[發明專利]用于氣液混合的切割器及大氣液比氣液混合輸送裝置

在審

• 申請號: 201510971547.0
• 申請日: 2015-12-22
• 公開（公告）號: CN105582834A
• 公開（公告）日: 2016-05-18
• 發明（設計）人: 蔣建忠;楊傳芳;程坤
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: B01F7/08
• 分類號: B01F7/08;B01F15/02;B01F3/04
• 代理公司: 無錫市大為專利商標事務所(普通合伙) 32104
• 代理人: 殷紅梅;劉海

技術領域

本發明涉及一種用于氣液混合的切割器及大氣液比氣液混合輸送裝置，尤其是一種基于氣液體微納米切割細化技術的切割器和大體積氣液比（5:1－10:1）的氣液混合輸送裝置。

背景技術

在石油、化工、環保行業，在液體中均勻加入氣體混合輸送是一種及其常見的物理手段和工藝，如污水處理中采用氣液混合泵加氣增氧，在氣液混合泵吸入口可以利用負壓作用吸入氣體，高速旋轉的泵葉輪將液體與氣體混合攪拌，在泵內的加壓混合，氣體與液體充分溶解，溶解效率可達80~100%。所以無需大型加壓溶氣罐或昂貴的反應塔即可制取高度溶解液。氣液比約為1:9(吸氣量為8-10%)。氣液混合泵只能實現小氣液比(吸氣量為8-10%)加氣混合輸送。

食品工業中常用文丘里管加殺菌。文丘里管加氣法采用負壓加氣法，通過一定壓力、流速水流流過水管文丘里縮口段產生負壓，將臭氧吸入水中。這種加氣法測定臭氧溶解率為15－20mg/L。采用空氣做被動流體，水為主動流體時，氣液能夠均勻混合輸送時氣液比最高可達為0.6:1－1:1。

另一種常用的氣液混合裝置為靜態混合器，靜態混合器是一種先進的單元設備，和攪拌器不同的是，它的內部沒有運動部件，主要運用流體流動和內部單元實現各種流全的混合以及結構特殊的設計合理性。靜態混合器的工作原理，就是讓流體在管線中流動沖擊各種類型板元件,增加流體層流運動的速度梯度或形成湍流,層流時是“分割-位置移動-重新匯合”，湍流時，流體除上述三種情況外，還會在斷面方向產生劇烈的渦流，有很強的剪切力作用于流體，使流體進一步分割混合，最終混合形成所需要的混合液。試驗證明，氣液靜態混合器的均勻加氣的氣液比小于文丘里管加氣法。

水經過微納米化細化成后小分子團水，熱傳導系數高于未經微納米細化的自然水，而且活化性很強，具有強滲透力、強溶解力和強擴散力。微納米氧氣泡具有與一般氣泡不同的理化特性，如：高內壓、高表面能、高界面活性等。納米氧氣泡的表面積能有效增大，如1mm的大氣泡分散成100nm微氣泡，表面積增大10000倍，氣泡的表面能也從0.1卡增大到5-10卡。根據楊-拉普拉斯法則，氣泡表面張力與氣泡直徑大小成反比，與氣泡內壓成正比。表面張力增大，氣泡不斷收縮，同時內壓也隨之增大，即所謂出現自我加壓現象。一旦收縮的氣泡內壓與表面張力失去平衡，納米氣泡最后大約在4000個大氣壓的壓力下破裂，氣泡破裂后活性氣體分子的自由熱運動增強，可以隨時加入到水分子共價鍵中形成溶解氣，氣體即完全溶解于水液中，這樣就實現了大氣液比超飽和溶氣。

目前市場上已經有了一些氣、液態材料微納米化的相關設備，但基本都采用能量消耗巨大的動力旋轉切割機械實現。目前國內外實現氣液微納米化的技術主要有電解、微孔膜和超高壓磁化等技術。電解法制造成本高，能耗大，只適用于小規模生產。超高壓磁化法的原理是水經過磁場處理后，改變水分子的徑向分布函數和分子內能從而破壞氫鍵。最終改變水分子的團簇結構。高壓磁化技術通磁處理能使水的吸光度、滲透壓明顯升高，水分子團簇斷裂成了較小的分子團簇甚至是單個水分子。小分子水滲透性和溶解性都顯著增大，然后將氧氣經高壓壓水中，增加水中溶氧濃度。這種方法工藝成本高，水中的氧氣微細氣泡不穩定，不適合大規模工業生產。微孔膜法是采用聚四氟乙烯等微孔膜毛細管吸收式增氧，通過彌散的原理將氧氣均勻溶入水中。純凈水在膜內通過，在膜外施加氧氣。微孔膜法具有無氣泡，無揮發，氧的利用率高、溶解氧具有良好的穩定性的優勢。但該技術工藝復雜，設備昂貴，制造成本高。微孔膜維護困難，容易堵塞，使用壽命短。同樣不適合大規模工業生產。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術中存在的不足，提供一種用于氣液混合的切割器，實現氣體和水的微納米量級的切割細化和混合，消耗能量極少，設備成本低，可以獲得低成本、大產量的微納米量級的小分子水和氣泡。

本發明還提供一種大氣液比氣液混合輸送裝置，保證氣體順利散逸到水中，加氣效率高，切割細化均勻，可以實現大體積氣液比（5:1－10:1）的氣液混合輸送。

按照本發明提供的技術方案，一種用于氣液微納米化切割細化和混合的切割器，特征是：包括切割管，切割管中心設置芯軸，芯軸的進水端設置導水錐，在芯軸上設置若干片依次疊加的切割片，切割片上具有一個或多個葉片，切割片沿芯軸長度方向依次疊加形成由芯片長度方向布置的一條或多條螺旋形，并且相鄰兩個切割片的葉片錯開一定距離，在螺旋形的側面形成階梯狀切割刃口；所述螺旋形采用變螺距，進水端的螺距大于出水端的螺距，螺距由進水端向出水端逐漸減小。