Устройство для насыщения жидкости газом

Полезная модель относится к устройствам для проведения масообменных процессов при получении дисперсных систем жидкость-газ, жидкость-газ-твердое и может найти применение в химической, пищевой и других отраслях промышленности.
Известно устройство для насыщения жидкости газом, содержащее корпус с крышкой и патрубками для жидкости и газа, внутри которого размещены мешалка с приводом вращения и барботер, установленный в газоподводящем патрубке, выполненный в виде перфорированного диска и пульсатора (см. авт. свид. СССР № 528110, 1976Ъ.
Недостатками данного устройства являются низкая интенсивность процесса тепломассообмена между жидкостью и газом, а также большие энергозатраты на перемешивание жидкости и газа.
Наиболее близким заявляемому устройству по совокупности признаков является устройство для насыщения жидкости газом, содержащее вертикальный цилиндрический корпус, к днищу которого подсоединен газоподводящий патрубок, установленный в корпусе вверх днищем стакан, соединенный посредством штока с виброприводом и перекрывающий нижним торцом сечение газоподводящего патрубка, отличающееся тем, что, с целью интенсификации массообмена между жидкостью и газом и снижения энергозатрат, стакан выполнен в виде сильфонной оболочки с герметичной крышкой на верхнем торце, при этом в крайнем нижнем положении сильфонной оболочки нижний торец ее герметично прижат к днищу корпуса (см. патент РФ № 2006279 от30.01.1994).
Недостатком данного устройства является сравнительно невысокие скорости обрабатываемой смеси по всему объему реакционной камеры, что снижает интенсивность процесса диспергирования.
Задача полезной модели – повышение интенсивности процесса диспергирования за счетинтенсификации массообменных процессов между жидкостью и газом.
Поставленная задача достигается тем, что у устройства для насыщения жидкости газом, содержащего корпус, к днищу которого подсоединен газоподводящий патрубок, вибропривод и рабочий орган, рабочий орган  состоит из штока с укрепленными на нем перфорированными дисками с отверстиями конической формы, а устройство дополнительно содержит модуль для возбуждения ультразвуковых колебаний, состоящий из четырех ультразвуковых генераторов с пьезоэлектрическими преобразователями, имеющими излучающие пластины, причем преобразователи установлены на наружной боковой поверхности корпуса, а излучающие пластины установлены на внутренней боковой поверхности корпуса.
Заявленное техническое решение отличается от прототипа тем, что рабочий орган  состоит из штока с укрепленными на нем перфорированными дисками с отверстиями конической формы, а устройство дополнительно содержит модуль для возбуждения ультразвуковых колебаний, состоящий из четырех ультразвуковых генераторов с пьезоэлектрическими преобразователями, имеющими излучающие пластины, причем преобразователи установлены на наружной боковой поверхности корпуса, а излучающие пластины установлены на внутренней боковой поверхности корпуса.
Отличительные признаки в заявляемом техническом решении не выявлены при изучении данной и смежных областей техники.
Совокупность заявляемых признаков обеспечивает достижение задачи полезной модели - повышение интенсивности процесса диспергирования за счет интенсификации массообменных процессов между жидкостью и газом.
На фиг. показан общий вид устройства.
Устройство содержит вертикальный корпус 1 с крышкой 2 и патрубками 3 и 4 для залива и слива жидкости. В днище корпуса 1 по его центру закреплена верхняя часть газоподводящего патрубка 5, установленного под днищем корпуса 1.На крышке 2 установлен вибропривод 6 жестко связанный с рабочим органом 7, на котором закреплены перфорированные диски 8 с отверстиями конической формы.  На боковых поверхностях корпуса 1 неподвижно установлен модуль для возбуждения ультразвуковых колебаний, состоящий из четырех ультразвуковых генераторов ( на фиг.не показаны) с пьезокерамическими преобразователями 9,10, 11 и 12 и излучающими пластинами 13,14,15 и 16, причем преобразователи  установлены неподвижно на наружной поверхности корпуса1, а излучающие пластины закреплены неподвижно на внутренней поверхности корпуса 1. Модуль электрически связан с системой питания 17.
Устройство работает следующим образом. В корпус 1 через патрубки 3 и 5 подают жидкость и газ. Включают вибропривод 6, при этом возникает вертикальное колебательное движение рабочего органа 7. За счет наличия в дисках 8 конических отверстий смеси сообщается турбулентное движение, при этом происходит равномерное распределение смеси по рабочему объему корпуса 1. Одновременно с этим, на пьезокерамические генераторы подается напряжение от системы питания 17 и происходит излучение ультразвуковой энергии от излучающих пластин 13 - 16 в рабочий раствор.
Совместное воздействие механических и ультразвуковых колебаний приводит к интенсификации обменных процессов на границах раздела жидкой и газообразной фаз, возникновению кавитационных эффектов, что приводит к  диспергированию (дроблению) поступающего в жидкость газа на множество мелких динамически активных пузыpьков, насыщающих весь объем жидкости, за счет чего обеспечивается максимальная удельная поверхность взаимодействия газа и жидкости.
При взаимодействии массы динамически активных мелкодисперсных пузырьков газа с пульсирующими потоками жидкости достигается очень высокая интенсивность массообмена между жидкостью и газом, обеспечивающая высокую степень насыщения жидкости газом.