Сатуратор

Полезная модель относится к процессам насыщения жидкости газом и может быть использована в различных отраслях промышленности, в частности, для разделения суспензий с использованием процесса флотации, например, при очистке бытовых и промышленных сточных вод.
Известен сатуратор, выполненный в виде цилиндрического корпуса, снабженного пористым элементом, разделяющим его внутреннее пространство на две соосные продольные полости, сообщающиеся между собой через поры элемента. Газ в сатуратор подают под давлением по одну сторону пористого элемента, а воду под давлением подают тангенциально к поверхности корпуса по другую сторону пористого элемента, причем давление газа выше давления воды (см. RU 2386590, 2010).
Недостатком устройства является недостаточная эффективность, обусловленная небольшой поверхностью контакта фаз.
Известен также сатуратор, включающий корпус, содержащий перфорированную перегородку, расположенную в нижней части корпуса перпендикулярно его вертикальной оси, патрубки подачи, отвода жидкости и подачи газа (см. RU 2196830, 2003).
Недостатком описанного выше технического решения является неэффективное растворение воздуха в жидкости, обусловленное технологией смешения.
Решаемая задача – повышение эффективности растворения газа в жидкости.
Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в повышении эффективности растворения газа в жидкости за счет подачи газа в область нестабильной акустической кавитации.
Поставленная задача решается тем, что сатуратор, включающий корпус, содержащий перфорированную перегородку, расположенную в нижней части корпуса перпендикулярно его вертикальной оси, патрубки подачи, отвода жидкости и подачи газа, отличается тем, что патрубки подачи, отвода жидкости и подачи газа расположены в днище корпуса и снабжены запорными кранами, кроме того, полость корпуса сообщена через запорный кран с манометром и в ней размещен магнитострикционный излучатель ультразвука. При этом магнитострикционный излучатель ультразвука вставлен в корпус через боковое отверстие, снабженное эластичными уплотнениями с обеих сторон корпуса.
Сопоставительный анализ существенных признаков аналогов и прототипа свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».
При этом совокупность существенных признаков формулы полезной модели позволяет добиться существенного повышения эффективности растворения газа в жидкости за счет подачи газа в область нестабильной акустической кавитации.
2
Благодаря тому, что магнитострикционный излучатель ультразвука излучает в объем жидкости ультразвуковые волны большой интенсивности (более 2,5 Вт/см), в жидкости появляется область нестабильной акустической кавитации, состоящая из постоянно образующихся в первой половине периода ультразвуковых колебаний и схлопывающихся во второй половине периода кавитационных пузырьков. При подаче в данную область пузырьков газа, образующихся при прохождении газа через пористый элемент, во второй половине периода ультразвуковых колебаний все пузырьки схлопнутся, и при повышенном давлении от возникшей ударной волны весь имеющийся в жидкости газ растворится. Примечательно, что добиться пересыщения жидкости газом данным способом можно за несколько секунд.
Расположение патрубков подачи, отвода жидкости и подачи газа в днище корпуса и снабжение их запорными кранами позволяет эффективно наполнять корпус водой и опорожнять его, а также подавать в корпус газ.
На фиг.1 показан продольный разрез устройства.
На чертеже показаны корпус 1, перфорированная перегородка2, патрубки 3, 4 и 5, соответственно, подачи жидкости, газа и отвода жидкости, с запорными кранами6, 7 и 8, запорный кран 9, манометр 10, магнитострикционный излучатель ультразвука 11, боковое отверстие 12, эластичные уплотнения 13.
Сатуратор включает корпус 1, внутренняя поверхность которого покрыта сплавами на основе кобальта для защиты от кавитации, содержащий перфорированную перегородку 2, расположенную в нижней части корпуса перпендикулярно его вертикальной оси. Патрубки 3 подачи жидкости, подачи газа 4 и отвода жидкости5 расположены в днище корпуса 1 и снабжены запорными клапанами 6, 7 и 8. Полость корпуса 1 сообщена через запорный кран 9 с манометром 10, и в ней размещен магнитострикционный излучатель ультразвука 11.При этом магнитострикционный излучатель ультразвука 11 вставлен в корпус 1 через боковое отверстие 12, снабженное эластичными уплотнениями 13 с обеих сторон корпуса 1, обеспечивающие герметичность корпуса.
Сатуратор работает следующим образом. Корпус 1 через патрубок 3 наполняют жидкостью, открыв запорный кран 6, после чего закрывают запорный кран 6 и включают магнитострикционный излучатель ультразвука 11. Магнитострикционный излучатель ультразвука 11 излучает ультразвуковые волны, что приводит к возникновению в жидкости области нестабильной акустической кавитации, состоящей из постоянно образующихся и схлопывающихся кавитационных пузырьков. Далее в корпус 1 через патрубок 4 подают сжатый газ, открыв запорный кран 7, при этом необходимое избыточное давление отслеживают манометром 10. Поток сжатого газа, проходя через перфорированную перегородку 2, диспергируется на отдельные пузырьки, которые всплывая, попадают в зону нестабильной акустической кавитации.
При этом после образования кавитационных пузырьков в первой половине периода ультразвуковых колебаний, во второй половине периода ультразвуковых колебаний все пузырьки схлопываются, и при повышенном давлении от возникшей ударной волны весь находящийся в жидкости газ растворяется. Причем цикл выделения из жидкости газа с последующим растворением за счет повышенного давления протекает за несколько секунд, что позволяет быстро растворять в жидкости желаемый объем воздуха за некоторое количество циклов. После создания необходимого избыточного давления и завершения цикла растворения, запорный кран 7 закрывают и магнитострикционный излучатель ультразвука 11 отключают. Пересыщенную газом жидкость отводят через патрубок 5, открыв запорный кран 8.