171323. lajstromszámú szabadalom • Üzemeljárás és berendezés gázoknak, főként levegőnek folyadékokba vagy zagyokba való bediszpergálására
171323 egységenként átömlő folyadékmennyiség és az áramlási tér alakjának módosításával. A találmányt a továbbiakban egy mechanikus elven működő, állórésszel és forgórésszel ellátott berendezés elemzésével ismertetjük részletesen. Meg kell jegyeznünk, hogy ezeknél a mechanikus elven működő berendezéseknél egyes esetekben a hagyományos értelemben vett valódi állórész beépítése nélkül is jól működő be-r rendezést lehet a találmány szerint kialakítani. Vizsgálatunknál abból indulunk ki, hogyha a berendezés geometriai méretei növekszenek, de geometriai alakja hasonló marad, akkor a berendezés térfogata a lineáris méretváltozások harmadik hatványa szerint fog változni. A berendezésben levő folyadék vagy zagy szabad, a felszíne és az eljáráshoz szükséges bevezetendő levegő mennyisége viszont a lineáris méretváltozások négyzetével arányosan fog változni. A mechanikai alapelven működő berendezéseknél a gázok vagy a levegő diszpergálását végző forgórész kerülete viszont a lineáris méretváltozásokkal egyenesen arányosan változik. Ha a berendezés méretei növekednek, akkor a diszpergáló zónaként működő része a forgórésznek ugyancsak a lineáris méretváltozással egyenesen arányosan, a diszpergáló zóna felülete viszont azok négyzetével arányosan változik. Ennek megfelelően változik a diszpergálandó levegő mennyisége is. Kézenfekvő, hogy a diszpergáló zóna hatékony magassága a hidrosztatikus nyomás függvénye, ami közel független a forgórész méretétől. Ha a forgórész konstrukciója úgy van kialakítva, hogy a bevezethető levegő mennyisége növekszik, és lenyomja a folyadék felszínét a forgórészben, mint például a leírásunknak a technika állásával foglalkozó részében ismertetett Agitair vagy Fágergren típusú berendezéseknél, akkor ezzel automatikusan megnövekszik a diszpergáló felület. A forgórészbe bevezetett levegő nyomása a folyadék alsó felületi nyomásának felel meg. A forgórészbe bevezetett levegő azonban nem egyenletesen lép ki a diszpergáló zóna szabad felületéről, mely a folyadékkal érintkezik. A kilépő levegő elsősorban azokon a felületeken áramlik keresztül, melyeknél a külső nyomás a legkisebb, azaz általában a diszpergáló mechanizmus felső részénél, és csak egy töredéke áramlik át a nagyobb nyomással terhelt alsó felületrészeken. Ha a gáz és a folyadék közötti szabad érintkezési felület a diszpergáló zónában a konstrukcióval van meghatározva, mint például a Denver típusú berendezéseknél a kialakuló áramlási kép megegyezik a fentiekkel. A forgórészből kilépő levegő az érintkezési felületek mentén megkeresi a legkisebb külső nyomással terhelt helyeket és ezzel a bevezetett levegő mennyiségének növelésekor a már említett túlterhelési jelenség elsősorban ezeken a helyeken jelentkezik. Annak a ténynek, hogy a diszpergáló zóna hatékony magassága az ismert berendezéstípusoknál nem növekszik meg automatikusan a berendezés és a diszpergáló mechanizmus méretnövekedésének hatására, az is bizonyságul szolgál, hogy ilyen esetekben a berendezés konstrukcióját jelentős mértékben módosítani kell. A találmány szerinti üzemeljárásban, melynél a mozgásban tartott folyadék dinamikus nyomását használjuk ki, egy olyan jelenség áll elő, hogy ez a dinamikus nyomás kiegyenlíti a diszpergáló felület mentén a hidrosztatikai nyomás változásait. Ennek eredményeképpen a különböző mélységekben eltérő hidrosztatikus nyomásértékek ellenére a diszpergáló felület egésze a mélységtől függetlenül egyenlő értékű külső nyomással lesz terhelve. így egy olyan állapotot érünk el, melynél a berendezésbe bevezetett levegő a teljes felületen egyenletesen megosztva van átáramoltatva, anélkül, hogy túlnyomó többsége a diszpergáló felület valamely szűk részén lépjen ki. 5 Az ezzel a meggondolással kapott hatékony diszpergáló felület területe tekintélyes mértékben meghaladja az ismert berendezések hasonló paramétereit, úgy; hogy a nagyméretű berendezésekhez szükséges nagy légmennyiségeket is tökéletes minőséggel lehet egyszerűen diszper-10 gálni. A tökéletes minőségű diszpergálás alatt finom buborékok képzését értjük. A fenti elv alapján kidolgozott diszpergáló mechanizmusnál — szemben a korábban ismertekkel—a diszpergáló felület a lineáris méretek négyzetével arányosan növekszik, melynek eredményekép-15 pen a gázok vagy a levegő diszpergálása még igen nagy méretű cellákban is sikeresen végezhető el, továbbá a diszpergáló mechanizmus felépítése és alakja a mechanizmus méretétől független lehet. A találmány szerinti üzemeljárás előnyeként kell 20 megemlíteni azt is, hogy a gáz, illetve a levegő diszperziója a diszpergáló felület teljes felülete mentén azonos feltételek között folyik le. Ilyen feltételek között a diszperzió jellegét és energiaigényét optimális értékre lehet beállítani. Az energiamegtakarítás révén az ismert be-25 rendezésekkel szemben jelentős előnyöket lehet kimutatni. Az energiamegtakarítás lehetősége kisebb méretű berendezéseknél is fennáll. A találmány szerint felhasznált dinamikus nyomásra példaként megemlítjük a centrifugális erő révén elő-30 állított, az áramló folyadék sebességével indikált vákuum hatását, például egy Venturi csőben egy áramló közegbe helyezett testen eredő, például Torloponti nyomást, vagy általában az e test felülete menti nyomásmegoszlást stb. 35 A továbbiakban egy egyszerűsített matematikai modell segítségével vizsgáljuk a centrifugális erővel ébresztett nyomással kapcsolatos jelenségéket. Körkörösen áramló folyadékból válasszunk ki egy folyadékgyűrűt, melynek belső sugara legyen r, vastagsága dr. A folyadék 40 szögsebessége legyen w. A nyomásváltozás a gyűrűben radiális irányban a következő egyenlettel írható fel: dpd = pco 2 rdr A forgórész felületétől az állórész felületéig, azaz r; >rs 45 a nyomásváltozás pedig: 50 55 60 Pct s oo2 r dr (1) Tegyük fel, hogy p értéke konstans, míg co a mélység és a sugár függvényében változik a következő formula szerint: u> —w(z) • f Behelyettesítéssel kapjuk a pd =pcü 2 (z) Mi r dr (2) összefüggést. A kifejezés mértékegysége [L]2 . Az egyenletet dimenzió nélküli formába is át lehet alakítani, ha mindkét 65 oldalát átosszuk, például az rc • s kifejezéssel, melyben 3
