Устройство для перемешивания и аэрации

 

Изобретение относится к перемешивающим устройствам эжекторного типа - турбоаэраторам и может использоваться в газожидкостных аппаратах химической и других отраслей промышленности. Цель изобретения - повышение эжектирующей способности устройства. Устройство состоит из лопастей 1, закрепленных на газовой камере 2, имеющей кольцевое отверстие 3, конических днищ 4 с центральным отверстием 5, трубчатых коллекторов 6 с щелевыми отверстиями 7. Лопасти 1 имеют фронтальные и тыльные стороны, а отверстия 7 имеют параллельные кромки, одна из которых загнута внутрь коллектора, а местоположение другой определяется по Формуле cosoi 2s+()d/ e2+4s(s+d), где - угол отклонения передней кромки от вертикальной оси; s - расстояние от камеры; d - диаметр трубы коллектора; е - высота кольцевого отверстия. Жидкость под действием лопастей 1 всасывается через отверстие 5 дисков 4 и выбрасывается через зазор между ними. В факельной зоне помещены коллекторы 6, омываемые жидкостью, подаваемой из отвергстий 7. Под действием центробежных сил происходит отторжение пузырьков газа от сплошной среды, при этом по мере сепарации и накопления жидкость стекает к боковой щели.12. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. (/

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК ()) g В 01 F 5/22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4656856/2b (22) 28.02.89 (46) 23.03,91. Бюл. К- 11 (71) Всесоюзный научно-исследователь— ский и проектно-конструкторский институт микробиологических производств и Иозырский завод кормовых дрожжей (72) И.И.Бортников, А.P.Голубев, А,Н.Скворцов и А.В.Дернович (53) 6b.073 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

И - 1266857, кл, С 12 М 1/06, 1986.

Авторское свидетельство СССР

М 1430085, кл. В 01 F 5/16, 1988. (54) УСТРОЙСТВО Д1И НЕРВ!ВШИВАНИЯ

И АЭРА!(ИИ (57) Изобретение относится к перемешивающим устройствам эжекторного типа — турбоаэраторам и может использоваться в газожидкостных аппаратах химической и других отраслей промышленности. Цель изобретения повышение эжектирующей способности устройства. Устройство состоит иэ лопастей 1, закрепленных на газовой

„.Я0„„1636028 А 1

2 камере 2, имеющей кольцевое отверстие 3, конических днищ 4 с центральным отверстием 5, трубчатых коллекторов b с щелевыми отверстиямн 7.

Лопасти 1 имеют фронтальные и тыльные стороны, а отверстия 7 имеют параллельные кромки, одна из которых загнута внутрь коллектора, а местоположение другой определяется по формуле сов б = 2s+(sing+1)d/ где (— угол отклонения передней кромки от вертикальной оси, s— расстояние от камеры; d — диаметр трубы коллектора; е — высота кольцевого отверстия. Жидкость под действием лопастей 1 всасывается через отверстие 5 дисков 4 и выбрасывается через зазор между ними. В факельной зоне помещены коллекторы 6, омываемые жидкостью, подаваемой из отвер».— стий 7. Иод действием центробежных сил происходит отторжение пузырьков газа от сплошной среды, при этом по мере сепарации и накопления жидкость стекает к боковой щели.12, 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1636028

Изобретение относится к перемешивающим устройствам эжекторного типа турбоаэраторам, обеспечивающим интенсивную циркуляцию жидкости в объеме аппарата с одновременным газонасыще-.. нием среды, и может быть использовано в газожидкостных аппаратах химической, микробиологической и других ! отраслей промышленности, а также для аэрации сточных вод и в процессах флотации.

Цель изобретения — повышение эжектирующей способности устройства, На фиг.1 схематично изображено предлагаемое устроиство, продольный разрез; на фиг.2 — то же, вид в плане (верхний конический диск условно не показан, стрелка Я обозиачаег направление вращения устройства); на фиг.3— продольное сечение коллектора (стрелка V„ показывает направление радиального потока от центра к периферии); на фиг.4 — схема движения потоков, омывающих коллектор (стрелками обозначено движение жидкости, точками пузырьки газа).

Устройство дпя перемешивания состоит из радиальных лопастеи 1, жестко закрепленных на газовой камере 2.

Полая камера 2 имеет кольцевое отверстие 3 дпя выхода газа и сообщена через вал с наджидкостным пространством. 1опасти 1 сверху и снизу закрыты коническими дисками 4, имеющими центральные отверстия 5 для входа жидкости. Зазор между дисками 4 предназначен для выброса жидкости из устройства, Вокруг полой дисковой камеры 2 между лопастями 1 на уровне кольцевого отверстия 3 установлены изогнутые тороидальные трубчатые коллекторы 6, сообщенные с внутренним пространством камеры 2 и имеющие продольные щелевые отверстия 7, Коллекторы 6 развернуты относительно окружпос.ти II горизонтальной плоскости так, что торец коллектора, примыкающий к фронтальной стороне 8 лопасти 1, удален от края дисковой камеры 2, а торец коллектора

6, примыкающий к тыльной стороне 9, приближен к наружным кромкам камеры

2. Ось р . зворота совпадает, например, со срединой коллектор-. Степень раз-, ворота ограничена известными предепами расстояния коллектора от края дисковой камеры s=0,4-0,5е, где e — высота кольцевого отверстия в дисковой камере 2.

Щелевые отверстия 7 в трубах коллектора имеют параллельные кромки 10 и 11, причем передняя от центра уст5 ройства кромка 1О загнута внутрь коллектора, а местоположение задней кромки 11 определяется формулой

7s+(sins(+ 1).cl

cns0L =

1е +| is+<) где б — угол отклонения передней кромки от вертикальной оси трубы в поперечном сечении коллектора;

s — расстояние от камеры 2 до этого сечения коллектора;

d — диаметр трубы коллектора.

11ри заданных диаметре d коллектора и высоте кольцевого отверстия в га2О зоподводящей камере е строится линия передней кромки 11 вдоль поверхности коллектора b no значениям угла 0

II зависимости от переменной s

Коллекторы h имеют также сплошную боковую щель 12 вдоль продольной оси коллектора на наружной, периферийной

em поверхности.

Торцы коллекторов 6 открыты, т.е. не заглушены и скошены к периферии, причем угол скоса (5 торца коллектора, примыкающего к тыльной стороне 9 полости 1, больше, чем скос торца у фронтальной стороны 8.

Устройство работает следующим об35

P;I ЗОМ.

11риводится во вращение мешалка.

11оп действием лопастей 1 жидкость всасывается через кольцевые отверстия

5 конических дисков 4 и выбрасывает4О ся на периферию через зазоР между дисками 4. B межлопастных каналах за счет напора и центробежных сил формируются радиальные потоки жидкости, приобретающие кинетическую энергию

45 Р Р . Р Руж кромок газовой камеры происходит срыв и токов, омывающих диски камеры 2.

0I места срыва потоков до их слияния распространена область пониженного

50 давления — газовый факел, KJIHHoBHJl, ный в продольном сечении устройства.

Факел ограничен по бокам пограничным слоем раздела фаз: газ — жидкость.

Б зону факела поступает воздух из наджидкостного пространства через ка55 меру 2 и кольцевое отверстие 3.

Вследствие того,что радиальная составляющая скорости пî Toêîn v (векг тор, перпендикулярный кромкам газо5

1б подводящих дисков и определяющий степень эжекции из полости камеры 2) различна вдоль окружности межлопастного канала, вблизи тыльной стороны

9 лопасти 1, где скорость v> уменьшена из-за боковых тангенциальных потоков, происходит быстрое смыкание потоков и факел укорочен. И наоборот, у фронтальной, атакующей стороны 8 лопасти, вектор скорости v ìàêñèмален, здесь в продольном сечении высота клина увеличена и угол при вершине клиновидной зоны является острым.

В факельной зоне помещены тороидальные трубчатые коллекторы б, развернутые в горизонтальной плоскости относительно окружности устройства, благодаря чему тело их по всему периметру равномерно омывается пограничным слоем жидкости на стенках факела.

Однако пограничный слой, образующий стенки факела, весьма газонасыщен, так как на пути от края газовой камеры с момента срыва до встречи с коллектором, пограничны((слой вбирает в себя определенные порции газа.

Газожидкостная смесь не обладает достаточной энергией для эжекции газа, здесь предпочтительнее монолитный поток, Поэтому отверстия 7 на рабочей поверхности коллектора б, омываемой жидкостью, имеют загнутую внутрь переднюю кромку 10, которая образует собой площадку для транспортирования неактивного газосодержащего слоя

ЗЬ028 6

15

35 лектор установлен на уровне отверстия посреди зазора между дисками камеры

2, задние (рабочие) кромки 11 отвер стий 7 в коллекторе в любой точке окружности межлопастного канала оказываются в месте касания стенок клиновидной зоны о коллектор, т.е ° кромка 11 на всем периметре встречает поток жидкости в точках сопряжения поверхности раздела фаз с телом коллектора. Это наиболее выгодное расположение кромок коллектора, так как в противном случае кромки 11 сказываются либо впереди, лчЬо сзади линии касания: и то и другое для эжекции плохо °

В первом случае кромка 11 как бы зарытз" в слой жидкости, тогда жидкость затопит коллектор, приведет его в негодное состояние. Во втором случае задняя кромка 11 или окажется ниже соседней с ней передней 10, что неприемлемо для работы узла сепара-, ции, или, при соблюдении уровней кромок 10 и 11, ширина щели становится неоправданно большой.

Открытые и скошенные к периферии торцы коллектора также участвуют в эжекции газа и коэффициент эжекции (=((- /(, где (à — количество эжектируемого газа, () — насосная производительность мешалки, увеличится без снижения расхода жидкости за счет дополнительного периметра обтекания на торцах коллектора. Поскольку у тыльной стороны 9 лопастей 11 радиальные потоки испытывают сильное внутрь коллектора.

Под действием центробежных сил происходит отторжение пузырьков газа от сплошной среды; по мере сепарации и накопления жидкость стекает к боковой щели 12 и, поскольку щель сплошная, без помех со стороны перегородок, жидкость беспрепятственно выте— кает наружу, увлекая при этом некоторое количество газа из полости коллектора °

После удаления газонасыщенного слоя, поток становится в достаточной степени активным, способен лучше эжектировать газ, Задняя кромка 11 выполнена так, что ее местоположение учитывает смещение оси трубы коллектора б от края газовой камеры 2 по периметру межлопастного канала, Как в верхней части коллектора, так и в нижней, при условии того, что кол40

55 влияние тангенциальных потоков, имею(цих место в относительном вращении жидкости, и суммарная составляющая скорости отклонена от радиуса, то угол скоса здесь больше, чем у торца коллектора вблизи атакующей стороны 8 лопастей.

Повернутое положение коллекторов относительно окружности устройства, соответствующее эпюре скоростей потоков в межлопастных каналах, выполнение отверстий для эжекции газа, также торцов коллекторов в соответствующем изоЬретению виду, повышает эжектирующую способность беэ дополнительных энергозатрат и снижения насосного эффекта мешалки.

В результате этого на 10- 12Е увеличивается удельный расход вводимого аэратором газа в жидкость, и процесс взаимодействия фаз интенсифицируется.

163á028

Фиг. 2

Формула изобретения

1. Устройство для перемешивания и аэрации, включающее радиальные лопасти, установленные на газовой камере с кольцевым отверстием для выхода газа, закрытые коническими дисками с центральными отверстиями для входа жидкости, трубчатые коллекторы, изогнутые тороидально вокруг камеры, сообщенные с ней и имеющие отверстия для эжекции газа в виде продольных щелей с параллельными передней и задней от центра кромками, коллекто— ры размещены между лопастями на уровне отверстия в камере, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения эжектирующей способности устройства, коллекторы развернуты в горизонтальной плоскости, причем торец коллектора сo стороны фронта лопасти удален от газовой камеры, а со стороны тыла приближен, щелевые отверстия вверху и внизу коллектора . имеют загнутую внутрь переднюю кромку, при этом местоположение задней

5 кромки вдоль поверхности коллектора о пр еделя ется формулой

2s+(sing+ 1) ° d

cos (= где 0 — угол отклонения передней кромки от вертикальной оси в поперечном сечении трубы коллектора;

s — расстояние от камеры; — диаметр коллекторов; е — высота кольцевого отверстия, а на боковой наружной стороне коллектора щель выполнена сплошной по всей длине трубы

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что торцы коллекторов открыты и скошены к периферии.

1636028

Фиад

° ° °

° °

° °

Составитель Д.Баранов

Редактор С.Патрушева Техред JI.Ñåðäþêîâà Корректор А.Обручар

Я

Заказ 776 Тираж 405 Под пис ное

ВНИИПИ Государстве.«ного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101