RU2455055C1

RU2455055C1 - Device for fast mixing of reagents

Info

Publication number: RU2455055C1
Application number: RU2010153053/05A
Authority: RU
Inventors: Василий Павлович Смирнов (RU); Василий Павлович Смирнов; Вера Викторовна Смирнова (RU); Вера Викторовна Смирнова
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Полимеры"
Priority date: 2010-12-23
Filing date: 2010-12-23
Publication date: 2012-07-10

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to circulation water treatment devices. In particular, it relates to water treatment system mixers used at waste water filtration and pumping stations of thermal power stations. Proposed device comprises chamber with nozzles arranged at its inlet and wedge-shape guides at its outlet. Equal-length inserts are arranged along chamber inner sidewalls. Splitter is arranged at chamber center with flat inserts arranged on its both sides to make converging flat nozzles and impact wall. Flat splitter features T-shape with shorter section directed at chamber outlet. Shaped flat inserts are arranged on both sides of said splitter. Portion of straight inserts facing the chamber inlet are arranged in parallel to make nozzles. Another portion of inserts changes into L-like shape connected with straight portion at an angle.

EFFECT: higher quality, reduced consumption of reagents and metal input, simplified design.

1 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к устройствам, предназначенным для очистки оборотных, природных поверхностных и подземных вод для хозяйственных и питьевых целей. В частности, относится к смесительным устройствам для процессов водоподготовки питьевой воды на насосно-фильтровальных станциях водоканалов и промышленной воды ТЭЦ.The present invention relates to devices designed for the treatment of circulating, natural surface and groundwater for domestic and drinking purposes. In particular, it relates to mixing devices for water treatment processes for drinking water at pumping and filtering stations of water utilities and industrial water of thermal power plants.

Известна конструкция пневмогидравлического диспергатора (полезная модель RU №27506, опубл. БИ №4, 10.02.2003 г.), предназначенная для аэрации пульпы в процессах обогащения и очистки сточных вод. Диспергатор состоит из ряда камер, соединяющихся между собой с помощью патрубков, в каждой из которых размещена ударная перегородка, установленная соосно патрубку, кроме того, внутри патрубков установлены инжекторы и цилиндры со штуцерами для подвода воздуха. Принцип работы диспергатора основан на ударе водовоздушной смеси о преграду с определенной скоростью в последовательно расположенных соплах для получения ряда типоразмеров пузырьков. Однако конструкция такого аппарата не может быть использована для эффективного смешения растворов реагентов в больших объемах обрабатываемой воды по ряду конструктивных особенностей, высоких энергозатрат для разгона потока в соплах и высокой потери напора.The known design of a pneumohydraulic dispersant (utility model RU No. 27506, publ. BI No. 4, 02/10/2003), intended for aeration of the pulp in the processes of enrichment and wastewater treatment. The dispersant consists of a number of chambers, interconnected by means of nozzles, in each of which there is a shock partition installed coaxially to the nozzle, in addition, injectors and cylinders with fittings for air supply are installed inside the nozzles. The principle of operation of the dispersant is based on the impact of the air-water mixture on the obstacle at a certain speed in successively arranged nozzles to obtain a number of bubble sizes. However, the design of such an apparatus cannot be used for efficient mixing of reagent solutions in large volumes of treated water due to a number of design features, high energy consumption for accelerating the flow in the nozzles, and high pressure loss.

Известно устройство для смешивания жидкости, которое может использоваться и в системах водоподготовки, и очистки сточных вод, содержащее трубчатый корпус и смеситель в виде гофрированной полосы, участки которой расположены под углом друг к другу. Смесительный элемент имеет вырезы - сквозные окна для прохода потока (полезная модель RU №75959, опубл. 10.09.2008 г.).A device for mixing liquid, which can be used in water treatment systems, and wastewater treatment, containing a tubular body and a mixer in the form of a corrugated strip, sections of which are located at an angle to each other. The mixing element has cutouts - through windows for the passage of flow (utility model RU No. 75959, publ. 09/10/2008).

Вставки устройства перекрывают значительную часть потока, что приводит к увеличению гидравлического сопротивления устройства и соответственно высокой потере напора.The device inserts block a significant part of the flow, which leads to an increase in the hydraulic resistance of the device and, accordingly, a high pressure loss.

Известно устройство для флокулирования (АС РФ №740289), предназначенное для повышения эффективности смешения флокулянта и снижения расхода реагентов. Принцип действия устройства основан на изменении скорости и направления потока в турбулизирующей вставке, выполненной в виде системы плоских лопастных элементов, между которыми расположены патрубки для подачи реагента. Известен также ряд близких по конструкции устройств - трубчатые смесители (Б.Н.Фрог. Водоподготовка / Под редакцией Николадзе Г.И. Издат. МГУ, 2001 г., издание 2, стр.123-127), принцип действия которых также основан на изменении скорости и направления потока. Недостатком вышеперечисленных устройств является высокая потеря напора и соответственно энергии, что не позволяет использовать такие устройства при обработке значительных количеств воды.A device for flocculation (AC RF No. 740289), designed to increase the efficiency of mixing flocculant and reduce the consumption of reagents. The principle of operation of the device is based on a change in the speed and direction of flow in the turbulizing insert, made in the form of a system of flat blade elements, between which there are nozzles for supplying the reagent. A number of devices similar in design are also known - tubular mixers (B.N. Frog. Water treatment / Edited by G. Nikoladze, Publishing House of Moscow State University, 2001, edition 2, pp. 123-127), the principle of which is also based on change in speed and direction of flow. The disadvantage of the above devices is the high loss of pressure and, accordingly, energy, which does not allow the use of such devices when processing significant quantities of water.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство по патенту RU №2324530, МПК 6 B01F 5/00, содержащее камеру, на входе которой размещены сопла, а на выходе - ударные перегородки, в камере также размещены боковые вставки, делитель и плоские вставки, образующие параллельно сужающиеся плоские сопла, короткая часть вставок образует ударную стенку. Потоки в устройстве разгоняются до заданной скорости, после разгона потоков происходит соударение каждого плоского потока с ударной стенкой Г-образной вставки и ударной перегородкой, после соударения в устройстве происходит завершение перемешивания при невысоких скоростях потока.Closest to the proposed device is the device according to patent RU No. 2324530, IPC 6 B01F 5/00, containing a chamber, at the entrance of which nozzles are placed, and at the exit there are shock baffles, side inserts, a divider and flat inserts forming in parallel are also placed in the chamber tapering flat nozzles, a short part of the inserts forms a shock wall. The flows in the device are accelerated to a predetermined speed, after the acceleration of the flows, each flat stream collides with the shock wall of the L-shaped insert and the shock wall, after the collision in the device, mixing is completed at low flow rates.

Однако клиновидные делитель и вставки устройства имеют пустоты, не участвующие в процессе смешения и перекрывающие часть потока, что приводит к увеличению гидравлического сопротивления и металлоемкости устройства.However, the wedge-shaped divider and the insert of the device have voids that are not involved in the mixing process and block part of the flow, which leads to an increase in hydraulic resistance and metal consumption of the device.

Технической задачей является повышение качества очищаемой воды за счет повышения скорости смешения реагентов во всем объеме обрабатываемой воды, снижение гидравлического сопротивления устройства и уменьшение металлоемкости конструкции.The technical task is to improve the quality of the treated water by increasing the rate of mixing of the reagents in the entire volume of the treated water, reducing the hydraulic resistance of the device and reducing the metal consumption of the structure.

Поставленная техническая задача достигается тем, что в устройстве для быстрого смешения реагентов, содержащем камеру, на входе которой размещены сопла, а на выходе по обе стороны камеры расположены направляющие в форме клина, в камере устройства вдоль ее боковых стенок размещены вставки равной длины, в центре камеры размещен делитель, по обе стороны делителя на равном расстоянии относительно оси камеры расположены плоские вставки, образующие параллельно сужающиеся плоские сопла и ударную стенку, образованную короткой частью плоских вставок, при этом вставки вдоль боковых стенок выполнены плоскими, делитель выполнен плоским и имеет Т-образную форму, короткая часть которого направлена к выходу камеры, по меньшей мере, две плоские вставки по обе стороны делителя на равном расстоянии относительно оси камеры выполнены фигурными, при этом часть вставок, обращенных к входу камеры, выполнены прямыми, расположенными параллельно друг другу и образующими сопла, а другая часть вставок переходит в Г-образную форму, соединенную с прямой частью под углом, при этом ударные стенки плоских фигурных вставок расположены друг от друга на расстоянии, равном 1,5-3,0 ширины сужающейся части сопла, а вставки вдоль боковых стенок установлены параллельно части вставки, имеющей Г-образную форму, и примыкают к боковой стенке так, чтобы образовать сопло с частью фигурных плоских вставок, выполненных прямыми.The stated technical problem is achieved by the fact that in the device for rapid mixing of reagents containing a chamber at the entrance of which nozzles are placed, and guides in the form of a wedge are located at the output on both sides of the chamber, inserts of equal length are placed along the side walls of the device in the center a divider is placed on the camera, on both sides of the divider, flat inserts are located at an equal distance relative to the axis of the chamber, forming parallel tapering flat nozzles and a shock wall formed by a short part of the plane an avoc, while the inserts along the side walls are made flat, the divider is flat and has a T-shape, the short part of which is directed to the exit of the chamber, at least two flat inserts on both sides of the divider are made curly at an equal distance relative to the axis of the camera, this part of the inserts facing the camera inlet are made straight, parallel to each other and forming nozzles, and the other part of the inserts goes into a L-shaped form, connected to the straight part at an angle, while the shock walls are flat their shaped inserts are spaced from each other at a distance equal to 1.5-3.0 of the width of the tapering part of the nozzle, and the inserts along the side walls are parallel to the part of the insert having an L-shaped shape and are adjacent to the side wall so as to form a nozzle with part of curly flat inserts made straight.

Отличительными признаками изобретения являются: формы выполнения элементов устройства, размеры, расположение, соотношение размеров.Distinctive features of the invention are: forms of execution of the elements of the device, dimensions, location, aspect ratio.

Поставленная задача достигается тем, что весь поток воды в корпусе устройства делится на несколько плоских ламинарных потоков в соплах, образованных делителем плоскими и фигурными вставками. В начале сопел идет предварительный разгон ламинарных потоков. Ускоренные в начале сопел потоки попадают в следующую часть сопел, выполненную в виде вставок Г-образной формы и соединенных с прямой частью под углом. В этой части идет сужение потоков и повышение скорости их движения до необходимой. При последующем ударе потоков с необходимой скоростью об ударные стенки на выходе из сопел происходит быстрое и практически полное смешение реагентов во всем объеме обрабатываемой воды. Дальнейшему смешению образовавшихся турбулентных потоков на выходе из камеры также способствует выполненная плоской короткая часть делителя.The task is achieved in that the entire water flow in the device is divided into several flat laminar flows in the nozzles formed by the divider flat and curly inserts. At the beginning of the nozzles there is a preliminary acceleration of laminar flows. Accelerated at the beginning of the nozzles, the flows fall into the next part of the nozzles, made in the form of inserts of a L-shaped form and connected to the straight part at an angle. In this part, there is a narrowing of the flows and an increase in the speed of their movement to the necessary. Upon subsequent impact of the flows at the required speed against the shock walls, a quick and almost complete mixing of the reactants in the entire volume of the treated water occurs at the exit from the nozzles. Further mixing of the resulting turbulent flows at the outlet of the chamber is also facilitated by the made flat short part of the divider.

Таким образом, идет поэтапное усиление смешения реагентов до выхода из камеры. Это является особо значимым фактором при смешении коагулянтов, поскольку, как правило, в растворах коагулянтов формируются высокозарядные аквагидроксокомплексы металлов, дестабилизирующие частицы загрязнений, а время пребывания в воде таких комплексов до их полного превращения в гидроксиды металлов чрезвычайно мало.Thus, there is a phased increase in the mixing of reagents before leaving the chamber. This is a particularly significant factor in the mixing of coagulants, since, as a rule, highly charged metal hydrohydroxocomplexes are formed in coagulant solutions, which destabilize pollution particles, and the time spent in water of such complexes to be completely converted to metal hydroxides is extremely short.

Конструкционные особенности устройства - выполнение делителя, фигурных вставок с изогнутой частью, позволяют повысить интенсивность смешения, снизить потери напора, уменьшить металлоемкость конструкции.The structural features of the device - the implementation of the divider, curly inserts with a curved part, can increase the intensity of mixing, reduce pressure loss, reduce the intensity of the structure.

Сущность технического решения поясняется рис.1 и описанием работы устройства.The essence of the technical solution is illustrated in Fig. 1 and a description of the operation of the device.

На рис.1 показан вид устройства сверху в разрезе. Устройство для быстрого смешения состоит из камеры 1, например, прямоугольной или цилиндрической формы, вдоль ее боковых стенок размещены плоские вставки 2 равной длины, в центре камеры размещен делитель 3, имеющий Т-образную форму, короткая часть которого направлена к выходу камеры 1. По обе стороны делителя 3 на равном расстоянии относительно оси камеры расположены, по меньшей мере, две плоские фигурные вставки 4, часть этих вставок выполнены прямыми 4.1, другая часть переходит в Г-образную форму 4.2, соединенную с прямой частью под углом, при этом ударные стенки 5 плоских вставок расположены друг от друга на расстоянии, равном 1,5-3,0 ширины сужающейся части сопла, на выходе по обе стороны камеры расположены направляющие в форме клина 6.Fig. 1 shows a top view of the device in section. The device for quick mixing consists of a chamber 1, for example, of a rectangular or cylindrical shape, flat inserts 2 of equal length are placed along its side walls, a divider 3 having a T-shape is placed in the center of the chamber, the short part of which is directed towards the exit of chamber 1. By at least two curly inserts 4 are located on both sides of the divider 3 at an equal distance relative to the axis of the chamber, some of these inserts are made straight 4.1, the other part goes into the L-shaped form 4.2, connected to the straight part at an angle, at st Drums wall 5 of flat inserts are spaced apart a distance equal to the width of 1.5-3.0 tapered portion of the nozzle, outlet chamber on either side of the guides are arranged in the form of wedge 6.

Устройство для быстрого смешения работает следующим образом. В поток воды перед устройством вводят реагенты. Далее весь поток, проходя через камеру 1, делится на несколько плоских по форме потоков, образующихся за счет вставок 2, 4.1 и делителя 3. Потоки разгоняются до заданной скорости, причем вихревые зоны между потоком и вставками, образующими сопла, минимальны. После разгона до заданной скорости потоки направляются в часть фигурных вставок 4.2, где идет их дальнейшее ускорение, при ударе потоков об ударные стенки 5 плоских фигурных вставок происходит полное смешение реагентов во всем объеме обрабатываемой воды практически мгновенно, при этом скорость деформации потока многократно возрастает, что ведет к резкому увеличению момента усреднения концентрации и сближению беспорядочно расположенных частиц загрязнений воды. Затем образовавшиеся турбулентные потоки объединяются и дополнительно смешиваются на выходе из камеры за счет короткой части делителя, выполненной в виде плоской пластины и направляющих в форме клина 6.A device for quick mixing works as follows. Reagents are introduced into the water stream in front of the device. Further, the entire stream passing through the chamber 1 is divided into several flat-shaped streams generated by inserts 2, 4.1 and a divider 3. The streams are accelerated to a given speed, and the vortex zones between the stream and the inserts forming the nozzle are minimal. After acceleration to a predetermined speed, the flows are directed to a part of the curly inserts 4.2, where they are further accelerated, when the streams hit the shock walls of 5 flat curly inserts, the reagents are completely mixed in the entire volume of the treated water almost instantly, while the strain rate of the flow increases many times, which leads to a sharp increase in the moment of concentration averaging and the convergence of randomly located particles of water pollution. Then, the generated turbulent flows are combined and further mixed at the outlet of the chamber due to the short part of the divider, made in the form of a flat plate and guides in the form of a wedge 6.

Испытания устройства проводили с апреля 2009 г. по май 2010 г. на производственных водоочистительных сооружениях №1 МУП г. Новосибирска «Горводоканал». Испытания проведены в полном цикле реагентной очистки на всем объеме очищаемой воды (~260000 м³/сут), объем очищаемой воды на устройство составлял ~130000 м³/сут. Испытания проводились в сравнении с действующим в водоочистительных сооружениях устройством, описанным в патенте RU №2324530, МПК 6 B01F 5/00. В период испытаний использовался коагулянт оксихлорид алюминия (ОХА) в сочетании с флокулянтом на основе полидиаллилдиметиламмонийхлорида - ВПК-402. Расход ОХА в зависимости от сезона и мутности воды менялся в пределах от 4 мг/л до 50 мг/л, флокулянта от 0,05 мг/л до 0,3 мг/л.The device was tested from April 2009 to May 2010 at the industrial water treatment facilities No. 1 of the municipal unitary enterprise of the city of Novosibirsk “Gorvodokanal”. The tests were carried out in a full cycle of reagent treatment for the entire volume of purified water (~ 260,000 m ³ / day), the volume of purified water per device was ~ 130,000 m ³ / day. The tests were carried out in comparison with the device operating in water treatment facilities described in patent RU No. 2324530, IPC 6 B01F 5/00. During the test period, a coagulant aluminum oxychloride (OXA) was used in combination with a polydiallyldimethylammonium chloride-VPK-402 flocculant. Depending on the season and turbidity of water, OXA consumption varied from 4 mg / l to 50 mg / l, flocculant from 0.05 mg / l to 0.3 mg / l.

В результате длительных испытаний установлено, что использование устройства позволяет повысить эффективность смешения и соответственно снизить расход коагулянта на 15-17%, снизить потери напора в сравнении с существующим устройством с ~1,4 м до ~0,8 м и соответственно увеличить производительность сооружений, при высоком качестве очищаемой воды.As a result of lengthy tests, it was found that the use of the device allows to increase the mixing efficiency and, accordingly, reduce the coagulant consumption by 15-17%, reduce the pressure loss in comparison with the existing device from ~ 1.4 m to ~ 0.8 m and, accordingly, increase the productivity of structures with high quality of purified water.

Таким образом, применение устройства в процессах водоподготовки позволяет: повысить интенсивность смешения реагентов во всем объеме обрабатываемой воды, что приводит к уменьшению расхода реагентов; снижению потери напора и энергетических затрат или увеличению производительности сооружений; позволяет упростить изготовление конструкции за счет того, что элементы устройства выполнены в виде плоских несложных элементов.Thus, the use of the device in water treatment processes allows you to: increase the intensity of mixing of the reagents in the entire volume of treated water, which leads to a decrease in the consumption of reagents; reduce pressure losses and energy costs or increase the productivity of structures; allows to simplify the manufacture of the structure due to the fact that the elements of the device are made in the form of flat simple elements.

Компактная конструкция устройства быстрого смешения реагентов позволяет монтировать его непосредственно в подающий водовод или приемный карман смесителя коридорного типа в короткие сроки. Устройство может применяться вместо существующих на станции вертикальных или горизонтальных перегородчатых смесителей либо работать с ними в паре.The compact design of the device for quick mixing of reagents allows you to mount it directly into the supply pipe or the receiving pocket of the corridor type mixer in a short time. The device can be used instead of existing at the station vertical or horizontal cloisonne mixers or work with them in pairs.

Claims

A device for rapid mixing of reagents, containing a chamber at the entrance of which nozzles are placed, wedge-shaped guides are located at the outlet on both sides of the chamber, equal length inserts are placed along the side walls of the device, a divider is placed in the center of the chamber, and a divider on both sides of the divider equal distances relative to the axis of the chamber are flat inserts forming parallel tapering flat nozzles and a shock wall formed by a short portion of flat inserts, characterized in that the inserts along the side walls made flat, the divider is made flat and has a T-shape, the short part of which is directed to the exit of the camera, at least two flat inserts on both sides of the divider are made curly at an equal distance relative to the axis of the camera, while some of the inserts facing the camera entrance are made straight, parallel to each other and forming nozzles, and the other part of the inserts goes into a L-shaped form, connected to the straight part at an angle, while the shock walls of the flat shaped inserts are located from each other hectares at a distance equal to 1.5-3.0 of the width of the tapering part of the nozzle, and the inserts along the side walls are parallel to the part of the insert having an L-shaped shape and are adjacent to the side wall so as to form nozzles with a part of the figured flat inserts made straight.