Дезинтегратор-конденсатор тяжелой воды

 

Изобретение предназначено для дезинтеграции ассоциатов протиевой воды, выработки дейтериевой воды при производстве кормовой белково-витаминной добавки и очистке воды из открытых водоемов для питьевых нужд. Дезинтегратор-конденсатор содержит цилиндрический корпус со всасывающим и нагнетательным патрубками, размещенный по оси корпуса ротор с разобщенными отверстиями, перпендикулярными к его поверхности, взаимодействующими через жидкостной кольцевой канал с разобщенными впадинами корпуса, которые выполнены в кольце. Кольцо между ним и корпусом образует полость, которая разобщена от всасывающего и нагнетательного патрубков и сообщена со сборником смеси протиевой и дейтериевой воды. Сборник соединен последующими ступенями дезинтеграторов с сепаратором и камерой электролиза. Всасывающий патрубок сообщен с открытым водоемом через два фильтра, а нагнетательный патрубок соединен с раструбом улитки, плоская часть которой сообщена с трубой, перпендикулярной к стенке плоской части улитки. Внутри трубы размещена плоская спираль, а труба соединена с биофильтром, нижняя секция которого сообщена с центробежным микрофильтром с нежесткой фильтровальной перегородкой с отводом питьевой воды в сборник. По осадку микрофильтр сообщен с пресс-фильтром, сушилкой и сборником белково-витаминной добавки. Изобретение обеспечивает повышение эффективности выработки дейтериевой воды и освобождения питьевой воды от тяжелой воды. 2 ил.

Изобретение относится к технике дезинтеграции ассоциатов протиевой воды /H₂O/, выработки дейтериевой /D₂О/ при производстве кормовой белково-витаминной добавки /БВД/ и очистке воды из открытых водоемов для питьевых нужд.

Известен дезинтегратор, содержащий цилиндрический корпус со всасывающим и нагнетательным патрубками, установленный по оси корпуса ротор с разобщенными отверстиями, перпендикулярными к его поверхности, взаимодействующий через жидкостной кольцевой канал с разобщенными отверстиями корпуса /патент РФ N 2086641, кл. C 12 M 1/33, C 02 F 3/00, 1993/, недостатком которого является низкая степень дезинтеграции ассоциатов молекул воды, что снижает эффективность его работы при выработке дейтериевой воды, БВД и воды, освобожденной от тяжелой воды, для питьевых нужд.

Цель изобретения - повышение эффективности работы достигается тем, что впадины корпуса выполнены в кольце, образующем полость между кольцом и корпусом, которая разобщена от всасывающего и нагнетательного патрубков, полость сообщена трубой со сборником смеси протиевой и дейтериевой воды, а сборник смеси сообщен с последующими ступенями дезинтеграторов-конденсаторов, а всасывающий патрубок корпуса сообщен с открытым водоемом через два фильтра, включающие корпус с перфорированными перегородками, образующими секцию с зернистой засыпкой, корпус выполнен с технологическими патрубками, а нагнетательный патрубок сообщен с раструбом улитки, плоская часть которой сообщена с трубой, перпендикулярной к стенке плоской части улитки, а во внутренней полости трубы размещена плоская спираль, а труба сообщена с биофильтром, включающим корпус с технологическими патрубками, размещенными в корпусе провальными перфорированными перегородками /ППП/, образующими секции, в которых на ППП размещена абразивная зернистая иммобилизационная насадка /АЗИН/, под ППП и над АЗИН корпус сообщен тангенциальными патрубками с нагнетателями воздуха, а нижняя секция биофильтра патрубком сообщена с центробежным микрофильтром с нежесткой фильтровальной перегородкой с отводом питьевой воды в сборник, а по осадку микрофильтр сообщен с преcс-фильтром, сушилкой и сборником белково-витаминной добавки /БВД/.

При перемещении под действием центробежной силы воды из впадин ротора в виде жидкостного поршня во впадине создается разрежение и в воде в жидкостном поршне появляются пузырьки пара, при попадании воды жидкостного поршня во впадины корпуса пузырьки пара конденсируются. Объем конденсата в тысячу раз меньше объема пара, из которого он образовался, и во впадинах корпуса возникают пустоты, которые с гидравлическими ударами заполняются жидкостными поршнями, выбрасываемыми из впадин ротора, при гидравлических ударах происходит разрушение ассоциатов молекул воды, из которых выбивается дейтериваемая вода, плотность которой на 10% больше протиевой, и собирается в сборнике корпуса под кольцом с впадинами. Кратность дезинтеграции ассоциатов молекул определяется временем обработки в жидкостном кольцевом канале и гидравлическими сопротивлениями улитки, трубы с плоской спиралью. Последовательно обработка смеси протиевой воды с дейтериевой приводит к сокращению доли первой и увеличению объема второй, перед последующим выделением тяжелой воды концентрацией 90-95% в центробежном сепараторе и электролизом. Все вместе взятое обеспечивает достижение цели изобретения при выработке тяжелой воды, БВД и питьевой воды.

На фиг. 1 схематически показана установка очистки воды с выработкой тяжелой воды, БВД и воды питьевых кондиций с применением дезинтегратора, продольный разрез; на фиг. 2 - узел 1 на фиг. 1 Дезинтегратор-конденсатор содержит цилиндрический корпус 1 со всасывающим 2 и нагнетательным патрубком 3, установленный по оси корпуса 1 ротор 4 с разобщенными отверстиями 5, перпендикулярными к его поверхности, взаимодействующими через жидкостной кольцевой канал 6 с разобщенными впадинами 7 корпуса 1, выполненными в кольце 8, образующем полость 9 между кольцом 8 и корпусом 1, которая разобщена от всасывающего 2 и нагнетательного 3 патрубков и сообщена трубой 10 со сборником 11 смеси протиевой и дейтериевой воды, а сборник 11 сообщен с последующими ступенями дезинтеграторов 12 с сепаратором 13 и камерой электролиза 14, а всасывающий патрубок 2 корпуса 1 сообщен с открытым водоемом 15 через два фильтра 16 и 17, включающих корпус 18 с технологическими патрубками 19-24, выполненными с запорной арматурой, с размещенными в корпусе 18 перфорированными перегородками 25 и 26, образующими секцию 27 с зернистой насадкой 28, например из кварцевого песка, а нагнетательный патрубок 3 корпуса 1 сообщен с раструбом 29 улитки 30, плоская часть 31 которой сообщена трубой 32, перпендикулярной к стенке плоской части 31 улитки 30, а во внутренней полости трубы 32 размещена плоская спираль 33, а труба 32 сообщена с биофильтром 34, включающим корпус 35 с технологическими патрубками 36 и 37, размещенными в корпусе 35 ППП 38, образующими секции 39, в которых на ППП размещена АЗИН 40/кокс, вспученный перлит, керамзит, модифированный цеолит и т.д./, под ППП 38 и над АЗИН 40 корпус 35 сообщен тангенциальными патрубками 41 с нагнетателями воздуха 42, а нижняя секция 39 биофильтра 34 патрубком 37 сообщена с центробежным микрофильтром 43 с нежесткой фильтровальной перегородкой 44 с отводом питьевой воды в сборник 45, а по осадку микрофильтр 43 сообщен с пресс-фильтром 46, сушилкой 47 и сборником БВД 48.

Дезинтегратор-конденсатор в установке микробной безреагентной очистки воды открытых водоемов работает следующим образом.

Вода из открытого водоема 15, в котором за счет испарения происходит первичное обогащение тяжелой водой за счет испарения протиевой воды, через патрубок 19 поступает в фильтр 16 и при фильтровании через зернистую засыпку 28 происходит освобождение от взвесей. При закупорке живого сечения /кольматации/ вода из источника 15 через патрубок 23 поступает в фильтр 17. В это время засыпка 28 промывается и из фильтра 16 взвеси отводят через патрубок 20 в отстойник /на чертеже не показан/. Таким образом, фильтры 16 и 17 работают периодически, освобождая воду от взвесей. Осветленная вода из патрубков 21 и 22 попеременно поступает во всасывающий патрубок 2 корпуса 1 дезинтегратора-конденсатора 12. При вращении ротора 4 вода выбрасывается из впадин 5 под действием центробежной силы, выброшенная вода проходит через жидкостной кольцевой канал 6 и через впадины 7 кольца 8 поступает в полость 9. При выбросе воды из впадин 5 в ней создается разрежение и в жидкостном поршне появляются пузырьки пара, которые конденсируются в полости 7, за счет более низкой температуры корпуса 1 в сравнении с температурой ротора 4, в первую очередь конденсируется дейтериевая вода, имеющая более высокую температуру кипения в сравнении с протиевой. При конденсации пузырьков пара в воде возникают пустоты, в которые устремляется с гидравлическими ударами вода, разрушая ассоциаты молекул с преобладанием протиевой воды. При конденсации пузырьков пара за счет тепла конденсации в воде возникают вторичные пузырьки пара, причем в первую очередь испаряется протиевая вода, обогащая воду в полости 9 дейтериевой водой. Конденсации и испарения осуществляются многократно за время перемещения воды от всасывающего патрубка 2 к нагнетательному патрубку 3 по кольцевому каналу 6. Кратность трансформаций в жидкостном канале 6 определяется гидравлическими сопротивлениями в улитке 30, в трубе 32 и между витками плоской спирали 33. За счет трения между слоями воды и трения между слоями воды и стенками гидравлических сопротивлений происходит разрушение ассоциатов молекул воды с освобождением дейтериевой воды. Смесь протиевой и дейтериевой воды из полости 9 отводят по трубе 10 в сборник 11, а из него в следующую ступень дезинтегратора-конденсатора 12. Такую обработку проводят многократно до доведения концентрации дейтериевой воды в смеси до 10-20%. Причем при переходе от одой ступени дезинтегратора 12 к другой процесс обогащения возрастает, так как молекулярная масса дейтериевой воды на 10% больше протиевой, что является существенным фактором в поле центробежных сил и накопления дейтериевой воды в полости 9, в которой действие центробежной силы прекращается. Воду дополнительно обогащают в поле центробежных сил сепаратора 13 и доводят до концентрации 90-95% в камере электролиза 14. Тяжелую воду из сборника 49 используют в качестве замедлителя или источника энергии. При радиоактивном распаде 1 кг тяжелой воды выделяется в 10 миллионов больше энергии в сравнении со сжиганием 1 кг угля, т. е. источник энергетики XXI века, тяжелая вода и ее основной компонент дейтерий - основа энергетики будущего. Вода из трубы 32 дезинтеграторов 12 через парубок 36 поступает в корпус 35 биофильтра 34, в секциях 39 которого на АЗИН 40 из воды удаляют растворенные примеси, на которых выращивают биомассу аэробов, при интенсивном аэрировании проваливающейся через ППП 38 воды воздухом, подводимым от нагнетателей 42 по тангенциальным патрубкам 41. Очищенную воду отделяют на нежесткой фильтровальной перегородке 44 центробежного микрофильтра 43 и используют для питьевых нужд из сборника 45, а биомассу аэробов обезвоживают в пресс-фильтре 46, сушилке 47, сборнике 48 и применяют в качестве БВД в корм скоту и птице.

Формула изобретения

Дезинтегратор-конденсатор тяжелой воды, содержащий цилиндрический корпус со всасывающим и нагнетательным патрубками, размещенный по оси корпуса ротор с разобщенными отверстиями, перпендикулярными к его поверхности, взаимодействующими через жидкостной кольцевой канал с разобщенными впадинами корпуса, отличающийся тем, что разобщенные впадины корпуса выполнены в кольце, образующем полость между кольцом и корпусом, которая разобщена от всасывающего и нагнетательного патрубков и сообщена трубой со сборником смеси протиевой и дейтериевой воды, а сборник сообщен последующими ступенями дезинтеграторов с сепаратором и камерой электролиза, при этом всасывающий патрубок корпуса сообщен с открытым водоемом через два фильтра, включающие корпус с технологическими патрубками, выполненными с запорной арматурой, с размещенными в корпусе перфорированными перегородками, образующими секцию с зернистой насадкой, а нагнетательный патрубок корпуса сообщен с раструбом улитки, плоская часть которой сообщена с трубой, перпендикулярной к стенке плоской части улитки, причем во внутренней полости трубы размещена плоская спираль, а труба сообщена с биофильтром, включающим корпус с технологическими патрубками, размещенными в корпусе провальными перфорированными перегородками, образующими секции, в которых на провальных перфорированных перегородках размещена абразивная зернистая иммобилизационная насадка, под провальными перфорированными перегородками и над абразивной зернистой иммобилизационной насадкой корпус сообщен тангенциальными патрубками с нагнетателями воздуха, при этом нижняя секция биофильтра патрубком сообщена с центробежным микрофильтром с нежесткой фильтровальной перегородкой с отводом питьевой воды в сборник, а по осадку микрофильтр сообщен с пресс-фильтром, сушилкой и сборником белково-витаминной добавки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2