurę 54 są dostarczone do pojemnika mieszania i następnie ponownie zostają wprowadzane do zbiornika reakcyjnego 10 poprzez pierwsze urządzenie dopływowe 20. W zależności od tego, jakie czynniki płynne wprowadza się do cieczy przez urządzenie rozpraszające 46 za pośrednictwem drugiego urządzenia dopływowego 48, przeprowadza się różne procesy obróbki. Na przykład, przy doprowadzaniu nadtlenku wodoru i/lub ozonu, można nadspodziewanie łatwo i przy niskich wymaganiach odnośnie przestrzeni, uwalniać od drobnoustrojów odżywki mineralne stosowane do nawadniania upraw hydroponicznych w rozsadnikach roślin handlowych.

Na fig. 3 jest przedstawiony kolejny przykład wykonania urządzenia, w widoku z boku i w widoku z góry. W prototypie tego urządzenia zbiornik reakcyjny 10 miał 3m wysokości i wymaganą powierzchnię podłogi 1,6m na 1,6m. Urządzenie służyło do przerobu 6 m³ cieczy na godzinę. Do zbiornika reakcyjnego 10 wprowadzano ozon, nadtlenek wodoru i tlen. Takie urządzenie może zastępować instalację oczyszczalni ścieków dla średniej wielkości wsi.

Ponadto, urządzenie może być stosowane na farmach hodowli zwierząt, w których jest wytwarzany w stosunkowo dużych ilościach nawóz naturalny. Obróbka chłodziwa i materiałów smarowniczych, stosowanych w maszynach, także może być dokonywana w urządzeniu według wynalazku. Wtym zastosowaniu oddziela się od siebie cząsteczki wody, oleju i składników stałych.

PL 196 258 B1

Mieszaniny wodno-olejowe występują także w stosunkowo dużych ilościach, na przykład, w hartowniach metali, gdzie na przykład drut stalowy przeznaczony do hartowania jest najpierw oziębiany w kąpieli olejowej, a następnie przechodzi przez kąpiel wodną, dzięki czemu ta woda chłodząca staje się tak zanieczyszczona olejem, że trzeba ją oczyścić.

Do dalszej dziedziny potencjalnych zastosowań wynalazku należy, na przykład, oddzielanie śmietany od mleka i potem oddzielanie serwatki. Przy takim zastosowaniu, za pośrednictwem urządzenia rozpraszającego 46 wprowadza się do mleka azot, po to żeby w pierwszej komorze 12 tworzyła się piana śmietanowa, którą usuwa się ze zbiornika reakcyjnego 10 przez drugą komorę 14 i przez trzecią komorę 16. Wprowadzony azot jest usuwany ze zbiornika reakcyjnego 10 przez urządzenie do wytwarzania podciśnienia 33.

Figura 4 przedstawia trzecią komorę 16, która jest dodatkowo rozdzielona przez półprzepuszczalną przegrodę 74 na pierwszą częściową komorę 16a i na drugą częściową komorę 16b. Umożliwia to oddzielenie od cieczy substancji trudnych do oddzielenia, przy możliwie najniższym zużyciu energii. Urządzenie doprowadzające energię ultradźwiękową 30 jest dołączone do pierwszej częściowej komory 16a, która jest połączona także z drugą komorą 14 przez łącznik 24 ze szczelinami lub otworami łączącymi drugą komorę 14 z trzecią komorą 16. Półprzepuszczalną przegrodę 74 stanowi folia z tworzywa sztucznego, która zatrzymuje składniki stałe wewnątrz pierwszej częściowej komory 16a, a cieczy pozwala przechodzić do drugiej częściowej komory 16b. To pozwala na oddzielanie cieczy od składników stałych zawartych w niej, bez wymagania dużych ilości energii, tak jak to jest w przypadku termicznych procesów oddzielania. Pierwsza częściowa komora 16a ma otwór wylotowy 76 dla zatrzymanych składników stałych, a druga częściowa komora 16b jest wyposażona w urządzenie odpływowe 28 służące do usuwania cieczy z trzeciej komory 16 i tym samym ze zbiornika reakcyjnego 10.

Urządzenie doprowadzające energię ultradźwiękową 30, przedstawione na fig. 5, służy do podwyższania energii wewnętrznej cieczy. Podstawowy człon obudowy przetwornika ultradźwiękowego ma kształt miski 78. Na członie obudowy w kształcie miski 78 znajduje się krążek piezoceramiczny 82 podparty elastyczną uszczelką 84. Jest on dociśnięty do członu obudowy w kształcie miski 78 tuleją 80, za pomocą urządzenia dociskającego 86.

W tym przypadku, urządzenie doprowadzające energię ultradźwiękową 30, albo energia wprowadzana przez nie do cieczy przeznaczonej do obróbki, jest używane do transportu tej cieczy, przez półprzepuszczalną przegrodę 74, i do odciągania substancji trudnych do oddzielenia, pochodzących z pierwszej częściowej komory 16a i podlegających oddzielaniu. Nie mogą one przejść przez tę półprzepuszczalną przegrodę 74, podczas gdy ciecz z drugiej częściowej komory 16b jest wyciągana na zewnątrz zbiornika reakcyjnego 10.

W przedstawionych przykładach, zbiornik reakcyjny 10 jest wykonany ze stali nierdzewnej. Jednakże, może on być także wykonywany z innych materiałów, takich jak szkło lub tworzywo sztuczne, odpowiednich dla poszczególnych zastosowań.

Dzięki temu, że pierwsza komora 12, druga komora 14, trzecia komora 16 i pierwsze urządzenie dopływowe 20 są uformowane w postaci rur, i są usytuowane współosiowo, jedno względem drugiego, zbiornik reakcyjny 10 posiada zminimalizowane wymiary zewnętrzne.

Claims (31)

1. Sposób poddawania cieczy działaniu energii ultradźwiękowej, w którym wprowadza się ciecz do zbiornika reakcyjnego i po obróbce usuwa się obrobioną ciecz z tego zbiornika reakcyjnego, znamienny tym, że podnosi się poziom cieczy wewnątrz pierwszej komory (12) znajdującej się wewnątrz zbiornika reakcyjnego (10), po czym sprowadza się w dół cienką warstewkę cieczy po zewnętrznej powierzchni (40) pierwszej komory (12) do drugiej komory (14) i dalej sprowadza się ciecz do trzeciej komory (16), a następnie do cieczy znajdującej się w trzeciej komorze (16) doprowadza się energię ultradźwiękową.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że podczas podnoszenia poziomu cieczy wewnątrz pierwszej komory (12) wprowadza się do niej czynnik płynny, ciecz przynajmniej częściowo spienia się i wchodzi w reakcję chemiczną z wprowadzonym czynnikiem płynnym, po czym ciecz odpienia się i ta odpieniona ciecz miesza się w drugiej komorze (14) z cieczą nie spienioną.

PL 196 258 B1

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że po sprowadzeniu cieczy do trzeciej komory (16), a przed doprowadzeniem energii ultradźwiękowej do cieczy, wprowadza się dodatkowe czynniki płynne w miejscu łącznika (24) pomiędzy drugą komorą (14) a trzecią komorą (16).

4. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że czynnikiem płynnym, który wprowadza się do pierwszej komory (12) jest, korzystnie, powietrze, tlen lub ozon.

5. Sposób według zastrz.3, znamienny tym, że dodatkowymi czynnikami płynnymi, które wprowadza się do trzeciej komory (16) są media utleniające i/lub redukujące, korzystnie, ozon i nadtlenek wodoru.

6. Urządzenie do poddawania cieczy działaniu energii ultradźwiękowej, zawierające zbiornik reakcyjny, urządzenie dopływowe, urządzenie odpływowe i urządzenie doprowadzające energię ultradźwiękową, znamienne tym, że wewnątrz zbiornika reakcyjnego (10) są umieszczone kolejno, co najmniej trzy komory, komora pierwsza (12), komora druga (14) i komora trzecia (16), przy tym pierwsza komora (12), z którą jest połączone pierwsze urządzenie dopływowe (20), jest otoczona ścianą wewnętrzną (18) zbiornika reakcyjnego (10), natomiast między ścianą wewnętrzną (18) a ścianą zewnętrzną (22) zbiornika reakcyjnego (10) znajduje się druga komora (14), która jest połączona łącznikiem (24) z sąsiadującą z nią trzecią komorą (16), do której jest dołączone urządzenie doprowadzające energię ultradźwiękową (30), zaś do pierwszej komory (12), naprzeciwko pierwszego urządzenia dopływowego (20), jest dołączone urządzenie do wytwarzania podciśnienia (33).

7. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że wewnątrz pierwszej komory (12), do okolicy ujścia pierwszego urządzenia dopływowego (20), przebiega rura nurkowa (32).

8. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że pomiędzy pierwszym otworem wylotowym (34) rury nurkowej (32) a ujściem pierwszego urządzenia dopływowego (20) jest umieszczona płyta (36).

9. Urządzenie według zastrz. 8, znamienne tym, że drugi otwór wylotowy (38) rury nurkowej (32) jest połączony z trzecią komorą (16).

10. Urządzenie według zastrz. 6 albo 7, znamienne tym, że poniżej górnego brzegu pierwszej komory (12) jest umieszczone pierwsze urządzenie usuwające (42).

11. Urządzenie według zastrz. 6 albo 7, znamienne tym, że przekrój poprzeczny pierwszej komory (12) zmniejsza się, w kierunku przepływu płynu, a górna krawędź ściany wewnętrznej (18), otaczającej pierwszą komorę (12) usytuowany jest w odstępie od, znajdującego się na przeciw, górnego końca zbiornika reakcyjnego (10).

12. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że w pierwszej komorze (12) od strony dopływu usytuowane jest urządzenie rozpraszające (46).

13. Urządzenie według zastrz. 12, znamienne tym, że urządzenie rozpraszające (46) ma postać porowatego kamiennego pierścienia.

14. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że do trzeciej komory (16) jest dołączone drugie urządzenie dopływowe (48).

15. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że druga komora (14) jest podzielona dodatkową ścianą (50) na wewnętrzną pierścieniową komorę (14a) i na zewnętrzną pierścieniową komorę (14b), które są połączone ze sobą.

16. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że urządzenie doprowadzające energię ultradźwiękową (30) zawiera przetworniki ultradźwiękowe.

17. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że trzecia komora (16) otacza pierwsze urządzenie dopływowe (20).

18. Urządzenie według zastrz. 6 albo 17, znamienne tym, że trzecia komora (16) jest podzielona półprzepuszczalną przegrodą (74) na pierwszą częściową komorę (16a) i drugą częściową komorę (16b).

19. Urządzenie według zastrz. 18, znamienne tym, że w pierwszej częściowej komorze (16a) znajduje się otwór wylotowy (76) dla składników stałych, zaś w drugiej częściowej komorze (16b) znajduje się urządzenie odpływowe (28) cieczy.

20. Urządzenie według zastrz. 19, znamienne tym, że do pierwszej częściowej komory (16a) jest dołączone urządzenie doprowadzające energię ultradźwiękową (30), a także wylot łącznika (24) pomiędzy drugą komorą (14) i trzecią komorą (16).

21. Urządzenie według zastrz. 6 albo 12, znamienne tym, że pierwsze urządzenie dopływowe (20) jest uformowane w postaci rury przechodzącej przez urządzenie rozpraszające (46), wystającej

PL 196 258 B1 do komory pierwszej (12) i usytuowanej współosiowo zarówno względem komory pierwszej (12), jak i komory drugiej (14) oraz komory trzeciej (16).

22. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że w ścianie wewnętrznej (18) zbiornika reakcyjnego (10) znajduje się co najmniej jeden otwór (52) łączący pierwszą komorę (12) z drugą komorą (14).

23. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że pomiędzy ścianą wewnętrzną (18) i ścianą zewnętrzną (22) zbiornika reakcyjnego (10) jest usytuowany kołnierz (26) ze szczelinami, które stanowią połączenie pomiędzy drugą komorą (14) i trzecią komorą (16).

24. Urządzenie według zastrz. 14, znamienne tym, że drugie urządzenie dopływowe (48) zawiera drugą pompę (64) i rurę (62), która ma zakończenie w trzeciej komorze (16).

25. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że urządzenie odpływowe (28) jest umieszczone, co najmniej w części współosiowo, względem pierwszego urządzenia dopływowego (20), i zawiera dodatkową pompę (68).

26. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że urządzenie do wytwarzania podciśnienia (33) zawiera pierwszą pompę (56) i rurę (54) wyposażoną w separator lub syfon i element spustowy.

27. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że ściana zewnętrzna (22) zbiornika reakcyjnego (10) jest uformowana w postaci licznych, wzajemnie połączonych, segmentów cylindrycznych.

28. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że wewnątrz trzeciej komory (16) jest usytuowany reflektor offsettowy (70) dla energii ultradźwiękowej.

29. Urządzenie według zastrz. 26, znamienne tym, że za pierwszą pompą (56) jest włączone urządzenie (88), do odbierania i utylizacji pozostałości czynników płynnych.

30. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że przetwornik ultradźwiękowy urządzenia doprowadzającego energię ultradźwiękową (30) ma obudowę w kształcie miski (78), na której obrzeżu znajduje się elastyczna uszczelka (84) podtrzymująca piezoceramiczny krążek (82) dociśnięty tuleją (80).

31. Urządzenie według zastrz. 30, znamienne tym, że zawiera ponadto urządzenie dociskające (86) elastyczną uszczelkę (84).