FI84339C - Oxidations-, skumbildnings- och/eller separationscell. - Google Patents

Description

84339

Hapetus-, vaahdotus- ja/tai luokittelukenno Oxidations-, skumbildnings- och/eller separationscell 5 Keksinnön kohteena on hapetus-, vaahdotus- ja/tai luokittelukenno, joka on varustettu turpiinipyörällä ja joka sisältää nestettä, jonka kennon turpiinipyörä on kiinnitetty akseliin, jonka akselin välityksellä tur-piinipyörä on pyöritettävissä, jossa 10 kennon turpiinipyörää pyörittävä akseli on ontto ja/tai rei'illä varustettu, ja jossa kaasu/ilma on syötettävissä yläkautta kennoon kaasu-/ilmavirtauksena akselin kautta.

15 Käytännössä esiintyy monia tilanteita, joissa öljyä tai rasvaa joutuu käsittelyvesiin: pesujen, huuhteluiden ja roiskeiden yhteydessä sekä muissa nesteen ja rasvaisen pinnan välisissä kontakteissa ja myös suoranaisten päästöjen puitteissa. Joissain tapauksissa rasva/öljy jää 20 erittäin hienojakoiseksi emulsioksi nesteen, esim. veden sekaan. Tällöin sen poistaminen suoraan ominaispainoerotteluun perustuen on työläs ja hidas prosessi. Erotusprosessissa käytetäänkin usein tiiviitä suodattimia, joiden erotuskyky on sellainen, että nesteen seassa öl-- . jyn/rasvan lisäksi olevat muut epäpuhtaudet helposti tukkivat suodat- 25 timen. Tällöin erotusprosessi voi tulla hitaaksi, vaatia suuria suoda-tinpintoja ja edellyttää suodattimen välipuhdistuksia.

Prosessiteollisuudessa ja myös monissa jäteveden käsittelylaitoksissa on tarve saada hapetettua nesteessä olevia ioneja tai radikaaleja, 30 jotta ne saadaan saostumaan tai reagoimaan edelleen kemiallisesti. Jätevesien käsittelylaitoksissa on tarve saada veteen happea, koska vesien epäpuhtaudet synnyttävät happivajausta sekoittuessaan järvi-, joki- tai merivesiin. Tästä johtuen jätevedet pyritään käsittelemään ennen niiden laskemista luontoon ilmastuksen avulla, jolla pienennetään 35 jäteveden happivajausta. Tällaista jäteveden ilmastusta käytetään mm. paperiteollisuuden biologisissa jätevedenpuhdistamoissa. Tällaisissa laitoksissa käytetään suuria potkureita, jotka vellovat vettä aiheuttaen samalla pisaroitumista ja veden sekoittumista ilman kanssa, jolloin 2 84339 ilman happea liukenee veteen, mikä näin pienentää jäteveden hapenkulutusta vastaanottavassa vesistössä. Samalla vedestä sakkautetaan haitta-komponentteja lisäämällä sopivia kemikaaleja. Esitettyjen laitteisto-ratkaisujen investoinnit ovat mahtavia ja lisäksi käytetyn energian 5 hyötysuhde jää heikoksi.

Tekniikan tason osalta viitataan FI-patenttihakemusjulkaisuun 854673, US-patenttijulkaisuun 4,265,739, DE-patenttijulkaisuun 30 08 250 ja FR-patenttijulkaisuun 1 345 910. FI-hakemusjulkaisussa 854678 on esitetty 10 hapetus-, pelkistys- ja vaahdotuskenno, joka käsittää sekoittaja-astiat ja juoksupyörän. FR-patenttijulkaisussa 1 345 910 on esitetty menetelmä ja laite malmien erottamiseksi vaahdottamalla pystysuoran vaahdotusjär-jestelmän avulla. DE-patenttijulkaisun 30 08 250 mukaisessa ratkaisussa sekoitin-vaahdotuskennoksi imu juoksupyörään tulee alapuolelta ja il-15 manotto juoksupyörään ei käsitä ohjaus- tai säätöjärjestelyjä. US-pa-tenttijulkaisussa 4,265,739 on esitetty ratkaisu vaahdotuslaitteeksi ja sen komponenteiksi. Tässä tunnetussa ratkaisussa vaahto virtaa ulos yhdessä nesteen kanssa, jolloin erottelua puhtaan veden ja vaahdon välillä ei tapahdu.

20

Keksinnön tarkoituksena on saada aikaan ratkaisu edellä esitettyihin ongelmiin. Keksinnön tarkoituksena on myös luoda sellainen laite, jolla on mahdollista toteuttaa vaahdotus, hapetus ja luokittelu tarvittaessa.

25 Keksinnön mukaiselle laitteelle on pääasiallisesti tunnusomaista, että että kennon turpiinipyörän akselin ympärille on muodostettu sisäkkäinen putkirakenne, joka käsittää välimatkan päähän turpiinipyörästä ulottuvan syöttöputken, syöttöputken alareunasta ylöspäin aukeavan rengas-kauluksen ja syöttöputken ulkopuolella olevan, samankeskeisen ulosvir-30 tausputken, joka ulottuu rengaskauluksen sisälle siten, että ulosvir-tausputken alapää on rengaskauluksen yläreunan alapuolella, ja että turpiinipyörään on yläkautta syötettävissä nestettä sinänsä tunnetun altaasta/säiliöstä tulevan kiertovirtauksen lisäksi käsiteltävän 35 nesteen syöttövirtauksena kennon ulkopuolelta syöttöputken kautta.

il 3 84339

Keksinnön mukaisen laitteen muita edullisia tunnuspiirteitä on esitetty patenttivaatimuksissa 2-9.

Keksinnön mukaisen laitteen turpiiniin syöttö tulee ylhäältäpäin ja 5 muodostaa osan turpiinin imumäärästä. Turpiinissa kaasu/ilma sekoittuu syöttöön muodostaen nesteeseen disperssin kaasu-/nestefaasin, ja osa tästä dispersiosta kiertää uudestaan turpiiniin.

Keksinnön mukaisessa laitteessa turpiinin sisään imetty syöttö ja kaasu 10 virtaavat turpiinin ulkokehältä vaakasuoraan ulos turpiinipyörän kehällä olevien reikien ja turpiinipyörän ulkopuolella olevan rei'itetyn staattisen vanteen läpi, jolloin neste sekä siinä olevat kiintoaine-hiukkaset sekä neste- ja kaasuosat (-pallot) sinkoutuvat keskipakoisvoiman vaikutuksesta altaassa tms. olevaan nesteeseen, jossa tämän 15 jälkeen gravitaation ja kaasun nostovaikutuksesta tapahtuu jako ja erottelu.

Keksinnön mukaisessa laitteessa syöttöputken ympärillä on samankeskei-nen putkirengas, jonka putkirenkaan ja syöttöputken muodostamasta ren-20 gasvälitilasta pääsee syöttöä vastaava nestemäärä virtaamaan ulos.

Virtausulosotto on sijoitettu siten, ettei kaasulla dispergoitua nestettä pääse imeytymään ulosottoaukkoon, koska syöttöputken alapäässä sopivan matkan päässä turpiinista on rengaskehä ohjaamassa kaasusi-sältöisen nestedispersion riittävän kauas poistoimuaukosta, mikä aihe-25 uttaa samalla poistovirtauksen johdosta tapahtuvan virtauksen rengas-kehässä alaspäin niin hitaaksi, että kaasukuplat ja niiden kanssa ag-glomeroituneet kiinteät sopivan kokoiset kiintoainehiukkaset/pallot .... (rasva-öljypallot) eivät seuraa ulosvirtaavaa nestettä.

30 Syöttöputkeen on johdettavissa kaasusyöttö, joka painaa syöttöputkessa olevan nesteen alaspäin aiheuttaen syöttöputken ulkopuolella olevan nestepinnan nousun. Tämä vuorostaan johtaa nesteen pinnalla olevan vaahdon/öljyn/rasvan sysäyksen kaltaiseen poistumiseen/ ulosvirtaami-seen reaktiosäiliöstä omana ulosottonaan. Näin ollen ei tarvita eril-35 listä vaahdonkerääjää. Samalla on mahdollista puhaltaa syöttöputki puhtaaksi siellä mahdollisesti olevista roskista ja vastaavasta.

4 84339

Keksinnön mukaisen turpiinipyörän pyörimisnopeus on valittavissa sovelluskohteen mukaan. Normaaleissa käyttöolosuhteissa pyörimisnopeus valitaan siten, että turpiinipyörän kehänopeus ylittää 3 m/s, sopivimmin 5 alueelta 5-12 m/s.

Keksinnön mukaista laiteratkaisua käytettäessä ohjataan kaasua tur-piinipyörään samalla kun rasvaa/öljyä sisältävä neste virtaa turpiinin läpi. Tällöin kaasu/ilma tarttuu rasvaan/öljyyn joko sellaisenaan tai 10 lisättäessä sopivia kemikaaleja. Tästä johtuen kaasulla agglomeroidut osaset nousevat pintaan ja keräytyvät sinne. Tämä koskee myös vaahdotettavissa olevia, sopivan kevyitä tms. kiintoainehiukkasia. Tällaista prosessia kutsutaan vaahdottamiseksi.

15 Keksinnön mukaisessa ratkaisussa kaasu/ilma sekoittuu nestepinnan alla disperssiksi faasiksi, ts. saadaan aikaan erittäin hienoja kaasukuplia, jolloin koskettava ts. reagoiva pinta nesteen ja kaasun välillä tulee erittäin suureksi, mikä lisää voimakkaasti hapen liukenemista veteen ja lisää näin ollen myös käytetyn energian hyötysuhdetta.

20

Keksinnön mukainen laite on jatkuvatoiminen ja sillä on mahdollista vaahdottaa mineraaleja kaivosteollisuudessa, hapettaa nesteessä olevia ioneja tai emäs-/happoradikaaleja sekä erottaa nesteeseen liukenemattomia neste-/kiintoainekomponentteja turpiiniin ohjatulla/tulevalla 25 kaasulla/ilmalla, jonka turpiini sekoittaa disperssiksi faasiksi turpiinin läpi virranneen nesteen sekaan siten, että kaasu-/ilmakuplat tarttuvat neste-/kiintoaineosasiin ja nostavat ne nesteen pintaan poistettavaksi kerrokseksi.

30 Seuraavassa keksinnön mukaista laitetta selostetaan yksityiskohtaisemmin viitaten oheisen piirustuksen kuvioihin, joihin keksintöä ei kuitenkaan ole tarkoitus mitenkään ahtaasti rajoittaa.

Kuvio 1 esittää keksinnön mukaista laitetta kaaviollisena leikkaus-35 kuvantona sivultapäin katsottuna.

5 84339

Kuvio 2 esittää kaaviollista leikkausta II-II kuviosta 1.

Kuvio 3 esittää keksinnön raukaisen laitteen erästä toista suoritusmuotoa kaaviollisena leikkauskuvantona sivultapäin katsottuna.

5

Keksinnön mukaisen laitteen turpiinipyörä käsittää pohjalevyn 2 ja siihen liittyvät sen yläpuolella olevat siivet 3, joiden ulkopäissä, kiinnitettynä pohjalevyyn 2 on vanne 4, jossa on reikiä 5. Turpiinipyörä on liitetty kiinni reiälliseen akseliin 1, joka on laakeroi-10 tu 18 moottoriin 17 kiinnitettyyn pukkiin. Kuvion esittämässä ratkaisussa pyöritys tapahtuu kiilahihnavedolla, mutta myös muut ratkaisut ovat sopivia. Akselin 1 ontto pää on tässä muodossa vapaa, mutta akselia 1 pitkin virtaava kaasusyöttö a voidaan ohjata akseliin myös akselin 1 seinämässä olevia reikiä hyväksikäyttäen erillisen sisäänottoren-15 kaan kautta - ylipaineisenakin, mikäli turpiinipyöritys tulee aksiaalisessa suunnassa.

Turbiinipyörä on auki, ts. imu pyörään pääsee sisään yläkautta virtauksina e ja c, joista c on syötön aiheuttama virtaus sisäänsyöttöputken 20 15 kautta syöttöputkeen 9b, jonka alareunasta aukeaa ylöspäin rengas- kaulus 9a ja 9c. Turpiinipyörän ympärillä on ylhäältäpäin keksinnön mukaisen laitteen tässä sovellutusesimerkissä neljällä tukisauvalla 8 tuettu staattinen rengas 6 ja 6a, jossa on turpiinipyörän vanteen 4 reikien 5 kanssa samassa tasossa tai lähellä samaa tasoa olevia reikiä 25 7, joiden kautta nesteen ja kaasun seosvirtaus d pääsee läpi samoin kuin mahdollisesti raskaammat kiintoainevirtaukset i. Turpiinipyörän siivet 3 ovat keksinnön tässä suoritusmuodossa lähellä säteettäistä asemaa ja kohtisuoraan tai lähes kohtisuoraan vaakatasossa pyörivään pohjalevyyn 2 nähden. Tällöin helposti aikaansaadaan sopivan suuri 30 pyörimisnopeus, jotta siipien takapuolelle syntyy kavitaatioilmiö, jolloin kaasuvirtaus a imeytyy virtauksena b siipien taakse ja siten sekoittuu turpiinipyörään tulevaan epäpuhtauksia sisältävään nesteeseen, ts. virtauksiin e ja c.

35 Nesteessä olevan syöttöputken 9b ulkopuolella on samankeskeisesti ulos-virtausputki 10 ulottuen rengaskauluksen 9a ja 9c sisälle siten, että 6 84339 ulosvirtausputken 10 alapää on rengaskauluksen 9c yläreunan alapuolella. Tällöin syötön määrää vastaava nestevirtaus virtaa virtauksena f rengaskauluksen 9c reunan yli ja painuu alaspäin ulosvirtausputken 10 alapään alakautta ulosvirtaukseen (sisäänsyöttö- 9b ja ulosvirtausput-5 ken 10 välitilan kautta) virtauksena f ulospäästöaukkoon 11. Rengas-kauluksen 9c ja ulosvirtausputken 10 välinen tila ja virtauspoikkipin-ta-ala valitaan sellaiseksi, että virtaus f tulee hitaammaksi kuin kaasukuplien nousunopeus nesteessä, joten kaasudisperssiä ei tule ulosvirtauksen f mukaan. Kaasukuplat ja mahdolliset kevyet partikkelit, 10 öljy ja rasva, nousevat nesteen pinnalle ja muodostavat siihen kerroksen H, jonka noustessa poistuu riittävästi vaahtoa sitä varten valitun aukon 12 kautta virtauksena g.

Ulospäästöaukot 11 ja 12 ohjataan nestesäiliön seinän 19 läpi tai kar-15 tioerotussäiliössä seinämän I läpi (kuvio 3) tai halutulla tavalla. Syöttöputken 9b päällä on kansi 13, johon tulee syöttöletku/-putki 15 ja jonka läpi reiällinen/ontto turpiiniakseli 1 tiivistyksineen 14 menee. Siiman kannen 13 läpi tulee myös kaasuputki kolmitieventtiilei-neen 16, joka säätelee kaasu-/ilmavirtausta h siten, että kaasun vir-20 ratessa syöttöputken 9b sisälle siinä oleva nestepinta painuu määrän K syöttöputken alareunaan saakka. Syrjäytetty nestemäärä aiheuttaa syöttöputken ulkopuolella olevan nestepinnan nousun, mikä johtaa ylimääräiseen, voimistuneeseen vaahdon ulosvirtaukseen g samalla kun ylimääräinen kuplailma aiheuttaa voimakasta vaahdon kuorintaa. Syöttöputkessa 9b 25 oleva neste ja sen rinnalla kelluva kiintoaine poistuvat samalla syöt-töputkesta.

Kuvion 3 mukaisessa keksinnön suoritusmuodossa on esitetty miten tur-piinipyörästä ulostuleva raskaampien komponenttien virtaus i suuntautuu 30 alaspäin ja kartiopohjaisessa reaktiokennossa muodostaa raskaampien komponenttien sisältämän kartiomaisen keilan 20, joka on poistettavissa kartion osan II kärjessä olevan sinänsä tunnetun laitteen III kautta, joka laite III voi olla esim. pumppu, sulkulaite tai vastaava poisto-elin.

35 7 84339

Keksinnön mukaisella laitteella on mahdollista vaahdottaa, hapettaa, kaasukäsiteliä sekä luokitella kiintoainehiukkasia sisältäviä nesteitä, toisiinsa sekoittumattomia nestekomponentteja sekä erottaa toisistaan että poistaa kiintoaineita ja dispergoituneita hiukkasia nesteestä 5 kaasudispergoinnilla. Rakenteeltaan laite on yksinkertainen ja se on sijoitettavissa joko vapaisiin nestetiloihin useita kappaleita kukin erilleen tai soveltamalla yksittäissovellutuksia erilliseen kartiopoh-jaiseen säiliöön kuvion 3 mukaisesti. Teknisesti turpiinipyörä ja sen laakerointi ovat sijoitettavissa syvälle nesteeseen erillistä putkea 10 myöten, samoin kuin uppopumppu, jolloin joudutaan kuitenkin huolehtimaan hapettavan kaasun paineisesta syötöstä.

Turbiinipyörästä ulosvirtaavan nestevirran nopeuden rajana on staattisen ulkokehän 6 reikien 7 yhteispinta-ala, jonka tulee olla yhtä suuri 15 tai suurempi kuin turpiinin reikien 5 yhteispinta-ala. Sopivimmin ulkokehän 6 reikien 7 yhteispinta-alan suhde turpiinin reikien 5 yhteispinta-alaan on 1,2-1,5.

Keksinnön mukaisella laitteella on mahdollista estää pyörivän neste-20 virtauksen kiintoaine- ja kaasudispersioiden i ja d pääsy tai häirintä alakartioon päin joko kokonaan tai haluttuun määrään saakka. Tästä johtuen turpiinipyörän imu on ylhäältäpäin, jolloin saadaan kierto-virtaus e, koska syöttövirtaus c on pienempi kuin turpiinipyörän imu.

On selvää, että kaasuvirtaus a on säädettävissä tarpeen mukaan.

25

Edellä esitetty suoritusmuoto on periaatteellinen ja vastaavasta ajatuksesta voidaan tehdä useitakin muunnelmia, kuten esim. jättää staattinen rengas 6 reikineen 7 pois nesteen pyörimiseksi säiliössä I,II paremman keskipakoisreaktion aikaansaamiseksi joko luokittelun tai 30 dispersiovaahdon johtamiseksi ulospäin tehokkaammin turpiinipyörästä, mutta joiden toimintaidean kuuluessaan esitetyn mukaiseen ratkaisuun voidaan katsoa kuuluvan keksinnön piiriin.

Seuraavassa esitetään patenttivaatimukset, joiden määrittelemän kek-35 sinnöllisen ajatuksen puitteissa ovat monet muunnelmat ja muutokset mahdollisia.

Claims (9)

1. Hapetus-, vaahdotus- ja/tai luokittelukenno, joka on varustettu turpiinipyörällä ja joka sisältää nestettä, jonka kennon turpiinipyörä 5 on kiinnitetty akseliin (1), jonka akselin (1) välityksellä turpiini-pyörä on pyöritettävissä, jossa kennon turpiinipyörää pyörittävä akseli (1) on ontto ja/tai rei'illä varustettu, ja jossa 10 kaasu/ilma on syötettävissä yläkautta kennoon kaasu-/ilmavirtauksena (a) akselin (1) kautta, tunnettu siitä, että kennon turpiinipyörän akselin (1) ympärille on muodostettu sisäk-15 käinen putkirakenne (9a,9b,9c,10), joka käsittää välimatkan päähän turpiinipyörästä ulottuvan syöttöputken (9b), syöttöputken (9b) alareunasta ylöspäin aukeavan rengaskauluksen (9a,9c) ja syöttöputken (9b) ulkopuolella olevan, samankeskeisen ulosvirtausputken (10), joka ulottuu rengaskauluksen (9a,9c) sisälle siten, että ulosvirtausputken (10) 20 alapää on rengaskauluksen (9a,9c) yläreunan alapuolella, ja että turpiinipyörään on yläkautta syötettävissä nestettä sinänsä tunnetun altaasta/säiliöstä tulevan kiertovirtauksen (e) lisäksi käsiteltä-: vän nesteen syöttövirtauksena (c) kennon ulkopuolelta syöttöputken (9b) 25 kautta.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kenno, tunnettu siitä, että kennon rengaskauluksen (9a,9c) ja ulosvirtausputken (10) välinen tila ja virtauspoikkipinta-ala on valittavissa siten, että puhdistetun nes- 30 teen poistovirtaus (f) on hitaampi kuin nesteen pinnalle kerrokseksi (H) nouseva kaasunesteseosvirtaus, jolloin poistovirtaus (f) ei sisällä kaasudisperssiä.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen kenno, tunnettu siitä, 35 että kennon syöttöputkeen (9b) on syötettävissä syöttöputken (15) ja venttiilin (16) kautta kaasua lisäkaasuvirtauksena (h), jolloin neste- 9 84339 pinta syöttöputkessa on laskettavissa määrän (K) syöttöputken alareunaan, jolloin kennon nestepintaan aikaansaadaan nousu, jolloin vaahdon ulosvirtaus (g) voimistuu.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen kenno, tunnettu siitä, että kennoon tuleva nesteen syöttövirtaus (c) on pienempi kuin turpiinipyörän pyörimisen aiheuttama imuvirtaus.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen kenno, tunnettu 10 siitä, että turpiinipyörän kehänopeus on yli 3 m/s, sopivimmin alueelta 5-12 m/s.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen kenno, tunnettu siitä, että turpiinipyörän ympärille on sijoitettu rei'illä (5) varus- 15 tettu vanne (4).

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen kenno, tunnettu siitä, että tukisauvojen (8) avulla turpiinipyörän ympärille on tuettu rengas (6,6a), jossa olevien reikien (7) yhteispinta-alan suhde van- 20 teen (4) reikien yhteispinta-alaan on 1,2-1,5.

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukainen kenno, tunnettu siitä, että kenno on sijoitettavissa itsenäisesti säiliöön (kuvio 3) tai vapaisiin nestetiloihin useampia kappaleita kukin erilleen. 25

8 84339

9. Jonkin patenttivaatimuksen 1-8 mukainen kenno, tunnettu siitä, että kenno on sijoitettavissa säiliöön (kuvio 3), joka sisältää kartiomaisen osan (II), jolloin kiintoainevirtaus (i) muodostaa kiinto-ainepartikkeleista keilan (20) kartiomaisen osan (II) kärkeen, joka 30 keila (20) on poistettavissa sinänsä tunnetun laitteen (III) kautta, joka laite (III) voi olla pumppu, sulkulaite tai vastaava poistoelin. ίο 84 339