установка для газонасыщения воды и диспергатор для нее

Формула изобретения

1. Установка для газонасыщения воды, содержащая компрессор, к выходу которого подключена система подготовки газа, соединенная с входом блока генерации газовой смеси, к выходу которого подключены последовательно соединенные газовод и газоразводящие трубы с установленными на них дросселями, к каждому из которых подключен вход соответствующего размещенного в нижней части контактного бассейна диспергирующего модуля, отличающаяся тем, что диспергирующий модуль содержит газораспределительный коллектор, к каждому из по крайней мере двух выходов которого через последовательно соединенные регулируемый дроссель и обратный клапан подключен вход соответствующего диспергатора, причем вход газораспределительного коллектора является входом диспергирующего модуля.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что отношение суммарной площади диспергирующих элементов, входящих в состав диспергирующего модуля, к общей площади диспергирующего модуля, на которой они равномерно распределены, не превышает значения 0,75.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что дроссели, установленные на газоразводящих трубах, выполнены с возможностью их регулировки.

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что по крайней мере в одном из диспергирующих модулей размер пор диспергаторов увеличивается по мере удаления указанных диспергаторов от центра диспергирующего модуля.

5. Диспергатор, содержащий герметично соединенные входной штуцер, корпус и диспергирующий элемент, отличающийся тем, что диспергирующий элемент выполнен в виде пластины из пористого стекла.

6. Диспергатор по п.5, отличающийся тем, что он выполнен с применением фильтровальной воронки, имеющей фильтрующий элемент в виде пластины из пористого стекла.

7. Диспергатор по п.5, отличающийся тем, что поверхность внутренних пор диспергщего элемента гидрофобна.

8. Диспергатор по п.5, отличающийся тем, что он выполнен с введением в него турбулизатора газовой фазы.

Описание изобретения к патенту

Предложенная установка относится к технике обработки воды окислением, например, с помощью озонирования. Она может быть использована, в частности, для обеззараживания, осветления и дезодорирования питьевой воды в системах водоснабжения городов и других населенных пунктов.

Известен аналог предложенного - установка, реализующая способ озонирования воды [1] (RU 2114790 C1, С 02 F 1/78, 10.07.1998), содержащая компрессор, к выходу которого подключена система подготовки воздуха, соединенная с входом блока генерации озона, к выходу которого подключены последовательно соединенные воздуховод и воздухоразводящие трубы с установленными на них дросселями, к каждому из которых подключен входной штуцер соответствующего размещенного в нижней части контактного бассейна диспергирующего модуля, что совпадает с существенными признаками предлагаемой установки. Кроме того, известная установка содержит систему разложения избыточного озона.

Недостаток аналога [1] состоит в его повышенной энергоемкости, обусловленной, во-первых, необходимостью производства повышенного количества озона вследствие неоптимального его использования в процессе обработки воды, и, во-вторых, последующим расходом энергии на разложение избыточного озона.

Известен также другой аналог предложенного - Аэрирующее устройство [2] (RU 2134662 Cl, С 02 F 3/20, 08.09.1998), содержащее компрессор, к выходу которого подключена система подачи воздуха, к выходу которой подключен воздуховод и воздухоразводящие трубы с установленными на них дросселями, каждый из которых последовательно соединен с соответствующим размещенным в нижней части контактного бассейна диспергатором, что совпадает с существенными признаками предлагаемой установки. Кроме того, в известном устройстве диспергатор имеет кольцеобразную форму, а дроссель имеет кольцеобразную форму с суммарным проходным сечением заданной величины.

Недостаток указанных технических решений при их применении для диспергирования как воздуха, так и озоно-воздушной смеси в водном массиве состоит в снижении эффективности процессов растворения газа из-за снижения степени диспергирования с использованием диспергаторов традиционного типа. В частности, с применением в известных устройствах диспергаторов из полиэтилена (или нержавстали) - материалов, имеющих плохую смачиваемость, при диспергировании воздуха, как показали проведенные исследования, образуются пузыри повышенного диаметра, которые быстрее всплывают, и время взаимодействия кислорода с водной средой оказывается недостаточным. Кроме того, неравномерность параметров перфорации диспергаторов по их площади, а также их отличие друг от друга создает неравномерность распределения размеров формируемых пузырьков газа, что также снижает эффективность процесса газонасыщения.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является Система аэрации природных и сточных вод [3] (RU N 216706, Int. C1. C 02 F 3/20, 31.10.2000), принятая в качестве прототипа и содержащая компрессор, к выходу которого подключена система подготовки воздуха, соединенная с входом блока генерации газовой смеси, к выходу которого подключены последовательно соединенные газовод и газоразводящие трубы с установленными на них дросселями, к каждому из которых подключен входной штуцер соответствующего диспергирующего модуля, размещенного в нижней части контактного бассейна, что совпадает с существенными признаками предлагаемой установки.

Кроме того, диспергирующий модуль выполнен в виде единого диспергатора, диспергирующий элемент которого выполнен в виде пористой пластины.

В указанном прототипе, кроме того, диспергатор содержит герметично соединенные входной штуцер, корпус и диспергирующий элемент, что совпадает с существенными признаками предлагаемого диспергатора.

При этом диспергирующий элемент в прототипе выполнен многослойным, с размером пор, уменьшающимся к наружной поверхности мембраны, контактирующей с водой. Материал поверхности мембраны выбран гидрофобным - полиэтилен или нержавеющая сталь.

Работа установки-прототипа основана на том, что очищаемая вода подвергается газонасыщению путем барботирования воздуха (при аэрировании) или озоно-воздушной смеси (при озонировании) через водный массив контактного бассейна. При этом воздух (например, для случая озонирования), нагнетаемый компрессором, поступает в систему подготовки воздуха, где происходит, например, осушение и/или охлаждение воздуха перед подачей его в блок генерации озона, где формируется озоно-воздушная смесь. Далее озонсодержащий (или кислородсодержащий, т.е. воздух) газ через газоразводящие трубы подается на размещенные в нижней части контактного бассейна диспергирующие модули - устройства диспергирования газовой смеси с заданным номинальным расходом. В прототипе их роль исполняют одиночные диспергаторы. Расход воздуха через каждый диспергатор выравнивается соответствующим дроссельным элементом, установленным между газоразводящей трубой и диспергатором.

При этом следует отметить, что при конструировании контактного бассейна предусмотрено определенное число газоразводящих труб и, соответственно, определенное число диспергирующих модулей или эквивалентных им в прототипе - диспергаторов. При этом на каждый диспергатор приходится вполне определенная нагрузка по расходу газа, например 6 м³/ч. Для обеспечения такой пропускной способности в прототипе приходится применять мембраны большого диаметра, причем неравномерное распределение свойств по поверхности мембраны сопровождается вполне определенными недостатками. Действительно, диспергирующий (рабочий) элемент - пористая мембрана прототипа имеет сравнительно большие размеры. Диаметр мембран, применяемых на практике, лежит в диапазоне от 190 до 330 мм. Вместе с тем, неравномерность распределения размеров пор по поверхности диспергирующего элемента, как известно, пропорциональна его площади. Разброс диаметров пор в таких мембранах может оказать заметное влияние на параметры диспергирования газа в водный массив. При большой технологически обусловленной неравномерности размеров пор оказывается, что воздух проходит через отверстия большего диаметра, что, соответственно, приводит к формированию пузырьков большего размера, чем необходимо для выполнения расчетных норм процесса озонирования.

Этим объясняется недопустимо высокий проскок озона в известной установке, что является причиной неэффективного использования озона при озонировании водного массива в известной установке. Указанный недостаток приводит к повышенному расходу энергии при использовании известной установки. Понятно, что необходимость производства избыточного количества озона из-за его неэффективного использования в водном массиве сопряжена с дополнительными затратами энергии.

Кроме указанных, есть еще ряд особенностей работы известной установки. Дело в том, что диспергирующий элемент диспергирующего модуля, имеющий, как уже отмечалось, довольно крупные размеры, создает сконцентрированный вдоль центральной вертикали диспергирующего модуля объем газожидкостной смеси, инициирующий эффект аэрлифта, который переводит водный массив контактного бассейна из режима вытеснения в режим перемешивания. Последний существенно уступает первому по эффективности процессов массообмена, что снижает эффективность работы установки в целом (по энергетическим, экономическим, экологическим и др. показателям).

Прототип-диспергатор [3] имеет в качестве диспергирующего элемента многослойную мембрану. Ее первый (внутренний) слой, расположенный со стороны подачи газа, имеет более грубые поры. Второй (внешний) слой, расположенный со стороны контакта с водным массивом, имеет более мелкие поры. Прототип-диспергатор [3] работает следующим образом. Воздух, проходя через первый слой мембраны, очищается от пыли и окалины. Второй слой формирует пузырьки своими мелкими порами. Однако проведенные исследования показали, что выполнение внешнего слоя мембраны из материала с большим углом смачивания приводит к формированию пузырей повышенного размера. Последние имеют повышенную скорость всплытия и пониженное время массообмена с жидкой средой. Это снижает эффективность системы газонасыщения, приводит к необходимости увеличивать расход энергии, газа для обеспечения заданных режимов проводимых процессов (достаточно высокой концентрации озона в воде и достаточно низкой концентрации - в отработанной газовой смеси), повышает стоимость процесса газонасыщения, повышает габариты реакторных установок. Кроме того, как уже отмечалось, при работе озонаторной установки контролируется концентрация озона в отработанной газовой смеси, т.к. увеличение "проскока" озона снижает экологические характеристики установки. Нарушение экологических норм в технологическом процессе озонирования приводит к дальнейшему повышению энергозатрат, связанному с затратами на производство избыточного озона и его последующую деструкцию. При этом, очевидно, снижается и надежность оборудования, вместе с тем повышается его стоимость.

Кроме того, обеспечение малого размера пузырьков при плохой смачиваемости поверхности диспергатора требует уменьшения размеров пор внешнего слоя мембраны. Это приводит к более высоким потерям давления на ней (из-за повышения переходного затухания), что увеличивает затраты энергии на барботирование. Вместе с этим происходит более быстрое засорение мембраны, как частицами пыли и окалины, поступающими с нагнетаемым в диспергатор газом, так и осадком, выпадающим из воды, особенно в периоды перерывов в подаче газа (процесс заиливания). Это также приводит к вышеотмеченным недостаткам работы известного устройства.

Итак, недостаток установки-прототипа [3] состоит в ухудшении следующих характеристик:

- энергоемкости;

- экологичности;

- надежности;

- стоимости;

- вероятности перехода к режиму перемешивания;

- эффективности массообмена жидкости и газа;

- габаритов.

Недостаток диспергатора-прототипа [3] состоит в ухудшении следующих характеристик: переходного затухания; затрат энергии; стойкости к заиливанию; эффективности массообмена жидкости и газа.

Соответственно, требуемый при реализации установки технический результат состоит в повышении экологичности и надежности установки, увеличении в ней эффективности массообмена жидкости и газа, а также в снижении ее энергоемкости, стоимости и габаритов.

Требуемый при реализации диспергатора технический результат состоит в повышении стойкости диспергатора к заиливанию, в увеличении обеспечиваемой им эффективности массообмена жидкости и газа, а также в снижении переходного затухания диспергатора и затрат энергии при его использовании.

Список чертежей:

Фиг.1 - схема предлагаемой установки по п.1 формулы.

Фиг.2 - схема предлагаемого диспергатора по п.5 формулы.

Фиг.3 - схема предлагаемой установки по п.6 формулы.

Фиг.4 - схема предлагаемого диспергатора по п.8 формулы.

На фиг.1-4 использованы следующие условные обозначения составных элементов: 1 - компрессор; 2 - система подготовки газа; 3 - блок генерации газовой смеси; 4 - газовод; 5 - газоразводящие трубы; 6 - дроссель; 7 - диспергирующий модуль; 8 - контактный бассейн; 9 - газораспределительный коллектор; 10 - дроссель диспергирующего модуля; 11 - обратный клапан; 12 - диспергатор; 13 - штуцер диспергатора; 14 - корпус диспергатора; 15 - диспергирующий элемент; 16 - турбулизатор газа.

На фиг.1 представлена схема предлагаемой установки по п.1 формулы.

На фиг. 2 представлена схема предлагаемого диспергатора по п.5 формулы, где показано, что диспергатор выполнен в виде герметично соединенных входного штуцера, корпуса и диспергирующего элемента, у которого внешняя поверхность, контактирующая с жидкой фазой (водой), гидрофильна, например пластины из пористого стекла.

На фиг. 3 представлена схема предлагаемого диспергатора по п.6 формулы, где показано, что диспергатор выполнен в виде стеклянной воронки 14, имеющей диспергирующий (фильтрующий) элемент 15 в виде пластины из пористого стекла.

На фиг. 4 представлена схема предлагаемого диспергатора по п.8 формулы, где показано, что диспергатор 12 выполнен с введением в него турбулизатора 16 газа (газовой фазы), выполненного, например, в виде пластмассового шарика.

Недостатки установки-прототипа устраняются в предлагаемой установке, которая представлена на схеме фиг.1 и содержит: компрессор 1, к выходу которого подключена система подготовки воздуха 2, соединенная с входом блока генерации газовой смеси 3, к выходу которого подключены последовательно соединенные газовод 4 и газоразводящие трубы 5 с установленными на них дросселями 6, к каждому из которых подключен вход соответствующего диспергирующего модуля 7, размещенного в нижней части контактного бассейна 8, что совпадает с существенными признаками прототипа.

Кроме того, диспергирующий модуль 7 содержит газораспределительный коллектор 9, к каждому из выходов которого через последовательно соединенные регулируемый дроссель 10 диспергирующего модуля 7 и обратный клапан 11 подключен вход соответствующего диспергатора 12, причем вход газораспределительного коллектора 9 является входом диспергирующего модуля 7.

Кроме того, отношение суммарной площади диспергаторов 12, входящих в состав диспергирующего модуля 7, к общей площади диспергирующего модуля 7, на которой они равномерно распределены, не превышает значения 0,75.

Кроме того, дроссели 6, установленные на газоразводящих трубах, выполнены с возможностью их регулировки.

Кроме того, по крайней мере, в одном из диспергирующих модулей 7 размер пор диспергаторов 12 увеличивается по мере удаления указанных диспергаторов 12 от центра диспергирующего модуля 7.

Недостатки диспергатора-прототипа устраняются в предлагаемом диспергаторе, представленном на фиг.2 и содержащем герметично соединенные входной штуцер 13, корпус 14 и диспергирующий элемент 15, что совпадает с существенными признаками прототипа.

Кроме того, диспергирующий элемент 15 диспергатора 12 выполнен с гидрофильной внешней поверхностью.

Кроме того, диспергатор 12 выполнен с применением фильтровальной воронки, фильтрующий элемент которой в виде пластины из пористого стекла выполняет роль диспергирующего элемента 15.

Кроме того, поверхность границ внутренних пор пористой пластины диспергирующего элемента гидрофобна.

Кроме того, диспергатор выполнен с введением в него турбулизатора газовой фазы.

Итак, рассмотрим работу предлагаемой установки, выполненной по схеме фиг.1 и работающей, например, в режиме озонирования.

Работа предлагаемой установки основана на том, что подлежащая озонированию вода контактного бассейна подвергается озонированию путем барботирования озоно-воздушной смеси через водный массив контактного бассейна. При этом воздух, нагнетаемый компрессором 1, поступает в систему подготовки воздуха 2, где происходит, например, осушение и/или охлаждение воздуха перед подачей его в блок генерации озона 3, где формируется озоно-воздушная смесь. Далее озонсодержащий газ подается на размещенные у дна контактного бассейна 8 диспергирующие модули 7.

Диспергирующий модуль 7, как показано на фиг.1, содержит газораспределительный коллектор 9, имеющий один вход, являющийся входом диспергирующего модуля 7, и n выходов. На вход коллектора 9 подается под определенным давлением газовая смесь (например, озоно-воздушная), а к каждому из его выходов подключена цепочка из последовательно соединенных регулируемого дросселя 10 и обратного клапана 11. Выход указанной цепочки соединен с входным штуцером 13 соответствующего диспергатора 12. Поясним, что диспергатор - приспособление для диспергирования воздуха в водную среду, оформленное в виде конструктивно самостоятельного узла. Рабочая поверхность диспергатора 12 создается, например, пористой пластиной 15, закрепленной в корпусе 14 диспергатора 12 и называемой диспергирующим элементом (фиг.2).

Итак, газ под необходимым давлением поступает на диспергирующие модули 7, содержащие, по крайней мере, два диспергатора 12, которые барботируют этот газ сквозь толщу водного массива контактного бассейна 8, обеспечивая его растворение в водном массиве.

При этом диспергирующие элементы 15 диспергаторов 12 равномерно распределены на площади диспергирующего модуля 7, и их суммарная площадь выбирается меньше, чем общая площадь диспергирующего модуля, например не превышает значения 0,75 общей площади. Это способствует уменьшению газосодержания в водном массиве, делает режим барботирования по типу вытеснения более устойчивым.

Кроме того, дроссели 6, установленные на газоразводящих трубах, выполнены с возможностью их регулировки, что позволяет выравнивать расход газа через различные диспергирующие модули 7. Это позволяет выравнивать переходное затухание различных диспергирующих модулей 7 и избежать неравномерности расхода газа через разные диспергирующие модули 7, неизбежной в силу разброса технологических параметров изделий в пределах изготовленной серии.

Вместе с тем, увеличение размера пор диспергаторов 12 по мере удаления указанных диспергаторов 12 от центра диспергирующего модуля 7 позволяет сформировать расходящийся поток газожидкостной смеси, уменьшить его газосодержание.

Итак, предложена установка для газонасыщения воды, содержащая компрессор, к выходу которого подключена система подготовки воздуха, соединенная с входом блока генерации газовой смеси, к выходу которого подключены последовательно соединенные газовод и газоразводящие трубы с установленными на них дросселями, к каждому из которых подключен вход соответствующего диспергирующего модуля, размещенного в нижней части контактного бассейна, отличающаяся тем, что диспергирующий модуль содержит газораспределительный коллектор, к каждому из выходов которого через последовательно соединенные регулируемый дроссель и обратный клапан подключен вход соответствующего диспергатора, причем вход газораспределительного коллектора является входом диспергирующего модуля.

Кроме того, отношение суммарной площади диспергирующих элементов, входящих в состав диспергирующего модуля, к общей площади диспергирующего модуля, на которой они равномерно распределены, не превышает значения 0.75.

Кроме того, дроссели, установленные на воздухоразводящих трубах, выполнены с возможностью их регулировки.

Кроме того, по крайней мере, в одном из диспергирующих модулей размер пор диспергаторов увеличивается по мере удаления указанных диспергаторов от центра диспергирующего модуля.

Далее покажем, что именно благодаря существенным отличиям предлагаемой установки обеспечивается требуемый технический результат.

То, что диспергирующий модуль содержит газораспределительный коллектор, к каждому из выходных штуцеров которого через последовательно соединенные регулируемый дроссель 10 и обратный клапан 11 подключен входной штуцер 13 соответствующего диспергатора 12, причем вход газораспределительного коллектора 9 является входом диспергирующего модуля 7, позволяет распределить общий поток газа, поступающий на диспергирующий модуль 7, на несколько диспергаторов 12. При этом наличие регулируемого дросселя 10 позволяет скомпенсировать технологический разброс характеристик диспергаторов 12, входящих в состав одного диспергирующего модуля 7, и выравнять размер пузырей, формируемых ими. Эта возможность регулировки основана на известной зависимости размера пузырей от расхода, который задается в предлагаемой установке регулируемым дросселем 10. При этом размер пузырьков уменьшается, что увеличивает эффективность процессов газонасыщения воды, т.к. с уменьшением размеров пузырька его время всплытия, а значит время контакта с водным массивом увеличивается.

Кроме того, уменьшение размеров пузырьков уменьшает активность процессов перемешивания воды, снижает вредное влияние аэрлифта, что также повышает эффективность процессов массообмена. Одновременно уменьшается проскок озона, что увеличивает экологичность установки, уменьшает требуемый расход озона и устраняет необходимость затрат на его разложение на выходе из установки. Этим улучшаются экономические показатели - уменьшается стоимость эксплуатации установки и ее собственная стоимость, повышается надежность оборудования за счет уменьшения степени контакта с агрессивной средой. Наличие обратного клапана позволяет предотвратить заполнение диспергирующего модуля водой в период его бездействия. Этим уменьшается степень заиливания пористого элемента диспергатора, снижается его переходное затухание, а следовательно, улучшаются экономические показатели работы установки.

То, что отношение суммарной площади диспергирующих элементов, входящих в состав диспергирующего модуля, к общей площади диспергирующего модуля, на которой они равномерно распределены, не превышает значения 0,75, также уменьшает активность аэрлифта, препятствует возникновению процессов перемешивания. Как показали проведенные исследования, при превышении коэффициентом газонаполнения значения 0,3, система газ - жидкость переходит в режим перемешивания, при котором характеристики поглощения озона водой существенно ухудшаются. Таким образом, указанный признак повышает эффективность работы установки, обеспечивает получение вышеуказанного технического результата. То, что дроссели 6, установленные на газоразводящих трубах 5, выполнены с возможностью их регулировки, позволяет использовать диспергаторы 12 с более широким коэффициентом технологического разброса их параметров. При этом на каждый диспергирующий модуль 7 подается такое давление, чтобы выровнять размер пузырьков, формируемый различными диспергирующими модулями 7. Технический результат этого мероприятия аналогичен указанному выше. Кроме того, повышение технологичности изготовления диспергаторов, снижение процента отбраковки позволяет дополнительно снизить стоимость предлагаемой установки.

То, что, по крайней мере, в одном из диспергирующих модулей размер пор диспергаторов увеличивается по мере удаления указанных диспергаторов от центра диспергирующего модуля, позволяет уменьшить концентрацию восходящего потока пузырьков около центральной оси за счет влияния закона Бернулли. Большие размеры пузырьков по краям их восходящего потока создать большие скорости их подъема на периферии восходящего потока пузырьков. Скорость увлекаемой вверх воды там будет выше, а давление меньше. При этом должно происходить увлечение воды в направлении периферийной области меньшего давления, с возникновением горизонтальной компоненты скорости воды. Этим снижается активность аэрлифта (связанного с компонентой скорости потока воды, направленной вертикально вверх) с соответствующим обеспечением вышеуказанного технического результата.

Также предложен диспергатор, содержащий герметично соединенные входной штуцер, корпус и диспергирующий элемент, отличающийся тем, что диспергирующий элемент, выполненный, например, в виде пористой пластины, имеет гидрофильную внешнюю поверхность.

Кроме того, диспергатор выполнен с применением фильтровальной воронки, имеющей фильтрующий элемент в виде пластины из пористого стекла.

Кроме того, поверхность границ внутренних пор пористой пластины диспергатора гидрофобна.

Кроме того, диспергатор выполнен с введением в него турбулизатора газовой фазы.

Далее рассмотрим работу предлагаемого диспергатора, выполненного по схеме фиг.2 и содержащего герметично соединенные входной штуцер 13, корпус 14 и диспергирующий элемент 15, который выполнен, например, в виде пористой пластины с гидрофильной внешней поверхностью.

Работа предлагаемого диспергатора основана на том, что подлежащая растворению газовая смесь подается в штуцер диспергатора 12 и через поры его диспергирующего элемента 15 в виде мелких пузырьков поступает в воду контактного бассейна 8.

В одной из своих модификаций диспергатор 12 выполнен с применением фильтровальной воронки, имеющей фильтрующий элемент, выполняющий функцию диспергирующего элемента, в виде пластины из пористого стекла, что обеспечивает технологичность изготовления диспергатора 12, снижает его стоимость, повышает надежность работы, в том числе, за счет стойкости к агрессивным средам, например к озону.

Причем диспергирующий элемент 15 имеет гидрофобную поверхность внутренних пор пористой пластины, что препятствует просачиванию воды в корпус 14 диспергатора 12, снижает потери давления на этом элементе. Действительно, гидрофобная поверхность внутренних пор пористой пластины за счет сил поверхностного натяжения создает эффект опускания столба жидкости в капилляре. Это уменьшает возможное просачивание воды сквозь поры пластины диспергирующего элемента 15. Этот процесс просачивания воды в диспергаторы 12 потребовал бы создания большего давления газа для продувки диспергатора 12, способного нарушить его работу.

Введение в диспергатор турбулизатора газовой фазы 16 фиг.4 (например, по типу "милицейского свистка") обеспечивает возникновение и поддержание звуковых колебаний (импульсов давления газа) в полости корпуса 14 диспергатора 12, способствуя формированию более мелких пузырей. Указанный эффект подтвержден экспериментально на лабораторной установке ИПРИМ РАН.

Выполнение диспергатора 12 с применением фильтровальной воронки иллюстрируется фиг.3, а введение в диспергатор 12 турбулизатора газовой фазы 16 - фиг.4.

Далее покажем, что именно благодаря существенным отличиям предлагаемого диспергатора обеспечивается требуемый технический результат.

То, что диспергирующий элемент (ДЭ) 15 выполнен в виде пористой пластины, у которой внешняя поверхность, контактирующая с жидкой фазой (водой), гидрофильна, позволяет получить пузырьки меньшего размера.

Действительно, на затопленный пузырек газа, покоящийся у поверхности ДЭ, действуют следующие силы:

- направленная вертикально вверх сила, отрывающая пузырек от поверхности ДЭ - архимедова сила, определяемая выражением

F_apx = V, (1)

где V - объем пузырька, - плотность воды, и

- направленная вертикально вниз составляющая силы поверхностного натяжения F_пов, удерживающая пузырек газа у поверхности ДЭ. Минимальное значение последней вычисляется по формуле

F_пов = Sin. (2)

Действительно, угол между стенкой надуваемого пузырька и плоскостью ДЭ постепенно уменьшается от 180^o (поверхность пузыря лежит в плоскости ДЭ) до минимального значения, ограниченного углом смачиваемости . В момент отрыва пузырька от поверхности ДЭ силы, действующие на него, взаимно уравновешиваются. Приравнивая друг другу выражения (1) и (2), получим выражение для минимального объема оторвавшегося пузырька

V = Sin/. (3)

Достижение этого минимума, очевидно, требует достаточно малого диаметра капилляра, через который выдувается пузырек. При равных же диаметрах капилляров ясно, что более мелкий пузырек способен оторваться от более гидрофильной поверхности ДЭ 15 (с меньшим углом ).

То, что диспергатор выполнен с применением фильтровальной воронки, имеющей фильтрующий элемент, выполняющий роль диспергирующего элемента 15, в виде пластины из пористого стекла, обеспечивает технологичность его изготовления, т.к. применяются серийно выпускаемые изделия массового спроса. Этим снижается стоимость изготовления диспергатора 12, обеспечивается высокая стойкость к различным агрессивным средам, например к озону.

То, что поверхность границ внутренних пор пористой пластины 15 диспергатора 12 гидрофобна, снижает вредное влияние процессов заиливания, т.к. наряду с препятствием проникновению воды в диспергатор 12 во время простоя барботирования (прекращения подачи газа) также уменьшает площадь контакта воды с порами диспергатора 12.

То, что диспергатор 12 выполнен с введением в него турбулизатора газовой фазы, способствует формированию более мелких пузырей, т.к. возбуждаемые в корпусе диспергатора акустические волны стимулируют досрочный отрыв пузырьков от поверхности диспергирующего элемента 15.

Кроме того, уменьшение размера пузырей в предлагаемом диспергаторе позволяет получить пузыри заданного размера при большем размере пор диспергирующего элемента по сравнению с прототипом. Этим уменьшается вероятность заиливания диспергатора, повышается его надежность, экономится энергия на преодоление его переходного затухания, поскольку последнее снижается с ростом размера пор.

Это обеспечивает указанный выше технический результат.

Таким образом, в предлагаемой установке обеспечивается требуемый технический результат - повышается экологичность и надежность установки, в ней увеличивается эффективность массообмена жидкости и газа, а также снижается ее энергоемкость, стоимость и габариты.

При этом в предлагаемом диспергаторе 12 также обеспечивается требуемый технический результат, состоящий в повышении стойкости диспергатора к заиливанию, в увеличении обеспечиваемой им эффективности массообмена жидкости и газа, а также в снижении переходного затухания диспергатора и затрат энергии при его использовании.

Таким образом, показано, что требуемый технический результат, действительно, достигается за счет существенных отличий предлагаемой установки и диспергатора, использованного в ней.

Проведенные эксперименты показали реализуемость обоих предлагаемых объектов изобретения.