Способ обработки жидкостей и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к дегазации подпиточной воды, сточных жидкостей, природных вод. Способ заключается в изменении гидродинамических характеристик потока с образованием акустических волн и кавитации. Дополнительно по периферии потока воздействуют потоком газа, направленным в сторону выхода жидкости. На выходе осуществляют дробление газожидкостной струи, делят жидкость на множество струй и продувают жидкость наклонным потоком газа. Устройство содержит камеру обработки жидкости с набором упругоподатливых пластин в кожухе. Внутренние пластины гофрированы, наружные - выполнены с отверстиями. На выходе пластины соединены пружинами и за ними установлен экран с иглами и отверстиями и дополнительная камера. Кожух и дополнительная камера имеют патрубки подачи газа. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к технологии деаэрации жидкостей и предназначено для использования в процессах дегазации подпиточной воды, сточных жидкостей, в системах очистки природных вод.

Наиболее близким к изобретению по сущности является способ обработки жидкостей при выделении из ее объема газов, включающий воздействие на поток жидкости переменным давлением и выделение из этого объема газов за счет изменения живого сечения потока [1] Устройство для реализации данного способа содержит камеру обработки с патрубками подачи и отвода жидкости. Камера содержит сопла для изменения сечения потока жидкости.

При определенной эффективности процесса дегазации этот способ и предназначенное для него устройство обладают существенными недостатками, заключающимися в невозможности выделения СO₂, в незначительном выделении O₂, H₂S и др. растворенных газов, так как процесс неуправляем и носит стохастический характер, что при изменчивости параметров исходной жидкости (давления, температуры, расхода) резко снижает эффективность выделения газов, требует затрат на подогрев жидкости и вызывает многоцикличность процесса, снижая рентабельность способа.

В предлагаемых способе и устройстве для обработки жидкостей достигается повышение эффективности процесса выделения газов, причем независимо от содержания, количеств, характера и фазового состояния, при повышении удельной производительности используемого устройства.

Для этого способ, включающий воздействие на поток жидкости переменным давлением и выделение из объема газов за счет изменения его живого сечения, предусматривает воздействие акустическими волнами и кавитационным эффектом, производимыми за счет изменения гидродинамических характеристик потока, по периферии дополнительно воздействуют потоком газа, направленным в сторону выхода жидкости, на выходе жидкость делят на множество струй, создавая при этом дробление выходящей газожидкостной струи, и продувают наклонным потоком газа, используя нейтральные газы.

Устройство, содержащее камеру обработки с патрубками ввода и выходным сечением, снабжено набором упругоподатливых пластин, наружные из которых, охваченные защитным кожухом, выполнены с кососрезанными отверстиями, а внутренние гофрированными, при этом пластины перед выходным сечением соединены между собой с помощью пружин, выходное сечение снабжено дополнительной камерой и установленным наклонно перед ним, к вертикали, экраном, имеющим иглы и отверстия, ориентированные осью к верхнему вытяжному патрубку, при этом полость защитного кожуха и нижнее сечение дополнительной камеры имеют патрубки подачи в них газа.

Указанные наружные пластины на своих отверстиях имеют экраны, закрепленные одним концом со стороны подачи газа.

Все упомянутые патрубки снабжены сильфонными вставками.

Способ обработки жидкостей поясняется устройством, представленным на чертежах, где на фиг. 1 показан общий вид с сечением по оси; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1, вид сверху; на фиг. 3 сечение Б-Б на фиг. 2, выполнение пластин; на фиг. 4 конструкция и профиль пластин на фиг. 1, 2; на фиг. 5 деталь устройства по фиг. 1 и 2; на фиг. 6 узел В фиг. 1.

Устройство для обработки жидкостей содержит камеру обработки 1 с патрубком 2 сильфонного типа, соединенным с магистралью 3 подачи жидкости. Патрубок 2 имеет сужение 4 в виде сопла Лаваля, от которого по профилю сопла развиваются стенки камеры 1, переходя в выходное сечение 5, которое в устройстве, как и камера 1, выполнено оригинально и многофункционально.

Камера 1 выполнена из набора упругоподатливых пластин: внутренних 6, имеющих отверстия 7 у начала сопла 4, и наружных, более сложных, составляющих стенки камеры 1 с защитным наружным кожухом.

Выходное сечение 5 камеры выполнено в виде фасонного сложного патрубка, внутри которого имеется наклонно установленный к оси и к вертикали экран 8, имеющий отверстия 9 с вертикальной осью и иглы 10, наклоненные к оси камеры.

Выходное сечение 5 в виде дополнительной камеры соединено своей полостью с патрубками: 11 подачи газа, 12 отвода газа, 13 нижний для отвода обработанной жидкости; все эти патрубки имеют показанные сильфонные вставки для гашения колебаний при соединении с магистралями и для поддержания в камере автоколебаний при обработке.

Экран 8 по концам имеет направляющий слезник 14 и направляющий газовод 15 для ориентирования двух разделяемых фаз: жидкость и газ.

Наряду с подачей газа по патрубку 11 в полость экрана на выходе подают газ из щелей 16, поступающий по каналам 17 и по патрубку 18, в полость наружных упругоподатливых элементов камеры 1. Внутренние пластины 6 - мембраны выполнены гофрированными 19 с гофрами по одну сторону (фиг. 4а) и с гофрами 20, противоположно направленными (фиг. 4б), расположенными в средней части полости камеры.

Пластины, образующие корпус камеры 1 (фиг. 6), имеют упругую стенку 21, в которой выполнены кососрезанные отверстия 22, ориентированные в сторону начала сопла 4. Эти пластины выполнены двухслойными: из металла 23 и диэлектрика 24 для исключения потери пузырьками газа зарядов и для дополнительной его (газа) ионизации при прохождении каналов 17 под кожухом камеры 1. Для накопления зарядов пузырьками газа отверстия 22 имеют карманы 25, где накапливается заряженный газ и срывается проходящим потоком в каналы 17 и щель 16. Этот процесс необходим для отделения перед патрубком 12 газа от мелкокапельной фазы, которая, осаждаясь на наклонных стенках сечения 5, стекает вниз к патрубку 18.

Выполнение устройства имеет две принципиальные формы в поперечном сечении: выполненное в форме ракушки трепанги (как это показано на фиг. 1), и выполненное в виде окружности (фиг. 3), при этом выполнение в виде ракушки предпочтительно.

Отверстия 22 на выходе среза имеют защитные экраны 26 для эжекции из них газа и выноса его к щели 16. Для возможности изменения расстояния (по фиг. 4а, б) между пластинами 6 и пластинами 6 и 21 последние соединены между собой с помощью пружин 27, которые также способствуют поддержанию автоколебаний этих пластин и интенсификации процесса газоотделения из объема обрабатываемой жидкости.

Устройство, выполненное конструктивно как опытно-лабораторная модель, испытано при осуществлении данного способа, который начинают с отладки колебаний пластин 6 и 21, вывода их в режим автоколебаний усилием разделяемой жидкости на газ-жидкость, для этого регулируют упругость пружин 27, скорость подачи жидкости и скорости подачи газов по: 13, 11. Экспресс-контролем проверяют содержание O₂ и CO₂ и др. газов на выходе в камеру 1 и на выходах 13 жидкость, 12 газы.

После тарировки устройство опытно реализует способ на следующем примере.

Пример.

Исходную жидкость сточную воду от стана горячей прокатки фольги (Лен. фольгопрокатный завод), содержащую O₂, CO₂, H₂S, HNO₃ и другие токсичные газы, подают в камеру 1 обработки при скорости входящего потока 15-20 м/с перед соплом 4, после которого жидкость, вскипая, разделяется между пластинами 6, теряя давление и плотность с набором скорости. Одновременно по патрубку 18 импульсно подают нейтральный газ. Взрывное расширение потока совместно с импульсами газа (по 16) создают эффект актоколебаний в полостях между пластинами, где отрывающиеся пузырьки газа в гофрах 19, 20 создают ударные волны (захлопывание карманов и гофр), поддерживающие автоколебания пластин 6 и 21. При выходе на этот режим (около 10 сек) импульсную подачу газа по 18 прекращают и делают обычную продувку для эжекции газа из каналов 22.

Выделяющий газ поступает вдоль плоскостей пластин на периферии водных пленок (учитывая колебания воды и инертность к акустике газа) в дополнительную камеру на выходе, где газ отводится вверх за счет продувки по 11 и 16; жидкость разбивается в пенную эмульсию об игольчатый экран 8 и вторично (окончательно) освобождается от газов, которые проходят вертикальные отверстия 9, а вода стекает вниз по обоим сторонам наклонного экрана. Газы отводят через 12, а очищенную (деаэрированную) жидкость вниз через патрубок 13 на процесс ее использования.

В этом процессе фазового разделения жидкости используют все потенциальные эффекты, позволяющие эффективно, экспрессно и надежно разделить газ жидкость и дегазировать объем обрабатываемой исходной жидкости. В способе реализованы эффекты: мгновенного вскипания, кавитации, ионизации, вторичного вскипания и гравитационного разделения фаз.

Показатели исходной сточной воды: pH 10,4, CO₂ 12 мг/л; O₂ 4 мг/л; Fe 700 мг/л; Cu 640 мг/л; H₂S 1,2 мг/л, жесткость общая 80 мг-экв/л.

Показатели воды после обработки заявляемым способом: рН 7-9, CO₂ - отсутствует (современные приборы ВНПО "Фармакон" не реагируют), O₂ 0,036 мг/л, Fe 20 мкг/л, Сu 5-8 мг/л, H₂S отсутствует, жесткость общая до 1 мкг-экв/л.

Формула изобретения

1. Способ обработки жидкостей, включающий воздействие на поток переменным давлением и выделение из объема газа за счет изменения живого сечения потока, отличающийся тем, что изменяют гидродинамические характеристики потока с образованием акустических волн и кавитации, дополнительно по периферии потока воздействуют потоком газа, направленным в сторону выхода жидкости, а на выходе осуществляют дробление газожидкостной струи, делят жидкость на множество струй и продувают жидкость наклонным потоком газа.

2. Устройство для обработки жидкостей, содержащее патрубок ввода, камеру обработки и выходное сечение, отличающееся тем, что камера обработки выполнена из набора упругоподатливых пластин, наружные из которых охвачены защитным кожухом и выполнены с кососрезанными отверстиями, а внутренние выполнены гофрированными, при этом пластины перед выходным сечением камеры соединены между собой с помощью пружин, выходное сечение снабжено дополнительной камерой с верхним вытяжным патрубком и установленным перед ним наклонно к вертикали экраном, имеющим иглы и отверстия, ориентированные осью к верхнему вытяжному патрубку, при этом защитный кожух и нижняя часть дополнительной камеры снабжены патрубками подачи газа.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что наружные пластины снабжены экранами, закрепленными одним концом над отверстиями со стороны патрубка подачи газа.

4. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что все патрубки снабжены амортизирующими сильфонными вставками.

РИСУНКИ

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