[发明专利]用于气液混合的切割器及大气液比气液混合输送装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于气液混合的切割器及大气液比气液混合输送装置，尤其是一种基于气液体微纳米切割细化技术的切割器和大体积气液比（5:1－10:1）的气液混合输送装置。

背景技术

在石油、化工、环保行业，在液体中均匀加入气体混合输送是一种及其常见的物理手段和工艺，如污水处理中采用气液混合泵加气增氧，在气液混合泵吸入口可以利用负压作用吸入气体，高速旋转的泵叶轮将液体与气体混合搅拌，在泵内的加压混合，气体与液体充分溶解，溶解效率可达80~100%。所以无需大型加压溶气罐或昂贵的反应塔即可制取高度溶解液。气液比约为1:9(吸气量为8-10%)。气液混合泵只能实现小气液比(吸气量为8-10%)加气混合输送。

食品工业中常用文丘里管加杀菌。文丘里管加气法采用负压加气法，通过一定压力、流速水流流过水管文丘里缩口段产生负压，将臭氧吸入水中。这种加气法测定臭氧溶解率为15－20mg/L。采用空气做被动流体，水为主动流体时，气液能够均匀混合输送时气液比最高可达为0.6:1－1:1。

另一种常用的气液混合装置为静态混合器，静态混合器是一种先进的单元设备，和搅拌器不同的是，它的内部没有运动部件，主要运用流体流动和内部单元实现各种流全的混合以及结构特殊的设计合理性。静态混合器的工作原理，就是让流体在管线中流动冲击各种类型板元件,增加流体层流运动的速度梯度或形成湍流,层流时是“分割-位置移动-重新汇合”，湍流时，流体除上述三种情况外，还会在断面方向产生剧烈的涡流，有很强的剪切力作用于流体，使流体进一步分割混合，最终混合形成所需要的混合液。试验证明，气液静态混合器的均匀加气的气液比小于文丘里管加气法。

水经过微纳米化细化成后小分子团水，热传导系数高于未经微纳米细化的自然水，而且活化性很强，具有强渗透力、强溶解力和强扩散力。微纳米氧气泡具有与一般气泡不同的理化特性，如：高内压、高表面能、高界面活性等。纳米氧气泡的表面积能有效增大，如1mm的大气泡分散成100nm微气泡，表面积增大10000倍，气泡的表面能也从0.1卡增大到5-10卡。根据杨-拉普拉斯法则，气泡表面张力与气泡直径大小成反比，与气泡内压成正比。表面张力增大，气泡不断收缩，同时内压也随之增大，即所谓出现自我加压现象。一旦收缩的气泡内压与表面张力失去平衡，纳米气泡最后大约在4000个大气压的压力下破裂，气泡破裂后活性气体分子的自由热运动增强，可以随时加入到水分子共价键中形成溶解气，气体即完全溶解于水液中，这样就实现了大气液比超饱和溶气。

目前市场上已经有了一些气、液态材料微纳米化的相关设备，但基本都采用能量消耗巨大的动力旋转切割机械实现。目前国内外实现气液微纳米化的技术主要有电解、微孔膜和超高压磁化等技术。电解法制造成本高，能耗大，只适用于小规模生产。超高压磁化法的原理是水经过磁场处理后，改变水分子的径向分布函数和分子内能从而破坏氢键。最终改变水分子的团簇结构。高压磁化技术通磁处理能使水的吸光度、渗透压明显升高，水分子团簇断裂成了较小的分子团簇甚至是单个水分子。小分子水渗透性和溶解性都显著增大，然后将氧气经高压压水中，增加水中溶氧浓度。这种方法工艺成本高，水中的氧气微细气泡不稳定，不适合大规模工业生产。微孔膜法是采用聚四氟乙烯等微孔膜毛细管吸收式增氧，通过弥散的原理将氧气均匀溶入水中。纯净水在膜内通过，在膜外施加氧气。微孔膜法具有无气泡，无挥发，氧的利用率高、溶解氧具有良好的稳定性的优势。但该技术工艺复杂，设备昂贵，制造成本高。微孔膜维护困难，容易堵塞，使用寿命短。同样不适合大规模工业生产。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种用于气液混合的切割器，实现气体和水的微纳米量级的切割细化和混合，消耗能量极少，设备成本低，可以获得低成本、大产量的微纳米量级的小分子水和气泡。

本发明还提供一种大气液比气液混合输送装置，保证气体顺利散逸到水中，加气效率高，切割细化均匀，可以实现大体积气液比（5:1－10:1）的气液混合输送。

按照本发明提供的技术方案，一种用于气液微纳米化切割细化和混合的切割器，特征是：包括切割管，切割管中心设置芯轴，芯轴的进水端设置导水锥，在芯轴上设置若干片依次叠加的切割片，切割片上具有一个或多个叶片，切割片沿芯轴长度方向依次叠加形成由芯片长度方向布置的一条或多条螺旋形，并且相邻两个切割片的叶片错开一定距离，在螺旋形的侧面形成阶梯状切割刃口；所述螺旋形采用变螺距，进水端的螺距大于出水端的螺距，螺距由进水端向出水端逐渐减小。