气体注入方法及设备技术

用于将气体注入到液体中的方法及设备，其中，在浸没在液体中的通流管(20)内的旋转的螺旋叶轮(30)产生了通流管内的液体流。气泡在螺旋叶轮的上方或下方或旁边或所有三个位置中注入到通流管中。液体以比气泡的大致一致的末端上升速度更大的表面速度吸入通流管中，以允许大体积液体中的未溶解的气泡被夹带入吸入通流管中的液体中。气泡以大约10.0微米至大约1.0毫米之间的一致直径注入。小气泡尺寸使气体在液体中的溶解增大，且还允许气体被夹带入吸入通流管中的液体中。气体可为氧、臭氧或二氧化碳。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】气体注入方法及设备
本专利技术涉及一种气体注入方法及设备，其中气体通过使用位于通流管(drafttube)内且由马达驱动的螺旋叶轮(helicalimpeller)来注入到液体中。更具体而言，本专利技术涉及一种方法及设备，其中气体由位于通流管内的注入器(可为喷射器(sparger)或喷嘴)来在通流管上方或下方或旁边注入螺旋叶轮，以产生一致(uniform)小尺寸的气泡，来增强气体在液体中的溶解以及未溶解的气泡回到通流管的再循环。
技术介绍
多种过程涉及气体在液体中溶解。例如，在需氧废水处理系统中，能够去除水中的有机废物的细菌需要氧。所需的氧量可使用机械地搅动的混合器系统来有效地溶解入过程流中。类似地，在诸多饮用水处理系统中，加入了化学制品(例如，凝聚剂和凝结剂)来促进液体中的污染固体的沉淀和去除。借助于机械地搅动的气体溶解系统，加入了二氧化碳来用于在一些凝聚和凝结过程中保持最佳pH状态。尽管广泛地使用了表面混合和气体溶解系统，但水下的混合系统具有某些优点。一个优点在于此类水下混合系统可出于定向混合或更理想的气体溶解的目的而垂直地、水平地或成角地定向。深度对有效系统压力具有显著影响；并且气体的可溶性已知是显著地受压力影响的。因此，水下混合系统在十米的深度处的水中运行时可有效地使如果混合在表面处发生时可能的大约两倍的气体体积能够溶解。US6,273,402中公开了一种水下混合设备。该设备适于浸没在可包含废水和淤泥的槽(tank)中。在此装置中，连接到马达上的螺旋叶轮在水下通流管内旋转。通流管和马达连接到压载室上，压载室可填充有压载物，以引起该设备沉没在液体内。压载室具有：头部空间，氧经由该头部空间注入；以及下表面，其提供了朝向至通流管的入口开口的微小倾斜。旋转的叶轮将液体吸入入口开口中，用于与进入的氧混合。所得的气体-液体混合物在膨胀的射流状流中从通流管的另一端排出。未溶解的任何氧气泡在液体内朝向表面上升。这些氧气泡的一部分将由压载室的下表面捕集，且被夹带(entrain)在被吸入入口开口的液体中。未溶解的气泡的另一部分将从液体的表面散逸。在US6,273,402中描述的混合和气体溶解系统存在若干缺点。一个主要缺点在于叶轮自身提供了吸力来将气体吸入液体中。当被吸入的气体量增加时，将存在由叶轮提供的较少的吸力，且因此能够由此类装置吸收的液体的量将是有限的，直到在液体不再可由叶轮吸入时最后发生已知为溢流的状态。此外，不存在对通过叶轮的作用来产生的气体气泡的气泡尺寸的控制。尽管存在将影响此类混合装置内的液体内的气体的溶解速率的诸多因素，但对于经历特定运行条件的给定装置，气泡的尺寸将确定对于气体-液体接触可用的界面表面面积，且因此确定能够溶解在液体中的气体的量。另一个主要的关注在于，在此专利中示出的装置仅可在垂直定向中运行，因为在未溶解于液体中而再循环回至通流管的气体的收集中，该设备取决于压载室的下侧，且依靠压载室的水平定向来在任何给定深度处维持稳定性。在一些水处理系统中，可为重要的是不将流从通流管直接地引导入处理池的底部。如果池是浅的且具有土制底部或聚合物衬里，则液体的射流可破坏底部表面或层。然而，即使在池由实心材料(例如，混凝土)制成的情况下，如果离开通流管的液体以高速冲撞底部，则在气泡从高速液体脱离之前，气泡将扩散足够的距离，这将阻止上升的气泡收集在压载室的下侧上。这在大气泡尺寸的情况下恶化，大气泡尺寸将获得足够的末端上升速度来从液体的表面散逸，且避免了与被吸入通流管中的液体一起被再夹带。已存在并非必须在垂直定向中运行的装置。在此类装置中的一个中，气体经由环状歧管注入通流管的内部和叶轮的下方。此类型的装置具有各自为一英寸的1/8的一系列开口。这产生了大的气泡，其将获得足够高的末端上升速度，以致注入气体的非不显著的部分将从液体的表面散逸。此外，使用的叶轮并非螺旋叶轮，而是叶片叶轮。存在可在此类设备中溶解的气体的量上的限制，因为如可领会的那样，当气体量增加时，将不存在由叶轮吸入并加速的足够的液体。如将论述的那样，本专利技术提供了一种方法及设备，其中气体以受控的气泡尺寸来直接地注入到通流管中，这将不仅提高气体可溶解于液体中的程度，且还将提高未溶解的气体将被夹带在由叶轮吸入通流管中的气体流中的程度。
技术实现思路
本专利技术提供了一种注入气体的方法，其中螺旋叶轮在位于液体中的通流管内旋转。这通过将液体从位于通流管的一端处的至少一个入口开口吸入通流管中且将液体流从位于通流管的另一端处的通流管的排出开口排出来产生液体流。气体的气泡在位于螺旋叶轮的上方或下方或旁边的至少一个位置中注入到通流管中，使得一部分气泡在通流管内的液体流中溶解，且气泡的其余部分从排出开口排出。从排出开口排出的气泡被运送入液体流内的液体中，其中气泡的其余部分的一部分在液体中溶解，且气泡的其余部分的另一部分被夹带入通过至少一个入口开口被吸入通流管中的液体中。气泡以大约10.0微米与大约1.0毫米之间的一致直径注入到液体流中，以增大气泡的表面面积，且因此增大液体内的气体的溶解速率，且将浮力赋予气泡的其余部分的另一部分，这将导致其至少大致一致的末端上升速度。将注意到的是，当在本文中和权利要求中使用时，用语"大约"在与气泡尺寸相关联使用时意指正或负百分之十。液体以大于气泡的大致一致的末端上升速度的表面速度被吸入通流管中，以使气泡的其余部分的另一部分能够被夹带入液体中，同时大致防止气体从液体的表面散逸。气泡可从位于在通流管的径向地间隔的位置处的通流管内部的多个喷射器注入。备选地，气泡可从位于通流管内且具有环状构造的喷射器的内多孔区段注入。在任一此类情况中，气泡的一致直径为大约10.0微米至大约500.0微米之间。另一选择是将供应的气体供应至位于在通流管的径向地间隔开的位置处的通流管内的多个喷嘴，且气泡从多个喷嘴注入。在喷嘴注入的情况中，气泡的一致直径为大约500.0微米至大约1.0毫米之间。注入的气体可为氧、含有混合物的臭氧或二氧化碳。本专利技术还提供了一种用于将气体注入到液体中的设备。该设备具有通流管，该通流管适于浸没在液体中且具有位于通流管的一端处的至少一个入口开口和位于通流管的另一端处的排出开口。螺旋叶轮位于通流管内，且马达连接到通流管上。马达的轴从通流管的一端突入通流管中且连接到螺旋叶轮上来使螺旋叶轮旋转，且由此产生液体流。此液体流通过将液体从至少一个入口开口吸入通流管中且将液体流从排出开口排出而产生。提供了机构来用于在位于螺旋叶轮上方或下方或旁边的至少一个位置中将气体的气泡注入到通流管内的液体流中。由于此注入，气泡的一部分在通流管内部的液体流中溶解，且气泡的其余部分从排出开口排出并被运送入液体流内的液体中。气泡的其余部分的一部分在液体中溶解，且气泡的其余部分的另一部分被夹带入通过至少一个入口开口吸入通流管中的液体中。气泡注入器机构构造成注入带有大约10.0微米与大约1.0毫米之间的一致直径的气泡，以增大气泡的表面面积，且因此增大液体内的气体的溶解速率，且将浮力赋予气泡的其余部分的另一部分，这将导致其至少大致一致的末端上升速度。构造叶轮，且马达能够使叶轮以足够的速度旋转，使得吸入通流管中的液体具有比气泡的大致一致的末端上升速度更大的最小表面速度，以使气泡的其余部本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种将气体注入到液体中的方法，其包括：使位于所述液体中的通流管内的螺旋叶轮旋转，以产生液体流，这通过将所述液体从位于所述通流管的一端处的至少一个入口开口吸入所述通流管中且将所述液体流从位于所述通流管的另一端处的所述通流管的排出开口排出而实现；将所述气体的气泡在位于所述螺旋叶轮上方或下方或旁边的至少一个位置处注入到所述通流管中，使得所述气泡的一部分在所述通流管内部的所述液体流中溶解，且所述气泡的其余部分从所述排出开口排出且被运送入所述液体流内的所述液体中，其中所述气泡的所述其余部分的一部分在所述液体中溶解，且所述气泡的所述其余部分的另一部分被夹带入通过所述至少一个入口开口吸入所述通流管中的所述液体中；所述气泡以大约10.0微米至大约1.0毫米之间的一致直径注入到所述液体流中，以增大所述气泡的表面面积，且因此增大所述液体内的所述气体的溶解速率，且将浮力赋予所述气泡的所述其余部分的所述另一部分，这将导致其至少大致一致的末端上升速度；以及所述液体以比所述气泡的所述大致一致的末端上升速度更大的表面速度吸入所述通流管中，以使得所述气泡的所述其余部分的所述另一部分能够被夹带入所述液体中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.12.01 US 61/565860;2012.08.16 US 13/5871281.一种将气体注入到液体中的方法，其包括：使位于所述液体中的通流管内的螺旋叶轮旋转，以产生液体流，这通过将所述液体从位于所述通流管的一端处的至少一个入口开口吸入所述通流管中且将所述液体流从位于所述通流管的另一端处的所述通流管的排出开口排出而实现；将所述气体的气泡在位于所述螺旋叶轮下方或旁边的至少一个位置处注入到所述通流管中，使得所述气泡的一部分在所述通流管内部的所述液体流中溶解，且所述气泡的其余部分从所述排出开口排出且被运送入所述液体流内的所述液体中，其中所述气泡的所述其余部分的一部分在所述液体中溶解，且所述气泡的所述其余部分的另一部分的全部被夹带入通过所述至少一个入口开口吸入所述通流管中的所述液体中；所述气泡以10.0微米至1.0毫米之间的一致直径注入到所述液体流中，以增大所述气泡的表面面积，且因此增大所述液体内的所述气体的溶解速率，且将浮力赋予所述气泡的所述其余部分的所述另一部分，这将导致其至少大致一致的末端上升速度；以及所述液体以比所述气泡的所述大致一致的末端上升速度更大的表面速度吸入所述通流管中，以使得所述气泡的所述其余部分的所述另一部分的全部能够被夹带入所述液体中；以及构造所述螺旋叶轮，并且马达能够使所述螺旋叶轮以足够的速度旋转，使得吸入所述通流管中的所述液体具有比所述气泡的所述大致一致的末端上升速度更大的最小表面速度，以使所述气泡的所述其余部分的所述另一部分的全部能够被夹带入吸入所述通流管中的所述液体中。2.根据权利要求1所述的方法，其中：所述气泡从在所述通流管的径向地间隔开的位置处的位于所述通流管内部的多个喷射器注入；以及所述一致直径为10.0微米至500.0微米之间。3.根据权利要求2所述的方法，其中：所述气泡从位于所述通流管内且具有环状构造的喷射器的内多孔区段注入；以及所述一致直径为10.0微米至500.0微米之间。4.根据权利要求1所述的方法，其中：所述一致直径为500.0微米至1.0毫米之间；所述气体供应至在所述通流管的径向地间隔开的位置处的位于所述通流管内部的多个喷嘴；以及所述气体的所述气泡从所述多个喷嘴注入。5.根据权利要求1所述的方法，其中，其中所述气体为氧、含有混合物的臭氧或二氧化碳。6.一种用于将气体注入到液体中的设备，其包括：通流管，其适于浸没在液体中，且具有位于所述通流管的一端处的至少一个入口开口和位于所述通流管的另一端处的排出开口；位于所述通流管内的螺旋叶轮；马达，其连接到所述通流管以及从所述通流管的所述一端突入所述通流管中并连接到所述螺旋叶轮的轴上来使所述螺旋叶轮旋转，且由此通过将所述液体从所述至少一个入口开口吸入所述通流管中且将所述液体流从排出开口排出来产生液体流；机构，其用于在位于所述螺旋叶轮...

【专利技术属性】
技术研发人员：ME法比伊，W瓦塔纳帕诺姆，RA诺瓦克，K康纳里，
申请(专利权)人：普莱克斯技术有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US