一種聚能氣體攪拌方法及裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種聚能氣體攪拌方法及裝置，應(yīng)用于液?液，液?固的混合與攪拌系統(tǒng)。能量聚集氣體攪拌器裝置，其特征在于：包括集氣腔、氣管、導(dǎo)流管和活動釋放腔；集氣腔上端封閉，下端開口，導(dǎo)流管穿過集氣腔頂部，氣管通入集氣腔；活動釋放腔套裝在導(dǎo)流管的下端，但不固定，能在導(dǎo)流管外上下移動，導(dǎo)流管下端外徑大于活動釋放腔上端內(nèi)徑；活動釋放腔能在導(dǎo)流管管口與集氣腔上端之間上下移動，活動釋放腔下端截面積大于導(dǎo)流管截面積；本發(fā)明可以節(jié)約能耗，在不與攪拌介質(zhì)發(fā)生剛性接觸的情況下，加強攪拌效率。
【專利說明】
-種聚能氣體橫拌方法及裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種節(jié)能氣體攬拌器裝置，應(yīng)用于液-液，液-固的混合與攬拌系統(tǒng)。具 體的說，一種能量聚集氣體攬拌器裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 攬拌器在各個領(lǐng)域都有應(yīng)用，且都是重要部件，攬拌器的效率和工作方式直接影 響待攬拌介質(zhì)的反應(yīng)速度和攬拌效果。尤其在一些特定場合，機械攬拌會引起攬拌介質(zhì)的 損傷和局部過熱等問題，需要開發(fā)其它原理和方式的攬拌器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供一種聚能氣體攬拌器裝置，可W節(jié)約能耗，在不與 攬拌介質(zhì)發(fā)生剛性接觸的情況下，加強攬拌效率。
[0004] 本發(fā)明是利用一種簡單的結(jié)構(gòu)，采用物理方法，將小氣流集聚成大氣泡。液體中的 大氣泡在直徑超過4毫米時，其氣泡表面的液體壓力與氣泡內(nèi)部的氣體壓力相互作用，使氣 泡開始發(fā)生形變，當(dāng)氣泡達到數(shù)厘米時，其形狀轉(zhuǎn)變成磨茹形和圓環(huán)形，氣泡上升路徑也由 豎直向上轉(zhuǎn)變?yōu)槁菪魏蚙字形路徑。由于氣泡形狀和體積在液體中上升過程中的不斷改 變，形成了對周圍液體極強的擾動能力。利用磨茹形和圓環(huán)形氣泡在液體中上升時產(chǎn)生的 滿流與水力素流現(xiàn)象，形成對液體中液-固、液-液有效的混合與攬拌，也可利用它對放置在 液體中固體物質(zhì)通過表面的碰撞和擾動，實現(xiàn)對其清理與潔凈的功能。利用此原理，我們發(fā) 明了運種結(jié)構(gòu)簡單，實用有效和安全無故障的氣體攬拌方法及裝置。
[0005] 能量聚集氣體攬拌器裝置，其特征在于:包括集氣腔1、氣管4、導(dǎo)流管2和活動釋放 腔3;集氣腔1上端封閉，下端開口，導(dǎo)流管2穿過集氣腔1頂部，氣管4通入集氣腔1;活動釋放 腔3套裝在導(dǎo)流管2的下端，但不固定，能在導(dǎo)流管2外上下移動，導(dǎo)流管2下端外徑大于活動 釋放腔3上端內(nèi)徑。
[0006] 活動釋放腔能在導(dǎo)流管管口與集氣腔上端之間上下移動，活動釋放腔下端截面積 大于導(dǎo)流管截面積;活動釋放腔是剛性材料制備的腔體，或者是包括上定位定型圈和下定 位定型圈，中間連接材料是柔性材料的柔性活動釋放腔；
[0007] 氣管在集氣腔內(nèi)，靠近但不接觸集氣腔的頂部;或者氣管在集氣腔的底部，但必須 將氣管管口安排在活動釋放腔管口之外。
[000引進一步，導(dǎo)流管的直徑為20mm-150mm，
[0009] 進一步，活動釋放腔下端截面積是導(dǎo)流管截面積的2-10倍，
[0010] 進一步，集氣腔的截面積為活動釋放腔截面積的2-20倍。
[0011] 進一步，導(dǎo)流管和活動釋放腔的高度之和小于集氣腔的高度。
[0012] 應(yīng)用所述裝置的方法，其特征在于:工作時，隨著從氣管中均勻流入的氣體在集氣 腔頂部的聚集，持續(xù)地將集氣腔中的液位不斷向下推移，直至氣體壓迫液位下降至低過活 動釋放腔的底部，使被壓縮的氣體泄入活動釋放腔內(nèi)部，并沿著導(dǎo)流管上升進入液體中。當(dāng) 集氣腔內(nèi)的空氣泄入活動釋放腔中時，流入的氣流托起活動釋放腔，使更多的空氣通過導(dǎo) 流管釋放出去，直至集氣腔內(nèi)的液體液面推升至淹沒導(dǎo)流管的下端口時，活動釋放腔漸漸 落下，復(fù)位，開始下一個空氣聚集-釋放的周期；
[0013] 當(dāng)氣體將集氣腔中的液位不斷向下推移，直至低過柔性活動釋放腔的底部時，氣 體涌入柔性活動釋放腔內(nèi)，下定位定型圈會被氣流托起，柔性活動釋放腔主體變形，更多氣 體涌入。當(dāng)集氣腔內(nèi)氣體釋放至導(dǎo)流管下沿口時，集氣腔內(nèi)的液體液面升至淹沒導(dǎo)流管的 下端口，氣壓與液體壓力達到新的平衡，柔性活動釋放腔由于下定位定型圈重力大于浮力 漸漸落下，復(fù)位，開始下一個空氣聚集-釋放的周期。
[0014] 本裝置利用將氣體壓縮聚能到一定量，再將聚集的氣體W較大的磨茹形和圓環(huán)形 氣泡的形式釋放，形成有效擾動和剪切力，對攬拌介質(zhì)進行有效攬拌。若對固-液體系進行 攬拌，采用氣體進行攬拌可W避免傳統(tǒng)攬拌方式拌器葉片直接接觸固體介質(zhì)，很易使固體 介質(zhì)發(fā)生破壞，攬拌器也容易發(fā)生故障。若對液-液體系進行攬拌，可W避免特殊液體介質(zhì) 對攬拌器的腐蝕等問題。
[0015] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：
[0016] 1.本裝置利用將氣體壓縮聚能到一定量，再將聚集的氣體W磨茹形和圓環(huán)形氣泡 的形式釋放，形成有效擾動和剪切力，可替代傳統(tǒng)的機械攬拌方式。
[0017] 2.通過將球型氣泡轉(zhuǎn)化成剪切力度更大的磨茹形和圓環(huán)形大氣泡，實現(xiàn)氣體攬拌 效率的最大化，節(jié)約氣量。
[0018] 3.采用氣體進行攬拌，若對固-液體系進行攬拌，可W避免傳統(tǒng)攬拌方式拌器葉片 直接接觸介質(zhì)，很易使固體介質(zhì)發(fā)生破壞，攬拌器也容易發(fā)生故障;若對液-液體系進行攬 拌，可W避免特殊液體介質(zhì)對攬拌器的腐蝕等問題。
[0019] 4.設(shè)備簡單，成本低，不易發(fā)生故障。
【附圖說明】
[0020]圖1是聚能氣體攬拌器裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021 ]圖2是聚能氣體攬拌器裝置工作示意圖；
[0022] A剛性活動釋放腔集氣過程
[0023] B剛性活動釋放腔上升過程
[0024] C剛性活動釋放腔釋放氣泡過程
[0025] D剛性活動釋放腔下降過程 [00%] E柔性活動釋放腔變形上升過程 [0027] F柔性活動釋放腔釋放氣泡過程 [00%] G柔性活動釋放腔下降復(fù)位過程
【具體實施方式】
[0029] 下面結(jié)合實施例對本發(fā)明進行詳細的描述。
[0030] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0031] 聚能氣體攬拌裝置由集氣腔1、導(dǎo)流管2、活動釋放腔和氣管4組成。集氣腔1上端封 閉，下端開口，導(dǎo)流管2穿過集氣腔1頂部，氣管4可直接通入集氣腔1，并接近集氣腔1的頂 部，也可布置在集氣腔I的底部，但必須將氣管管口安排在活動釋放腔3的垂直投影面之外。 導(dǎo)流管2與集氣腔1在頂部連接，活動釋放腔套裝在導(dǎo)流管2的下端，可W上下活動，導(dǎo)流管2 下端外徑大于活動釋放腔上端內(nèi)徑。
[0032] 其工作方式是:集氣腔1是用于集氣功能的腔體，氣體通過氣管4連續(xù)或間歇輸送 空氣進入集氣腔1中，并在集氣腔1內(nèi)聚集，直至氣體壓迫液位下降至低過活動釋放腔的底 部，使被壓縮的氣體泄入活動釋放腔內(nèi)部，并沿著導(dǎo)流管2上升進入待攬拌的液體中。導(dǎo)流 管2的作用是當(dāng)活動釋放器釋放空氣時，起到由集氣腔向待攬拌液體中疏導(dǎo)氣體，形成大氣 泡的作用及起到對活動釋放腔3的支撐和定位作用?；顒俞尫徘?的作用是聚集與釋放集氣 腔中的氣體，使從氣管中均勻流入的氣體轉(zhuǎn)化為間歇釋放的氣團，經(jīng)導(dǎo)流管2形成磨茹形和 圓環(huán)形大氣泡，對容器內(nèi)待攬拌介質(zhì)形成攬拌與素流的作用。
[0033] 剛性活動釋放腔3呈卿趴形或倒碗形，上端口內(nèi)徑小于導(dǎo)流管2下端的外徑，下端 口直徑大于導(dǎo)流管2最大外徑，可沿導(dǎo)流管2外表面上下滑動，完成儲氣與氣體釋放功能。工 作時，隨著從氣管4中均勻流入的氣體在集氣腔1頂部的聚集，持續(xù)地將集氣腔1中的液位不 斷向下推移，直至氣體壓迫液位下降至低過活動釋放腔3的底部，氣體涌入活動釋放腔3內(nèi)， 由于氣體移動產(chǎn)生的動能將活動釋放腔3向上托起，活動釋放腔3托起后，相當(dāng)于活動釋放 腔高度的空氣層涌入導(dǎo)流管2。當(dāng)集氣腔1內(nèi)氣體釋放至導(dǎo)流管2下沿口時，集氣腔1內(nèi)的液 體液面升至淹沒導(dǎo)流管2的下端口，氣壓與液體壓力達到新的平衡，活動釋放腔3由于重力 作用漸漸落下，復(fù)位，開始下一個空氣聚集-釋放的周期。
[0034] 另一種活動釋放腔形式是采用柔性活動釋放腔5,由柔性材料、上定位定型圈6和 下定位定型圈7構(gòu)成，柔性活動釋放腔5主體柔性材料，可W變形或伸展。柔性活動釋放腔5 呈卿趴狀，上定位定型圈6呈圓環(huán)形，固定在上端口處。上定位定型圈則尋柔性活動釋放腔5 固定在導(dǎo)流管2下端，下定位定型圈7呈圓環(huán)形，固定在柔性活動釋放腔5下端口，其重力大 于介質(zhì)浮力，但小于氣體擴張的推力。其工作原理與剛性活動釋放腔相似。當(dāng)氣體將集氣腔 1中的液位不斷向下推移，直至低過活動釋放腔5的底部時，氣體涌入活動釋放腔5內(nèi)，下定 位定型圈7會被氣流托起，柔性活動釋放腔5主體變形，更多氣體涌入。當(dāng)集氣腔1內(nèi)氣體釋 放至導(dǎo)流管2下沿口時，集氣腔1內(nèi)的液體液面升至淹沒導(dǎo)流管2的下端口，氣壓與液體壓力 達到新的平衡，柔性活動釋放腔5由于下定位定型圈7重力大于浮力漸漸落下，復(fù)位，開始下 一個空氣聚集-釋放的周期。
[0035] 根據(jù)我們的實驗結(jié)果，適用于本發(fā)明的聚能氣體攬拌裝置參數(shù)如下：導(dǎo)流管2的直 徑為25mm-50mm，可W控制從導(dǎo)流管2釋放的氣泡直徑介于25mm-200mm，氣泡小于厘米級別 時攬拌強度較低，氣泡太大會在上升的過程中分散成多個較小氣泡，影響效果。當(dāng)采用剛性 活動釋放腔3時，導(dǎo)流管2高度大于剛性活動釋放腔3的高度，為活動釋放腔3提供足夠的上 浮空間，避免由于活動空間不足，造成氣源浪費。當(dāng)采用柔性活動釋放腔5時，可W縮短導(dǎo)流 管2的高度，同時減小裝置高度，更加節(jié)省空間。但導(dǎo)流管2與活動釋放腔的總高度小于集氣 腔1，避免氣體從集氣腔底部溢出?；顒俞尫徘?下端垂直投影面積是導(dǎo)流管2垂直投影面積 的2-10倍，高度為20mm-150mm。既能使活動釋放腔3沿導(dǎo)流管2外圍上下自由移動，且不會由 于兩者投影面積相差太大而導(dǎo)致氣泡破裂分散。集氣腔1的垂直投影面積為活動釋放腔3垂 直投影面積的2-20倍。集氣腔1垂直投影面積太小時，氣量不夠形成扁磨茹形和圓環(huán)形氣 泡;集氣腔1垂直投影面積太大時，會形成降低攬拌效能的連續(xù)氣泡，導(dǎo)致氣體能量的浪費。
[0036] 該方法設(shè)及的計算如下：
[0037]
[0038] 通過控制集氣腔1投影面積，活動釋放腔3的投影面積和高度可W調(diào)節(jié)氣泡大小， 通過調(diào)節(jié)氣管4的進氣流量可W調(diào)整氣泡生成頻率。
[0039] 實施例1
[0040] 在煤礦開采中作為超高水充填材料漿體配制的攬拌裝置。
[0041] 目前煤礦開采中用超高水充填材料配制的漿體，在進入充填區(qū)前進行混合，均難 達到最佳的混合效果，采用本發(fā)明的能量聚集氣體攬拌器裝置作為攬拌裝置，使用方便，攬 拌效果好，能耗低。
[0042] 實施例2
[0043] 在紙質(zhì)產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，作為紙漿的攬拌裝置。
[0044] 紙質(zhì)產(chǎn)品在制作過程中，會利用廢舊紙板制成紙漿液，然后通過模具掛漿，吸漿， 壓制，形成各種造型的紙質(zhì)產(chǎn)品，但在制備紙漿液的過程中，由于紙質(zhì)纖維會不斷沉降，需 要不斷攬拌，保持漿液的各部分濃度均勻。常規(guī)的攬拌方式會由于紙質(zhì)纖維的特殊性，破壞 攬拌設(shè)備，或無法長時間正常工作。如單純使用氣體在底部曝氣實現(xiàn)攬拌，氣體剪切力小， 擾動效果差，且會耗費大量氣體。在該過程中采用本發(fā)明的聚能氣體攬拌器作為攬拌裝置， 利用大氣泡實現(xiàn)漿液的高效攬拌，且大氣泡在液體中上升時產(chǎn)生的滿流與水力素流會帶動 紙質(zhì)纖維上下翻滾，實現(xiàn)均勻攬拌，保證紙質(zhì)產(chǎn)品的均勻性。
[0045] 實施例3
[0046] 將聚能氣體攬拌裝置用于水處理系統(tǒng)中缺氧池和厭氧池中懸浮填料的攬拌與清 洗。
[0047] 在生化缺氧池和厭氧池中，有很多系統(tǒng)中采用懸浮填料。通常采用潛水機械攬拌 器作為攬拌和填料表面更新與清理陳舊的生物膜的設(shè)備。但由于潛水機械攬拌器會葉片直 接接觸填料，很易使填料發(fā)生破壞，攬拌器也容易發(fā)生故障。采用空氣攬拌方式，由于穿孔 管或中微孔曝氣器都因為攬拌氣量低時動力不夠，無法實現(xiàn)有效攬拌作用，氣量大時又會 送入太多的氧氣而破壞厭氧和缺氧環(huán)境，因此一直缺乏有效的攬拌裝置。在缺氧池和厭氧 池底部安裝聚能氣體攬拌器裝置，有效地實現(xiàn)了缺氧池和厭氧池的填料攬拌和清理，并且 運個系統(tǒng)連續(xù)實現(xiàn)了3個月無故障運行。在L XWXH=SmX 3mX 2m的兩座共96立方米的缺氧 池中，分別采用潛水?dāng)埌杵?，穿孔管空氣攬拌，和本發(fā)明的聚能氣體攬拌裝置進行對比實 驗，在達到相同攬拌效果時，潛水?dāng)埌杵餍枰β?KW的設(shè)備4臺，穿孔管空氣攬拌耗氣量為 ISOOm3A,本發(fā)明的聚能氣體攬拌裝置耗氣量為llOOmVh。將單位面積工作區(qū)域耗費功率進 行換算結(jié)果如下：
[004引
[0049]實際運行結(jié)果證明本發(fā)明的聚能氣體攬拌裝置與潛水機械攬拌器相比節(jié)省了設(shè) 備成本費用，與穿孔管空氣攬拌相比節(jié)省了39%的氣量，因此本發(fā)明的聚能氣體攬拌裝置 可有效而節(jié)能地用于水處理系統(tǒng)的缺氧池和厭氧池的填料攬拌和表面清理。
[00加]實施例4
[0051 ]在超濾凈水器中作為膜絲清洗裝置。
[0052] 商用超濾凈水器多用在連鎖餐飲店中，由于每日用水量大，膜絲污染嚴重，需要頻 繁清洗，人工拆卸清洗費事費力，目前市場上使用的自動反洗系統(tǒng)，利用正沖洗或反沖洗的 方式對凈水器進行清洗，由于對超濾膜絲表面的清洗完全由水流帶來的表面剪切力來實 現(xiàn)，水力小，力度低，清洗效能有限。采用聚能氣體攬拌裝置可W實現(xiàn)自動控制對超濾凈水 器的高效清洗。本發(fā)明的攬拌清洗裝置在商用凈水器現(xiàn)場進行了應(yīng)用實驗。每晚該系統(tǒng)自 動運行5分鐘，生成的大氣泡穿過中空纖維過濾膜，利用氣水?dāng)垊幽そz，使膜表面得到清洗， 然后將濁水從凈水器底部排出。實驗中只需要1.2Nm3A的空氣流量，每天只需要0.1 Nm3A的 空氣量便可完成清洗。
[0053] W上所述是本發(fā)明的基本原理，主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。對于本行業(yè)的普通技 術(shù)人員來說，本發(fā)明不受上述實施例的限制，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可做出若干 改進和變型。運些改進和變型也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1. 能量聚集氣體攪拌器裝置，其特征在于:包括集氣腔、氣管、導(dǎo)流管和活動釋放腔;集 氣腔上端封閉，下端開口，導(dǎo)流管穿過集氣腔頂部，氣管通入集氣腔;活動釋放腔套裝在導(dǎo) 流管的下端，但不固定，能在導(dǎo)流管外上下移動，導(dǎo)流管下端外徑大于活動釋放腔上端內(nèi) 徑； 活動釋放腔能在導(dǎo)流管管口與集氣腔上端之間上下移動，活動釋放腔下端截面積大于 導(dǎo)流管截面積;活動釋放腔是剛性材料制備的腔體，或者是包括上定位定型圈和下定位定 型圈，中間連接材料是柔性材料的柔性活動釋放腔； 氣管在集氣腔內(nèi)，靠近但不接觸集氣腔的頂部;或者氣管在集氣腔的底部，但必須將氣 管管口安排在活動釋放腔管口之外。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:導(dǎo)流管的直徑為20mm-150mm。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:活動釋放腔下端截面積是導(dǎo)流管截面積的 2-10倍。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:集氣腔的截面積為活動釋放腔截面積的2-20倍。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:導(dǎo)流管和活動釋放腔的高度之和小于集氣 腔的高度。6. 應(yīng)用如權(quán)利要求1-5任意一項所述裝置的方法，其特征在于：工作時，隨著從氣管中 均勻流入的氣體在集氣腔頂部的聚集，持續(xù)地將集氣腔中的液位不斷向下推移，直至氣體 壓迫液位下降至低過活動釋放腔的底部，使被壓縮的氣體泄入活動釋放腔內(nèi)部，并沿著導(dǎo) 流管上升進入液體中；當(dāng)集氣腔內(nèi)的空氣泄入活動釋放腔中時，流入的氣流托起活動釋放 腔，使更多的空氣通過導(dǎo)流管釋放出去，直至集氣腔內(nèi)的液體液面推升至淹沒導(dǎo)流管的下 端口時，活動釋放腔漸漸落下，復(fù)位，開始下一個空氣聚集-釋放的周期； 當(dāng)氣體將集氣腔中的液位不斷向下推移，直至低過柔性活動釋放腔的底部時，氣體涌 入柔性活動釋放腔內(nèi)，下定位定型圈會被氣流托起，柔性活動釋放腔主體變形，更多氣體涌 入；當(dāng)集氣腔內(nèi)氣體釋放至導(dǎo)流管下沿口時，集氣腔內(nèi)的液體液面升至淹沒導(dǎo)流管的下端 口，氣壓與液體壓力達到新的平衡，柔性活動釋放腔由于下定位定型圈重力大于浮力落下， 復(fù)位，開始下一個空氣聚集-釋放的周期。
【文檔編號】B01F3/08GK105903396SQ201610335000
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年5月19日
【發(fā)明人】王麗莉
【申請人】王麗莉