Устройство для очистки жидкости

Изобретение относится к устройствам для очистки сточных вод и может использоваться для выделения из них нефтепродуктов. Устройство содержит герметичный бак, снабженный средством вакуумирования, канал отвода сфлотированного материала и емкость для его сбора, нагреватель, размещенный над дном бака, и средство ввода очищаемой жидкости. Полость бака разделена на накопительную и флотационную зоны, сообщающиеся в верхней части. Флотационная зона разделена на вертикальные щелевые каналы посредством стенок, каждая из которых сформирована из расположенных друг над другом плоскоовальных нагревательных элементов, сообщенных с источником греющего теплоносителя. Между ними размещены вставки, выполненные из фторопласта, ширина которых равна ширине плоскоовальных нагревательных элементов. Вдоль центральной части верхней и нижней впадин вставки выполнен продольный желобок, а остальная поверхность впадин плотно прилегает к обращенным к ним поверхностям плоскоовальных нагревательных элементов. Полость продольного желобка сообщена с вертикальным щелевым каналом канавками, а полости продольных желобков сообщены друг с другом посредством сквозного вертикального канала. Технический результат состоит в повышении производительности устройства. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к очистке сточных вод и может быть использовано для выделения из них различных примесей, например нефтепродуктов.

Известно устройство для очистки жидкости, содержащее герметичный резервуар с установленной в нем напорной распределительной трубой, выполненной с отверстиями, обращенными к поверхности жидкости, снабженное заглубленными в воду насадками и установленными соосно напорной трубе отбойником в виде короба с патрубком, размещенным под насадками, и двумя установленными один над другим периферийными карманами, нижний из которых соединен трубопроводом с отбойником (SU №996332, МКИ С02F 1/00, 1981).

Недостаток этого решения - неудовлетворительная степень очистки нефтесодержащих сточных вод из-за низкой степени их аэрирования.

Известно также устройство для очистки жидкости, содержащее герметичный бак, снабженный средством вакуумирования, каналом отвода сфлотированного материала и емкостью для его сбора, нагревателем, размещенным над дном бака, и средством ввода очищаемой жидкости, при этом полость бака разделена на накопительную и флотационную зоны, сообщающиеся в верхней части (см. патент на ПМ №72965, МКИ С02F 1/40, 2006).

Недостатком этого решения является то, что в связи с малыми размерами пузырьков воздуха (что характерно для очистки вакуумированием) скорость флотации, определяемая скоростью их всплытия, невысока, что предопределяет невысокую производительность устройства.

Задача, на решение которой направлено заявленное решение, заключается в повышении производительности устройства при очистке вакуумированием нефтесодержащих сточных вод от тонкодисперсных примесей, равномерно распределенных по их объему.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в обеспечении возможности интенсивного теплового и гидродинамического воздействия (обеспечивающего устойчивое парообразование) на поток жидкости, с формированием в них паровых зон, обеспечивающих формирование в объеме жидкости дополнительных поверхностей раздела фаз пар-жидкость, для сбора тонкодисперсных пузырьков воздуха с прилипшими к ним тонкодисперсными частицами примесей, что приводит к повышению скорости флотации, определяемой скоростью их всплытия, что предопределяет повышение производительности устройства.

Поставленная задача решается тем, что устройство для очистки жидкости, содержащее герметичный бак, снабженный средством вакуумирования, каналом отвода сфлотированного материала и емкостью для его сбора, нагревателем, размещенным над дном бака, и средством ввода очищаемой жидкости, при этом полость бака разделена на накопительную и флотационную зоны, сообщающиеся в верхней части, отличается тем, что флотационная зона разделена на, по меньшей мере, два вертикальных щелевых канала посредством стенок, каждая из которых сформирована из, по меньшей мере, двух расположенных друг над другом плоскоовальных нагревательных элементов, сообщенных с источником греющего теплоносителя, между которыми размещены вставки, ширина которых равна ширине плоскоовальных нагревательных элементов, при этом вдоль центральной части верхней и нижней впадин вставки выполнен продольный желобок, а остальная поверхность впадин плотно прилегает к обращенным к ним поверхностям плоскоовальных нагревательных элементов, причем полость продольного желобка сообщена с вертикальным щелевым каналом, по меньшей мере, двумя канавками, кроме того, полости продольных желобков сообщены друг с другом посредством сквозного вертикального канала. При этом вставки выполнены из фторопласта. Кроме того, поверхность дна продольного желобка параллельна остальной поверхности впадин вставки.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию "новизна".

Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований, что обеспечивает положительную реакцию на достижение технического результата - повышение скорости флотации, что приводит к повышению производительности устройства.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

При этом признаки отличительной части формулы изобретения обеспечивают решение комплекса функциональных задач.

Признаки «…флотационная зона разделена на, по меньшей мере, два вертикальных канала посредством стенок, каждая из которых сформирована из нагревательных элементов…» обеспечивают разделение поперечного сечения флотационной зоны на несколько «обогреваемых» вертикальных каналов, тем самым обеспечивается возможность интенсивного теплового воздействия (обеспечивающего устойчивое парообразование) на поток жидкости, с формированием в них паровых зон, обеспечивающих формирование в объеме жидкости дополнительных поверхностей раздела фаз пар-жидкость, для «сбора» тонкодисперсных пузырьков воздуха с прилипшими к ним тонкодисперсными частицами примесей.

Указание на выполнение «стенок» «из, по меньшей мере, двух расположенных друг над другом плоскоовальных нагревательных элементов» обеспечивает «гладкость» вертикальных каналов, минимизируя их гидродинамическое сопротивление.

Признаки «…между которыми размещены вставки, ширина которых равна ширине плоскоовальных нагревательных элементов…» также обеспечивает «гладкость» вертикальных каналов, минимизируя их гидродинамическое сопротивление.

Признаки «…вдоль центральной части верхней и нижней впадин вставки выполнен продольный желобок, а остальная поверхность впадин плотно прилегает к обращенным к ним поверхностям плоскоовальных нагревательных элементов, причем полость продольного желобка сообщена с вертикальным щелевым каналом, по меньшей мере, двумя канавками,…» обеспечивают устойчивое парообразование в «тонкопленочных слоях», заполняющей их жидкости»,

Признаки «…полости продольных желобков сообщены друг с другом посредством сквозного вертикального канала…» обеспечивают беспрепятственный выход образовавшегося пара из зазоров, обращенных выпуклостью вверх.

Признаки второго дополнительного пункта формулы изобретения конкретизируют материал вставок.

Признак «…поверхность дна продольного желобка параллельна остальной поверхности впадин вставки» направлен на уменьшение гидравлического сопротивления парогенерирующей зоны и обеспечение устойчивого генерирования паровой фазы в ней даже при низких плотностях теплового потока на поверхностях плоскоовальных нагревательных элементов.

На фиг.1 схематически показан поперечный разрез устройства;

на фиг.2 - узел А этого устройства, а на фиг.3 показан разрез флотационного отсека.

Герметичный бак 1 выполнен в виде отдельной емкости с вертикальной отбойной перегородкой 2, разделяющей его на флотационный 3 с открытыми верхними кромками и накопительный 4 отсеки (зазор между стенками отбойника 2 и внешними стенками герметичного бака 1). В нижней части герметичного бака 1 расположена распределительная камера 5, полученная установкой поперечной перегородки 6, ограниченная вертикальной отбойной перегородкой 2. Распределительная камера 5 переходит во флотационный отсек 3. В распределительной камере 5 смонтирован теплообменник 7 для нагрева воды, прошедшей ступень флотации при атмосферном давлении. Температура нагреваемой воды доводится до температуры насыщения, соответствующей давлению в паровоздушном пространстве над слоем пены 8 в герметичном баке 1.

Во флотационном отсеке 3 смонтированы плоскоовальные нагревательные элементы 9, скомпонованные в вертикальные панели. Между плоскоовальными нагревательными элементами 9, образующими вертикальные щелевые каналы 10, установлены профильные вставки 11, изготовленные из фторопласта, состоящие из левой и правой симметричных частей, плотно прилегающих к овальным зонам плоскоовальных нагревательных элементов 9. Концевые участки левой и правой симметричных частей вставок 11 также плотно прилегают друг к другу. Ширина профильных вставок 11 равна ширине плоскоовальных нагревательных элементов 9. Вдоль центральной части верхней и нижней впадин профильной вставки 11 выполнен продольный желобок 12, а остальная поверхность впадин плотно прилегает к обращенным к ним поверхностям плоскоовальных нагревательных элементов 9, причем полость продольного желобка 12 сообщена с вертикальным щелевым каналом 10 канавками 13. Канавки 13 расположены по длине профильных вставок 11, их количество определяется интенсивностью парообразования на поверхностях плоскоовальных нагревательных элементов в зоне продольных желобков 12. Поверхность дна продольного желобка 12 параллельна остальной поверхности впадин профильной вставки 11.

Кроме того, полости продольных желобков 12 сообщены друг с другом посредством вертикального канала 14, образованного вертикальными стенками симметричных половин профильных вставок 11, длина которого ограничена зоной плотного прилегания симметричных половин вставок 11 на их концевых участках. Вертикальный канал 14 обусловливает проход жидкости и части паровой фазы из нижерасположенных продольных желобков 12 в верхние.

Плоскоовальные нагревательные элементы 9 замыкаются на входной и выходной коллекторы 15 греющей среды. Герметичный бак 1 снабжен приемной емкостью 16 сбора сфлотированного продукта. На чертежах также показаны трубопровод 17, отводной 18 и воздушный 19 патрубки, патрубок 20 для отвода очищенной воды и дренажный патрубок 21 герметичного бака 1.

Перечисленные элементы и детали не отличаются по конструкции и материалам от известных элементов и деталей, используемых по сходному назначению, при сходных требованиях по прочности, производительности и т.п.

Заявленное устройство работает следующим образом.

Очищаемую воду подают по трубопроводу 17 в распределительную камеру 5 герметичного бака 1. Здесь очищаемые воды проходят по тепловоспринимающему контуру теплообменника 7 и нагреваются теплотой низкопотенциальных сред (вода системы охлаждения двигателей, отработанный пар и т.д.) до температуры, близкой к температуре кипения соответствующей давлению насыщения над свободной поверхностью жидкости в баке 1 (для справки: при Р=0,006 МПа; tc=36°C).

При температуре греющей среды 80-90°С (вода из системы охлаждения двигателей внутреннего сгорания) в продольных желобках 12 профильных вставок 11 создается устойчивый режим кипения, вследствие достаточного перегрева пристенных слоев жидкости относительно температуры насыщения жидкости в объеме отсека 3. Паровая фаза выходит в объем жидкости вертикальных каналов 10 через канавки 13 профильных вставок 11, образуя устойчивые центры кипения и парообразования на поверхности плоскоовальных нагревательных элементов 9.

Паровые пузыри располагаются по центру вертикальных каналов 10, обеспечивая интенсивный сброс в них мелкодисперсной воздушной среды и сфлотированных примесей. В процессе всплытия и роста паровых образований по высоте вертикальных каналов 10 образуются устойчивые паровые зоны, создающие внутри жидкости дополнительные поверхности раздела пар-жидкость.

В итоге увеличение массового газо-парового содержания жидкости приводит к интенсивному подъемному движению в вертикальных щелевых каналах 10, что обусловливает значительную интенсификацию процессов вакуумной флотации с глубокой очисткой от коллоидных растворов, ароматических фракций и мелкодисперсных нерастворенных примесей.

Совместное выделение коллоидных и мелкодисперсных включений на поверхности раздела фаз в объеме жидкости вертикальных каналов 10 и дополнительное выделение мелкодисперсных включений на поверхности герметичного бака 1 в виде слоя пены 8 ведет к интенсификации процесса флотации в сравнении с обычным вакуумным режимом флотации жидкостей.

Слой пены 8, содержащий сфлотированные примеси, периодически удаляют известным способом через отводные патрубки 18. Пары нефтепродуктов и воды удаляют через воздушный патрубок 19 герметичного бака 1, в процессе работы вакуум-насоса, после чего они известным образом отделяются от воздуха и разделяются друг от друга (либо сбрасываются в нефтесодержащие воды, подлежащие очистке). Очищенная вода, как более плотная среда, увлекается вниз ко дну герметичного бака 1, при этом вертикальная отбойная перегородка 2 предотвращает попадание примесей в очищенную воду в процессе ее движения вниз, к патрубку 20 герметичного бака 1. Для периодической очистки дна герметичного бака 1 от накапливающегося шлама используют дренажные патрубки 21.

Конечная степень очистки воды, обрабатываемой в предлагаемом устройстве, достигает 99,2%, что указывает на целесообразность применения предлагаемого устройства.

1. Устройство для очистки жидкости, содержащее герметичный бак, снабженный средством вакуумирования, каналом отвода сфлотированного материала и емкостью для его сбора, нагревателем, размещенным над дном бака, и средством ввода очищаемой жидкости, при этом полость бака разделена на накопительную и флотационную зоны, сообщающиеся в верхней части, отличающееся тем, что флотационная зона разделена на, по меньшей мере, два вертикальных щелевых канала посредством стенок, каждая из которых сформирована из, по меньшей мере, двух расположенных друг над другом плоскоовальных нагревательных элементов, сообщенных с источником греющего теплоносителя, между которыми размещены вставки, ширина которых равна ширине плоскоовальных нагревательных элементов, при этом вдоль центральной части верхней и нижней впадин вставки выполнен продольный желобок, а остальная поверхность впадин плотно прилегает к обращенным к ним поверхностям плоскоовальных нагревательных элементов, причем полость продольного желобка сообщена с вертикальным щелевым каналом, по меньшей мере, двумя канавками, кроме того, полости продольных желобков сообщены друг с другом посредством сквозного вертикального канала.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вставки выполнены из фторопласта.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что поверхность дна продольного желобка параллельна остальной поверхности впадин вставки.