Электродегидратор

 

Изобретение относится к устройствам для очистки диэлектрических жидкостей от эмульсионной воды в электрическом поле постоянного тока и может быть использовано для очистки топлив, массы и гидравлических жидкостей. Целью изобретения является повышение эффективности очистки малоконцентрированных водотопливных эмульсий. Электродегидратор содержит корпус с ячейками из наружного и внутреннего электоодов. На внутренних поверхностях наружных электродов установлены диэлектрические вставки. Внутренние электроды выполнены в нижней трети из сетки, остальная часть из металла. Приведены оптимальные соотношения высоты наружного и внутреннего электродов и диэлектрической вставки, 3 ил.,1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИX

РЕСПУБЛИК (я)л В 01 0 17/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4378387/26 (22) 30.11,89 (46) 07.02,91. Бюл. М 5 (71) Киевский институт инженеров гражданской авиации им. 60-летия СССР (72) Г,А.Давиденко, С.В.Чирков, В.И.Казанец и В,В,Гаража (53) 66.066.5(088,8) (56) Лисняк Ю.А., Никитин Д,Г, Электрогидродинамическое разделение углеводородных эмульсий обратного типа. — Химия и технология топлив и масел, 1985, N 4, с. 19 — 21. (54) ЭЛ Е КТРОДЕ ГИД РАТОР (57) Изобретение относится к устройствам для очистки диэлектрических жидкостей от

Изобретение относится к устройствам для очистки диэлектрических жидкостей от эмульсионной воды в электрическом поле постоянного тока и может быть использовано для очистки топлив, масел и гидравлических жидкостей.

Целью изобретения является повышение эффективности очистки малоконцентрированных водотопливных эмульсий от эмульсионной воды.

На фиг. 1 показан предлагаемый электродегидратор, разрез; на фиг. 2 — сечение

А-А на фиг. 1; на фиг, 3 — ячейка электродегидратора, Электродегидратор состоит из корпуса

1, который диэлектрическими перегородками 2 и 3 разделен на три зоны: зону Б обезвоживаемого топлива, отстойную зону В, зону Г обезвоженного топлива, На корпусе установлен штуцер 4 для слива отстойной воды. На перегородке 2 установлены наруж„„Я2„„1625511 А1 эмульсионной воды в электрическом поле постоянного тока и может быть использовано для очистки топлив, массы и гидравлических жидкостей. Целью изобретения является повышение эффективности очистки малоконцентрированн ых водотопливных эмульсий. Электродегидратор содержит корпус с ячейками из наружного.и внутреннего электродов, На внутренних поверхностях наружных электродов установлены диэлектрические вставки. Внутренние электроды выполнены в нижней трети из сетки, остальная часть из металла. Приведены оптимальные соотношения высоты наружного и внутреннего электродов и диэлектрической вставки, 3 ил.,1 табл. ные электроды 5, а на перегородке 3 при помощи диэлектрических подставок 6— внутренние конусные электроды 7. Корпус закрыт крышками 8 и 9 со штуцерами подвода 10 и отвода 11 топлива. На крышках установлены высоковольтные разьемы 12 и

13 для подачи высокого напряжения наэлектроды.

Внутренние электроды 7 выполнены в виде усеченного конуса и закруглены в верхней части, на 1/3 высоты от нижней части выполнены из сетки, остальная часть из однородного металла. Наружные электроды 5 выполнены из трубы. Высота их выполнена такой, чтобы обеспечивалось перекрытие внутренних электродов по высоте 1/3 диаметра наружных электродов. На внутренние поверхности наружных электродов установлены диэлектрические цилиндрические вставки 14 таким образом, чтобы обеспечивалось перекрытие ими по высоте наружных

1625511 электродов на величину, равную 1/5 диаметра наружных электродов. Размеры электродов определяются из соотношения — D — d

2 5 где D — диаметр наружного электрода;

d — -наружный диаметр верхней части электрода 7;

dH — наружный диаметр нижней части электрода 7. 10

Высота отстойной зоны B выполнена равной 2,5D.

Внутри корпуса электродегидратора на перегородках 2 и 3 установлены отдельные ячейки (фиг. 3). Количество ячеек зависит от 15 пропускной способности электродегидратора, потому что через отдельную ячейку для оптимальной работы электродегидратора должен быть определенный расход, который определяет скорость течения топлива в 20 ме>кэлектродном пространстве, чтобы электрические силы, действующие на капельку воды, находящуюся в межэлектродном пространстве, были больше гидродинамических сил. 25

Электродегидратор работает следующим образом.

Высокое напряжение постоянного тока подается на электроды 5 и 7 через разьемы

12 и 13. Водотопливная эмульсия подается 30 через штуцер 10 и поступает в зону Г и в ме>кэлектродные пространства отдельных ячеек, Поляризованные капельки воды в неоднородном электрическом поле, создаваемом системой коаксиальных электродов, 35 под действием пондеромоторной силы движутся к внутреннему неизолированному электроду 7 (отрицательному), где они в результате контакта приобретают отрицательный заряд, отталкиваются от него и дви- 40 жутся к наружному электроду 5 (положительному), В результате движения капельки сталкиваются, коагулируют и осаждаются, на диэлектрических вставках 14 наружных электродов, Диэлектрические вставки пре- 45 пятствуют быстрой перезарядке капелек и миграции их в поток.

По мере осаждения капелек на диэлектрических вставках происходит их укрупне, ние и под действием электрических, гидро- 50 динамических и гравитационных сил они отводятся в отстойную зону В. Очищенное топливо через сетчатую часть внутреннего электрода 7 поступает нэ выход из электродегидраторэ. Слив воды от отстойной зоны 55 осуществляется через штуцер 4, Изготавливают модель электродегидратора, состоящую из одной ячейки, на которой проводят исследования по обезвоживанию водотопливных эмульсий и оценки ее оптимальных параметров путем отбора проб на входе и выходе с последующим анализом гидридкальциевым методом, а также разработанным фотометрическим прибором. За процессами, происходящими в межэлектродном пространстве, проводят визуальные наблюдения с помощью микроскопа. С этой целью корпус ячейки модели электродегидратора выполнен из прозрачного материала (оргстекла), а для наблюдения за процессами, происходящими в межэлектродном пространстве, наружный электрод ячейки выполнен из сетки, а диэлектрическая цилиндрическая вставка выполнена из прозрачного эластичного материала, Исследуемой жидкостью является авиационное топливо (керосин) ТС-1 с начальным содержанием эмульсионной воды 0,007 — 0,010, Критерием оценки эффективности работы ячейки электродегидратора является коэффициент водоотделения

7p = 1 — —, С, Сн где С вЂ” содержание воды в топливе на выходе из ячейки электродегидратора;

С вЂ” содержание воды в топливе на входе в ячейку электродегидратора.

Геометрические размеры ячейки электродегидратора определяют его пропускную способность. Испытанный в лаборатории опытный образец, на котором получены оптимальные значения коэффициента водоотделения, имеет геометрические размеры, которые определены из соотношений, приведенных в формуле изобретения. Выбор внутреннего диаметра наружного электрода проводится с учетом размеров известных труб (см. таблицу), Зазор между электродами в нижней части выбирается исходя из мощности источника питания постоянного тока высокого напряжения с тем, чтобы получить максимальную напряженность поля в межэлектродном пространстве (в нижней части внутреннего электрода) меньше критической, чтобы не происходило диспергирование скоагулировавших капелек. После выбора зазора определяют диаметр внутреннего электрода (например, если внутренний диаметр D трубы наружного электрода 40 мм, выбранный зазор между электродами 8 мм, то диаметр dH внутреннего электрода в нижней части 24 мм). После этого, исходя из указанного, определяют диаметр внутреннего электрода d> в верхней части (например, если диаметр бн = 24 мм, 0 — dB D — de то = D — dH или = 2; подста2 D — d„

1625511

40 ds 40 ds вим значения = = 2; для

40 — 24 16 выполнения соотношения необходимо, чтобы в числителе была величина в два раза больше знаменателя, т.е. 32, отсюда 40-32 =

= 8, диаметр de = 8 мм), Затем определяют остальные геометрические размеры ячейки электродегидратора в соответствии с соотношениями, приведенными в формуле изобретения.

Результаты расчета геометрических размеров для разных значений внутреннего диаметра наружного электрода приведены в таблице.

Высота внутреннего электрода определяется исходя из потребного коэффициента водоотделения и регламентируется габаритами и весом электродегидратора. Например, при постоянном внутреннем диаметре

D наружного электрода высота h внутреннего электрода и высота H наружного электрода могут быть разными. Проведенные испытания позволяют установить зависимость коэффициента водоотделения от высоты внутреннего электрода, Наибольшего значения коэффициент водоотделения достигает при отношении зазоров между электродами равном 2, и при относительной

h высоте внутреннего электрода h = —, рав0 ной 3. Для h = 3 приращение коэффициента водоотделения по сравнению с h = 2,5 в несколько раз меньше, но при этом возрастают размеры (высота) электродов, что приводит к увеличению габаритов и веса электродегидратора в целом. Поэтому для получения на выходе из электродегидратора топлива с содержанием эмульсионной воды, не превышающим 0,003%, при начальном содержании воды в топливе 0,006—

0,01% выбрана относительная высота внутреннего электрода h = 2,5.

Анализ проб на входе и выходе позволяет определить оптимальную высоту перекрытия внутреннего электрода наружным (т.е. разницу высот электродов). При увеличении разности относительных высот электродов (относительная высота — высота электрода, отнесенная к диаметру наружноН вЂ” h го электрода Н = —, h = — ) коэффициент

0 D водоотделения увеличивается и достигает своего максимального значения при разности относительных высот электродов 0,6.

Дальнейшее увеличение разности высот не приводит к увеличению коэффициента водоотделения, но при этом значительно увеличиваются габариты и вес электродегидратора. Поэтому оптимальной есть высота

10

15 целью высоту отстойника изменяют и наблюдают поведение капелек на дне отстой. ника при раздельном действии электрической и гидродинамической сил, а также при

20 их совместном действии. Визуально опре55

50 перекрытия наружн ы м электродом внут рен него 0,6 (по 0,3 сверху и снизу по отношению к внутреннему электроду).

В процессе экспериментальных исследований проводят визуальные наблюдения за процессом осаждения капелек в отстойную зону и за поведением их на дне отстойника (поскольку корпус выполнен иэ прозрачного материала). Для того, чтобы предотвратить попадание в топливо капелек воды, находящихся на дне отстойника, необходимо чтобы высота отстойника была такой, при которой на капельки, находящиеся на его дне, не действовали бы электрические и гидродинамические силы. С этой деляют высоту отстойника, при которой на капельки воды, находящиеся на дне отстойника, при оптимальной напряженности не оказывают воздействие электрические и гидродинамические силы, и капельки находятся на дне отстойника в состоянии покоя.

Эта высота равна двум диаметрам наружного электрода; Но для того, чтобы обеспечить надежнуюработу электродегидратора в случае несвоевременного слива отстоя воды из отстойника, высота отстойника взята равной 2,5 диаметра наружного электрода.

На процесс водоотделения существенную роль оказывают высота электродов и зазор между ними. С увеличением отношения зазоров между электродами коэффициент водоотделения увеличивается (при одинаковой напряженности электрического поля в нижней части внутреннего электрода) и достигает своего максимального значения

0 — о8 при = 2. Дальнейшее увеличение

0 — dH отношения зазоров приводит к уменьшению коэффициента водоотделения, При увеличении относительной высоты h внутреннего электрода коэффициент водоотделения увеличивается, но при этом уменьшается его темп приращения.

С увеличением относительной высоты сетчатой части коэффициент водоотделения увеличивается. Это объясняется тем, что уменьшается скорость течения топлива через сетчатую часть электрода, а значит, уменьшаются и гидродинамические силы, действующие на капельку, находящуюся в движущемся потоке топлива. Увеличение относительной высоты сетчатой части ведет также к уменьшению времени пребывания топлива в электрическом поле, а значит, и к

1625511 уменьшению вероятности осаждения капелек воды на диэлектрическую вставку. Экспериментальные исследования показывают, что максимальное значение коэффициента водоотделения при высоте сетчатой части внутреннего электрода О,ЗЗ, что подтверждает предположение о и реобладающем действии электрических и гидродинамических сил на капельку воды в топливе в зависимости от скорости и времени пребывания ее в электрическом поле, Таким образом, предлагаемый электродегидратор позволяет эффективно очищать малоконцентрированные водотопливные эмульсии от воды.

Формула изобретения

Электродегидратор, включающий корпус с отстойной зоной, внутри которого расположены ячейки из коаксиальных наружного и внутреннего электродов, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения эффективности очистки малоконцентриро5 ванных водотопливных эмульсий, он снабжен диэлектрическими цилиндрическими вставками, размещенными на внутренней поверхности наружного электрода с перекрытием ими по высоте наружного электро10 да на 1/5 диаметра наружного электрода, внутренний электрод выполнен в виде усеченного конуса, нижняя треть которого выполнена из металлической сетки, а осталь. ная часть выполнена из однородного метал15 ла, при этом наружный электрод перекрывает внутренний электрод на высоту, равную

1/3 диаметра наружного электрода, а высота отстойной зоны корпуса равна 2,5 диам етра н а ру>к н ого электрода.

1625511

Фиг. 3

Составитель О.Калякина

Техред М,Моргентал Корректор С.Шекмар

Редактор О.Головач

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 242 Тираж 430 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5