WO2021194374A1 - Кавитационный аэратор волкова - Google Patents

Кавитационный аэратор волкова Download PDF

Info

Publication number
WO2021194374A1
WO2021194374A1 PCT/RU2020/000628 RU2020000628W WO2021194374A1 WO 2021194374 A1 WO2021194374 A1 WO 2021194374A1 RU 2020000628 W RU2020000628 W RU 2020000628W WO 2021194374 A1 WO2021194374 A1 WO 2021194374A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
liquid
air
baffle
channel
aerator
Prior art date
Application number
PCT/RU2020/000628
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Андрей Леонидович ВОЛКОВ
Original Assignee
Андрей Леонидович ВОЛКОВ
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 Андрей Леонидович ВОЛКОВ filed Critical Андрей Леонидович ВОЛКОВ
Priority to CN202080099866.6A priority Critical patent/CN115443184A/zh
Priority to US17/907,008 priority patent/US20230102287A1/en
Publication of WO2021194374A1 publication Critical patent/WO2021194374A1/ru

Links

Classifications

    • 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
    • B01F23/237—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids characterised by the physical or chemical properties of gases or vapours introduced in the liquid media
    • B01F23/2376—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids characterised by the physical or chemical properties of gases or vapours introduced in the liquid media characterised by the gas being introduced
    • B01F23/23761—Aerating, i.e. introducing oxygen containing gas in liquids
    • B01F23/237611—Air
    • 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
    • B01F23/21—Mixing gases with liquids by introducing liquids into gaseous media
    • B01F23/213—Mixing gases with liquids by introducing liquids into gaseous media by spraying or atomising of the liquids
    • B01F23/2132—Mixing gases with liquids by introducing liquids into gaseous media by spraying or atomising of the liquids using nozzles
    • B01F23/21321—High pressure atomization, i.e. the liquid is atomized and sprayed by a jet at high pressure
    • 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
    • B01F23/232—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids using flow-mixing means for introducing the gases, e.g. baffles
    • B01F23/2321—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids using flow-mixing means for introducing the gases, e.g. baffles by moving liquid and gas in counter current
    • 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
    • B01F23/232—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids using flow-mixing means for introducing the gases, e.g. baffles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/20—Jet mixers, i.e. mixers using high-speed fluid streams
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/20—Jet mixers, i.e. mixers using high-speed fluid streams
    • B01F25/21—Jet mixers, i.e. mixers using high-speed fluid streams with submerged injectors, e.g. nozzles, for injecting high-pressure jets into a large volume or into mixing chambers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/20—Jet mixers, i.e. mixers using high-speed fluid streams
    • B01F25/23—Mixing by intersecting jets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/20—Jet mixers, i.e. mixers using high-speed fluid streams
    • B01F25/23—Mixing by intersecting jets
    • B01F25/231—Mixing by intersecting jets the intersecting jets having the configuration of sheets, cylinders or cones
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/20—Jet mixers, i.e. mixers using high-speed fluid streams
    • B01F25/25—Mixing by jets impinging against collision plates
    • 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
    • C02F1/72—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation
    • C02F1/74—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation with air
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F2025/91—Direction of flow or arrangement of feed and discharge openings
    • B01F2025/913—Vortex flow, i.e. flow spiraling in a tangential direction and moving in an axial direction

Definitions

  • the claimed invention relates to the field of mixing technology for saturation in various technologies using gas-liquid systems through active aeration with a gaseous phase, in particular oxygen, various liquids, in particular water, with the effect of accelerating diffusion-kinetic processes during physical mass transfer, complicated by the course of chemical reactions in phases , due to cavitation phenomena.
  • N ° 2292233 designed for forced supply and dispersion of air or oxygen in various devices. It is an air inlet pipe with flexible rubber dispersers.
  • the disadvantage of this aerator is that its operation is based on dispersing the gas phase into a liquid one with an active gas phase.
  • the interphase surface which determines the saturation efficiency, in this case is small and the total surface of the bubbles formed during dispersion is determined, and with an increase in the air pressure in the pipe due to the hydrodynamic stability of the dispersants, their oscillations will be reduced to a minimum, which will further reduce the gas content of the liquid phase and decrease interfacial surface.
  • aerator RF Patent N ° 2645141 for supplying air to the aeration basin, consisting of an all-ceramic hollow body with walls made of pressed single-fraction ceramic powder with a central hole and a screw thread in the body, an inlet fitting supplying air to the pipeline.
  • the body has one or more vertical cylindrical holes with impermeable walls and a screw thread.
  • the technical result of the proposed device is that the use of a hollow-cone nozzle in the aerator, with a swirler located inside it, and a bump stop, it became possible to create an optimal mode of mixing water with air.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of the proposed device.
  • the aerator consists of a body 1, with a nozzle 2, which is a hollow half-cone with a swirler 3 inserted into it with a screw thread of channels 4 along its outer surface, located opposite the opening of the conical part of the nozzle of a baffle 5 with a channel 6 for supplying - sucking air, supply channel 7 water and channel 8 of the outlet of the water-air mixture.
  • the device works as follows. Water or other liquid medium from a source (well or city water supply system) is supplied under pressure to the aerator 1 to the nozzle and, moving along the channels of the swirler, acquires a kinematic helical motion. When exiting through the hole of the conical part of the nozzle, it forms a conical torch with a spiral movement of water particles relative to the aerator body. In the inner zone of the torch 9 due to the cavitation effect formed in the zone of impact of water jets on the baffle, a zone of reduced pressure is formed.
  • Air is sucked into it through channel 6 in the baffle, which, falling into the inner zone of the torch, is captured by water and actively mixed with it, which greatly enhances the effect, for example, of saturating water with oxygen. Then the gas-air mixture is directed through the channel 8 to the separator for water degassing.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (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)
  • Aeration Devices For Treatment Of Activated Polluted Sludge (AREA)
  • Physical Water Treatments (AREA)

Abstract

Предложено устройство для аэрации жидкости. Устройство содержит корпус с каналами подачи жидкости, подачи воздуха и вывода смеси жидкости и воздуха. В корпусе установлена конусная форсунка с расположенным внутри завихрителем для подачи жидкости под давлением, имеющим винтовую нарезку каналов на внешней поверхности. В зоне выхода конусного факела потока жидкости из отверстия конусной части форсунки установлен отбойник, с которым соударяется поток жидкости, в результате чего возникает кавитация, при этом воздух поступает во внутреннюю зону факела потока жидкости по каналу в отбойнике и через отверстие в нем.

Description

Кавитационный аэратор Волкова
Область техники
Заявленное изобретение относится к области смесительной техники для насыщения в различных технологиях с использованием газожидкостных систем посредством активной аэрации газообразной фазой, в частности кислородом, различных жидкостей, в частности воды, с эффектом ускорения диффузионно - кинетических процессов при физическом массообмене, усложнённом протеканием химических реакций в фазах, за счёт кавитационных явлений.
Уровень техники
Известно устройство - аэратор Патент РФ .N° 2292233, предназначенный для принудительной подачи и диспергации воздуха или кислорода в различные аппараты. Он представляет собой воздухоподводящую трубу с эластичными диспергаторами, выполненными из резины.
Недостатком этого аэратора является то, что его работа основана на диспергировании газовой фазы в жидкую с активной газовой фазой. Межфазная поверхность, определяющая эффективность насыщения, в данном случае невелика и определяется суммарной поверхность пузырьков, образующихся при диспергировании, а при увеличении напора воздуха в трубу вследствие гидродинамической устойчивости диспергаторов, их колебания будут, сведутся к минимуму, что ещё больше сократит газосодержание жидкой фазы и уменьшение межфазной поверхности.
Известен аэратор Патент РФ N°2231499 с диспергирующим элементом, изготовленным из полимерного материала с различной пористостью, изменяющейся по профилю сечения элемента - оболочки. При работе аэратора диаметр образующихся пузырьков различен в центральной части наибольший и уменьшающийся к периферии. Недостатком данного устройства является повышенное гидравлическое сопротивление прохождению газовой среды через оболочку. Неравномерность пористости, приводит к различному сопротивлению для газовой среды по площади поверхности оболочки и различной пропускной способности по газу, что является причиной увеличения количества пузырьков большого диаметра, снижению площади межфазной поверхности. Явление коалесценции пузырьков вследствие захвата большими маленьких, приводит к уменьшению площади активной поверхности соприкосновения фаз, снижающих КПД массообмена.
Известен аэратор Патент РФ N°2645141 для подачи воздуха в аэрационный бассейн, состоящий из цельнокерамического пустотелого корпуса со стенками из прессованного однофракционного керамического порошка с центральным отверстием и винтовой нарезкой в корпусе, входящего штуцера, подводящим воздух трубопровода. В корпусе имеются одно или более вертикальные цилиндрические отверстия с непроницаемыми стенками и винтовой нарезкой. Недостатком этого аэратора является достаточно сложная технология его изготовления, малая аэрационная активность, большое гидросопротивление воздуха и малая поверхность массообмена вследствие того, что активной средой его образующей является воздух.
Раскрытие сущности изобретения
Техническим результатом предлагаемого устройства является то, что применение полоконусной форсунки в аэраторе, с расположенным внутри её завихрителем, и отбойником появилась возможность создать оптимальный режим перемешивания воды с воздухом.
Это достигается тем, что улучшение качества смесеобразования обеспечивается формированием водяного конуса с движением потока жидкости поспирали, возникновением явления кавитации за счёт сдвиговых течений в потоке и скачка скоростей в зоне ударения водяных струй в отбойник, где образуется область пониженного давления с образованием пузырьков пара, их схлопывание и через отверстие в отбойнике подсос воздуха, активно перемешивающегося с водой. При схлопывании пузырьков идёт локальное повышение давления и температуры, что увеличивает кинетические коэффициенты и скорость протекания диффузионных и химических процессов. Поверхность массообмена в данном случае будет определятся площадью поверхности образующихся капель жидкости, которых в данном устройстве является намного больше, чем, когда активной фазой является газовая среда.
Краткое описание чертежа
Сущность предлагаемого изобретения поясняется прилагаемым чертежом.
На Фиг.1 показана принципиальная схема предлагаемого устройства. Аэратор состоит из корпуса 1, с форсункой 2, представляющей собой полый полуконус с вставленным в неё завихрителем 3 с винтовой нарезкой каналов 4 по внешней его поверхности, расположенным напротив отверстия конусной части форсунки отбойника 5 с каналом 6 для подачи - подсоса воздуха, каналом 7 подачи воды и каналом 8 выхода водовоздушной смеси.
Устройство работает следующим образом. Вода или другая жидкая среда из источника (скважина или городской водопровод) под давлением подаётся в аэратор 1 на форсунку и, двигаясь по каналам завихрителя приобретает кинематическое винтовое движение. При выходе через отверстие конусной части форсунки она образует конусный факел со спиральным движением частиц воды относительно корпуса аэратора. Во внутренней зоне факела 9 за счёт кавитационного эффекта, образующегося в зоне ударения струй воды об отбойник, образуется зона пониженного давления. В неё через канал 6 в отбойнике подсасывается воздух, который попадая во внутреннюю зону факела, захватывается водой и активно с ним перемешивается, что в разы усиливает эффект, например, насыщения кислородом воды. Затем газовоздушная смесь через канал 8 направляется в сепаратор для дегазации воды.

Claims

Формула изобретения
Устройство для аэрации жидкости, включающее корпус с каналом подачи жидкости, каналом подачи воздуха и каналом вывода смеси жидкости и воздуха, отличающееся тем, что жидкость подают под давлением в установленную в корпусе полоконусную форсунку с расположенным внутри неё завихрителем с винтовой нарезкой каналов на его внешней поверхности, в зоне выхода конусного факела потока жидкости из отверстия конусной части форсунки установлен отбойник, при ударении о который потока жидкости возникает кавитация, воздух поступает во внутреннюю зону факела потока жидкости по каналу в отбойнике и через отверстие в нём.
3
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
PCT/RU2020/000628 2020-03-23 2020-11-23 Кавитационный аэратор волкова WO2021194374A1 (ru)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202080099866.6A CN115443184A (zh) 2020-03-23 2020-11-23 沃尔科夫空化曝气器
US17/907,008 US20230102287A1 (en) 2020-03-23 2020-11-23 Volkov cavitational aerator

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020111880 2020-03-23
RU2020111880A RU2737273C1 (ru) 2020-03-23 2020-03-23 Кавитационный аэратор Волкова

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021194374A1 true WO2021194374A1 (ru) 2021-09-30

Family

ID=73543690

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2020/000628 WO2021194374A1 (ru) 2020-03-23 2020-11-23 Кавитационный аэратор волкова

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20230102287A1 (ru)
CN (1) CN115443184A (ru)
EE (1) EE05866B1 (ru)
RU (1) RU2737273C1 (ru)
WO (1) WO2021194374A1 (ru)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115159660B (zh) * 2022-07-20 2023-09-19 湖南中森环境科技有限公司 一种潜水射流臭氧曝气机

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3271304A (en) * 1964-06-26 1966-09-06 Pacific Flush Tank Co Venturi aerator and aerating process for waste treatment
US4162971A (en) * 1976-07-31 1979-07-31 Bayer Aktiengesellschaft Injectors with deflectors for their use in gassing liquids
SU1658577A1 (ru) * 1989-11-09 1994-06-30 М.Н. Злобин Устройство для аэрации жидкости
US7338551B2 (en) * 2003-06-13 2008-03-04 Five Star Technologies, Inc. Device and method for generating micro bubbles in a liquid using hydrodynamic cavitation
JP2010075838A (ja) * 2008-09-25 2010-04-08 Itaken:Kk 気泡発生ノズル
CN209039146U (zh) * 2018-10-12 2019-06-28 陕西科技大学 一种改进型供气式低压射流曝气器

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1777943A1 (ru) * 1991-01-22 1992-11-30 Vasilij F Tselishchev Aэpatop-cmecиteль
JP5804175B1 (ja) * 2014-11-19 2015-11-04 有限会社神野工業 微細気泡発生装置
RU2645141C1 (ru) * 2017-01-13 2018-02-15 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет", (ДГТУ) Керамический аэратор
CN109824152A (zh) * 2019-03-30 2019-05-31 山东大学 一种用于海产养殖的空化射流臭氧降解充氧装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3271304A (en) * 1964-06-26 1966-09-06 Pacific Flush Tank Co Venturi aerator and aerating process for waste treatment
US4162971A (en) * 1976-07-31 1979-07-31 Bayer Aktiengesellschaft Injectors with deflectors for their use in gassing liquids
SU1658577A1 (ru) * 1989-11-09 1994-06-30 М.Н. Злобин Устройство для аэрации жидкости
US7338551B2 (en) * 2003-06-13 2008-03-04 Five Star Technologies, Inc. Device and method for generating micro bubbles in a liquid using hydrodynamic cavitation
JP2010075838A (ja) * 2008-09-25 2010-04-08 Itaken:Kk 気泡発生ノズル
CN209039146U (zh) * 2018-10-12 2019-06-28 陕西科技大学 一种改进型供气式低压射流曝气器

Also Published As

Publication number Publication date
US20230102287A1 (en) 2023-03-30
RU2737273C1 (ru) 2020-11-26
EE202200013A (et) 2023-02-15
CN115443184A (zh) 2022-12-06
EE05866B1 (et) 2024-04-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4162971A (en) Injectors with deflectors for their use in gassing liquids
US4103827A (en) Method of and apparatus for generating mixed and atomized fluids
KR0173996B1 (ko) 기액용해 혼합방법 및 장치
WO2001097958A1 (fr) Generateur de bulles d'air fines et dispositif de generation de bulles d'air fines muni de ce generateur
US5773621A (en) Gas dispersion pipe for gas-liquid contact, and device for gas-liquid contact making use thereof
CN1498137A (zh) 液体喷雾器
JP2003126665A (ja) マイクロバブル発生装置
WO1992003218A1 (en) Aeration of liquids
KR100412307B1 (ko) 미세기포 발생장치 및 발생방법
WO2021194374A1 (ru) Кавитационный аэратор волкова
JP2008036612A (ja) 微細気泡高密度含有気液混合液空中噴出装置
US4112026A (en) Bubble generating apparatus
JPS5941780B2 (ja) 流体の複合噴流方法と複合ノズルユニツト
KR19980024783A (ko) 액중에 포함된 가스의 거품을 미세화하는 장치
JP2003245533A (ja) 超微細気泡発生装置
JP2011183328A (ja) 曝気装置
KR20150079190A (ko) 용존공기 부상 장치용 노즐
US4961882A (en) Fine bubble generator and method
JP2001259395A (ja) エアレータ
RU2411088C2 (ru) Универсальный аэрогидродинамический насадок
US10603643B2 (en) Process and device for dispersing gas in a liquid
EP3747534A1 (en) Device and method for generating nanobubbles
JP2000300975A (ja) 気液混合ノズル
KR100680133B1 (ko) 미세 산소기포 발생장치
SU1321691A1 (ru) Устройство дл очистки сточных вод

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20926723

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20926723

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1