Дозатор для жидких реагентов

Изобретение относится к области химической технологии и может найти применение, например, в системах водоподготовки, в химической и нефтехимической промышленности, а также при добыче и транспортировке нефти и газа. Дозатор для жидких реагентов содержит контейнер для реагента и трубопровод, соединенный с контейнером посредством двух трубок. При этом трубопровод выполнен по дуге окружности, одна из соединительных трубок присоединена к внешней стороне дуги, а другая - к внутренней стороне дуги. Дозатор работает следующим образом: при движении среды по трубопроводу, выполненному по дуге окружности, на движущуюся среду действует центробежная сила, направленная от внутренней стороны дуги к ее внешней стороне. Так как одна соединительная трубка присоединена к внешней стороне дуги, а другая - к внутренней стороне дуги, то между соединительными трубками возникает перепад давлений, который связан с расходом среды в трубопроводе. За счет этого перепада давлений реагент из контейнера поступает в трубопровод через соединительную трубку, присоединенную к внутренней стороне дуги. Через соединительную трубку, присоединенную к внешней стороне дуги, среда из трубопровода поступает в контейнер и замещает реагент в контейнере. Технический результат - повышение точности регулирования дозирования реагента и поддержание постоянного отношения подачи реагента к расходу среды в трубопроводе при изменении расхода среды в трубопроводе. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

 

Область техники

Изобретение относится к области химической технологии, а более конкретно к устройствам для дозирования жидких реагентов, и может найти применение, например, в системах водоподготовки, в химической и нефтехимической промышленности, а также при добыче и транспортировке нефти и газа.

Уровень техники

Известен самотечный дозатор жидкости [1], который состоит из замкнутой емкости, заполненной дозируемой жидкостью, впускного и выпускного патрубков, сообщающих емкость со средой, причем выходные концы патрубков смещены по вертикали, один из патрубков выполнен с насадкой с калиброванным отверстием, а выходной конец впускного патрубка соединен с зоной скопления поступающей в емкость среды пленочным рукавом. Дозатор работает независимо от взаимной смешиваемости дозируемой жидкости среды, а также при любом соотношении плотностей дозируемой жидкости и среды. К недостаткам описанной конструкции дозатора относится ее непригодность для дозирования жидкости в среды, перемещаемые по трубопроводам под давлением, так как дозатор работает самотеком.

Также недостатком является невозможность точного поддержания постоянного соотношения между подачей дозируемой жидкости и среды при изменении расхода среды. Кроме того, соотношение между подачей дозируемой жидкости и среды можно регулировать только изменением диаметра калиброванного отверстия, следовательно, регулирование соотношения трудоемко, а плавное регулирование в процессе работы дозатора невозможно.

Известно устройство для дозирования одоранта [2], которое содержит диафрагму, установленную в полости газопровода, емкость хранения и емкость дозирования, распылительную форсунку. Емкость хранения одоранта соединена с полостью газопровода до диафрагмы плюсовой импульсной линией и раздаточной линией с установленным на ней тарировочным вентилем с дозирующей емкостью. Дозирующая емкость соединена с полостью газопровода за диафрагмой минусовой импульсной линией, а сливной линией соединена с распылительной форсункой. При этом устройство для отбора динамического напора включает два трубопровода, расположенные в различных положениях по отношению к направлению магистрального потока. В частном случае устройство для отбора динамического напора выполнено с возможностью поворота относительно магистрального потока. К недостаткам данной конструкции относится наличие в полости газопровода диафрагмы, которая создает значительное местное сопротивление и сильно возмущает поток, вызывая завихрения. При изменении расхода газа в газопроводе диафрагма вызывает завихрения, характер которых трудно предугадать. Эти завихрения приводят к нарушению точности дозирования реагента. Наличие двух емкостей - одной для хранения одоранта, а другой дозирующей - усложняет конструкцию устройства.

Наиболее близким по своей сущности и достигаемому техническому результату к заявляемому техническому решению является устройство для дозированной подачи реагента в нефтепровод [3], которое включает контейнер с реагентом, верхняя часть которого сообщена с газосборником на нефтепроводе посредством газопровода, нижняя же часть контейнера связана с нефтепроводом посредством трубки, снабженной регулирующим клапаном. Дозированная подача реагента в нефтепровод осуществляется за счет давления высоты столба реагента в контейнере при выравнивании давления в контейнер и нефтепроводе. К недостаткам описанной конструкции дозатора относится невозможность точного поддержания постоянного соотношения между подачей дозируемого реагента и нефти при изменении расхода нефти в нефтепроводе, так как дозированная подача реагента в нефтепровод осуществляется только за счет давления высоты столба реагента в контейнере и никак не связана с расходом нефти. В процессе дозирования подача дозируемого реагента не остается постоянной, а изменяется от наибольшей величины до нуля из-за изменения высоты столба реагента в контейнере. Эти недостатки данной конструкции снижают точность дозирования реагента.

Сущность изобретения

Целью заявляемого изобретения является повышение точности дозирования реагента. Техническим результатом, который достигается посредством заявляемой конструкции, является повышение точности регулирования дозирования реагента и поддержание постоянного отношения подачи реагента к расходу среды в трубопроводе при изменении расхода среды в трубопроводе.

Технический результат достигается тем, что дозатор для жидких реагентов содержит контейнер для реагента и трубопровод, соединенный с контейнером посредством двух трубок. При этом трубопровод выполнен по дуге окружности, одна из соединительных трубок присоединена к внешней стороне дуги, а другая - к внутренней стороне дуги.

Дозатор работает следующим образом. При движении среды по трубопроводу, выполненному по дуге окружности, на движущуюся среду действует центробежная сила, направленная от внутренней стороны дуги к ее внешней стороне. Так как одна соединительная трубка присоединена к внешней стороне дуги, а другая - к внутренней стороне дуги, то между соединительными трубками возникает перепад давлений, который связан с расходом среды в трубопроводе. За счет этого перепада давлений реагент из контейнера поступает в трубопровод через соединительную трубку, присоединенную к внутренней стороне дуги. Через соединительную трубку, присоединенную к внешней стороне дуги, среда из трубопровода поступает в контейнер и замещает реагент в контейнере.

В отдельном случае осуществления заявляемого изобретения дозатор содержит дополнительно устройство для регулировки подачи реагента, расположенное на одной из соединительных трубок между контейнером для реагента и трубопроводом. Это позволяет расширить функциональность дозатора за счет возможности регулирования подачи реагента.

По сравнению с прототипом то, что трубопровод выполнен по дуге окружности, одна из соединительных трубок присоединена к внешней стороне дуги, а другая - к внутренней стороне дуги, является новым во всех случаях осуществления заявляемого изобретения. Выполнение трубопровода по дуге окружности, причем одна из соединительных трубок присоединена к внешней стороне дуги, а другая - к внутренней стороне дуги, позволяет обеспечить повышение точности регулирования дозирования реагента и поддержание постоянного отношения подачи реагента к расходу среды в трубопроводе при изменении расхода среды в трубопроводе.

На чертеже изображена схема, иллюстрирующая возможность осуществления заявляемого изобретения. На схеме применены следующие обозначения:

1 - контейнер для реагента;

2 - трубопровод;

3 и 4 - соединительные трубки;

5 - устройство для регулировки подачи реагента;

r - радиус дуги окружности;

d - диаметр трубопровода.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Возможность осуществления заявляемого изобретения подтверждается примером осуществления. На чертеже изображена схема возможного осуществления заявляемого изобретения.

Дозатор для жидких реагентов содержит контейнер для реагента 1, трубопровод 2 диаметром d, который выполнен по дуге окружности с радиусом r, и соединительные трубки 3 и 4. При этом соединительная трубка 3 присоединена к внешней стороне дуги, а соединительная трубка 4 - к внутренней стороне дуги. Между контейнером для реагента и трубопроводом на одной из соединительных трубок расположено устройство для регулировки подачи реагента 5.

Дозатор для жидких реагентов работает следующим образом. При движении среды по трубопроводу, выполненному по дуге окружности, на движущуюся среду действует центробежная сила f_ЦБ, направленная по радиусу дуги от внутренней стороны дуги к ее внешней стороне и пропорциональная квадрату скорости потока среды w:

где ρ - плотность среды. Так как одна соединительная трубка присоединена к внешней стороне дуги, а другая - к внутренней стороне дуги, то между соединительными трубками возникает перепад давлений ΔР, также пропорциональный квадрату скорости потока среды:

За счет этого перепада давлений реагент из контейнера 1 поступает в трубопровод 2 через соединительную трубку 4, присоединенную к внутренней стороне дуги. Через соединительную трубку 3, присоединенную к внешней стороне дуги, среда из трубопровода поступает в контейнер и замещает реагент в контейнере. Устройство для регулировки подачи реагента 5 пропускает реагент в количестве q_{РЕАГЕНТ}, пропорциональном корню квадратному из перепада давлений ΔР:

где k - коэффициент пропорциональности. Следовательно, количество дозируемого реагента

прямо пропорционально скорости потока среды в трубопроводе или расходу среды в трубопроводе.

Приведенные выкладки подтверждаются следующими экспериментальными данными. По схеме, показанной на чертеже, был изготовлен дозатор для жидких реагентов с объемом контейнера для реагента, равным 2 л. Трубопровод диаметром 50 мм выполнен по дуге окружности радиусом 100 мм. Трубопровод соединен с контейнером для реагента двумя соединительными трубками, одна из которых присоединена к внешней стороне дуги, а другая - к внутренней стороне дуги. На одной из соединительных трубок между контейнером для реагента и трубопроводом установлено устройство для регулировки подачи реагента в виде шайбы из нержавеющей стали толщиной 2 мм с внутренним диаметром 1 мм. Расход воды в трубопроводе измеряли расходомером индукционным РИ-4. Этот расход изменяли от 0,5 до 50 м³/час (от 0,00014 до 0,014 м³/с), что соответствует скорости магистрального потока от 0,07 до 7 м/с. В качестве жидкого реагента использовали 20%-ный водный раствор ингибитора коррозии (натриевой соли цинкового комплекса оксиэтилидендифосфоновой кислоты), подкрашенный красителем “кристаллический фиолетовый”. За расходом жидкого реагента наблюдали через корпус устройства для калибровки расхода реагента, который был выполнен прозрачным. Расход жидкого реагента определяли по времени истечения 2 л раствора. Результаты опытов приведены в таблице.

Опыты показали, что при изменении расхода воды в магистральном потоке расход жидкого реагента изменяется пропорционально расходу воды в магистральном потоке. Как видно из таблицы, отношение подачи реагента к расходу среды в магистральном потоке (0,00012-0,00015) автоматически поддерживается постоянным (с приемлемой в инженерной практике погрешностью). Незначительные отклонения можно отнести на счет возникновения завихрений и других возмущений потока в трубопроводе.

Приведенные сведения подтверждают возможность осуществления заявляемой конструкции дозатора для жидких реагентов. При этом заявляемая конструкция дозатора является простой, дешевой и надежной, а также обеспечивает повышение точности регулирования дозирования реагента и поддержание постоянного отношения подачи реагента к расходу среды в трубопроводе при изменении расхода среды в трубопроводе.

Промышленная применимость

Дозатор для жидких реагентов может быть применен в промышленности. Заявляемая конструкция проста, дешева, надежна и при этом обеспечивает точность регулирования дозирования реагента и поддержание постоянного отношения подачи реагента к расходу среды в трубопроводе при изменении расхода среды в трубопроводе. Эти качества делают использование заявляемой конструкции возможным и целесообразным, например, в системах водоподготовки, в химической и нефтехимической промышленности, а также при добыче и транспортировке нефти и газа. Для осуществления заявляемого изобретения не требуется сложных технических средств. Изготовление дозатора для жидких реагентов описанной конструкции возможно известными и широко распространенными в промышленности методами на оборудовании, традиционно применяемом в химическом и нефтегазовом машиностроении.

Источники информации

1. Патент РФ №2045748, МПК G 01 F 11/00, опубл. 10.10.1995 г. Самотечный дозатор жидкости / Даутов Ф. И.

2. Заявка РФ №5067518, МПК G 01 F 13/00, опубл. 10.02.1995 г. Устройство для дозирования одоранта / Кириленко В.Н., Бейгельман Г.Б., Мешанов А.Е.

3. Патент РФ №2133913, МПК F 17 D 3/12, опубл. 27.07.1999 г. Устройство для дозированной подачи реагента в нефтепровод / Хазиев Н.П., Голубев В.Ф., Газизов М.Г.

1. Дозатор для жидких реагентов, содержащий контейнер для реагента и трубопровод, соединенный с контейнером посредством двух трубок, отличающийся тем, что трубопровод выполнен по дуге окружности, одна из соединительных трубок присоединена к внешней стороне дуги, а другая - к внутренней стороне дуги.

2. Дозатор по п.1, отличающийся тем, что он содержит дополнительно устройство для регулировки подачи реагента, расположенное на одной из соединительных трубок между контейнером для реагента и трубопроводом.