БАРБОТЕР

БАРБОТЕР


RU (11) 2079446 (13) C1

(51) 6 C02F3/02, C02F1/78 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 20.11.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 93019567/25 
(22) Дата подачи заявки: 1993.04.15 
(45) Опубликовано: 1997.05.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: Авторское свидетельство СССР N 1122623, кл. C 02 F 3/20, 1984. Авторское свидетельство СССР N 1745698, кл. C 02 F 3/20, 1992. Авторское свидетельство СССР N 1082776, кл. C 02 F 3/20, 1984. Авторское свидетельство СССР N 1632951, кл. C 02 F 1/78, 1991. 
(71) Заявитель(и): Блинков Евгений Леонидович; Ляпин Андрей Григорьевич; Остапенко Сергей Николаевич; Кейт Захар Романович 
(72) Автор(ы): Блинков Евгений Леонидович; Ляпин Андрей Григорьевич; Остапенко Сергей Николаевич; Кейт Захар Романович 
(73) Патентообладатель(и): Блинков Евгений Леонидович; Ляпин Андрей Григорьевич; Остапенко Сергей Николаевич; Кейт Захар Романович 

(54) БАРБОТЕР 

Использование: в водоочистных сооружениях и системах обеззараживания воды. Сущность изобретения: барботер содержит перфорированное трубчатое основание и пористый элемент. Согласно изобретению барботер снабжен размещенной на основании дополнительной трубой заданной толщины из диэлектрика или немагнитного материала со встроенными полукольцевыми элементами управления, а пористый элемент выполнен сменным и укреплен коаксиально относительно основания с определенным зазором гайками с заданной конусностью. Использование регулируемой перфорации, скорости истечения и дополнительного газового зазора обеспечивает оптимальное функционирование барботера при очистке и обеззараживании любой водной среды. 1 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к области водоподготовки и может быть использовано при разработках и проектировании очистных сооружений, систем подготовки питьевой воды, а также в системах обеззараживания плавательных бассейнов, зерновых культур, семян и комбикормов.

Известно, что любое коммунальное хозяйство содержит целый ряд комплексных систем водоподготовки и очистки различных стоков.

Во всех этих системах и установках используются отстойники открытого (бассейн) и герметически закрытого (резервуары) типа, в которых процессы озонирования (окисления) осуществляются с помощью барботеров (устройство для аэрации жидкости).

Во всех таких сооружениях для преобразования потока озоновоздушной, воздушной или чисто кислородной среды определенного расхода Q м3/ч. в газовые пузыри заданного размера dо, обеспечивающие необходимые процессы очистки (окисление и восстановление) и обеззараживание (уничтожение микробов, вирусов и органических вредных элементов) очищаемой жидкости необходим барботер.

В большинстве известных конструкций барботеров используется лишь передача нерегулируемого количества окислителя в строго заданный объем неизвестной (часто переменной) по составу очищаемой жидкости [1]

Барботер представляет собой перфорированную на определенной длине трубу подключенную к газопроводу, по которому подается окислитель, а сама труба помещается в жидкость, как правило, вблизи днища отстойника, выполняющего роль аэротенка или реактора.

Для регулирования даже в незначительном диапазоне скорости истечения окислителя на перфорированную трубу, выполняющую роль основания барботера, плотно насаживаются регуляторы гидравлического сопротивления [2] Иными словами устройство, позволяющее как-то регулировать перфорацию.

Однако диапазон регулирования характеристик такого барботера оказывается очень малым. Как показывает практика, при изготовлении основания барботера в виде сетчатого станкообразного элемента любой ячейки при ее перекрытии любой перфорации образуются четкие "затопленные" струи истечения газа в жидкость.

Поэтому в таких устройствах вообще нельзя даже говорить о какой-нибудь равномерности пузыреобразования без особых дополнительных устройств.

Другим известным типом барботера является инжекторный эжектор, работающий по принципу циклона [3] позволяющий нагнетать в проходящий поток жидкости определенное количество окислителя. По этому принципу построены все очистительные установки комплексы ведущей фирмы Европы Ведеко.

Однако и этот тип барботера не позволяет регулировать ни скорость истечения окислителя, ни размеры газовых пузырей с озоном, осуществляющих реакции окисления, восстановления и перевода.

Только поэтому фирма Ведеко вводит в систему очистки специальные реакторы, в которых и осуществляются требуемые химические превращения.

Наиболее близким техническим решением являются предложения в которых для регулирования равномерности истечения озона используется пористый патрубок или диски, изготовленные из нитрида титана и имеющие монодисперсные образования пузырей [4] Пористый элемент устанавливается над перфорированным основанием и механически закрепленного с ним шпилькообразными стяжками [4]

Однако и это техническое решение не позволяет:

в необходимом диапазоне регулировать скорость истечения озона в зависимости от степени загрязнения;

варьировать размерами получаемых газовых пузырей;

достигать равномерного истечения газовых пузырей по всей поверхности пористого патрубка.

Поэтому и для этого барботера регулируемыми параметрами остается только диапазон расхода озоновоздушной среды через генератор озона, что однозначно связано с изменением производительности используемого озонатора. Вариация концентрации озона связан с изменением энергозатрат на единицу очищаемой жидкости.

Если регулирование расхода среды определяет коэффициент полезного действия барботера или барботажного процесса окисления, то изменение экспозиции озонирования непосредственно связано с экономикой процесса очистки.

Целью настоящего изобретения является разработка такой универсальной конструкции барботера, которая позволяла бы автоматически регулировать как интенсивность истечения озонирования среды заданного расхода, так и в широких пределах изменять размеры получаемых газовых пузырей.

Поставленная цель достигается тем, что барботер содержащий перфорированное трубчатое основание и пористый элемент, отличающийся тем, что на основании помещена дополнительная перфорированная тонкостенная труба из диэлектрика или немагнитного материала со встроенными полукольцевыми ферритовыми элементами управления, а пористый сменный элемент укреплен коаксиально относительно основания гайками с заданной конусностью таким образом, чтобы выполнялось равенство



где пэ толщина стенки пористого элемента;

Kпэ коэффициент прозрачности пористого элемента, пропорциональный его гидросопротивлению;

h зазор ресиверного слоя расстояние между внешним диаметром основания Dпо и внутренним диаметром пористого элемента Dпэ, h 1/2(Dпэ Dпо);

Sо полное сечение перфорации основания.

Сущность предложения поясняется чертежом, где схематически изображен продольный разряд барботера.

Устройство содержит основание барботера 1, выполненное в виде металлической трубы с произвольной по форме перфорацией на одном из концов; причем общая площадь отверстий в перфорации Sо должна быть хотя бы на порядок больше площади ее перегородки; по концам зоны перфорации имеется наружная резьба под конусообразные гайки 2 3, а на торцах основания 1 имеется с одной стороны внутренняя резьба для заглушки 4, а с другой для размещения стандартного электроинжектора ПО "Квант" (г. Москва), осуществляющий регулирование подачи окислителя через основание барботера, с окнами 5 и заслонкой-шабером 6; поверх основания 1 одета перфорированная труба 7 ( из диэлектрика типа СТЭФ-4М или винипласта или из любого немагнитного материала) со скользящей посадкой строго определенной длины lт с толщиной стенки тпэ и гидросопротивлением всего соединения Rг пропорциональное отношению коэффициентов гидросопротивления основания и насадки, т.е. Rг т/пэ на которой (7) закреплены полукольцевые электроды 8, управляемые магнитной импульсной муфтой 9, обеспечивая нужное (требуемое) смещение 7 относительно 1, так чтобы площадь перфорации изменялась по закону Sп= Soexp(-x/т) а гайки 2 3 ограничивают ход трубы 7, на гайках 2 3 коаксиально основанию 1 закрепляется внешний пористый патрубок 10. В собранном виде барботер размещается вблизи отстойника 11 на расстоянии (от дна) не менее трех диаметров пористого патрубка 10.

Пористый элемент выполнен в виде отрезка трубы длины l из нитрида титана методом порошковой металлургии.

Работа устройства осуществляется следующим образом: поток озоновоздушной смеси заданной концентрации и производительности Oз от магистрали, соединенной с генератором озона, поступает на вход электроинжектора в основании 1 и на его выходе подразделяется на ряд струй, определяемых используемой перфорации Sп и попадает в дополнительный объем с поперечным сечением h, образованный трубой 7 и пористым элементом-патрубком 10. Перемещением трубя 7 относительно основания 1 регулируется площадь Sп или скорость истечения при заданном расходе Q, т.е. изменяется скорость наполнения озоновоздушной смеси дополнительным объемом h выполняющего роль ресивера и выравнивающего перепад давления P по всей внутренней поверхности пористого элемента.

Поскольку прозрачность взятого пористого элемента kпэ заранее выбирается по средней загрязненности очищаемого стока, то средневзвешенный диаметр барботирующего пузырька будет определяться только величиной градиента давления P на границе перехода в тело пористого патрубка.

Изменяя расход подаваемого потоковоздушной смеси Q перемещением заслонки инжектора при неизменной скорости истечения (Q=Qexp(-пэ/x) из перфорированной зоны, можно в широких пределах изменять P на границе перехода дополнительного газового объема h что приведет к изменению процесса газообразования пузырей с озоном в требуемых пределах неоднородного псевдоожижения при их равномерном выходе из дополнительного объема в очищаемую жидкость.

Варьируя величиной и l, можно обеспечить весь диапазон существования неоднородного псевдоожижения очищаемой жидкости с барботирующим процессом от ламинарного потока неоднородного псевдоожижения до поршникового эффекта. По закону Дарен-Вейсбаха, определяющему скачок давления P на границе перехода к внутренней поверхности пористого элемента при заданном диаметре основания Dпо:



где -коэффициент, определяющий гидравлическое сопротивление на переходе;

Sп=S0e-a/x площадь перфорации основания с

Re коэффициент, определяющий число Рейнольдса (для ламинарных потоков определяемое по уравнению Пуазейля, а при наличии турбулентности по Блейку и Карману).

С другой стороны для достижения неоднородного псевдоожижения с наличием барботирующих пузырьков заданного дисперсного состава скорость истечения озоновоздушной смеси должна соответствовать соотношением (уравнение Андрианова):



где и плотность и вязкость очищаемой жидкости.

При наличии ресиверного объема между Dпо и Dпэ скорость его заполнения будет



где Q расход в единицу времени;

гидравлическое сопротивление всей системы;

н коэффициент, характеризующий потерю напора на гране перехода смеси из реверсивного объема в пористый элемент.

В соответствии с теорией псевдоожижения, величина гидросопротивления пористого элемента как однородной решетки определяется как



o удельное трение озоновоздушной смеси о стенки каналов пористого элемента.

Считая пористый элемент по пэ и l, определяем размер требуемого объема ресивера как



При этом для ламинарного истечения (малые значения Re) O23- это соотношение примет вид:



Для больших значений Re при наличии существенных турбулентностей



В практических комплексах очистки стоков и питьевой воды возможности используемых типовых генераторов озона существенно ограничивают связь между h, пэ, Kпэ и Sп через заданные (выбранных) S0, l и Q. Для озонаторов с диэлектрическими покрытиями для поддержания требуемой концентрации [г/м3 O23-] необходим диапазон 1,2Q10 м3/ч. Для стандартных труб из нитрида титана или перфорированных труб возможная граница изменения поверхности перфорации определяется как 0,5S0SпS0

При отмеченных ограничениях характерное соотношение принимают вид



При этом максимальный коэффициент 0,6 характеризует начало стадии неоднородного псевдоожижения с барботирующими пузырьками, выше которого они просто не образуются. Минимальный коэффициент 0,1 показывает, что при меньшем гидросопротивлении (меньшая величина толщины стенки пористого элемента или перфорации) возникает поршневой режим барботажа (коагуляции пузырей в единый до размера полного сечения отстойника), при котором уже невозможны химические реакции окисления и восстановления свободным озоном.

Таким образом изобретение решает важнейшие проблемы конструктивного выполнения барботера по обеспечению интенсивного и регулируемого процесса озонирования.

Использование регулируемой перфорации, скорости истечения и дополнительного газового зазора h, характеристик пористого патрубка (пэ Kпэ, Dпэ, l) обеспечивает оптимальное функционирование барботера при очистке и обеззараживании любой водной среды.

Предложенное техническое решение имеет важные достоинства по своему конструктивному исполнению, т.к. было направлено на решение проблем, которые поставила конверсия. Большинство деталей в предложенном устройстве предполагается заимствовать из ранее широко применяемых комплектующих в ракетостроении при изготовлении высокоточных фильтров жидкостных топлив, а также в системах очистки топлив летательных аппаратов.

Эти детали (перфорированные основания, пористые патрубки, конусообразные гайки, электрогидродинамические инжектора и импульсные магнитные муфты) в большом количество выпускаются предприятиями военно-промышленного комплекса России.

Необходимо отметить, что в отличие от керамических пористых элементов трубы из нитрида титана в очистных сооружениях при очистке даже агропромышленных стоков практически не зарастают и их пористость и коэффициент прозрачности Kпэ Остается неизменной.

В предложенной конструкции смена пористого элемента другим (с отличными пэ Kпэ и l) обеспечивается конусной гайкой 2 3 путем свинчивания заглушки и одной гайки, даже при работающем аэротенке. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Барботер, содержащий перфорированное трубчатое основание и пористый элемент, отличающийся тем, что он снабжен размещенной на основании дополнительной трубой заданной толщины из диэлектрика или немагнитного материала со встроенными полукольцевыми элементами управления, а пористый элемент выполнен сменным и укреплен коаксиально относительно основания с определенным зазором гайками с заданной конусностью таким образом, чтобы выполнялось равенство



где п.э толщина стенки пористого элемента, м;

кп.э коэффициент прозрачности;

h величина зазора между основанием и пористым элементом, м;

Sо полная площадь перфорации основания, м2;

Dп.о диаметр основания, м.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Воздухо- и водоочистка. Опреснительные установки






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "и" означает, что будут найдены только те страницы, где встречается каждое из ключевых слов. Например, при запросе "очистка воды" будет найдено словосочетание "очистка воды". При использовании режима "или" результатом поиска будут все страницы, где встречается хотя бы одно ключевое слово ("очистка" или "воды").

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+очистка -воды".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "сток" будут найдены слова "стоков", "стоки" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу "сток!".


Устройства и способы водоочистки | Опреснительные установки. Дистилляторы | Устройства и способы воздухоочистки


Рейтинг@Mail.ru