RU2701533C2 - Оптимизированная форсунка для нагнетания воды под давлением, содержащей растворенный газ - Google Patents

Оптимизированная форсунка для нагнетания воды под давлением, содержащей растворенный газ Download PDF

Info

Publication number
RU2701533C2
RU2701533C2 RU2017125940A RU2017125940A RU2701533C2 RU 2701533 C2 RU2701533 C2 RU 2701533C2 RU 2017125940 A RU2017125940 A RU 2017125940A RU 2017125940 A RU2017125940 A RU 2017125940A RU 2701533 C2 RU2701533 C2 RU 2701533C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
chamber
diffusion chamber
axis
rotation
specified
Prior art date
Application number
RU2017125940A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2017125940A3 (ru
RU2017125940A (ru
Inventor
Томас ТУВЕНО
Натали ВИНЬРОН-ЛАРОСА
Никола РУ
Original Assignee
Веолия Уотер Солюшнз Энд Текнолоджиз Саппорт
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Веолия Уотер Солюшнз Энд Текнолоджиз Саппорт filed Critical Веолия Уотер Солюшнз Энд Текнолоджиз Саппорт
Publication of RU2017125940A publication Critical patent/RU2017125940A/ru
Publication of RU2017125940A3 publication Critical patent/RU2017125940A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2701533C2 publication Critical patent/RU2701533C2/ru

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B1/00—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means
    • B05B1/34—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to influence the nature of flow of the liquid or other fluent material, e.g. to produce swirl
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/20—Mixing gases with liquids
    • B01F23/23—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids
    • B01F23/231—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids by bubbling
    • B01F23/23105—Arrangement or manipulation of the gas bubbling devices
    • B01F23/2312—Diffusers
    • B01F23/23126—Diffusers characterised by the shape of the diffuser element
    • B01F23/231263—Diffusers characterised by the shape of the diffuser element having dome-, cap- or inversed cone-shape
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B1/00—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means
    • B05B1/34—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to influence the nature of flow of the liquid or other fluent material, e.g. to produce swirl
    • B05B1/3405—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to influence the nature of flow of the liquid or other fluent material, e.g. to produce swirl to produce swirl
    • B05B1/341—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to influence the nature of flow of the liquid or other fluent material, e.g. to produce swirl to produce swirl before discharging the liquid or other fluent material, e.g. in a swirl chamber upstream the spray outlet
    • B05B1/3415—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to influence the nature of flow of the liquid or other fluent material, e.g. to produce swirl to produce swirl before discharging the liquid or other fluent material, e.g. in a swirl chamber upstream the spray outlet with swirl imparting inserts upstream of the swirl chamber
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/24—Treatment of water, waste water, or sewage by flotation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F2101/00—Mixing characterised by the nature of the mixed materials or by the application field
    • B01F2101/305—Treatment of water, waste water or sewage
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F2215/00—Auxiliary or complementary information in relation with mixing
    • B01F2215/04—Technical information in relation with mixing
    • B01F2215/0413—Numerical information
    • B01F2215/0418—Geometrical information
    • B01F2215/0422—Numerical values of angles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F2215/00—Auxiliary or complementary information in relation with mixing
    • B01F2215/04—Technical information in relation with mixing
    • B01F2215/0413—Numerical information
    • B01F2215/0418—Geometrical information
    • B01F2215/0431—Numerical size values, e.g. diameter of a hole or conduit, area, volume, length, width, or ratios thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2201/00—Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
    • C02F2201/002—Construction details of the apparatus
    • C02F2201/003—Coaxial constructions, e.g. a cartridge located coaxially within another
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2301/00—General aspects of water treatment
    • C02F2301/02—Fluid flow conditions
    • C02F2301/026—Spiral, helicoidal, radial

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physical Water Treatments (AREA)
  • Nozzles (AREA)
  • Aeration Devices For Treatment Of Activated Polluted Sludge (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области способов и устройств для флотационной обработки жидких отходов. Форсунка для нагнетания воды под давлением, содержащей растворенный газ, при этом указанная форсунка содержит: цилиндрическую входную камеру для указанной воды, цилиндрическую расширительную камеру, содержащую вход, сообщающийся с указанной входной камерой через отверстие, и выход, диффузионную камеру с усеченным конусным сечением, сообщающуюся с выходом указанной расширительной камеры и расширяющуюся, начиная от указанной расширительной камеры, при этом указанная форсунка содержит средства приведения во вращение потока воды, выходящего из указанной расширительной камеры. Технический результат - рассеивание энергии и улучшение сцепления пузырьков с хлопьями. 13 з.п. ф-лы, 11 ил.

Description

1. Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области способов и устройств для флотационной обработки жидких отходов.
2. Уровень техники
Многочисленные способы обработки жидких отходов содержат этап флотации, который, как правило, следует за этапами коагуляции или флокуляции.
Флотация является технологией, предназначенной для отделения частиц, находящихся во взвешенном состоянии в жидких отходах.
Для этого нагнетают воду под давлением, содержащую растворенный газ, такой как воздух, через форсунки 1 в основании флотационной зоны 2 флотационного реактора, внутрь которой предназначенные для обработки жидкие отходы поступают по входному трубопроводу 3. Под действием расширения газа, растворенного в этой воде, в обрабатываемых жидких отходах образуются микропузырьки газа. Эти микропузырьки поднимаются на поверхность обрабатываемых жидких отходов, пристают к взвешенным частицам, которые в основном имеют вид хлопьев, и увлекают их за собой. Эти частицы с приставшими к ним микропузырьками называются агломератами из хлопьев и пузырьков. Смесь жидких отходов и агломератов переходит из флотационной зоны 2 в сепарационную зону 4 реактора, которые отделены друг от друга вертикальной стенкой 7. В сепарационной зоне 4 происходит отделение взвешенных частиц. Обработанные жидкие отходы удаляются в нижней части сепарационной зоны 4 через предусмотренный для этой цели трубопровод 5. Отделенные от жидких отходов частицы удаляются в верхней части реактора через предусмотренный для этого желоб 6.
Для нагнетания воды под давлением, содержащей растворенный газ, в предназначенные для обработки жидкие отходы применяют нагнетательные форсунки. Они равномерно распределены в нижней части флотационной зоны флотационного реактора.
Как показано на фиг. 2, где представлена нагнетательная форсунка, разработанная заявителем, такая нагнетательная форсунка содержит:
- цилиндрическую входную камеру 10 для подачи воды под давлением, содержащую вход 100 и выход 101;
- цилиндрическую расширительную камеру 11, содержащую вход 110, сообщающийся с входной камерой 10 через отверстие 12;
- диффузионную камеру 13, сечение которой содержит один или несколько круглых усеченных конусов, расположенных в продолжении друг друга и расширяющихся от расширительной камеры к выходу форсунки, и которая сообщается с расширительной камерой 11 через отверстия 14, равномерно распределенные вокруг оси вращения форсунки.
В области промышленной обработки жидких отходов постоянно делаются попытки повысить производительность обрабатывающих установок. Для этого повышают скорость прохождения обрабатываемых жидких отходов внутри обрабатывающих установок, чтобы добиться значений скорости фронта жидких отходов, превышающей 30-40 м/ч в сепарационной зоне флотационного реактора. В частности, скорость фронта жидких отходов является скоростью жидких отходов в зоне, находящейся над вертикальной стенкой 7, которая отделяет флотационную зону 2 от сепарационной зоны 4.
Максимальная допустимая скорость обрабатываемых жидких отходов в флотационном реакторе зависит от плавучести отделяемых взвешенных частиц и прилипающих к ним микропузырьков, то есть агломератов.
Чтобы способствовать прилипанию микропузырьков газа к взвешенным частицам, специалист в данной области обычно старается получать как можно меньшие микропузырьки, то есть микропузырьки, имеющие эквивалентный диаметр менее 100 микрометров.
Однако этот подход приводит к уменьшению плавучести агломератов по причине максимального количества прилипающих микропузырьков на единицу хлопьев и, следовательно, к снижению скорости обработки.
С другой стороны, использование крупных микропузырьков, эквивалентный диаметр которых превышает 200 микрометров, позволяет улучшить плавучесть агломератов, что могло бы позволить повысить скорость обработки. Однако это влечет за собой риск разрыва хлопьев удаляемого вещества, а также к слишком большому расходу.
Закон Стокса позволяет установить связь между скоростью обработки жидких отходов внутри флотационного реактора и размером микропузырьков, что показано в виде кривой на фиг. 3. Как видно из этой кривой, для обеспечения эффективной флотации без риска уноса микропузырьков вместе с обрабатываемыми жидкими отходами и разрыва хлопьев при скорости прохождения обрабатываемых жидких отходов в реакторе около 30 м/ч оптимальный диаметр микропузырьков составляет около 140 микрометров. Как видно также из этой кривой, для обеспечения эффективной флотации без риска уноса микропузырьков вместе с обрабатываемыми жидкими отходами и разрыва хлопьев при скорости прохождения обрабатываемых жидких отходов в реакторе около 50 м/ч оптимальный диаметр микропузырьков составляет около 190 микрометров.
Таким образом, чтобы обеспечить эффективную и быструю флотацию, размер микропузырьков должен находиться в пределах от 100 до 200 микрометров.
Однако в настоящее время не существует нагнетательной форсунки, позволяющей максимизировать получение не слишком мелких и не слишком крупных микропузырьков, то есть позволяющей увеличить количество производимых микропузырьков, диаметр которых составляет от 100 до 200 микрометров, что позволило бы обеспечивать быструю и эффективную флотацию.
3. Задачи изобретения
Задачей изобретения является эффективное решение по меньшей мере некоторых из этих различных проблем.
В частности, согласно по меньшей мере одному варианту осуществления изобретение призвано предложить способ, который позволяет оптимизировать флотационную обработку.
В частности, по меньшей мере в одном варианте осуществления изобретение призвано предложить способ, который позволяет повысить скорость флотационной обработки и одновременно избегать уноса микропузырьков газа в обрабатываемых жидких отходах.
По меньшей мере в одном варианте осуществления изобретение призвано также предложить способ, который способствует получению микропузырьков, диаметр которых составляет от 100 до 200 микрометров.
По меньшей мере в одном варианте осуществления изобретение призвано также предложить способ, который является простым и/или эффективным, и/или надежным, и/или экономичным.
4. Раскрытие сущности изобретения
Для этого изобретением предложена форсунка для нагнетания воды под давлением, содержащей растворенный газ, при этом указанная форсунка содержит:
- цилиндрическую входную камеру для подачи указанной воды;
- цилиндрическую расширительную камеру, содержащую вход, сообщающийся с указанной входной камерой через отверстие, и выход;
- диффузионную камеру с усеченным конусным сечением, сообщающуюся с выходом указанной расширительной камеры и расширяющуюся, начиная от указанной расширительной камеры;
при этом указанная форсунка содержит средства приведения во вращение потока воды, выходящего из указанной расширительной камеры.
Таким образом, поток, выходящий из расширительной камеры, приводится во вращение вокруг оси расширительной камеры, то есть вокруг оси форсунки. Это позволяет рассеивать его энергию и улучшать последующее сцепление микропузырьков с хлопьями, избегая слишком завихренного нагнетания чистой воды внутрь обрабатываемого потока и, следовательно, разрушения хлопьев. Это позволяет также перенаправлять и рассеивать поток внутри диффузионной камеры или диффузионных камер для лучшего контакта с диффузионной стенкой и для непрерывности рассеяния энергии.
Это способствует образованию микропузырьков, диаметр которых составляет от 100 до 200 микрометров.
В частном варианте осуществления изобретения указанный выход указанной расширительной камеры содержит по меньшей мере два отверстия, равномерно распределенных вокруг оси вращения указанной расширительной камеры, при этом каждое из указанных отверстий расположено вдоль оси:
- находящейся в плоскости, параллельной оси вращения указанной расширительной камеры, и
- наклоненной относительно оси вращения указанной расширительной камеры,
при этом оси указанных отверстий наклонены в одном направлении, чтобы приводить во вращение в указанном направлении поток воды, выходящий из указанной расширительной камеры.
Этот вариант осуществления изобретения способствует простой и эффективной максимизации образования микропузырьков, диаметр которых составляет от 100 до 200 микрометров.
Согласно частному варианту осуществления изобретения угол γ указанной усеченной конусной диффузионной камеры относительно ее оси вращения и угол α наклона указанных отверстий выбирают таким образом, чтобы поддерживать размер пузырьков в основном в пределах от 100 до 200 микрометров на выходе диффузионной камеры.
Выбор этих значений углов тоже способствует простой и эффективной максимизации образования микропузырьков, диаметр которых составляет от 100 до 200 микрометров.
Согласно одному отличительному признаку изобретения указанная форсунка содержит иглу, расположенную в указанной расширительной камере напротив указанного отверстия и ориентированную в направлении этого отверстия.
Таким образом, согласно этому признаку изобретения игла расположена по оси и ориентирована к отверстию, соединяющему входную камеру и расширительную камеру форсунки для нагнетания воды под давлением, содержащей растворенный газ.
Присутствие иглы позволяет:
- равномерно распределять воду под давлением внутри расширительной камеры;
- увеличить поверхность образования пузырьков и таким образом улучшить однородность размера микропузырьков.
Согласно одному отличительному признаку изобретения форсунка может содержать средства поддержания вращения указанного потока, при этом указанные средства поддержания расположены в указанной диффузионной камере.
Это позволяет потоку, проходящему в форсунке, сохранять свое вращательное движение. Это улучшает последующее сцепление микропузырьков с хлопьями и одновременно способствует продолжению рассеяния энергии нагнетаемого потока; поток стабилизируется, ограничивая завихрения.
В этом случае средства поддержания могут содержать по меньшей мере две лопатки, проходящие от оси вращения указанной диффузионной камеры до ее периферического контура и равномерно распределенные вокруг этой оси, при этом каждая из указанных лопаток расположена в плоскости, проходящей через ось, перпендикулярную к оси вращения указанной диффузионной камеры, и наклонена в указанном направлении.
Согласно одному отличительному признаку изобретения форсунка может содержать по меньшей мере одну усеченную конусную промежуточную диффузионную камеру, которая расположена между указанной расширительной камерой и указанной диффузионной камерой и сечение которой расширяется в направлении диффузионной камеры.
Применение промежуточной диффузионной камеры позволяет избегать азимутальных завихрений, называемых также рециркуляциями.
Конус, имеющий слишком большой раскрыв, может не удерживать поток и вызывать рециркуляцию на уровне стенок, так как нагнетаемая жидкость с большой разницей скоростей в спокойной среде (по сравнению с нагнетаемой жидкостью) будет производить вихревое движение. Эта промежуточная диффузионная камера позволяет направлять текучую среду и избегать этих вихревых «рециркуляций», которые присутствуют особенно в случае так называемого кольцевого нагнетания (что происходит в данном случае, так как поток распределяется вокруг оси отверстий).
Согласно одному отличительному признаку изобретения форсунка может содержать боковые входы для воды, находящиеся между указанной диффузионной камерой и указанной промежуточной диффузионной камерой.
Обрабатываемые жидкие отходы содержат взвешенные частицы, которые образуют внутри форсунки места образования агломератов, являющиеся местом образования микропузырьков. Это позволяет увеличить образование микропузырьков воздуха.
В этом случае диаметр входа указанной диффузионной камеры может превышать диаметр выхода указанной промежуточной диффузионной камеры, при этом вход указанной диффузионной камеры перекрывает выход указанной промежуточной диффузионной камеры, оставляя между ними пространства, образующие указанные боковые входы для воды.
Согласно одному отличительному признаку изобретения угол γ указанной усеченной конусной диффузионной камеры относительно ее оси вращения и угол β указанной промежуточной диффузионной камеры относительно ее оси вращения являются идентичными.
Согласно одному отличительному признаку изобретения угол γ указанной усеченной конусной диффузионной камеры относительно ее оси вращения превышает угол β указанной промежуточной диффузионной камеры относительно ее оси вращения.
Согласно одному отличительному признаку изобретения значение углов γ и β составляет от 0° до 30°.
Согласно одному отличительному признаку изобретения угол α наклона указанных отверстий составляет от 20° до 60°.
Согласно одному отличительному признаку изобретения угол ϕ наклона указанных лопаток составляет от 20° до 60°.
5. Краткое описание чертежей
Другие отличительные признаки и преимущества изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания частных вариантов осуществления, представленных в качестве иллюстративных и не ограничительных примеров, со ссылками на прилагаемые чертежи.
На фиг. 1 показана схема флотационного реактора;
на фиг. 2 – вид в продольном разрезе известной нагнетательной форсунки;
на фиг. 3 – связь между диаметром микропузырьков и скоростью прохождения обрабатываемых жидких отходов в флотационном реакторе в соответствии с законом Стокса;
на фиг. 4 – вид в перспективе форсунки согласно первому варианту осуществления изобретения;
на фиг. 5 – вид в продольном разрезе форсунки, показанной на фиг. 4;
на фиг. 6 и 7 – два детальных вида форсунки, показанной на фиг. 5;
на фиг. 8 – вид сверху форсунки, показанной на фиг. 4 и 5;
на фиг. 9 – вид в продольном разрезе форсунки согласно второму варианту осуществления изобретения;
на фиг. 10 – вид в поперечном разрезе форсунки, показанной на фиг. 9, по плоскости, проходящей через боковые входы для воды;
на фиг. 11 – кривые, показывающие размер микропузырьков, получаемых при помощи известной форсунки и заявленной форсунки.
6. Осуществление изобретения
6.1. Конструкция
Низ, основание или вход форсунки обозначает конец, через который вода под давлением поступает в форсунку. Верх или выход форсунки обозначает конец, через который расширенная вода под давлением выходит из форсунки.
6.1.1. Первый тип
Далее со ссылками на фиг. 4-8 следует описание первого варианта выполнения заявленной нагнетательной форсунки.
Как показано на этих фигурах, такая форсунка содержит входную камеру 20, через которую в форсунку может поступать вода под давлением, содержащая растворенный газ. Эта входная камера 20 содержит вход 200 и выход 201. Она имеет цилиндрическое сечение тела вращения. В этом варианте осуществления изобретения высота входной камеры 20 равна 3/2 ее диаметра D.
Предпочтительно диаметр D составляет от 10 до 50 мм.
Предпочтительно диаметр d отверстия 401 составляет от 2 до 6 мм.
Форсунка содержит также расширительную камеру 30.
Расширительная камера 30 расположена в продолжении входной камеры 20 и вдоль одной и той же оси. Она имеет цилиндрическое сечение тела вращения. Она отделена от входной камеры 20 стенкой 40. Она содержит вход 301, который сообщается с выходом 201 входной камеры 20 через отверстие 401, выполненное в стенке 40 вдоль продольной оси расширительной камеры 30. В этом варианте осуществления изобретения толщина стенки 40 равна диаметру d отверстия 401, толщина расширительной камеры 30 равна диаметру d отверстия 401, и диаметр расширительной камеры 30 равен диаметру входной камеры 20.
Форсунка содержит промежуточную диффузионную камеру 50, которая расположена в продолжении и вдоль оси расширительной камеры 30. В одном из вариантов могут быть применены несколько промежуточных диффузионных камер, расположенных в продолжении друг друга. Диффузионная камера имеет форму усеченного конуса. Она отделена от расширительной камеры 30 стенкой 90, через которую проходят отверстия 901, образующие выход расширительной камеры 30 и вход промежуточной диффузионной камеры 50. Таким образом, расширительная камера 30 и промежуточная диффузионная камера 50 сообщаются между собой через отверстия 901. В этом варианте осуществления изобретения толщина стенки 90 равна диаметру d отверстия 401, расстояние между осью вращения промежуточной диффузионной камеры 50 и обращенным к этой оси концом каждого отверстия 901 равно четверти диаметра D входной камеры 20. В этом же варианте осуществления изобретения отверстия 901 имеют квадратное сечение, сторона которого равна диаметру d отверстия 401. Каждое отверстие 901 расположено вдоль оси:
- находящейся в плоскости, параллельной оси вращения расширительной камеры, и
- наклоненной относительно оси вращения расширительной камеры.
Оси отверстий 901 наклонены в одном направлении таким образом, чтобы приводить во вращение в этом направлении поток воды, проходящий на выходе расширительной камеры, что будет подробно описано ниже.
В этом варианте осуществления изобретения значение угла α наклона отверстий 901 относительно верхней поверхности стенки 90 равно 45°. В данном случае отверстия 901 выполнены в количестве четырех. Они равномерно распределены вокруг оси вращения расширительной камеры 30.
Диаметр основания промежуточной диффузионной камеры 50 равен диаметру расширительной камеры 30. В данном варианте осуществления изобретения угол β этого усеченного конуса относительно его оси вращения равен 7°. Этот усеченный конус расширяется от расширительной камеры 30 к выходу промежуточной диффузионной камеры 50. В данном варианте осуществления изобретения высота промежуточной диффузионной камеры 50 равна 3/2 диаметра D входной камеры 20.
В расширительной камере 30 расположена игла 80. Она образует выступ на поверхности стенки 90, расположена напротив отверстия 401 и направлена к нему. Высота иглы 80 равна высоте расширительной камеры. Диаметр основания иглы примерно равен 6/10 диаметра отверстия 401.
Форсунка содержит диффузионную камеру 60, которая расположена в продолжении промежуточной диффузионной камеры 50 и вокруг одной и той же оси. Она имеет форму усеченного конуса тела вращения, угол γ которого относительно его оси вращения в этом варианте осуществления изобретения равен 15°. Этот усеченный конус расширяется от промежуточной диффузионной камеры 50 в сторону выхода диффузионной камеры 60. Диаметр его основания равен конечному диаметру промежуточной диффузионной камеры 50. В этом варианте осуществления изобретения высота диффузионной камеры 60 равна 2-кратному диаметру D входной камеры 20.
В диффузионной камере расположены лопатки 70. Эти лопатки 70 равномерно распределены вокруг оси вращения диффузионной камеры 60. Каждая из них проходит от этой оси до периферической стенки диффузионной камеры 60. В этом варианте осуществления изобретения они выполнены в количестве четырех. Каждая лопатка 70 расположена в плоскости, проходящей через ось, перпендикулярную к оси вращения диффузионной камеры 60, и наклонена в направлении вращения потока воды на выходе расширительной камеры. Угол ϕ наклона лопаток 70 в этом варианте осуществления изобретения равен 45° относительно горизонтали или плоскости, перпендикулярной к оси форсунки.
В этом варианте осуществления изобретения:
- ширина лопаток 70 в горизонтальной проекции равна четверти диаметра D входной камеры 20;
- высота лопаток 70 в вертикальной проекции равна четверти диаметра D входной камеры 20;
- высота их продольной оси относительно основания диффузионной камеры 60 равна диаметру входной камеры 20.
В этом варианте осуществления изобретения диаметр D входной камеры 20 равен 27 мм, а диаметр d отверстия 401 равен 3,5 мм.
Предпочтительно диапазоны работы указанной форсунки составляют от 3-10 бар давления и от 0,3 до 3 м3/ч расхода.
6.1.2. Второй тип
Далее со ссылками на фиг. 9 и 10 следует описание второго варианта выполнения заявленной форсунки. Детально будут рассмотрены только различия между форсункой согласно первому варианту осуществления изобретения и форсункой согласно этому второму варианту осуществления изобретения.
Согласно этому варианту осуществления изобретения форсунка содержит боковые входы 100 для воды, находящиеся между диффузионной камерой 60 и промежуточной диффузионной камерой 50.
Для этого входной диаметр диффузионной камеры 60 превышает выходной диаметр промежуточной диффузионной камеры 50, и основание диффузионной камеры 60 перекрывает выход промежуточной диффузионной камеры 50, оставляя между ними пространства, образующие боковые входы 100 для воды. Таким образом, пространство, оставленное между диффузионной камерой 60 и промежуточной диффузионной камерой 50, образует боковые входы 100 для воды. Между диффузионной камерой 60 и промежуточной диффузионной камерой 50 выполнены опоры 101 для их соединения через равномерные промежутки.
Высота перекрывания диффузионной камеры 60 и промежуточной диффузионной камеры 50 в этом варианте осуществления изобретения равна четверти диаметра D входной камеры 20, тогда как расстояние, разделяющее стенки диффузионной камеры 60 и промежуточной диффузионной камеры 50 в зоне перекрывания, равно одной шестнадцатой диаметра D входной камеры 20.
В этом варианте осуществления изобретения углы усеченных конусов диффузионной камеры 60 и промежуточной диффузионной камеры 50 являются идентичными и равны 7°.
6.2. Работа
6.2.1. Форсунка первого типа
Заявленные форсунки предназначены для установки в основании флотационного реактора с целью обеспечения обработки жидких отходов методом флотации.
В ходе такой обработки вода под давлением, содержащая растворенный газ, такой как воздух, поступает в каждую форсунку через входную камеру 20.
Затем вода под давлением проходит через отверстие 401 и попадает в расширительную камеру 30, внутри которой она претерпевает сильную потерю напора и расширяется, что приводит к образованию микропузырьков. Присутствие иглы 80 позволяет:
- равномерно распределять воду под давлением внутри расширительной камеры;
- увеличить поверхность образования агломератов и таким образом улучшить однородность размера микропузырьков.
Вода продолжает перемещаться внутри форсунки, проходя через отверстия 901 внутрь промежуточной диффузионной камеры 50.
С учетом наклона отверстий 901, которые образуют скошенные края, поток, выходящий из расширительной камеры, приводится во вращение. Это позволяет рассеивать его энергию и улучшить последующее сцепление микропузырьков с хлопьями. Это позволяет также перенаправлять и рассеивать поток внутри диффузионной и промежуточной диффузионной камер.
Поток продолжает перемещаться в форсунке, проходя через промежуточную диффузионную камеру 50, которая позволяет избегать образования азимутальных завихрений, заставляя поток прижиматься к стенке.
После этого поток попадает в диффузионную камеру 60, которая позволяет замедлить поток, рассеивая его энергию, и одновременно обеспечить контакт со стенкой форсунки. Рассеяние энергии улучшает сцепление между хлопьями и пузырьками на выходе форсунки и позволяет избегать разрушения хлопьев. Поток проходит вдоль лопаток 70, которые обеспечивают поддержание его вращательного движения. Это еще больше улучшает последующее сцепление микропузырьков с хлопьями.
Смесь воды и микропузырьков, называемая также чистой водой, выходит из форсунки через конец диффузионной камеры 60.
Применение наклонных отверстий обеспечивает образование микропузырьков, диаметр которых составляет от 100 до 200 микрометров. Отверстия должны быть наклонены таким образом, чтобы взвешенные частицы неизбежно встречали верхнюю поверхность их контура. Таким образом, идеальный угол наклона должен быть меньше 45°, но может составлять от 20 до 60°. Вращение, сообщаемое наклонными отверстиями, обеспечивает также менее сильное столкновение между микропузырьками и частицами, чем в вихревом потоке, и позволяет, таким образом, получать более крупные микропузырьки.
Наличие иглы не является обязательным, но она позволяет обеспечивать однородность микропузырьков за счет увеличения числа мест образования агломератов.
Это позволяет избегать образования слишком мелких или слишком крупных микропузырьков, которые не позволили бы обеспечивать быструю и эффективную флотацию.
6.2.2. Форсунка второго типа
Работа форсунки согласно второму варианту осуществления изобретения идентична работе форсунки согласно первому варианту осуществления изобретения, если не считать того, что под действием перемещения воды под давлением внутри форсунки окружающие обрабатываемые жидкие отходы, в которые погружена форсунка, всасываются за счет разрежения внутрь форсунки на уровне боковых входов 100 для воды.
Обрабатываемые жидкие отходы содержат взвешенные частицы, которые образуют внутри форсунки место образования агломератов, которое является местом образования микропузырьков.
Это позволяет увеличить образование воздушных микропузырьков.
6.3. Результаты
С целью сравнения были проведены испытания, с одной стороны, с известными форсунками и, с другой стороны, с форсунками согласно первому варианту осуществления изобретения.
Во время этих испытаний диаметр входной камеры форсунок был равен 27 миллиметров, диаметр отверстия был равен 3,5 миллиметра, и диаметр иглы 80 был равен 2 мм. Давление воды под давлением на ее входе во входную камеру было равно 5 бар, а ее расход был равен 0,74 м3/ч.
Кривая на фиг. 11, показывающая полученные результаты, позволяет отметить, что заявленные форсунки обеспечили образование большинства микропузырьков достаточно большого размера, чтобы эффективно обеспечивать флотацию со скоростью прохождения обрабатываемых жидких отходов в реакторе, превышающей 50 м/ч. Действительно, большинство микропузырьков, полученных при помощи заявленной форсунки, имеют размер, близкий к оптимальному размеру при скорости 50 м/ч, вычисленной при помощи закона Стокса; микропузырьки, полученные при помощи известных форсунок, частично имеют размер ниже этого порога и, следовательно, не обладают достаточной плавучестью, чтобы увеличить скорость прохождения в флотационных установках.

Claims (21)

1. Форсунка для нагнетания воды под давлением, содержащей растворенный газ, при этом указанная форсунка содержит:
- цилиндрическую входную камеру (20) для указанной воды;
- цилиндрическую расширительную камеру (30), содержащую вход (301), сообщающийся с указанной входной камерой (20) через отверстие (401), и выход;
- диффузионную камеру (60) с усеченным конусным сечением, сообщающуюся с выходом указанной расширительной камеры (30) и расширяющуюся, начиная от указанной расширительной камеры;
при этом указанная форсунка содержит средства приведения во вращение потока воды, выходящего из указанной расширительной камеры (30).
2. Форсунка по п. 1, в которой указанный выход указанной расширительной камеры (30) содержит по меньшей мере два отверстия (901), проходящих через стенку (90), отделяющую указанную расширительную камеру (30) от указанной диффузионной камеры (60), причем указанные по меньшей мере два отверстия (901) равномерно распределены вокруг оси вращения указанной расширительной камеры (30), при этом каждое из указанных отверстий (901) проходит вдоль оси:
- находящейся в плоскости, параллельной оси вращения указанной расширительной камеры (30), и
- наклоненной относительно оси вращения указанной расширительной камеры (30),
при этом оси указанных отверстий наклонены в одном направлении, чтобы приводить во вращение в указанном направлении поток воды, выходящий из указанной расширительной камеры (30).
3. Форсунка по п. 2, в которой угол γ указанной усеченной конусной диффузионной камеры (60) относительно ее оси вращения и угол α наклона осей указанных отверстий (901) относительно указанной стенки (90), отделяющей указанную расширительную камеру (30) от указанной диффузионной камеры (60), выбраны таким образом, чтобы поддерживать размер пузырьков по существу в пределах от 100 до 200 микрометров на выходе указанной диффузионной камеры (60).
4. Форсунка по п. 2 или 3, которая содержит иглу (80), расположенную в указанной расширительной камере (30) напротив указанного отверстия (401) и ориентированную в направлении этого отверстия.
5. Форсунка по любому из пп. 1-4, которая содержит средства (70) поддержания вращения указанного потока, при этом указанные средства поддержания расположены в указанной диффузионной камере (60).
6. Форсунка по п. 5, в которой указанные средства поддержания содержат по меньшей мере две лопатки (70), проходящие от оси вращения указанной диффузионной камеры (60) до ее периферического контура и равномерно распределенные вокруг этой оси, при этом каждая из указанных лопаток (70) расположена в плоскости, проходящей через ось, перпендикулярную к оси вращения указанной диффузионной камеры (60), и наклонена в направлении вращения указанного потока.
7. Форсунка по любому из пп. 1-6, которая содержит по меньшей мере одну усеченную конусную промежуточную диффузионную камеру (50), которая расположена между указанной расширительной камерой (30) и указанной диффузионной камерой (60) и сечение которой расширяется в направлении диффузионной камеры (60).
8. Форсунка по п. 7, которая содержит боковые входы (100) для воды, расположенные между указанной диффузионной камерой (60) и указанной промежуточной диффузионной камерой (50).
9. Форсунка по п. 8, в которой диаметр входа указанной диффузионной камеры (60) превышает диаметр выхода указанной промежуточной диффузионной камеры (50), при этом вход указанной диффузионной камеры (60) перекрывает выход указанной промежуточной диффузионной камеры (50), оставляя между ними пространства, образующие указанные боковые входы (100) для воды.
10. Форсунка по любому из пп. 7-9, в которой угол γ указанной усеченной конусной диффузионной камеры (60) относительно ее оси вращения и угол β указанной промежуточной диффузионной камеры (50) относительно ее оси вращения являются идентичными.
11. Форсунка по любому из пп. 7-9, в которой угол γ указанной усеченной конусной диффузионной камеры (60) относительно ее оси вращения превышает угол β указанной промежуточной диффузионной камеры (50) относительно ее оси вращения.
12. Форсунка по любому из пп. 7-11, в которой значение углов γ указанной усеченной конусной диффузионной камеры (60) относительно ее оси вращения и β указанной промежуточной диффузионной камеры (50) относительно ее оси вращения составляет от 0° до 30°.
13. Форсунка по любому из пп. 3-12, в которой угол α наклона осей указанных отверстий (901) составляет от 20° до 60°.
14. Форсунка по любому из пп. 6-13, в которой угол ϕ наклона указанных лопаток (70) составляет от 20° до 60°.
RU2017125940A 2014-12-24 2015-12-23 Оптимизированная форсунка для нагнетания воды под давлением, содержащей растворенный газ RU2701533C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1463342A FR3031099B1 (fr) 2014-12-24 2014-12-24 Buse optimisee d'injection d'eau pressurisee contenant un gaz dissous.
FR1463342 2014-12-24
PCT/EP2015/081221 WO2016102701A1 (fr) 2014-12-24 2015-12-23 Buse optimisée d'injection d'eau pressurisée contenant un gaz dissous

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2017125940A RU2017125940A (ru) 2019-01-25
RU2017125940A3 RU2017125940A3 (ru) 2019-03-20
RU2701533C2 true RU2701533C2 (ru) 2019-09-27

Family

ID=52684503

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017125940A RU2701533C2 (ru) 2014-12-24 2015-12-23 Оптимизированная форсунка для нагнетания воды под давлением, содержащей растворенный газ

Country Status (18)

Country Link
US (1) US10626024B2 (ru)
EP (1) EP3237336B1 (ru)
JP (1) JP6824170B2 (ru)
CN (1) CN107207287B (ru)
AR (1) AR103274A1 (ru)
AU (1) AU2015370940B2 (ru)
BR (1) BR112017013276B1 (ru)
CA (1) CA2971079C (ru)
DK (1) DK3237336T3 (ru)
ES (1) ES2909918T3 (ru)
FR (1) FR3031099B1 (ru)
MA (1) MA41240A (ru)
MX (1) MX2017008134A (ru)
PL (1) PL3237336T3 (ru)
RU (1) RU2701533C2 (ru)
SG (1) SG11201704955TA (ru)
TN (1) TN2017000247A1 (ru)
WO (1) WO2016102701A1 (ru)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108397212A (zh) * 2018-02-09 2018-08-14 北京市政路桥股份有限公司 一种混凝土喷嘴和使用方法
KR101954671B1 (ko) * 2018-07-16 2019-03-06 주식회사 에이케이테크 사이드 스토리지의 웨이퍼 수용 카세트용 측면 노즐 유닛 및 상기 사이드 스토리지의 웨이퍼 수용 카세트용 측면 노즐 유닛을 포함하는 사이드 스토리지의 웨이퍼 수용 카세트
KR102123275B1 (ko) * 2019-01-30 2020-06-16 주식회사 에이케이테크 사이드 스토리지의 웨이퍼 수용 카세트용 측면 노즐 유닛 및 상기 사이드 스토리지의 웨이퍼 수용 카세트용 측면 노즐 유닛을 포함하는 사이드 스토리지의 웨이퍼 수용 카세트
CN110404430A (zh) * 2019-08-15 2019-11-05 佛山市玉凰生态环境科技有限公司 一种超微细气泡发生喷嘴装置及水体治理方法
KR102303107B1 (ko) * 2020-03-31 2021-09-16 주식회사 디엠에스 이산화탄소 용해모듈 및 이를 포함한 기판처리장치

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1366581A (en) * 1970-11-09 1974-09-11 Delavan Manufacturing Co Eccentric spiral swirl chamber nozzle
SU712607A1 (ru) * 1977-10-10 1980-01-30 Новочеркасский политехнический институт Форсунка
RU2121886C1 (ru) * 1992-09-15 1998-11-20 Сундхольм Геран Форсунка со спиральной пружиной, которая придает жидкости вихревое движение
RU2465066C1 (ru) * 2011-11-24 2012-10-27 Олег Савельевич Кочетов Вихревая форсунка
RU2514862C1 (ru) * 2013-04-25 2014-05-10 Олег Савельевич Кочетов Вихревая форсунка

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3761065A (en) * 1971-05-21 1973-09-25 Rp Ind Inc High efficiency direct gas-liquid contact apparatus and methods
JPS558850A (en) 1978-07-05 1980-01-22 Asahi Carbon Kk Treatment of waste water containing foamable component
DE3733583C2 (de) * 1987-10-03 1996-04-18 Fan Engineering Gmbh Vorrichtung zur Erzeugung von Mikroblasen aus begasten Flüssigkeiten für die Flotation von Schlämmen
US5156779A (en) * 1989-04-27 1992-10-20 E. I. Du Pont De Nemours And Company Process and apparatus for producing ultrafine explosive particles
DE4222772A1 (de) * 1992-07-10 1994-01-13 Bayer Ag Verfahren zur Herstellung von viskositätsstabilen, gelarmen hochkonzentrierten Elastan-Spinnlösungen
JP2579734B2 (ja) 1993-11-19 1997-02-12 栄工機株式会社 フローティング形脱墨装置
JP2007509734A (ja) 2003-10-03 2007-04-19 オー．ケー．テクノロジーズ，リミティド ライアビリティ カンパニー 廃水処理のシステム及び方法
FR2860735B1 (fr) * 2003-10-10 2006-12-22 Degremont Buse de detente d'eau pressurisee pour generer des microbules dans une installation de flottation
US7311270B2 (en) * 2003-12-23 2007-12-25 M-I L.L.C. Device and methodology for improved mixing of liquids and solids
JP4989062B2 (ja) * 2005-04-28 2012-08-01 バブコック日立株式会社 流体混合装置
JP3836497B1 (ja) * 2006-01-27 2006-10-25 一三 栗木 イオン気泡発生装置
US20090073800A1 (en) * 2006-07-11 2009-03-19 Paradox Holding Company, Llc. Apparatus and Method for Mixing Fluids at the Surface for Subterranean Treatments
US9144774B2 (en) * 2009-09-22 2015-09-29 Turbulent Energy, Llc Fluid mixer with internal vortex
US7762715B2 (en) * 2008-10-27 2010-07-27 Cavitation Technologies, Inc. Cavitation generator
EP2308601A1 (de) * 2009-09-29 2011-04-13 Siemens Aktiengesellschaft Dispergierdüse, damit ausgestattete Flotationsmaschine, sowie Verfahren zu deren Betrieb
GB0917642D0 (en) 2009-10-09 2009-11-25 Enpure Ltd Dissolved gas floatation pressure reduction nozzle
KR101814096B1 (ko) * 2010-02-23 2018-01-02 아사히 유키자이 가부시키가이샤 인라인형 유체 혼합 장치
JP5672472B2 (ja) 2010-03-30 2015-02-18 国立大学法人三重大学 微細気泡形成装置。
EP2671631A4 (en) * 2011-01-31 2018-04-04 Institute of National Colleges of Technology, Japan Super-micro bubble generator
CN202224253U (zh) * 2011-07-11 2012-05-23 珠海巨涛海洋石油服务有限公司 一种旋流器及气浮选装置
JP2013237008A (ja) 2012-05-15 2013-11-28 Kowa:Kk 水処理装置
CN202860734U (zh) * 2012-10-29 2013-04-10 宜兴台玉环境工程设备有限公司 一种高密度流量喷嘴
US9382922B2 (en) * 2013-01-11 2016-07-05 Alstom Technology Ltd Eductor pump and replaceable wear inserts and nozzles for use therewith
JP5660510B2 (ja) * 2013-05-29 2015-01-28 株式会社アースリンク マイクロナノバブルの生成方法、マイクロナノバブル生成器及びマイクロナノバブル生成装置
RU2686965C2 (ru) * 2013-10-17 2019-05-06 Ашок Адриан СИНГХ Устройство и процесс обработки среды
US10786795B2 (en) * 2013-11-30 2020-09-29 John Boticki Individualized flow regulation system and method
WO2015088983A1 (en) * 2013-12-09 2015-06-18 Cavitation Technologies, Inc. Processes for extracting carbohydrates from biomass and converting the carbohydrates into biofuels
TWM487134U (zh) * 2014-06-06 2014-10-01 Ching-Ho Lai 微氣泡產生裝置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1366581A (en) * 1970-11-09 1974-09-11 Delavan Manufacturing Co Eccentric spiral swirl chamber nozzle
SU712607A1 (ru) * 1977-10-10 1980-01-30 Новочеркасский политехнический институт Форсунка
RU2121886C1 (ru) * 1992-09-15 1998-11-20 Сундхольм Геран Форсунка со спиральной пружиной, которая придает жидкости вихревое движение
RU2465066C1 (ru) * 2011-11-24 2012-10-27 Олег Савельевич Кочетов Вихревая форсунка
RU2514862C1 (ru) * 2013-04-25 2014-05-10 Олег Савельевич Кочетов Вихревая форсунка

Also Published As

Publication number Publication date
US20170349453A1 (en) 2017-12-07
ES2909918T3 (es) 2022-05-10
AU2015370940B2 (en) 2021-01-28
WO2016102701A1 (fr) 2016-06-30
CA2971079A1 (en) 2016-06-30
AR103274A1 (es) 2017-04-26
BR112017013276B1 (pt) 2022-04-12
NZ732887A (en) 2021-06-25
MX2017008134A (es) 2017-09-18
MA41240A (fr) 2017-10-31
EP3237336B1 (fr) 2022-02-02
CN107207287A (zh) 2017-09-26
JP2018503506A (ja) 2018-02-08
EP3237336A1 (fr) 2017-11-01
JP6824170B2 (ja) 2021-02-03
US10626024B2 (en) 2020-04-21
BR112017013276A2 (pt) 2018-02-27
DK3237336T3 (da) 2022-04-19
FR3031099B1 (fr) 2019-08-30
CN107207287B (zh) 2021-02-02
SG11201704955TA (en) 2017-07-28
PL3237336T3 (pl) 2022-05-02
CA2971079C (en) 2021-11-23
FR3031099A1 (fr) 2016-07-01
RU2017125940A3 (ru) 2019-03-20
TN2017000247A1 (fr) 2018-10-19
RU2017125940A (ru) 2019-01-25
AU2015370940A1 (en) 2017-07-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2701533C2 (ru) Оптимизированная форсунка для нагнетания воды под давлением, содержащей растворенный газ
EP3492162B1 (en) Microbubble generation device
RU2014107506A (ru) Двухкомпонентное сопло и способ распыления жидкостно-газовой смеси
KR101864116B1 (ko) 나노버블 발생장치
JP6580048B2 (ja) 海水淡水化システムおよびエネルギー回収装置
US20040094848A1 (en) Gas eductors and gas eductor flotation separators
KR101385163B1 (ko) 싸이클론형 가압탱크 및 이를 구비하는 미세기포 발생시스템
KR101863769B1 (ko) 미세기포 발생기
US11130101B2 (en) Bubble generating device for sewage purification
JP6714651B2 (ja) 気液混合装置
KR101787834B1 (ko) 마이크로버블 발생장치
JP2016123897A (ja) 沈砂分離装置
KR20150079190A (ko) 용존공기 부상 장치용 노즐
KR20150003733U (ko) 회전식 기포 제거 장치
KR100551983B1 (ko) 기포제트 충돌형 산기장치
RU156526U1 (ru) Установка для перемешивания жидкостей в резервуарах
RU2459653C1 (ru) Устройство для очистки газа
RU2545260C1 (ru) Центробежная широкофакельная форсунка
KR100551982B1 (ko) 노즐형 산기장치
KR101428394B1 (ko) 부상분리용 미세기포 발생장치
RU2393911C2 (ru) Устройство для очистки газов
JP7249903B2 (ja) 浮上油槽
WO2004012867A2 (en) Gas eductors and gas educators flotation separators
FI122408B (fi) Laitteisto ja menetelmä kaasun erottamiseksi flotaatiovaahdosta
RU2454265C1 (ru) Способ очистки жидкости от растворенных и диспергированных примесей и устройство для очистки жидкости от растворенных и диспергированных примесей