CN104772055A - 一种微气泡生成装置及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微气泡生成装置及其应用。该微气泡生成装置包括依次连通的一输入管道、一文丘里管和一输出管道；输入管道、文丘里管和输出管道在同一条直线上；文丘里管包括依次连通的一收缩段、一喉段和一扩张段；喉段的外管壁上环设有一通气环，通气环为一空心柱状密封腔体，空心柱状密封腔体的柱体上设有一气体入口；喉段的管壁上贯设有一组沿文丘里管的轴心呈对称分布的通气孔，该组通气孔所形成的截面与文丘里管的轴线相垂直，该组通气孔位于空心柱状密封腔体内。该装置不仅能将气体均匀地通入液体内，使液体内产生微气泡，而且通气量、气泡大小和数量可以通过装置的结构调整进行有效控制。
Description
技术领域
本发明涉及一种微气泡生成装置及其应用。
背景技术
核能已日益成为当今世界的主要能源，在能源消耗中所占的比例越来越大。但在利用核能的同时，也伴随产生了大量的放射性物质，会严重危害人类的生存。在液态核反应堆冷却剂中含有大量的氪、氙和氚等放射性气体，氪、氙很容易引起反应堆的中毒，氚则非常容易通过管道渗透而扩散到环境中。在重水反应堆中也会产生大量的放射性氚，大部分放射性气体溶解在重水中，随冷却剂在回路中循环流动。为了保护环境，防止这些放射性气体的无序扩散，需要将溶解在冷却剂中的气体及时提取出来，进行统一的无害化处理。使用一种管道鼓泡器向冷却剂管道内注入一定量的清洗气体，让气体与冷却剂充分接触，放射性气体由冷却剂向清洗气体中扩散，最终清洗气体携带放射性气体进入尾气处理***。清洗气体的气泡直径越小与冷却剂接触面积越大，越有利于放射性气体在两相间传质扩散。
目前，液体内的气泡生成方法多是使用一根或多根气体管道，将气体通入装有液体的特定容器中，在容器内经过搅拌等混合方式，使气体与液体充分接触，对液体进行清洗(或者液体对气体进行清洗)。此类设备通常结构复杂，体积较大，成本高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中的液体内的气泡生成方法成本高，结构复杂的缺陷，而提供了一种微气泡生成装置及其应用，该装置不仅能将气体均匀地通入液体内，而且通气量、气泡大小和数量可以通过结构调整进行有效控制。
本发明提供了一种微气泡生成装置，所述的微气泡生成装置包括依次连通的一输入管道、一文丘里管和一输出管道；所述输入管道、所述文丘里管和所述输出管道在同一条直线上；所述的文丘里管包括依次连通的一收缩段、一喉段和一扩张段，所述输入管道与所述收缩段相连通，所述扩张段与所述输出管道相连通；所述输入管道和所述输出管道均为等径直管道，所述输入管道的内径与所述收缩段的入口处内径相等，并大于所述喉段的内径，所述扩张段的出口处内径与所述输出管道的内径相等，并大于所述喉段的内径；
所述喉段的外管壁上环设有一通气环，所述通气环为一空心柱状密封腔体，所述空心柱状密封腔体的柱体上设有一气体入口；所述喉段的管壁上贯设有一组沿所述文丘里管的轴心呈对称分布的通气孔，该组通气孔所形成的截面与所述文丘里管的轴线相垂直，该组通气孔位于所述空心柱状密封腔体内，且用于将进入所述气体入口的气体输入所述喉段内。
本发明中，较佳地，所述输入管道的内径、所述收缩段的入口处内径、所述扩张段的出口处内径和所述输出管道的内径相同。
本发明中，所述输入管道的长度、所述输出管道的长度分别较佳地为所述输入管道的内径的1.5～5倍。
本发明中，所述的气体入口较佳地设置于所述喉段的上方，更佳地还垂直于所述文丘里管的安装方向。
本发明中，所述的气体入口的轴线较佳地位于或平行于所述通气孔所形成的截面。
当所述的气体入口的轴线位于所述通气孔所形成的截面时，较佳地，所述的气体入口的正下方不设置通气孔。
本发明中，所述的贯设是指贯通所述喉段的管壁进行设置。
本发明中，所述输入管道、所述文丘里管和所述输出管道的材质可以根据实际工程进行选择，较佳地选用相同材料，例如304不锈钢、316L、Inconel或Hastelloy系列合金材料。
本发明中，所述的文丘里管的收缩段的长度较佳地为所述输入管道的内径的0.8～2倍；所述的文丘里管的扩张段的长度较佳地为所述输入管道的内径的1～8倍；所述的文丘里管的喉段的长度较佳地为所述输入管道的内径的0.8～1.5倍；所述的文丘里管的喉段的内径较佳地为所述输入管道的内径的0.3～0.9倍。
本发明中，所述的通气孔的数量较佳地为1～20个；所述的通气孔的直径较佳地为0.5～5mm。
本发明中，所述的通气环环设于所述喉段的外管壁的方式较佳地为焊接。
本发明还提供了上述微气泡生成装置在制备液态熔盐中的微气泡上的应用。
将所述微气泡生成装置应用于制备液态熔盐中的微气泡时，将所述微气泡生成装置垂直放置，将所述微气泡生成装置的输入管道和输出管道连接到熔盐输送管道上，熔盐输送管道的内径与所述微气泡生成装置的输入管道和输出管道的内径相同，液态熔盐从下至上经所述收缩段进入文丘里管，之后流经所述喉段和所述扩张段，再从所述输出管道流出；同时，一定流量的气体由所述气体入口进入所述通气环，从分布在文丘里管的喉段上的通气孔注入液态熔盐中；最后，被注入的气体随着液态熔盐的流动由所述喉段进入所述扩张段，形成微气泡。
其中，所述通气环与一供气***连接，连接方式较佳地为焊接或螺纹连接，进而可以任意进行进气流量和压力的调节。同时，由于气体经过通气孔进入所述喉段的液态熔盐中，通过改变通气孔的大小和数量可以有效地控制液态熔盐内气泡的大小。通过改变所述喉段与所述输入管道的直径、所述扩张段的长度等参数，可以改变所述微气泡生成装置的径向剪切力的大小，从而调节液体内气泡的大小和调节气液两相的接触面积。
本发明中，由所述的微气泡生成装置生成的微气泡的直径较佳地为0.1mm～5mm；液态熔盐中形成的微气泡的含量较佳地为0.05％～5％，所述百分比为占液态熔盐的体积百分比。
本发明还提供了上述微气泡生成装置在制备气体饱和水溶液上的应用。
其中，所述的气体饱和水溶液中的气体种类与通入所述气体入口的气体种类相同。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明所用试剂和原料均市售可得。
本发明的积极进步效果在于：本发明提供的微气泡生成装置可以直接连接在液态熔盐的输送管道中，占用空间小，结构简单，设备压降较小，发泡效果好。液态熔盐内气泡数量、气泡大小、气液接触面积和体积比都可以通过改变微气泡生成装置的结构进行准确控制。
附图说明
图1是本发明的实施例1的微气泡生成装置的剖视图。
图2是本发明的实施例1的微气泡生成装置沿A-A面的剖视图。
图3是采用光学相机拍摄的本发明的实施例2形成的微气泡的照片。
图4是采用光学相机拍摄的本发明的实施例3形成的微气泡的照片。
图5是采用光学相机拍摄的本发明的实施例4形成的微气泡的照片。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
实施例1
如图1和图2所示，本实施例提供的微气泡生成装置包括依次连通的一输入管道1、一文丘里管2和一输出管道3；输入管道1、文丘里管2和输出管道3在同一条直线上；文丘里管2包括依次连通的一收缩段201、一喉段202和一扩张段203，输入管道1与收缩段201相连通，扩张段203与输出管道3相连通；输入管道1和输出管道3均为等径直管道，输入管道1的内径、收缩段201的入口处内径、扩张段203的出口处内径和输出管道3的内径相同，并大于喉段202的内径。喉段202的外管壁上环设有一通气环4，通气环4为一空心柱状密封腔体，该空心柱状密封腔体的柱体上设有一气体入口5；喉段202的管壁上贯设有一组沿文丘里管2的轴心呈对称分布的通气孔6，该组通气孔6所形成的截面与文丘里管2的轴线相垂直，该组通气孔6位于空心柱状密封腔体内，且用于将进入气体入口5的气体输入喉段202内。
其中，输入管道1的长度、输出管道3的长度均为输入管道1的内径的3倍。气体入口5设置于喉段202的上方，并垂直于文丘里管2的安装方向。气体入口5的轴线位于通气孔6形成的截面上，且气体入口5的正下方不设置通气孔6。输入管道1、文丘里管2和输出管道3的材质均为304不锈钢材料。
其中，文丘里管2的收缩段201的长度为输入管道1的内径的1.5倍；文丘里管2的扩张段203的长度为输入管道1的内径的4倍；文丘里管2的喉段202的长度为输入管道1的内径的1.2倍；文丘里管2的喉段202的内径为输入管道1的内径的0.6倍。
将该微气泡生成装置应用于制备液态熔盐中的微气泡时，将微气泡生成装置垂直放置，将输入管道1和输出管道3连接到熔盐输送管道上，熔盐输送管道的内径与微气泡生成装置的输入管道1和输出管道3的内径相同，液态熔盐从下至上经收缩段201进入文丘里管2，之后流经喉段202和扩张段203，再从输出管道3流出；同时，一定流量的气体由气体入口5进入通气环4，从分布在文丘里管2的喉段202上的通气孔6注入液态熔盐中；最后，被注入的气体随着液态熔盐的流动由喉段202进入扩张段203，形成微气泡。并且，通气环4与一供气***连接，进而可以任意进行进气流量和压力的调节。
实施例2
本实施例采用实施例1提供的微气泡生成装置来制备液态熔盐中的微气泡，其中熔盐输送管道、微气泡生成装置的输入管道1和输出管道3的内径均为50mm，液态熔盐的流量为20m3/h，通气孔6的数量为10个，通气孔6的直径为1mm，液态熔盐中形成的微气泡的体积百分含量为1％～5％，可以得到在液态熔盐中正态分布的平均直径在0.5mm～3mm的微气泡，如图3所示，直径为0.5mm～3mm的微气泡占总微气泡数的80％以上。
实施例3
本实施例采用实施例1提供的微气泡生成装置来制备液态熔盐中的微气泡，其中熔盐输送管道、微气泡生成装置的输入管道1和输出管道3的内径均为50mm，液态熔盐的流量为20m3/h，通气孔6的数量为8个，通气孔6的直径为1mm，液态熔盐中形成的微气泡的体积百分含量为0.2％～2％，可以得到在液态熔盐中正态分布的平均直径为0.1mm～1mm的微气泡，如图4所示，直径为0.1mm～1mm的微气泡占总微气泡数的90％以上。
实施例4
本实施例采用实施例1提供的微气泡生成装置来制备液态熔盐中的微气泡，其中熔盐输送管道、微气泡生成装置的输入管道1和输出管道3的内径均为50mm，液态熔盐的流量为20m3/h，通气孔6的数量为4个，通气孔6的直径为1mm，液态熔盐中形成的微气泡的体积百分含量为0.1％～1％，可以得到在液态熔盐中正态分布的平均直径在0.1mm～1mm的微气泡，如图5所示，直径为0.1mm～1mm的微气泡占总微气泡数的90％以上。
实施例5
本实施例的微气泡生成装置的结构同实施例1，不同之处在于：输入管道1的长度、输出管道3的长度均为输入管道1的内径的1.5倍。文丘里管2的收缩段201的长度为输入管道1的内径的0.8倍；文丘里管2的扩张段203的长度为输入管道1的内径的1倍；文丘里管2的喉段202的长度为输入管道1的内径的0.8倍；文丘里管2的喉段202的内径为输入管道1的内径的0.3倍。输入管道1、文丘里管2和输出管道3的材质均为316L材料。
实施例6
本实施例的微气泡生成装置的结构同实施例1，不同之处在于：输入管道1的长度、输出管道3的长度均为输入管道1的内径的5倍。文丘里管2的收缩段201的长度为输入管道1的内径的2倍；文丘里管2的扩张段203的长度为输入管道1的内径的8倍；文丘里管2的喉段202的长度为输入管道1的内径的1.5倍；文丘里管2的喉段202的内径为输入管道1的内径的0.9倍。输入管道1、文丘里管2和输出管道3的材质均为Hastelloy系列合金材料。
Claims (10)
1.一种微气泡生成装置，其特征在于，所述的微气泡生成装置包括依次连通的一输入管道、一文丘里管和一输出管道；所述输入管道、所述文丘里管和所述输出管道在同一条直线上；所述的文丘里管包括依次连通的一收缩段、一喉段和一扩张段，所述输入管道与所述收缩段相连通，所述扩张段与所述输出管道相连通；所述输入管道和所述输出管道均为等径直管道，所述输入管道的内径与所述收缩段的入口处内径相等，并大于所述喉段的内径，所述扩张段的出口处内径与所述输出管道的内径相等，并大于所述喉段的内径；
所述喉段的外管壁上环设有一通气环，所述通气环为一空心柱状密封腔体，所述空心柱状密封腔体的柱体上设有一气体入口；所述喉段的管壁上贯设有一组沿所述文丘里管的轴心呈对称分布的通气孔，该组通气孔所形成的截面与所述文丘里管的轴线相垂直，该组通气孔位于所述空心柱状密封腔体内，且用于将进入所述气体入口的气体输入所述喉段内。
2.如权利要求1所述的微气泡生成装置，其特征在于，所述输入管道的内径、所述收缩段的入口处内径、所述扩张段的出口处内径和所述输出管道的内径相同；和/或，所述输入管道的长度、所述输出管道的长度分别为所述输入管道的内径的1.5～5倍；和/或，所述的气体入口设置于所述喉段的上方。
3.如权利要求2所述的微气泡生成装置，其特征在于，所述的气体入口还垂直于所述文丘里管的安装方向。
4.如权利要求3所述的微气泡生成装置，其特征在于，所述的气体入口的轴线位于或平行于所述通气孔所形成的截面；当所述的气体入口的轴线位于所述通气孔所形成的截面上时，所述的气体入口的正下方不设置通气孔。
5.如权利要求1所述的微气泡生成装置，其特征在于，所述的文丘里管的收缩段的长度为所述输入管道的内径的0.8～2倍；和/或，所述的文丘里管的扩张段的长度为所述输入管道的内径的1～8倍；和/或，所述的文丘里管的喉段的长度为所述输入管道的内径的0.8～1.5倍；和/或，所述的文丘里管的喉段的内径为所述输入管道的内径的0.3～0.9倍；和/或，所述的通气孔的数量为1～20个；和/或，所述的通气孔的直径为0.5～5mm。
6.如权利要求1～5任一项所述的微气泡生成装置在制备液态熔盐中的微气泡上的应用。
7.如权利要求6所述的应用，其特征在于，将所述微气泡生成装置应用于制备液态熔盐中的微气泡时，将所述微气泡生成装置垂直放置，将所述微气泡生成装置的输入管道和输出管道连接到熔盐输送管道上，熔盐输送管道的内径与所述微气泡生成装置的输入管道和输出管道的内径相同，液态熔盐从下至上经所述收缩段进入文丘里管，之后流经所述喉段和所述扩张段，再从所述输出管道流出；同时，气体由所述气体入口进入所述通气环，从分布在文丘里管的喉段上的通气孔注入液态熔盐中；最后，被注入的气体随着液态熔盐的流动由所述喉段进入所述扩张段，形成微气泡。
8.如权利要求7所述的应用，其特征在于，由所述的微气泡生成装置生成的微气泡的直径为0.1mm～5mm；和/或，液态熔盐中形成的微气泡的含量为0.05％～5％，所述百分比为占液态熔盐的体积百分比。
9.如权利要求1～5任一项所述的微气泡生成装置在制备气体饱和水溶液上的应用。
10.如权利要求9所述的应用，其特征在于，所述的气体饱和水溶液中的气体种类与通入所述气体入口的气体种类相同。
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