新型气水分离装置的研制

刘雄心¹，刘金辉²
(1．北京华胜科技有限公司，北京 100080；2．锦州市产品质量监督检验所，辽宁 锦州 121000)

　　摘要：在采用臭氧处理水时，需对臭氧尾气进行分离处理，因而需要臭氧与水分离的装置。为此研制了两种臭氧分离系统，可将臭氧从水中100％地分离。该装置同样适用于其它气、水分离的场合。
　　关键词：水处理；臭氧；气水分离
　　中图分类号：X703.3　　 文献标识码：A　　 文章编号：1009—2455(2003)04—0068—03

Development of A New—Type，Gas—Water Manufacture on the New Typeof Gas and Water Separateing Equipment,Unit

LIU Xiong-xin¹， LIU Jin—hui²
(1.BeijingHuasheng Science and Technology Co．Ltd．， Beijing l00080，China; 2．Jinzhou Products Quality Monitoring and Inspecting Station，Jinzhou 121000，China)

　　Abstract：When ozone is used in water treatment, it is necessary to carry outa separation treatment of the off-gas of the ozone，for which a unit that separatesozone from water is needed．Two types of ozone separating system have been developed for thesaid purpose，which may separate 100％ of ozone from water．The said units are also applicable to other occasions where gas-water separation isneeded．
　　Keywords：water treatment；ozone；gas-water separation

　　工程上很多地方需要进行气水分离。当把臭氧发生器产生的臭氧投加到水处理罐中，臭氧溶解于水，对水进行消毒处理^[1]，而处理后剩余的臭氧需要从罐顶排放到尾气处理器中进行分解，以免对人体造成伤害。
　　由于水处理罐中有一定的压力，在对臭氧尾气进行处理时，发现有一部分水在压力的作用下随着臭氧进入尾气处理器中，对尾气处理器造成破坏。因此我们需要在尾气处理器之前加一个气水分离装置，对气和水进行分离，让臭氧尾气顺利地排放到尾气处理器中，而水则留在水处理罐中。这样就不会对尾气处理器造成破坏。
　　市场上的排气阀排气出口太小，不能满足臭氧分离的要求，需要研制一种新型气水分离装置。

1 气水分离器和气水分离系统

　　我们最初研制的气水分离器如图1所示。其设计思路是：
　　①当进入气水分离器的尾气中只有臭氧时，臭氧尾气经由气水分离器的进口、出口直接排放到尾气处理器中。
　　②当进入气水分离器的尾气中含有水时，浮球在水的浮力作用下向上运动并压紧挡水环，从而封闭了水路并达到气水分离。
　　把这种气水分离器安装到工程中进行测试，发现当进入气水分离器中的气体压力不是很大时，气水分离器工作正常。当进入气水分离器中的气体压力超过一定限值时，浮球不下落并封住了气水分离器的出口。
　　我们对这种现象进行了分析：
　　设进入气水分离器的气体压强为户，此处户为使用压力表测得值。设挡水环的开口半径为了，浮球所受的重力为G。则当浮球向上压紧挡水环时，浮球所受的向上作用力为P∏r²，要想使浮球落下，必须使P∏r²<G，这就是说r要很小才能使浮球落下，这就是通常的排气阀为什么排气出口直径很小的原因。为了使浮球落下，如图2所示，我们在气水分离器上并联一个排气出口很小的排气阀，以卸掉气水分离器内的气体压力并使浮球落下，保持管路的畅通。
　　把这种并联的气水分离系统应用在工程安装中，经实践检验，气水分离效果很好。

　　

2 复合式气水分离器

　　为了简化图2所示的所水分离系统，如图3所示，我们研制了一种新·型的复合气水分离器。图3所示的复合式气水分离器与图2所示的气水分离系统原理一样。其设计思路是：
　　①当进入气水分离器的尾气中只有臭氧时，臭氧尾气经由气水分离器的B口、C口、D口，直接排放到尾气处理器中。
　　②当进入气水分离器的尾气中含有水时，浮筒在水的浮力作用下沿固定转轴逆时针转动并压迫塞头向上运动。当水达到一定高度时，顶塞在封住塞头A口的同时，塞头把密封环堵严(见图4的左半部分)，从而封闭了水路并达到了气水分离的目的。
　　③当气体继续进入气水分离器内并把其中的水向下压出时，浮筒在重力的作用下沿固定转轴顺时针转动，由于这时气水分离器内还存在一定的气体压力，塞头在气体压力的作用下并不立刻落下，气水分离器内的气体通过塞头的A口缓慢地释放出去，从而使气水分离器内保持常压状态。这样塞头在重力的作用下自由落下，保证和管路的畅通并开始进入新的自动循环。
　　我们把这种复合式气水分离器安装在水处理罐顶部，经过实践检验，该装置能迅速排出罐顶气体并阻止罐内水外流。

3 复合式气水分离系统

　　为了使气水分离达到100％，我们在复合式气水分离器的后面又串联了一个二级气水分离器，如图4所示是复合式气水分离系统的结构简图。其原理是：假如由于复合式气水分离器密封不严，使少部分水由复合式气水分离器的顶部冒出，那么这少部分水进入第二级气水分离器后托起浮球，从第二级气水分离器的下口流出。如果进入第二级气水分离器的是臭氧废气，那么臭氧废气在向下压紧浮球的同时由第二级气水分离器的上口排放到尾气处理器中。
　　在第二级气水分离器中，设空心浮球的重量为G，体积为v，浮球的活动高度为H，水的密度为ρ，重力加速度为g，下密封环的开口半径为r 。正常情况下浮球压紧下密封环，防止臭氧废气从第二级气水分离器的下口排出。假设在第二级气水分离器中装满了水，由于浮球底部与下密封环接触的区域没有与水接触，因而这部分区域不受浮力作用，那么此时空心浮球所受的向上浮力为：ρgv-ρgHπr² 空心浮球向上浮起的条件是：ρgv-ρg Hπr²＞G 第二级气水分离器的各项设计参数要严格符合上面的公式，否则空心浮球不一定浮起，起不到气水分离作用。
　　把这种复合式气水分离系统应用在工程安装中，经实验检验，气水分离达到了100%。该系统不但适合臭氧与水分离的需要，而且可以扩展到许多气体与水的分离的工程应用中，且结构简单、造价低，具有很好的实用价值。

参考文献：

[1] 唐受印，戴友芝.水处理工程手册[M].北京：化学工业出版社，2000.

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作者简介：刘雄心（1971-）男，辽宁黑山县人，工程师，发表论文近20篇，北京市海淀区中关村路甲12号。