用于将气体分散在液体中的设备和方法技术

根据本发明专利技术的用于将气体分散到液体中的设备包括液体体积

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于将气体分散在液体中的设备和方法
[0001]本专利技术涉及一种用于将气体分散在液体中的设备以及方法
。
[0002]向液体中引入气体是工艺流程的重要组成部分
。
在废水处理的领域中，例如引入氧气以用于提高净化效率，在中和过程中使用二氧化碳来调节水的
pH
值
。
在此尤其在能量方面有利的是，气体通过产生尽可能小的气泡以均匀分布的方式被引入待处理的液体中
。
[0003]在此，通常藉由多孔体
(
例如烧结陶瓷或烧结金属
)
或藉由穿孔软管引入气体
。
穿孔软管是将气体引入液体的一种相对便宜的方法
。
然而，产生的气泡一般来说相当大，并且只能在较小的范围内改变
。
由于较大气泡的快速上浮以及可用于将气体溶解在液体中
(
传质
)
的表面较小，大量气体到达表面并且因此在该过程中损失
。
因此，这样的软管系统仅适用于深度较大的水池
。
[0004]就可达到的气泡尺寸而言，烧结材料比穿孔软管更适合
。
然而，在此需要相对较高的构造成本
。
在扁平的引入系统中，不完全准确的对准还导致不均匀的气体逸出
。
此外，在较长的运行中断期间，存在液体中所包含的固体侵入材料的孔隙中并且将其阻塞的风险
。
[0005]作为已知方法的替代方案，喷射器被证明是有效的，其中液体通过管道引导并且气体在此渗入
。
产生的混合物随后被供应至处理区域，例如容器或填充有液体的池
。
例如，气体的引入在布置于管道中的文丘里系统处进行，在该文丘里系统中，在液体中产生的流动自动吸入气体
。
管道中的液体例如是来自处理区域本身的液体
(
该液体借助于泵以循环的方式传送
)
或来自单独的容器或管路
。
例如从
EP 2 327 298 A1、EP 0 477 846 A1、EP 0 322 925A2
或
FR 2 825 996A1
中已知这样的系统
。
[0006]在使用具有文丘里喷嘴的喷射器时，可以观察到在文丘里系统中形成的液体
‑
气体混合物由于气体的浮力而趋于分离成两相流
。
文丘里系统中典型的出口侧的截面扩展还降低了流动速度
。
在最窄截面中引起短期相对良好混合的湍流被分解，并且在进一步的管道走向中存在液体与未溶解的气体成分的分离，这些气体成分在上部管道部分中积聚并且凝结成更大的气泡
。
尽管可以尝试借助于混合管来促进气体的引入或溶入，然而这些系统在其效率方面仍可以改进
。
[0007]此外提出，借助于涡流室产生细微气泡，即所谓的“微气泡
(Microbubbles)”。
在此，待处理的液体被切向地引入圆柱形或圆锥形的腔室中，从而使其中的液体旋转
。
由于作用在涡流室中的离心力，因此在涡流室前方或涡流室中供应至液体的气体沿轴线集中，而密度较大的液体则在径向外侧聚集
。
液体
‑
气体混合物在引入涡流室端侧面中央的孔处以旋流形式排出
。
在此，在流动速度和转速足够高的情况下，气体通过湍流和剪切力在液体中细微分散
。
这种类型的系统例如从
EP 0 963 784 A1、WO 2014 192 896A1
或
WO 2016 083 043A1
中是已知的
。
[0008]这些系统对应于水力旋流器，其根据密度分离各个相：密度最低的流体在中心沿轴线旋转，而密度较高的成分
(
例如液体中包含的固体
)
被推入外部区域并且集中在那里
。
在利用这种带有固体的液体运行时，这导致涡流室过载并且最终导致逸出口堵塞
。
当在涡流室内设置用于产生涡流的附加静态装置时尤其适用这种情况，例如在
WO 2014 192 896A1
的主题的情况下就是如此
。
因此，这些系统也不适用于悬浮液，即带有固体形式杂质
的液体
。
[0009]因此，本专利技术所基于的目的在于给出一种用于将气体分散到液体中的可能性，其克服了现有技术的缺点
。
[0010]这个目的通过具有专利权利要求1的特征的设备以及通过具有专利权利要求
11
的特征的方法来实现
。
在从属权利要求中给出了本专利技术的有利的设计方案
。
[0011]根据本专利技术的用于将气体分散到液体中的设备包括液体体积
(Fl
ü
ssigkeitsvolumen)
以及用于将液体引入液体体积的喷嘴
。
喷嘴具有锥形环形间隙以及切向汇入该锥形环形间隙中的液体供应通道，该锥形环形间隙布置在喷嘴外壳的锥形内表面与导向锥之间并且在其尖端处以喷嘴开口通向液体体积
。
此外，设备包括用于待分散到液体体积中的气体的气体供应通道，该气体供应通道通向液体供应通道和
/
或环形间隙和
/
或位于液体体积中的喷嘴开口的区域，即紧挨喷嘴开口本身或位于喷嘴开口的下游
(
在朝向液体排出的方向上观察
)。
[0012]环形间隙的宽度，即喷嘴外壳的内壁与导向锥的外壁之间的间距，在任何位置都不应大于液体供应通道在其进入环形间隙的入口处的内直径
。
环形间隙可以具有锐角或钝角的张角
。
例如，张角介于
30
°
与
180
°
之间，优选地介于
45
°
与
170
°
之间，特别优选地介于
60
°
与
135
°
之间
。
环形间隙迫使切向进入的液体进行螺旋形运动
。
喷嘴外壳的锥形内表面与导向锥的外表面之间的径向间距在液体供应通道的入口与导向锥的尖端之间是恒定的或朝向喷嘴开口的方向持续减小；根据本专利技术，环形间隙的界定面之间的间距在液体供应通道的入口与喷嘴开口之间不存在扩大，例如以形成混合室
。
因此，环形间隙中可供液体使用的体积直至喷嘴开口是不断减小的，由此轴向速度以及旋转速度持续增加
。
尤其，由于液体通过环形间隙引导，因此旋转速度高于其他尺寸相同的空心锥形喷嘴体
。
由于高旋转速度，液体在喷嘴开口处作为高度扭曲的液体射流被引入周围的液体体积，沿液体射流的轴线存在压力大幅降低的区域
。
同时经由气体供应通道引入的气体进入本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.
一种用于将气体分散到液体中的设备，所述设备具有液体体积
(2
，
21
，
43)
和用于将液体供应至所述液体体积
(2
，
21
，
43)
的喷嘴
(3
，
22
，
41)
，所述喷嘴具有锥形环形间隙
(7
，
26)
和切向汇入所述锥形环形间隙
(7
，
26)
的液体供应通道
(5
，
24)
，所述锥形环形间隙布置在喷嘴外壳
(4
，
23)
的锥形内表面与导向锥
(6
，
25)
之间
、
在其位于喷嘴开口
(9
，
28)
的尖端处通向所述液体体积
(2
，
21
，
43)
的液位
(42)
之下，并且所述设备具有用于待分散到所述液体体积
(2
，
21
，
43)
中的气体的至少一个气体供应通道
(10
，
29
，
49)
，所述至少一个气体供应通道通向所述液体供应通道
(5
，
24)
和
/
或所述环形间隙
(7
，
26)
和
/
或所述喷嘴开口
(9
，
28)
的区域
。2.
根据权利要求1所述的设备，其特征在于，至少一个气体供应通道
(10
，
29
，
49)
通过所述导向锥
(6
，
25)
或所述喷嘴外壳
(4
，
23)
引导并且在气体逸出开口
(11
，
30)
处通向所述环形间隙
(7
，
26)。3.
根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，至少一个气体供应通道
(10
，
29
，
49)
通过所述导向锥
(6
，
25)
引导，并且在布置于所述导向锥
(6
，
25)
的尖端
(8
，
27)
中的气体逸出开口
(11
，
30)
处通向所述喷嘴开口
(9
，
28)。4.
根据前述权利要求之一所述的设备，其特征在于，至少一个气体供应通道
(10
，
29
，
49)
侧向于所述喷嘴开口
(9
，
28)
并且与所述锥形环形间隙
(7
，
26)
的中央轴线
(31)
成角度地通向所述液体体积
(2
，
21
，
43)。5.
根据前述权利要求之一所述的设备，其特征在于，在所述环形间隙
(7
，
26)
中设置有起始于所述液体供应通道
(5
，
24)
的入口处的
、
朝向所述喷嘴开口
(9
，
28)
的方向螺旋形抬升的斜面
(35)。6.
根据前述权利要求之一所述的设备，其特征在于，提供填充有液体的容器
(44)
或引导液体的管路作为液体体积
(2
，
21
，
43)。7.
根据前述权利要求之一所述的设备，提供填充有液体的容器
(44)
作为所述液体体积

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：梅塞尔奥地利有限公司，
类型：发明
国别省市：