Устройство для обработки жидких сред

 

Изобретение относится к электрохимии, в частности к устройствам, позволяющим с помощью обработки в электрическом поле изменять физико-химические свойства жидких сред, и может быть использовано для обработки водных сред, а также нефти и нефтепродуктов в нефтеперерабатывающей, нефтехимической и других отраслях промышленности. Для повышения производительности устройства для обработки жидких сред коаксиально установленные в снабженном входным и выходным патрубками корпусе электроды выполнены монополярными, длина электродов L и внутренний диаметр корпуса D связаны соотошением 10^-4< L/D < 10⁴, а внутренний диаметр корпуса D и внутренний диаметр входного и выходного патрубка d связаны соотношением 10^-1< D/d < 10³ 5 з. п. ф-лы, 6 ил. 2 табл.

Изобретение относится к устройствам, позволяющим с помощью обработки в электрическом поле изменить физико-химические свойства жидких сред, в частности водных сред, а также нефти и нефтепродуктов, и может использоваться в нефтеперерабатывающей, нефтехимической промышленности и других отраслях.

Наиболее близким к заявляемому устройству по совокупности существенных признаков является устройство, содержащее корпус с входным и выходным патрубками, внутри которого установлены электроды, подключенные к источнику тока.

Электроды расположены коаксиально в корпусе, и межэлектродное расстояние между ними удовлетворяет условию 0,1-1000 мм.

Недостатком известного устройства является низкая производительность, обусловленная следующими причинами.

Неэффективно используется рабочий объем аппарата, т.к. между корпусом и наружным электродом существуют застойные зоны, в которых жидкость не подвергается обработке.

В рабочем объеме аппарата существуют зоны, проходя через которые, жидкая среда не подвергается обработке в связи с отсутствием в них электрического поля (между корпусом и боковой поверхностью наружного электрода, а также между корпусом и нижними торцевыми поверхностями электродов).

Большое гидравлическое сопротивление устройства.

При увеличении количества электродов больше двух с целью повышения производительности устройства и повышения эффективности его работы отрицательное влияние вышеперечисленных недостатков данного аппарата увеличивается.

Таким образом, объем аппарата используется неэффективно, жидкая среда обрабатывается неравномерно, следовательно, различна и глубина ее превращения. Для завершения физико-химических преобразований необходимо или увеличить время обработки, или повторить цикл обработки, что снижает производительность установки.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение производительности устройства для обработки жидких сред.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в известном устройстве, содержащем снабженный входным и выходным патрубками корпус, в котором размещены коаксиально установленные электроды с межэлектродным расстоянием между ними 0,1-1000 мм, согласно изобретения электроды выполнены монополярными, отношение длины электродов к внутреннему диаметру корпуса D удовлетворяет условию 10^-4 < < 10⁴, а отношение внутреннего диаметра корпуса D к внутреннему D диаметру входного и выходного патрубка удовлетворяет условию 10^-1 < <10.

Корпус дополнительно снабжен диффузором и конфузором соединенным с входным и выходным патрубками.

Наружная поверхность каждого из двух соседних электродов выполнена рифленой.

Внутренняя поверхность каждого из двух соседних электродов выполнена рифленой.

Электроды выполнены сетчатыми и/или перфорированными.

Выступы рифлений выполнены с радиусом скругления 2-5 .

Такое конструктивное решение позволяет использовать для обработки жидких сред в электрическом поле с одинаковой эффективностью весь рабочий объем устройства и всю поверхность электродов. При этом заявленные отношения конструктивных элементов устройства (длин электродов, внутренних диаметров корпуса, входного и выходного патрубков) позволяют создать оптимальные гидродинамические условия и условия для полного проведения электрохимических преобразований. На выходе из аппарата глубина превращения всего объема жидкости одинакова, и однократная обработка позволяет получить продукт требуемого качества, и повторная его обработка не требуется. Таким образом, использование совокупности отличительных признаков предлагаемого устройства в сравнении с прототипом позволят обработать большее количество жидких сред (при прочих равных условиях).

Не известны из уровня техники технические решения, аналогичные заявляемому, обеспечивающие такой же технический результат.

На фиг. 1 изображено устройство для обработки жидких сред; на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1, показывающее рифленые наружные поверхности охватываемых электродов; на фиг. 3 сечение Б-Б на фиг. 1, показывающее рифленые поверхности охватывающих и охватываемых электродов; на фиг. 4 конструктивное выполнение электродов в виде сетки, вид по стрелке В на фиг. 1; на фиг. 5 конструктивное выполнение электродов перфорированными, вид по стрелке Г на фиг. 1; на фиг. 6 увеличенный фрагмент сечения электрода, разрез Д-Д на фиг. 1.

Устройство для обработки жидких сред состоит из корпуса 1, входного 2 и выходного 3 патрубков, коаксиально установленных монополярных электродов 4 (например, стальных), зазор между которыми лежит в пределах 0,1-1000 мм. Электроды 4 попарно подключены к разным полюсам источника 5 тока (например, ВС-23). Центральный электрод расположен по оси устройства. Между наружным электродом и корпусом 1 размещен изолятор 6 (например, из фторопласта), исключающий попадание потенциала на корпус 1.

Предложенное устройство может быть врезано в трубопровод с обрабатываемой жидкой средой.

Дополнительно корпус может быть снабжен диффузором 7 и конфузором 8, соединенными с входным 2 и выходным 3 патрубками, что позволяет обеспечить улучшение гидродинамического течения обрабатываемой жидкости внутри корпуса 1.

Наружные поверхности охватываемых электродов 4 выполнены рифлеными (фиг. 2), что позволяет увеличить скорость проведения реакции (повысить количество выделяемого вещества в единицу времени) на охватываемых электродах.

Дополнительно может быть выполнено рифление на внутренних поверхностях охватывающих электродов 4 (фиг. 3), что позволит увеличить скорость массообмена регистрирующей жидкой среды на электродах.

Электроды 4, в частном случае, могут быть выполнены сетчатыми или перфорированными (фиг. 4, 5), что позволяет в случае обработки вязких жидких сред улучшить гидродинамические условия их обработки.

Выступы рифлений могут быть выполнены, в частном случае, с радиусом скругления 2-5 (фиг. 6), что позволяет достичь глубоких изменений в физико-химических показателях обрабатываемой жидкости, происходящих за счет создания резко неоднородного электрического поля в зонах выступов рифлений. При этом достигается напряженность поля порядка Е 1 В/, при которой происходит ионизация молекул вещества с последующими химическими превращениями.

Устройство работает следующим образом.

Жидкая среда через патрубок 2 поступает в корпус 1 устройства. В корпусе 1 жидкость проходит между электродами 4 по образованным между ними зазорам, где подвергается воздействию электрического поля. Окислительно-восстановительные реакции, происходящие на электродах, а также воздействие электрического поля в межэлектродном пространстве обеспечивают целенаправленное превращение исходной жидкой среды в требуемый целевой продукт.

При использовании электродов с развитой поверхностью (рифления, местные неровности и т.п.) создаются локальные неоднородности электрического поля, способствующие ослаблению межмолекулярных связей структуры жидкости, более интенсивному протеканию окислительно-восстановительных реакций на электродах за счет перевода электрических реакций с диффузорной в кинетическую область, и в межэлектродном пространстве появляются условия для возникновения конвективных потоков ("электрический ветер"), способствующие интенсификации массообмена.

А так как электроды равномерно расположены по сечению корпуса аппарата, и зазоры между ними постоянны, то жидкость беспрепятственно протекает по всей длине зоны обработки, и в межэлектродном пространстве исключено образование застойных зон, а также зон, в которых отсутствует электрическое поле, т.е. эффективно используется весь рабочий объем аппарата. При этом в обработке в равной степени участвует вся активная поверхность электродов. В результате протекания окислительно-восстановительных реакций обрабатываемая жидкая среда претерпевает необратимые изменения физико-химических показателей (плотность, вязкость и др.). При этом достигается требуемое качество целевого продукта. Полученный в результате обработки продукт выходит из аппарата через патрубок 3.

Проведенные испытания показали преимущества предлагаемого устройства. Результаты испытаний приведены в табл. 1, 2.

В качестве примера в табл. 1 приведены результаты сравнительных испытаний, полученных при обработке в электрическом поле водного раствора Na₂SO₄.

При сравнительных испытаниях было соблюдено равенство следующих показателей: рН водного раствора исходной жидкости, прокачиваемой через устройство; соотношение соотношение рН жидкости на выходе из устройства.

Из приведенных экспериментальных данных видно, что за счет предложенного конструктивного решения эффективность работы предлагаемого устройства при прочих равных условиях для получения продукта требуемого качества выше не менее чем в 3,5 раза.

В качестве примера в табл. 2 приведены результаты сравнительных испытаний, полученные при обработке в электрическом поле нефти, мазута и гудрона в устройствах по прототипу и предлагаемому.

При сравнительных испытаниях было соблюдено равенство следующих показателей: характеризующие параметры на выходе установок; средняя величина создаваемой в аппарате напряженности электрического поля; площадь рабочей (боковой) поверхности электродов; температура и давление в аппарате.

Характеристика исходной нефти: Содержание фракций, выкипающих до 350^оС, мас. 36,0 Плотность при 20^оС, кг/м³ 882 Вязкость кинемати- ческая при 20^оС, сСт 24,62 В качестве характеризующего параметра выбрано содержание фракций, выкипающих до 350^оС, т.е. светлых дистиллятов (фракций).

Характеристика исходного мазута (с установки термического крекинга ТК-1 Рязанского НПЗ): Плотность при 20^оС, кг/м³ 948 Вязкость услов- ная при 80^оС, ВУ₈₀ 6,59 Температура застывания, ^оС 12 Температура вспышки, ^оС 122
В качестве характеризующего параметра была выбрана вязкость один из важнейших качественных показателей мазутов, а также других остаточных нефтепродуктов, определяющий возможность и условия их применения (в частности, в качестве котельного топлива или его компонента); слив из железнодорожных цистерн; транспортировку по трубопроводам; качество распыливания форсунками.

Характеристика гудрона (с установки атмосферно-вакуумной перегонки нефти АВТ-3 Рязанского НПЗ): Плотность при 20^оС, кг/м³ 958 Вязкость условная при 80^оС, ВУ₈₀ 13,27 Температура застывания, ^оС 16 Температура вспышки, ^оС 118
Характеризующий параметр вязкость.

Из приведенных экспериментальных данных видно, что за счет предложенного конструктивного выполнения эффективность работы предлагаемого устройства при прочих равных условиях для получения продукта требуемого качества выше.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЖИДКИХ СРЕД, содержащее снабженный входным и выходным патрубками корпус, в котором размещены коаксиально установленные электроды с межэлектродным расстоянием между ними 0,1-1000,0 мм, отличающееся тем, что электроды выполнены монополярными, отношение длины L электродов к внутреннему диаметру D корпуса удовлетворяет условию 10^-4 < L/D < 10⁴, а отношение внутреннего диаметра D корпуса к внутреннему диаметру d входного или выходного патрубка удовлетворяет условию 10^-1 < D/d < 10³.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что корпус дополнительно снабжен диффузором и конфузором, соединенными с входным и выходным патрубками.

3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что поверхность каждого из двух соседних электродов выполнена рифленой.

4. Устройство по пп.1-3, отличающееся тем, что внутренняя поверхность каждого из двух соседних электродов выполнена рифленой.

5. Устройство по пп. 1-4, отличающееся тем, что электроды выполнены сетчатыми и/или перфорированными.

6. Устройство по пп. 3 и 4, отличающееся тем, что выступы рифлений выполнены с радиусом округления 2-5 А^o.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8