一种强剪切脉冲气流成泡的控制系统的制作方法

本发明涉及浮选技术领域，具体是一种强剪切脉冲气流成泡的控制系统。

背景技术：

气泡在化工、石化、选矿、多相传热等行业中发挥着重要作用，其中最常见的应用主要有矿物浮选、废水处理等方面，气泡被认定为传热和传质的首要条件。泡沫浮选经常应用于矿物颗粒的回收，气泡的尺寸在浮选过程中是影响回收率的一个很重要的参数。气泡和矿物颗粒的有效碰撞是气泡颗粒动力学的一个重要指标，也是矿物颗粒回收率的一个重要因素。气泡和颗粒碰撞的概率可以用气泡直径和颗粒直径的比例关系来描述即：

其中，dp代表的是颗粒的直径，db代表的是气泡的直径。这个方程就可以解释碰撞的概率与颗粒气泡直径比有很大关系。回收细微矿物颗粒时，选择同一个数量级范围内的气泡可以很大程度上提高回收率，同时节省更多的药剂用量。

当前浮选常见成泡技术包括机械搅拌、射流剪切、气穴空化和溶气浮选。机械搅拌式成泡浮选环境紊流度较大，相关研究报道浮选机内平均剪切速度高达100s-1，且气泡平均尺径较大(1.2-2.7mm)；射流剪切利用溶液高速流经射流管时的强剪切切割空气成泡，气泡尺径平均在0.5mm；气穴空化利用溶液高速流经文丘里管后的压力骤降成泡，平均尺径可达0.2mm以下，但能耗较高；溶气浮选先高压将空气溶入溶液内，然后使压力骤降使空气析出成泡的技术，无强紊产生，且产生气泡尺度较小，但是溶气浮选需要高压运行，因此成本较高。

技术实现要素：

本发明为了解决现有问题而提供一种产生微泡的强剪切脉冲气流的控制系统，技术方案如下：

一种强剪切脉冲气流的控制系统，包括气流转换装置、剪切装置、浮选装置和控制装置。

所述气流转换装置包括空气压缩机、压力调节阀、气体流量计、高频电磁阀，其中，所述空气压缩机、压力调节阀、气体流量计、高频电磁阀和气腔室依次连接。

剪切装置包括伺服电机、多孔板，所述伺服电机与多孔板驱动连接。

所述浮选装置的下部设置有气腔室，所述多孔板位于所述气腔室上方。

所述控制装置通过控制高频电磁阀的频率和一个周期内开关时间，将稳态气流转换成为脉冲式气流，同时，所述控制装置通过伺服电机控制多孔板的转动速度，进而对成泡方向上的冲击力强度和成泡的垂直方向的剪切力进行控制。

进一步地，所述伺服电机与所述多孔板之间设置有齿轮传动装置，所述伺服电机的输出轴与所述齿轮传动装置连接，所述齿轮传动装置的传动轴与多孔板相连接。

进一步地，所述齿轮传动装置包括锥齿轮一和锥齿轮二，所述锥齿轮一与水平布置的所述伺服电机相连接，所述锥齿轮二与书中布置的所述传动轴相连接，所述锥齿轮一和所述锥齿轮二相啮合。

进一步地，所述传动轴与所述浮选装置旋转密封连接。

本发明与现有的技术相比有如下的优点：

(1)通过设定气流转换装置的参数，可以将稳态气流转换为脉冲式气流，将连续气流转换为脉冲气流的方式来强化气流冲击力，可以降低气泡脱附过程中对浮力的依赖，从而使气泡以较小的尺度提前脱附，与连续气流相比，所形成气泡的直径明显降低(气泡的直径可以控制在0.2mm以下)。

(2)本发明中的气流转换装置由空气压缩机、压力调节阀、气体流量计、高频电磁阀，通过控制装置控制高频电磁阀的频率和一个周期内开关时间，将稳态气流转换成为脉冲式气流，结构简单，且不需要很大的空气压力和消耗额外的能量资源。

(3)本发明通过增加剪切装置，既加强了成泡方向上冲击力的强度，也在成泡的垂直方向多出了一个剪切力的作用，在气流转换装置和剪切装置的共同作用下，气泡尺径可减小到0.1mm以下。

附图说明

附图1是本发明的强剪切脉冲气流的控制示意图。

附图2是多孔板的俯视图。

附图中：1-空气压缩机，2-气体流量计，3-压力调节阀，4-高频电磁阀，5-连接元件，6-齿轮传动装置，7-伺服电机，8-气腔室，9-多孔板，10-控制装置。

具体实施方式

参照附图1-2：一种强剪切脉冲气流控制系统，包括如下的两个部分：(1)工艺系统，包括气流转换装置、剪切装置、浮选装置，所述气流转换装置包括空气压缩机1、压力调节阀2、气体流量计3、高频电磁阀4等，所述剪切装置包括伺服电机7、齿轮传动装置6、多孔板9；(2)控制系统，通过压力调节阀2调节进气压力，空气流量计3调节进气的流量，控制装置10控制高频电磁阀4的频率和一个周期内开关时间、伺服电机7的旋转速度等。

稳态气流通过空气压缩机1进行过滤和压缩，去除空气中的水分和杂质。过滤和压缩后的气体经过压力调节阀调节气体的压力，而后经过气体流量计3，调节气体流量计上的旋钮，使气体以一定的流量流出，此时气流的方式定流量的稳态气流。一定流量的气体通入高频电磁阀4，高频电磁阀是一个能够快速打开和关闭气流的开关，与其相连的控制面板10可以将电磁阀按照一定的频率和一个周期内开关时间进行有规律的调控，经过电磁阀元件，气流的形成方式从稳态转换成脉冲式。脉冲式气流经连接元件5将气体通入气腔室8中，经多孔板9上的微孔可以形成气泡进入液相。使用脉冲式气流通过多孔板9，气泡的直径可以控制在0.2mm以下，其形成机理为：

微孔成泡过程本质上是受力作用的体现，气泡在脱附之前受多种作用力的共同作用，包括浮力、气流冲击力、气液界面张力、静水压力、流体粘滞力以及气固界面液膜吸附力，其中浮力、气流冲击力和气液界面张力属于脱附力，而静水压力、流体粘滞力和气固界面液膜吸附力属于反脱附力；脱附的临界条件为脱附力大于反脱附力，在脱附之前气泡所受合力处在动态平衡的状态；连续气流状态下，气流冲击力不强，气泡脱附主要依赖于浮力；通常情况下，气泡需要长到尺径十倍以上于微孔尺径时才能产生足够的浮力实现脱附，导致生成气泡尺径往往较大；将连续气流转换为脉冲气流的方式来强化气流冲击力，可以降低气泡脱附过程中对浮力的依赖，从而使气泡以较小的尺度提前脱附，使得气泡的直径更小。

继续参照附图1，为了进一步降低气泡的直径，将多孔板与伺服电机驱动连接，伺服电机7启动后，通过齿轮传动装置6带动多孔板9旋转；在脉冲气流通入的同时，启动剪切装置，既加强了成泡方向上冲击力的强度，也在成泡的垂直方向多出了一个剪切力的作用，在气流转换装置和剪切装置的共同作用下，气泡尺径可减小到0.1mm以下。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求保护的范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明保护的范围。

技术特征：

技术总结
本申请涉及一种强剪切脉冲气流的控制系统，包括气流转换装置、剪切装置、浮选装置和控制装置；通过设置气流转换装置，将稳态气流转换为脉冲式气流，将连续气流转换为脉冲气流的方式来强化气流冲击力，可以降低气泡脱附过程中对浮力的依赖，从而使气泡以较小的尺度提前脱附，此作用下所形成的气泡直径明显降低；在气流转换装置和剪切装置的共同作用下，气泡尺径可减小到0.1mm以下。

技术研发人员：李超;曹亦俊
受保护的技术使用者：郑州大学
技术研发日：2019.02.25
技术公布日：2019.05.21