RU2576056C2 - Mass-transfer apparatus - Google Patents
Mass-transfer apparatus Download PDFInfo
- Publication number
- RU2576056C2 RU2576056C2 RU2014122392/05A RU2014122392A RU2576056C2 RU 2576056 C2 RU2576056 C2 RU 2576056C2 RU 2014122392/05 A RU2014122392/05 A RU 2014122392/05A RU 2014122392 A RU2014122392 A RU 2014122392A RU 2576056 C2 RU2576056 C2 RU 2576056C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- liquid medium
- casing
- aerators
- transfer apparatus
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
- Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage
Landscapes
- Aeration Devices For Treatment Of Activated Polluted Sludge (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области конструкций массообменных аппаратов для газожидкостных систем, применяемых в химической, горнорудной, микробиологической промышленностях и других отраслях, и может быть использовано также для биологической очистки природных, сточных и промышленных вод, газификации питьевых вод, флотации различных пульп посредством аэрации жидких сред различными газами (воздух, кислород, углекислый газ и т.д.).The invention relates to the field of designs of mass transfer apparatus for gas-liquid systems used in the chemical, mining, microbiological industries and other industries, and can also be used for biological treatment of natural, waste and industrial waters, gasification of drinking water, flotation of various pulps by aeration of various liquid media gases (air, oxygen, carbon dioxide, etc.).
Известно устройство для насыщения жидкости газом по а.с. СССР №528110 [1], содержащее корпус с крышкой и патрубками для подачи в корпус жидкости и газа. Внутри корпуса размещена мешалка с приводом вращения и барботер. Барботер, выполненный в виде перфорированного диска с пульсатором, смонтирован в газоподводящем патрубке.A device is known for saturating a liquid with gas by a.s. USSR No. 528110 [1], comprising a housing with a lid and nozzles for supplying liquid and gas to the housing. Inside the housing there is a mixer with a rotation drive and a bubbler. The bubbler, made in the form of a perforated disk with a pulsator, is mounted in the gas supply pipe.
Недостатками известного устройства являются низкая интенсивность процесса массообмена между жидкостью и газом из-за низкой степени диспергирования пузырьков газа, а также достаточно высокие энергозатраты на перемешивание жидкости и газа.The disadvantages of the known device are the low intensity of the mass transfer process between the liquid and the gas due to the low degree of dispersion of the gas bubbles, as well as the relatively high energy consumption for mixing the liquid and gas.
Известно устройство для аэрации жидкости по патенту РФ №2189365 [2], содержащее вертикально расположенную трубу, воздуховод, подсоединенный к воздушной камере с перфорированным корпусом, и вихревую камеру, смонтированную в нижней части устройства. К вихревой камере тангенциально подсоединен патрубок для подвода жидкости. В данном устройстве аэрация жидкости осуществляется за счет «срезания» потоком жидкости пузырьков воздуха, выходящих из отверстий перфорированной воздушной камеры.A device for liquid aeration is known according to the patent of the Russian Federation No. 2189365 [2], containing a vertically arranged pipe, an air duct connected to an air chamber with a perforated body, and a vortex chamber mounted in the lower part of the device. A nozzle for fluid supply is tangentially connected to the vortex chamber. In this device, aeration of the liquid is carried out due to the "cutting" of the fluid stream of air bubbles emerging from the holes of the perforated air chamber.
Недостатками известного устройства является низкая степень диспергирования пузырьков воздуха в связи с несовершенством предложенного механизма диспергирования газовой фазы. В известном устройстве применяют сжатый воздух, что приводит к увеличению энергозатрат. В целом указанные недостатки обусловливают недостаточно высокую эффективность аэрации жидких сред.The disadvantages of the known device is the low degree of dispersion of air bubbles due to the imperfection of the proposed mechanism for dispersing the gas phase. The known device uses compressed air, which leads to an increase in energy consumption. In general, these shortcomings determine the insufficiently high efficiency of aeration of liquid media.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является массообменный аппарат по а.с. СССР №978901 [3], содержащий цилиндрический корпус с отверстиями для выхода газа внутрь корпуса, магистраль подачи жидкой среды в корпус, узел ввода газа в корпус, охватывающий корпус с наружной стороны. Аппарат снабжен патрубками вывода отработанных газа и жидкой среды. В корпусе выполнены отверстия в виде просечек под переменным углом к вертикальной оси аппарата. Просечки выполнены в виде полуокружностей, кромки просечек отогнуты наружу или внутрь корпусас целью перемешивания жидкой среды и увеличения времени контакта газовой и жидкой фаз.The closest in technical essence to the claimed invention is a mass transfer apparatus according to as USSR No. 978901 [3], comprising a cylindrical housing with openings for gas outlet into the housing, a line for supplying liquid medium to the housing, a gas inlet assembly to the housing, enclosing the housing from the outside. The apparatus is equipped with exhaust gas and liquid medium outlet pipes. The case has openings in the form of notches at a variable angle to the vertical axis of the apparatus. The notches are made in the form of semicircles, the edges of the notches are bent outward or inward to the body with the aim of mixing the liquid medium and increasing the contact time of the gas and liquid phases.
Недостатками изобретения, взятого за прототип, являются:The disadvantages of the invention, taken as a prototype, are:
- низкая степень диспергирования газа, обусловленная ламинарным характером движения жидкой среды и отсутствием условий для тонкого диспергирования пузырьков газа;- low degree of dispersion of the gas, due to the laminar nature of the movement of the liquid medium and the lack of conditions for fine dispersion of gas bubbles;
- малая площадь контакта жидкой среды и газа;- small contact area of the liquid medium and gas;
- низкая интенсивность процесса массообмена между жидкостью и газом в связи с отсутствием конструктивных и технологических приемов, способствующих интенсификации процесса.- low intensity of the process of mass transfer between liquid and gas due to the lack of structural and technological methods that contribute to the intensification of the process.
Предлагаемое изобретение направлено на интенсификацию массообменных процессов между жидкой средой и газом за счет высокой степени диспергирования газа, увеличения времени и площади контакта сред и увеличения скорости насыщения жидкости газом.The present invention is aimed at intensifying mass transfer processes between a liquid medium and a gas due to a high degree of dispersion of the gas, increasing the time and area of contact of the media and increasing the rate of saturation of the liquid with gas.
Задача решена тем, что в массообменном аппарате магистраль подачи жидкой среды выполнена в виде кольцевого коллектора, смонтированного во внутренней полости корпуса в нижней его части и снабженного, по меньшей мере, двумя вихревыми аэраторами, установленными радиально противоположно друг другу и тангенциально к круговой оси коллектора, при этом коллектор дополнительно снабжен патрубками ввода жидкой среды в корпуса аэраторов, а узел ввода газа - патрубками подачи газа, проходящими через стенку корпуса и подсоединенными к аэраторам. Задача решена также тем, что корпус дополнительно снабжен коническим полым сужающимся кверху отбойником, установленным соосно с корпусом выше уровня аэраторов, при этом на боковой поверхности отбойника выполнены продольные пазы общей площадью (0,2-0,5) от площади боковой поверхности отбойника.The problem is solved in that in the mass transfer apparatus the fluid supply line is made in the form of an annular collector mounted in the inner cavity of the housing in its lower part and provided with at least two vortex aerators mounted radially opposite to each other and tangential to the circular axis of the collector, wherein the collector is additionally equipped with nozzles for introducing a liquid medium into the aerator bodies, and the gas inlet unit - with gas nozzles passing through the wall of the housing and connected to the aerators. The problem was also solved by the fact that the casing is additionally equipped with a conical hollow tapering upward baffle installed coaxially with the casing above the level of aerators, while longitudinal grooves with a total area (0.2-0.5) of the lateral surface of the baffle are made on the side surface of the baffle.
Изобретение иллюстрируется чертежами. На фиг. 1 изображена схема массообменного аппарата в продольном вертикальном разрезе. На фиг. 2 представлен поперечный разрез аппарата. На фиг. 3 изображена схема вихревого аэратора в продольном разрезе. На всех фигурах представлена также схема движения потоков взаимодействующих фаз.The invention is illustrated by drawings. In FIG. 1 shows a diagram of a mass transfer apparatus in a longitudinal vertical section. In FIG. 2 shows a cross section of the apparatus. In FIG. 3 is a longitudinal sectional view of a swirl aerator. All the figures also show the motion scheme of the flows of interacting phases.
Предлагаемый массообменный аппарат состоит из цилиндрического корпуса 1, магистрали 2 подачи жидкой среды, узла 3 ввода газа, патрубка 4 выдачи отработанной жидкой среды, патрубка 5 удаления отработанного газа. Аппарат снабжен системой трубопроводов с запорной арматурой. Трубопровод 6 служит в качестве байпасной трубы, трубопровод 7 предназначен для слива излишков жидкой среды. Для нагнетания жидкой среды в корпус имеется насос 8.The proposed mass transfer apparatus consists of a cylindrical body 1, a
Магистраль подачи жидкой среды снабжена кольцевым коллектором 9, установленным в нижней части корпуса непосредственно в его внутренней полости. Кольцевой коллектор 9 снабжен, по меньшей мере, двумя вихревыми аэраторами 10, установленными радиально противоположно друг другу и тангенциально к круговой оси коллектора. Вихревые аэраторы предназначены для аэрации жидкой среды, диспергирования жидкой и газовой фаз, турбулизации их потоков.The fluid supply line is equipped with an
На коллекторе имеются патрубки 11 для подачи жидкой среды в корпуса аэраторов 10. Для подачи газа в аэраторы предусмотрены патрубки 12, проходящие через стенку корпуса и подсоединенные к аэраторам.The manifold has
Корпус массообменного аппарата дополнительно снабжен коническим полым сужающимся кверху отбойником 13, служащим для сужения водогазового потока к оси корпуса и дополнительной его турбулизации. Отбойник смонтирован соосно с корпусом выше уровня аэраторов 10. На боковой поверхности отбойника выполнены продольные пазы 14, суммарную площадь которых рекомендуется выдерживать в пределах (0,2-0,5) от площади боковой поверхности отбойника.The body of the mass transfer apparatus is additionally equipped with a conical hollow tapering upward
Конструкция вихревого аэратора представлена на фиг. 3. Он содержит корпус 15, патрубок 11 для подачи в аэратор жидкой среды, патрубок 12 для подачи газа. Патрубок 11 смонтирован тангенциально к корпусу и соединен с улиткой 16 для закручивания потока (на фиг. 3 улитка не показана). Патрубок 12 смонтирован в зоне разрежения, что обеспечивает 1 самопроизвольный подсос газа из узла 3 ввода газа без использования насосов и воздуходувок. Вывод аэрированной жидкой среды осуществляется через патрубок 17.The design of the swirl aerator is shown in FIG. 3. It contains a
Предлагаемый массообменный аппарат работает следующим образом. При загрузке аппарата включают насос 8 и подают жидкую среду в кольцевой коллектор 9, откуда по патрубкам 11 она поступает в аэраторы 10. В аэраторах (см. фиг. 3) поток жидкой среды интенсивно закручивается с образованием кольцевого вихревого потока, концентрирующегося вдоль стенок аэратора и движущегося вдоль стенок с высокой скоростью по винтовой линии. Далее вихревой поток жидкой среды поступает в торцевую часть корпуса аэратора, сужается к оси, меняет направление движения на противоположное и поступает внутрь кольцевого потока жидкой среды.The proposed mass transfer apparatus operates as follows. When the apparatus is loading, the pump 8 is turned on and the liquid medium is supplied to the
В зоне поворота возникает зона пониженного давления и в эту зону подсасывается газ из патрубка 12 за счет эжектирующего воздействия скоростной струи жидкости, при этом количество поступающего в аэратор газа напрямую зависит от расхода жидкой среды. В корпусе аэратора в результате описанных явлений образуется многослойный вихревой поток жидкой среды и газа. По продольным и поперечным границам слоев за счет встречного движения и высокой скорости потоков происходит интенсивная взаимная турбулизация потоков жидкой среды и газа сначала поверхностных участков, а затем и внутренних зон, что в конечном итоге приводит к турбулизации взаимодействующих фаз по всему их объему.In the turning zone, a zone of reduced pressure arises and gas from the
В результате интенсивной высокоскоростной турбулизации фаз в потоке наблюдается высокочастотная пульсация скоростей и давлений, благодаря чему достигается высокое диспергирование газовой фазы, образование множества динамически активных газовых пузырьков размером до 50 мкм, значительное увеличение площади контакта фаз и скорости растворения газа в жидкости. На выходе из патрубка 17 образуется высокоскоростная, закрученная струя максимально аэрированной водогазовой смеси. Водогазовая смесь, поступаемая в корпус из всех аэраторов, образует в нижней части корпуса 1 аппарата вращающуюся массу аэрированной однородной жидкой среды.As a result of intense high-speed phase turbulence in the flow, a high-frequency pulsation of velocities and pressures is observed, which ensures high dispersion of the gas phase, the formation of many dynamically active gas bubbles up to 50 μm in size, a significant increase in the phase contact area and the rate of gas dissolution in the liquid. At the exit of the
При вращении жидкой среды центральная область потока является разреженной зоной, концентрация газовых пузырьков здесь меньше, чем на периферии. Для обеспечения однородности потока и интенсивного взаимодействия фаз по всему сечению вращающегося потока в конструкции предусмотрен отбойник 13, который сужает поток жидкой среды к оси корпуса и увеличивает тем самым скорость потока, что также интенсифицирует процесс растворения газа в жидкости. Наличие на поверхности отбойника продольных пазов способствует проникновению в них струй жидкой струи, изменению направлений движения среды и образованию дополнительных вихрей, в результате чего в объеме аппарата образуется высокотурбулизированная водогазовая среда, в которой происходит дополнительная и окончательная аэрация жидкости.During rotation of the liquid medium, the central region of the flow is a rarefied zone; the concentration of gas bubbles is lower than at the periphery. To ensure uniform flow and intensive phase interaction over the entire cross-section of the rotating flow, a
Рекомендуемое соотношение площади пазов на поверхности отбойника ко всей площади боковой поверхности в пределах (0,2-0,5) является оптимальным. Если соотношение будет меньше 0,2, то влияние пазов на повышение турбулизации потока будет минимальным. Если соотношение будет больше 0,5, то отбойник будет неэффективным средством для сужения потока.The recommended ratio of the area of the grooves on the surface of the chipper to the entire area of the side surface within (0.2-0.5) is optimal. If the ratio is less than 0.2, then the effect of the grooves on increasing the turbulization of the flow will be minimal. If the ratio is greater than 0.5, then the chipper will be an ineffective means for narrowing the flow.
Ко времени окончания наполнения аппарата жидкой средой процесс аэрации заканчивается. Если требуется продолжение процесса, то с помощью байпасного трубопровода 6 организуется повторная или многократная аэрация жидкой среды.By the time the apparatus is filled with liquid medium, the aeration process ends. If continuation of the process is required, then repeated or repeated aeration of the liquid medium is organized using
По сравнению с прототипом предлагаемый массообменный аппарат обладает следующими технико-экономическими преимуществами:Compared with the prototype, the proposed mass transfer apparatus has the following technical and economic advantages:
- высокая скорость насыщения жидкой среды газом (в 1,5-2 раза больше) благодаря существенному увеличению площади контакта, времени взаимодействия фаз, высокой степени диспергирования газа, высокой степени турбулизации потоков;- high rate of saturation of the liquid medium with gas (1.5-2 times more) due to a significant increase in the contact area, the time of phase interaction, a high degree of dispersion of the gas, a high degree of turbulization of flows;
- высокая интенсивность проведения процесса аэрации жидкой среды, а также других физико-химических процессов (выше в 1,5-2 раза);- high intensity of the process of aeration of a liquid medium, as well as other physicochemical processes (1.5-2 times higher);
- низкие энергетические затраты на проведение процесса аэрации (отсутствие необходимости использования перемешивающих устройств и насосов для подачи газа, простота конструкции аппарата и т.д.).- low energy costs for the aeration process (no need to use mixing devices and pumps for gas supply, simplicity of the apparatus design, etc.).
Предлагаемый массообменный аппарат может быть использован в различных отраслях для высокоэффективного проведения различных физико-химических и микробиологических процессов.The proposed mass transfer apparatus can be used in various industries for highly efficient various physico-chemical and microbiological processes.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES
1. АС СССР №528110 «Устройство для насыщения жидкости газом», кл. В01Р 3/04, 1976.1. USSR AS No. 528110 “Device for saturating a liquid with gas”, cl.
2. Патент РФ №2189365 «Устройство для аэрации жидкости», МПК С02Р 3/20, В01Р 3/04, 2002.2. RF patent No. 2189365 "Device for aeration of a liquid",
3. АС СССР №978901 «Массообменный аппарат», М. кл. В01D 53/18, БИ №45 от 07.12.1982.3. USSR AS No. 978901 "Mass-transfer apparatus", M. class. B01D 53/18, BI No. 45 dated 12/07/1982.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014122392/05A RU2576056C2 (en) | 2014-06-02 | 2014-06-02 | Mass-transfer apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014122392/05A RU2576056C2 (en) | 2014-06-02 | 2014-06-02 | Mass-transfer apparatus |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2014122392A RU2014122392A (en) | 2015-12-10 |
RU2576056C2 true RU2576056C2 (en) | 2016-02-27 |
Family
ID=54843172
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014122392/05A RU2576056C2 (en) | 2014-06-02 | 2014-06-02 | Mass-transfer apparatus |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2576056C2 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2637232C1 (en) * | 2016-10-18 | 2017-12-01 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ТГТУ") | Carbonizer |
RU2637234C1 (en) * | 2016-10-18 | 2017-12-01 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ТГТУ") | Saturator |
RU220617U1 (en) * | 2022-10-28 | 2023-09-26 | Игорь Викторович Доронин | Device for water purification and disinfection |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU528110A1 (en) * | 1973-06-11 | 1976-09-15 | Специальное Опытно-Конструкторскоебюро По Интенсификации Тепломассообменных Процессов Института Технической Теплофизики Ан Украинской Сср | Bubbler |
SU978901A1 (en) * | 1980-11-18 | 1982-12-07 | Всесоюзный Научно-Исследовательский Биотехнический Институт | Mass exchange apparatus |
RU2189365C2 (en) * | 1999-07-16 | 2002-09-20 | Пензенская государственная архитектурно-строительная академия | Liquid aeration apparatus |
RU2195489C1 (en) * | 2001-12-25 | 2002-12-27 | Корнеев Александр Дмитриевич | Liquid aerator |
-
2014
- 2014-06-02 RU RU2014122392/05A patent/RU2576056C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU528110A1 (en) * | 1973-06-11 | 1976-09-15 | Специальное Опытно-Конструкторскоебюро По Интенсификации Тепломассообменных Процессов Института Технической Теплофизики Ан Украинской Сср | Bubbler |
SU978901A1 (en) * | 1980-11-18 | 1982-12-07 | Всесоюзный Научно-Исследовательский Биотехнический Институт | Mass exchange apparatus |
RU2189365C2 (en) * | 1999-07-16 | 2002-09-20 | Пензенская государственная архитектурно-строительная академия | Liquid aeration apparatus |
RU2195489C1 (en) * | 2001-12-25 | 2002-12-27 | Корнеев Александр Дмитриевич | Liquid aerator |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2637232C1 (en) * | 2016-10-18 | 2017-12-01 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ТГТУ") | Carbonizer |
RU2637234C1 (en) * | 2016-10-18 | 2017-12-01 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ТГТУ") | Saturator |
RU220617U1 (en) * | 2022-10-28 | 2023-09-26 | Игорь Викторович Доронин | Device for water purification and disinfection |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2014122392A (en) | 2015-12-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA2143362C (en) | Gas dissolving | |
US4290885A (en) | Aeration device | |
US6422735B1 (en) | Hydraulic jet flash mixer with open injection port in the flow deflector | |
JP3397154B2 (en) | Revolving microbubble generator | |
US4117048A (en) | Apparatus for introducing gas into a liquid | |
WO2001097958A9 (en) | Fine air bubble generator and fine air bubble generating device with the generator | |
WO2010107077A1 (en) | Microbubble generator, activated sludge aeration system, and ballast water sterilizing system | |
US4680119A (en) | Apparatus for introducing a gas into a liquid | |
US4193950A (en) | Apparatus for introducing gas into a liquid | |
FI96388C (en) | Method and apparatus for dissolving the gas | |
CN107207287B (en) | Optimized nozzle for injecting pressurized water containing dissolved gas | |
RU2576056C2 (en) | Mass-transfer apparatus | |
JP2001187326A (en) | Device for mixing gas and water | |
CN104761067A (en) | Jet aerator emitting swirling jet flow | |
JP2013237035A (en) | Gas dissolver | |
RU2737273C1 (en) | Volkov's cavitation aerator | |
US9486753B1 (en) | Apparatus for aerating an aqueous solution | |
RU75589U1 (en) | STATIC INJECT MIXER | |
JPS60114331A (en) | Gas liquid mixing apparatus | |
JP2018202375A (en) | Gas-liquid mixture nozzle | |
EP3747534A1 (en) | Device and method for generating nanobubbles | |
US20060087047A1 (en) | Fluid mixing apparatus | |
KR20040092843A (en) | Process and plant for the solubility of gas and sludge mixing | |
RU2339457C1 (en) | Aerating device | |
PT2021015633B (en) | A system for saturating liquids with gas and a method for saturating liquids with gas using this system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160603 |