[发明专利]一种微纳米泡发生装置及生成微纳米泡的方法

说明书

本发明公开了一种微纳米泡发生装置及生成微纳米泡的方法，加压水通过流体喷射管的喷口形成高速射流，依靠水边界层与气体间的粘滞作用，将气体从进气管带入前喉管，气液相间碰撞产生剪切力，在发泡管中气体被压缩形成微米级气泡；含微米级气泡的气液两相流从发泡管进入导流片，形成切向旋流进入回旋压缩管，部分尺寸较大的微气泡撞击到导流片破灭，混合流体在回旋压缩管内沿管壁的螺旋槽高速回旋压缩，切割形成微纳米泡；再经过后喉管进入扩散管，含微纳米泡的混合流体进行二次切割形成尺寸更小的微纳米泡出流释放。流体通过高紊流的射流、旋流、切割与压缩过程，形成了尺寸小、比表面积大、动量大以及携氧能力强的高活性微纳米泡。

技术领域

本发明涉及矿物浮选和污水气浮处理领域，具体涉及一种微纳米泡发生装置及生成微纳米泡的方法。

背景技术

通常将尺寸为1～50μm气泡称为微米泡，尺寸在1μm以下气泡称为纳米泡，两者统称为微纳米泡。微纳米泡具有独特物理化学特性，如相同尺寸下微纳米泡具有更大表面积，在介质中停留时间长，携氧能力强，气液传质率高、界面点位高、活性更高以及能自发产生自由基等。

微纳米泡制造技术是指将气体以微米或纳米级气泡的状态快速分散在水体中，微纳米泡制造方式主要为加压溶气法、电解析出法以及超声空化法。文献报道了采用200μm的金属微纤维编制成的网状电极在水中电解得到了平均尺寸为777nm的微纳米泡；对自吸式射流器装置进行改进，在管路中间设一个小球体，将气体从球后管壁上微孔吸人，在管中受高速水流剪切作用形成微纳米泡；使用离心多相泵和针形阀通过水力空化法在高速率下制造平均直径为150～200nm的微纳米气泡。

发明内容

本发明的目的是提供一种微纳米泡发生装置，可以制造尺寸细小且分散均匀的微纳米泡。

本发明的另一目的是提供由上述微纳米泡发生装置生成微纳米泡的方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种微纳米泡发生装置，包括顺次连通的前喉管、发泡管、回旋压缩管、后喉管及扩散管，所述前喉管的进口端与气液混合室连通，所述气液混合室上设有进气管及流体喷射管，所述流体喷射管与所述进气管垂直设置，所述流体喷射管的轴线与所述发泡管的轴线重合，在所述发泡管的末端管壁内固定有导流片，所述的导流片为中心对称的分布均匀的至少三片扇叶形构件；在所述回旋压缩管内设有相同直径的螺旋槽，螺旋槽直径在2～4mm，

所述气液混合室呈圆柱圆锥形，所述发泡管呈圆柱形，所述气液混合室的圆柱段直径大于所述发泡管的直径，所述回旋压缩管和所述扩散管的纵截面均呈锥形，回旋压缩管的收缩角α在11°～14°之间，扩散管的扩散角β在50°～60°之间。

优选的，所述流体喷射管的喷口为锥角γ在15°～20°之间的锥形喷口。

优选的，相邻的所述扇叶形构件间角度θ在30°～60°之间。

优选的，所述前喉管、发泡管、回旋压缩管、后喉管及扩散管的纵向长度比为1：5～6：5～6：1：1。

优选的，所述流体喷射管的喷口锥形段的长度与所述气液混合室的整体长度相同，引射流体进入前喉管。

本发明还提供利用上述微纳米泡发生装置生成微纳米泡的方法，包括以下步骤：

加压水通过流体喷射管的喷口形成高速射流，从而在气液混合室内形成负压，将空气由进气管吸入，依靠水边界层与气体间的粘滞作用，将气体从进气管带入前喉管，水流在前喉管处由于管体横截面的缩小导致压力能逐渐向动能转化，流速加快，气液两相在前喉管形成了强烈的紊动能，在发泡管中湍流将气体剪切、撕裂、掺混形成大量微米级气泡；

含微米级气泡的气液两相流从发泡管进入导流片，形成切向旋流进入回旋压缩管，部分尺寸较大的微气泡撞击到导流片破灭，混合流体在回旋压缩管内沿管壁的螺旋槽高速回旋压缩，并通过气液相间碰撞产生的剪切力进行切割，形成微纳米泡；