Гидродинамическая установка обработки жидкостей

Изобретение относится к пищевой, нефтяной промышленности, экологии и водоочистке и может использовано для получения экологически чистой питьевой воды, обеззараживания молока и фруктовых соков, упрощения трубопроводной транспортировки нефтей и нефтепродуктов. Гидродинамическая установка содержит последовательно соединенные рабочий насос 5, выполненный с возможностью обеспечения на выходе давления, равного или превышающего 5 кг/см², агрегат-растворитель 6, выполненный в виде трубопровода длиной (0,5-3,0) м и диаметром не менее выхода из рабочего насоса 5, конфузор 11, дезинтегратор 12. Система вдува сжатого газа оснащена баллонами 10: кислорода и/или атмосферного воздуха для обработки загрязненной воды; углекислого газа и/или азота для обработки молока и фруктовых соков; углеводородного газа, и/или водорода, и/или метана, для обработки нефти. Дезинтегратор 12 выполнен из двух параллельных горизонтальных трубопроводов 14 и 15 длиной (1,5-15) м и диаметром, равным диаметру выхода конфузора 11, подсоединенных входами к его выходу через тройник-разделитель 13, а выходами - к входу в диффузор 22 через тройник-соединитель 16, между которыми монтировано устройство попеременного дросселирования 18, оснащенное подвижной вертикальной перегородкой19 и выполненное с возможностью поочередного создания повышенного статического давления до скачкообразного схлопывания микропузырьков газа с микрогидроударами, образующими в точке схлопывания скачки давления и температуры, необходимые для качественной обработки жидкости: механического разрушения микроорганизмов в молоке, фруктовых соках, воде, при их обеззараживании; ускорения окисления растворенных в воде загрязняющих веществ при ее очистке; разделения нефтей на фракции при ее трубопроводной транспортировке и при переработке в ректификационных колоннах. Агрегат-растворитель 6 оснащен штуцерами 29 вдува газа, монтированными на его входе диаметрально противоположно друг другу перпендикулярно его оси, соединёнными с баллоном 10 через редуктор 8, управляемый клапан 9, дозирующие шайбы 7. Вращение подвижной вертикальной перегородки 19 обеспечивают электромотор 20 и редуктор 21. Перед рабочим насосом 5 может быть монтирована емкость-нагреватель 3. Изобретение обеспечивает уменьшение вязкости указанных жидкостей, и, как следствие, облегчить их перекачку, повысить качество и ускорить очистку указанных жидкостей, а также снизить нагрузку на экологию. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к обеззараживанию и очистке загрязненной воды, может быть использовано для обеззараживания молока и фруктовых соков, для уменьшения вязкости нефтей при их трубопроводной транспортировке, для увеличения выхода из нефтей легких фракций при температурной перегонке.

Обеззараживание пищевых жидкостей (молока, фруктовых соков, других жидкостей) в настоящее время производят их пастеризацией (нагревом и выдержкой в течение определенного времени), что трудоемко, дорого, не обеспечивает 100% уничтожения всех микроорганизмов и вирусов. В зависимости от вида и свойств пищевого сырья используют разные режимы пастеризации: длительную (при температуре (63-65)°С в течение 30-40 минут), короткую (при температуре (85-90)°С в течение 0,5-1 минуты), мгновенную (при температуре 98°С в течение нескольких секунд). Иногда для обеззараживания применяют нагревание пищевых жидкостей на несколько секунд до температуры выше 100°С, что называется ультрапастеризацией.

В предложенной ГДУ может достигаться точечная ультрапастеризация в течение долей секунды.

Известные технологии пастеризации пищевых жидкостей недостаточно качественно обеззараживают их (для уничтожения вирусов и некоторых микроорганизмов требуются более высокая температура и бОльшая длительность ее воздействия, что не всегда невозможно, т.к. может приводить к разрушению молекул жиров и витаминов, ухудшению качества пищевых продуктов).

Известные способы газонасыщения и нагрева нефтей уменьшают коэффициент их вязкости, что облегчает их транспортировку перекачкой по трубопроводам и повышает процент выхода из них высокооктановых бензинов при температурной перегонке.

При транспортировке нефтей по трубопроводам, их в пунктах подготовки нагревают специальными основными и дополнительными нагревательными печами в специальных емкостях специальными нагревательными аппаратами, нагнетают в транспортировочные трубопроводы под давлением специальными подготовительными (подпорными) и основными (рабочими) насосами, изменяют реологические свойства нефтей - вязкость и предельное напряжение сдвига. Эти пункты подготовки устанавливают на линии трубопровода перекачки через каждые (25-100) км (в зависимости от характеристик нефтей и температуры окружающей среды в месте прохождения трубопровода).

Известна технология кавитационной обработки нефти перед транспортировкой по трубопроводам (патент РФ №2618221), согласно которой нефть обрабатывают ультразвуком и создают в ее потоке переменное давление, состоящее из чередующихся полупериодов сжатия и разрежения, с помощью которых уменьшают ее вязкость.

Недостатками этой технологии являются большие материальные затраты, сложность специальных перекачивающих кавитационных насосов и устройств, их малая эффективность.

Известна технология подготовки нефти к перекачке по трубам и к перегонке (патент РФ №2268284), путем введения в нее воды и прокачку смеси через кавитационную камеру.

Недостатком этой технологии является ее невысокая эффективность, сложность, высокая стоимость.

Известна технология подготовки нефти к перегонке ее кавитационной обработкой (патент РФ №2455341), согласно которой ее обрабатывают кавитирующими насосами и последующей рециркуляцией (часть нефти после обработки кавитацией направляют на дальнейшую переработку или сжигание, а часть смешивают с необработанной нефтью). Положительный результат заключается в снижении вязкости нефти и предварительным частичным разделении ее на фракции за счет кавитации в насосах.

Недостатком этой технологии является сложность, большие затраты, малая эффективность.

Известна технология подготовки нефти к крекингу кавитационной обработкой (патент РФ 2601747), согласно которой нефть обрабатывают в магнитном поле с помощью неодимовых магнитов до получения нужной вязкости, а затем смешивают с легкой нефтью до концентрации тяжелой нефти в смеси от 7 до 9%, после чего полученную смесь подвергают повторной кавитационной обработке насосами с последующей температурной перегонкой.

Недостатком этой технологии являются большие материальные затраты и малая эффективность.

Известны кавитирующие роторные импульсные аппараты (РИА, патенты РФ №171366, №130827, №159457) для подготовки нефти к перегонке, уменьшающие ее вязкость и частично разделяющие ее на фракции. При разрыве связи С - Н от молекул веществ отрывается водород, а при разрыве связи С - С часть углеводородных молекул веществ разрывается на две части (разделяется на фракции), что облегчает ее трубопроводную транспортировку и температурную перегонку.

Кавитация нефти в РИА влияет на изменение ее структурной вязкости, т.е. на разрыв Ван-дер-ваальсовых связей. Под воздействием кавитации в нефти нарушаются С - С связи в молекулах парафина и серы, вследствие чего происходят изменения физико-химического состава нефти (уменьшение молекулярного веса, температуры кристаллизации и др.), обеспечивающего свойства составляющих ее фракций (вязкость, плотность, температуру вспышки и др.). В процессе кавитации нефти, выделяющаяся при схлопывании (коллапсе) кавитационных парогазовых микропузырьков часть внутренней энергии атомов (ядерно-электронных связей) используется для разрыва связей между частями больших сложных молекул углеводородных соединений нефтяных фракций, т е. производится аллотропия и изомерия смеси веществ в нефтях.

При кавитации нефтяных насосов (РИА), перекачивающих нефть, происходит деструкция молекул ее веществ, вызываемая их динамическим микрокрекингом в точке схлопывания кавитационных парогазовых микропузырьков и процессами их ионизации. В результате этих процессов в кавитирующей нефти образуются «активированные» частицы: радикалы, ионы, ионно-радикальные образования, т.е. производится аллотропия и изомерия смеси веществ в нефтях.

Недостатками РИА являются их сложность и дороговизна, быстрый выход из строя (кавитационные микропузырьки создаются и схлопываются на поверхности элементов РИА и разрушают их).

Известна гидродинамическая установка (ГДУ) обработки загрязненной воды (патент №2695178, кл. C02F 0/08, 22.07.2019 - прототип), содержащая последовательно соединенные: рабочий насос; конфузор, дезинтегратор; систему вдува из баллона сжатого кислорода и/или атмосферного воздуха в дезинтегратор через управляемый электроклапан, редуктор постоянного давления, шайбу-дозатор; емкость-дегазатор обработанной воды, в которой рабочий насос не кавитирует, в дезинтегратор вдувают атмосферный воздух и/или газообразный кислород крупными парогазовыми пузырями, часть которых с содержащимся в них кислородом под действием повышения статического давления схлопывается с гидроударами, обеззараживает воду механическим разрушением микроорганизмов, окисляет растворенные в воде загрязняющие вещества содержащимся в пузырях кислородом (при незначительном повышении статического давления в потоке за счет его турбулентности и сопротивления трубопровода).

Недостатком известной ГДУ обработки воды является малая эффективность (особенно при очистке сильно загрязненной воды) из-за неуправляемости образования в дезинтеграторе нужного количества мелких парогазовых пузырьков нужного размера с нужным содержанием газообразного кислорода, не равномерно образующихся в текущем через дезинтегратор газожидкостном потоке. Крупные пузыри, образованные вдувом газа в дезинтегратор (скорость потока газожидкостной смеси воды и статическое давление в котором снижаются незначительно, только за счет сопротивления прямоточной трубы дезинтегратора), не успевают раздробиться на мелкие и схлопнуться, т е не эффективно разрушают клетки находящихся в воде микроорганизмов, а находящийся в них кислород не используется полностью для окисления растворенных в воде вредных веществ, поэтому эффективность известной водяной ГДУ невысокая. Самосхлопывание пузырьков происходит только за счет неуправляемых флуктуаций статического давления в слоях мало турбулентного потока обрабатываемой воды в дезинтеграторе.

Известные ГДУ обработки воды, использующие воздух и/или кислород, неприменимы:

- для обработки жировых и витаминизированных пищевых жидкостей (молока и фруктовых соков), т.к. кислород портит их качество (окисляет их углеводороды, т.е. медленно «сжигает»);

- для обработки нефти при ее трубопроводной транспортировке и при подготовке к перегонке и/или к крекингу, т.к. кислород может создать в ней взрывоопасную смесь.

Принцип работы предложенной гидродинамической установки (ГДУ) обработки жидкостей заключается в последовательном исполнении следующих операций:

- нагревают обрабатываемую жидкость до требуемой температуры (при необходимости достижения требуемой вязкости перед рабочим насосом), в агрегате-растворителе насыщают до равновесной концентрации при заданном давлении специальными газами (загрязненную воду - кислородом и/или воздухом; молоко и фруктовые соки - углекислым газом и/или азотом; нефть - углеводородным газом, азотом, водородом, метаном). В зависимости от вида и состава обрабатываемой жидкости, необходимой степени (глубины) ее обработки, в агрегат-растворитель вдувают дозированное количество соответствующего газа;

- выделяют из газонасыщенной жидкости растворенный в ней газ микропузырьками малого диаметра путем снижения статического давления в ее потоке (разнасыщают ее). Это производят в конфузоре, выполненном нужной длины и с нужным углом сужения, за счет увеличения в нем скорости потока жидкости с уменьшением статического давления до требуемого разнасыщения;

- создают монодисперсный газожидкостный поток обрабатываемой жидкости с микропузырьками малого диаметра. Это производят попеременно (поочередно) в каждом из двух параллельных трубопроводов дезинтегратора, диаметр каждого из которых не более диаметра выходной части конфузора, за счет создания попеременного (поочередного) протока через них порций монодисперсного газожидкостного потока из конфузора в диффузор. Размер порции потока в них определяют длиной и диаметром каждого трубопровода дезинтегратора, требуемым количеством раз обработки ее созданием в ней периодов выделения растворенного газа микропузырьками, и их схлопывания с микрогидроударами при открытии-перекрытии выхода из них в диффузор;

- несколько раз создают (за время протекания по каждому трубопроводу дезинтегратора порции газожидкостной смеси) условия для поочередного образования и схлопывания микропузырьков газа с микрогидроударами, имеющими требуемую величину давления и температуры в точках схлопывания. Это производят попеременно (поочередно) в каждом из двух параллельных трубопроводов дезинтегратора путем периодического, с требуемой частотой, частичного попеременного перекрытия площади выходного отверстия из них в диффузор специальным устройством (поочередно создают понижение и повышение статического давления в протекающей по трубопроводам порции обрабатываемой жидкости);

- несколько раз воздействуют на протекающую по каждому трубопроводу порцию обрабатываемой жидкости микрогидроударами в точках резко схлопывающихся микропузырьков (кратковременным повышением давления и температуры до требуемой величины). Это производят попеременно в полости каждого из двух параллельных трубопроводов дезинтегратора путем периодического, с требуемой частотой, частичного перекрытия площади выходного отверстия из него в диффузор специальным устройством (попеременным дросселированием перетока жидкости из конфузора в диффузор).

Этими операциями:

- обеззараживают обрабатываемые жидкости - воду, молоко, фруктовые соки (механически разрушают биологические клетки находящихся в них живых микроорганизмов);

- ускоряют химические реакции окисления кислородом растворенных в воде вредных веществ;

- освобождают часть микроэлементов (электронов и атомов) от непрочных внутренних связей в имеющихся макроэлементах (в молекулах углеводородных веществ, образующих сложную смесь нефтепродуктов), и в зависимости от требуемой обработки этой смеси понуждают их (микроэлементы) вступать в новые внутренние связи (превращаться в аллотропы и/или изомеры, т.е. в самостоятельные вещества с другими физико-химическими свойствами - другой вязкостью и температурой испарения). Эти процессы преобразования одних углеводородных веществ в другие известны как аллотропия и изомерия.

Изготовителям и пользователям предложенной ГДУ, для правильной ее отработки и эксплуатации в различных местных условиях, правильного применения к различным жидкостям необходимо знать, что такое аллотропия и изомерия (Приложение к описанию).

Предложенная ГДУ создает нужное воздействие внешней энергии (давления и температуры в точках схлопывания микропузырьков) на соединения и свойства микро- и макроэлементов обрабатываемых жидкостей, превращающее их в другие вещества с нужными свойствами за счет быстрой аллотропии состава и изомерии водорода и кислорода, других микро и макроэлементов.

В точках схлопывания микропузырьков в дезинтеграторе ГДУ, т.е. в точках приложения большой внешней энергии (давления и температуры), может происходить скоротечное точечное взаимодействие веществ, которое может вызывать их аллотропию и изомерию путем перераспределения микроэлементов и их соединений.

Предложенная ГДУ без разрушительной насосной кавитации значительно ускоряет конечный технический результат, в т.ч. за счет вибрации стенок газовых микропузырьков, устраняет все вышеперечисленные недостатки аналогов и прототипа, улучшает качество и удешевляет обработку жидкостей:

- уменьшает вязкость обрабатываемых жидкостей и предельное напряжение сдвига за счет растворения в них большего количества газов до равновесной концентрации при давлении большем атмосферного;

- повышает качество и ускоряет очистку сильно загрязненной воды кислородом за счет насыщения ее количеством кислорода, необходимого для окисления растворенных в ней загрязняющих веществ и выбора рабочего насоса с соответствующим выходным давлением, обеспечивающим нужное газонасыщение воды кислородом;

- повышает качество и ускоряет обработку жидкостей за счет многократного управляемого одновременного создания в них нужного количества парогазовых микропузырьков газа требуемого размера и многократного одновременного «схлопывания» всех их во всем объеме обрабатываемых порций жидкостей в трубопроводах дезинтегратора;

- облегчает перекачку нефтей по трубопроводам за счет уменьшения ее вязкости динамическим микрокрекингом ее части;

- повышает выход легких фракций при перегонке нефти за счет аллотропии и изомерии ее микро- и макровеществ (атомов и молекул) внешней энергией - повышенными давлением и температурой в точках микрогидроударов при схлопывании микропузырьков за счет их многократного управляемого образования в нужном количестве и нужного размера равномерно во всем объеме обрабатываемых порций жидкостей и схлопывания всех их (микропузырьков) с гидроударами нужной энергомощности;

- улучшает экологию окружающего пространства, позволяет загрязненную вредными веществами и органическими соединениями природную, техническую, сточную воду ЖКХ и с/х ферм, доводить до норм Госсанэпиднадзора и использовать ее в качестве поливной и питьевой;

- улучшает здоровье и продляет срок жизни биологических существ за счет улучшения окружающей атмосферы, качества питательных продуктов (воды, молока, фруктовых соков).

Величина давления и температуры в точках схлопывания микропузырьков (микрогидроударов) для каждой обрабатываемой жидкости рассчитывается и обеспечивается конструкцией и характеристиками агрегатов ГДУ, изготавливаемых для их обработки (для каждой жидкости отдельная конструкция ГДУ).

По прогнозам специалистов, на планете Земля:

- уменьшаются запасы чистой природной воды, пригодной для питья и изготовления пищевых продуктов, полива растений. Для обеззараживания и очистки загрязненной воды используют УФ-облучение, химические вещества, повышенную температуру, ультрафильтрацию, кавитационные устройства, которые сложны в применении, не обеспечивают требуемого качества обеззараживания и очистки, требуют больших материальных затрат, применяются только на спецстанциях, поэтому при транспортировке к месту использования (в ЖКХ) вода загрязняется и заражается в трубопроводах ее транспортировки;

- ухудшается экология окружающей среды сбросом плохо очищенной сточной воды из ЖКХ, промышленных и с/х предприятий в природные водоемы. Водные хранилища и атмосфера населенных пунктов около этих предприятий загрязнены сверх норм Госсанэпиднадзора и мало пригодны для жизни;

- увеличивается использование антибиотиков для обеззараживания пищевых жидкостей (воды, молока, фруктовых соков) и изготавливаемых из них пищевых продуктов, что снижает качество пищевых продуктов и приводит к ухудшению здоровья населения, сокращает срок их жизни;

- уменьшаются запасы «легкой» нефти. Для трубопроводной транспортировки «тяжелой» нефти применяются сложные нагреватели (в последнее время трубчатые нагревательные печи блочного типа ПТБ-10), уменьшающие ее вязкость, что требует больших затрат. При перегонке «тяжелой» нефти на нефтеперерабатывающих заводах для увеличения выхода высокооктановых бензинов на нефть воздействуют химическими веществами и высокой температурой, добавляют в нее воду, воздействуют акустическими и УЗ колебаниями, вызывающими кавитацию, пропускают ее через кавитирующие устройства и насосы, что сложно в исполнении и требует больших материальных затрат.

В предложенной ГДУ вышеуказанные положительные эффекты достигаются многоразовым резким повышением до нужной величины статического давления в газожидкостной смеси (за счет многократного уменьшения ее скорости в двух параллельных трубопроводах дезинтегратора путем их поочередного дросселирования управляемым устройством на выходе), при котором происходит резкое растворение микропузырьков газа в жидкости с их схлопыванием-коллапсом в точке с требуемыми высокими давлением и температурой, которыми механически разрушаются вакуоли клеток микроорганизмов во всех обрабатываемых жидкостях, ускоряются физико-химические реакции окисления кислородом загрязняющих веществ в воде, разрушаются связи молекул веществ в нефти (динамический микрокрекинг молекул).

Обработка молока, фруктовых соков, воды производится без микрокрекинга их веществ, что обеспечивается характеристиками и настройкой агрегатов ГДУ и дезинтегратора на меньшие по величине микрогидроудары (величиной перекрытия проходного сечения выхода из труб дезинтегратора).

Нагрев молока и фруктовых соков (если требуется) производится до температуры не выше 60°С, т.к. при более высокой температуре их молекулы могут преобразовываться (распадаться). Кратковременный их нагрев и ультрапастеризацию без влияния на их качество предложенная ГДУ может производить в точках схлопывания микропузырьков с высокой температурой.

Образование микропузырьков парогаза нужного диаметра при искусственном разнасыщении обрабатываемых жидкостей в конфузоре обеспечивается равенством отрицательного давления звуковой волны и прочности жидкости на разрыв, которое определяется присутствием в ней мельчайших частиц растворенных газов и радикалов. Образовавшиеся парогазовые микропузырьки под действием отрицательного давления расширяются, заполняются парами окружающей жидкости и растворенными в ней газами. При последующем сжатии микропузырьки парогаза попадают под действие положительного давления и сжимаются - противоположные участки внутренней поверхности каждого микропузырька движутся навстречу друг другу, вибрируют, в конце сжатия сталкиваются в точке с определенной скоростью (схлопываются), и из них выделяется часть внутренней энергии микроэлементов (атомов), пропорциональная произведению движущихся навстречу друг другу масс частей жидкости на квадрат скорости их движения.

В результате схлопывания парогазового микропузырька выделяющаяся внутренняя энергия микроэлементов (электронов и атомов) превышает энергию непрочных их связей в макроэлементах (в молекулах веществ и их кластерах), эта связь разрывается, нефть разделяется на фракции, и из нее образуются молекулы углеводородных газов и фракций нефти.

Выделение (перераспределение) внутренней энергии из микроэлементов (из их ядерно-электронных сцеплений-взаимодействий) при схлопывании парогазовых микропузырьков, достигается увеличением статического давления в газожидкостном монодисперсном потоке поочередно в параллельных трубопроводах дезинтегратора за счет управляемого изменения площади их выходного сечения (дросселирования). Попеременное перекрытие специальным устройством (вращающейся перегородкой) части их выходного сечения одновременно ограничивает размер микропузырьков, увеличивает скорость вибрации их стенок перед схлопыванием (стенки микропузырьков при их движении по трубопроводам дезинтегратора вибрируют, возникает разрушающий резонанс вибраций стенок клеток микроорганизмов и вирусов), управляет количеством выбрасываемой внутренней энергии микроэлементов (электронов и атомов) и переходом ее (уже как внешней энергии) во внутреннюю энергию макроэлементов (сложных молекул) при схлопывании парогазовых микропузырьков.

Процесс ультрапреобразования сложных кластеров нефти в более простые - во фракции (их точечный динамический микрокрекинг с аллотропией и изомерией микро- и макрочастиц составляющих ее веществ) частично происходит и в вибрирующих микропузырьках до их схлопывания. Наиболее эффективно это частичное ультрапреобразование происходит при температуре Т=(100-250)°С, что можно эффективно использовать при трубопроводной транспортировке.

Выделение заданных конечных продуктов нефти производится путем разделения их по температуре кипения (нагревом при перегонке и/или ректификации). Дополнительный нагрев нефти в ГДУ получается попутно в процессе расщепления молекул веществ в дезинтеграторе при динамическом микрокрекинге (побочный продукт).

Количество и размер парогазовых микропузырьков определяется характеристиками агрегатов ГДУ, обрабатываемых жидкостей, вдуваемого газа, статического давления в потоке газожидкостной смеси, которые рассчитываются и подтверждаются экспериментально для каждой ГДУ обрабатываемой жидкости.

Величина статического давления в газожидкостном потоке обрабатываемых жидкостей внутри дезинтегратора должна быть пропорциональна температуре кипения заданного конечного продукта, т.к. этой температурой определяется давление его насыщенных паров. При статическом давлении, меньшем давления насыщенных паров (до частичного перекрытия-дросселирования выхода из параллельных трубопроводов дезинтегратора вращающейся перегородкой), процесс массового схлопывания микропузырьков и точечного ультракрекинга отсутствует. При повышении статического давления выше суммы давления насыщенных паров и давления звуковой волны (после перекрытия выхода из параллельных трубопроводов дезинтегратора на нужную величину) парогазовые микропузырьки не образуются, образовавшиеся почти одновременно схлопываются, и в точках схлопывания происходит или только обеззараживание пищевых жидкостей (молока и фруктовых соков), или обеззараживание и очистка загрязненной воды бОльшими по величине микрогидроударами, или точечный ультракрекинг (через аллотропию и изомерию состава) молекул веществ нефтей еще бОльшими по величине микрогидроударами.

Величина микрогидроударов при схлопывании микропузырьков регулируется настройкой скорости газожидкостного потока в трубопроводах дезинтегратора, величиной перекрытия (дросселирования) вращающейся перегородкой площади проходного сечения выхода из них.

УЗ кавитация не нашла применения на предприятиях с большим объемом переработки нефтей из-за больших энергозатрат на генерацию кавитационных пузырьков, резкого затухания ультразвуковых волн в технологических суспензиях, ограничения ее локального воздействия зоной колебаний излучающих поверхностей (элементов кавитирующих насосов и/или РИА), разрушения этих поверхностей кавитацией.

Этих недостатков не имеет предложенная динамическая суперкавитационная технология, суть и новизна которой реализованы в заявленной ГДУ (вдув в обрабатываемую жидкость нужного количества соответствующего ей определенного газа под нужным давлением, его полное растворение в жидкости, управление величиной давления и температуры в точечных гидроударах схлопывания микропузырьков в трубах дезинтегратора, которые легче и дешевле заменить, чем разрушившийся насос).

Простота, высокая надежность и эффективность предложенной ГДУ с точечным ультракрекингом (для нефти) и/или без него (для воды и пищевых жидкостей), ее универсальность, открывают широкие возможности ее использования в различных областях промышленности.

По сведениям из интернета: «Лабораторные исследования показали, что гидродинамической суперканитацией можно уменьшить вязкость нефтей на 40% и более.

Ф. Хэммит и Дж. Дейли из ASME считают наиболее перспективным метод гидродинамической суперкавитационной обработки нефти точечным ультракрекингом сложных молекул, характеризующийся эффективностью и экономичностью, изменяющий их геологические свойства (структурную вязкость, температуру застывания и др.).

Кавитация возникает при сближении статического давления жидкости и давления ее насыщенных паров. При близких значениях этих давлений в жидкости начинается выделение парогазовых микропузырьков (каверн). Кумулятивное схлопывание этих каверн (микропузырьков) характеризуется резкими скачками температуры и давления в точке схлопывания (гидроудар до Р ~ 700 атм., скачок температуры до Т ~ 1000°С), а распространение выделившейся волны энергии способствует разрушению близлежащих углеродистых цепочек и молекулярных соединений» (журнал «Фундаментальные исследования», 2016, №5 (ч. 3), стр. 531-536, УДК 66-963:66-5).

В известных установках и способах используется действительная кавитация газонасыщенных при атмосферном давлении обрабатываемых жидкостей, получаемая в насосах или в РИА, недостатки применения которой указаны выше.

Предложенная ГДУ использует не прямую кавитацию на поверхности элементов насосов, а имитацию ее действий во всем объеме обрабатываемых жидкостей, для чего насыщает жидкость газом при более высоком давлении, затем разнасыщает ее снижением давления и создает микропузырьки во всем объеме обрабатываемой жидкости, после чего схлопывает их (имитирует кавитирующий насос), что облегчает, удешевляет, ускоряет технологию обработки жидкостей, расширяет диапазон ее применения.

В предложенной ГДУ использованы вышеуказанные, пока еще мало изученные, аллотропические и изомерические преобразования микро- и макроэлементов (в основном водорода, кислорода, углерода), которые направленным кратковременным многократным воздействием на них ключевых параметров внешней энергии (давления и температуры) способствуют выделению и преобразованию скрытой в них большой внутренней энергии (ядерно-электронных связей), и осуществляют нужные физико-химические преобразования веществ на макроуровне (разделение смеси веществ нефти на составляющие фракции, окисление вредных загрязнителей в воде, механическое разрушение вакуолей клеток вредных микроорганизмов, находящихся в воде, молоке, фруктовых соках).

Для ускорения воздействия внешней энергии на атомные и электронные связи молекул обрабатываемых жидкостей и растворенных в них твердых веществ, заявители в предложенной ГДУ используют требуемые давление и температуру, получаемые в точечных микрогидроударах при «схлопывании» многочисленных парогазовых микропузырьков в газожидкостной монодисперсной смеси обрабатываемых жидкостей в трубопроводах дезинтегратора, специально создаваемых по технологии, сходной с процессом жидкостной кавитации в насосах.

Работа предложенных ГДУ основана на взаимодействии энергий микроуровневых связей (электронных, атомных) и макроуровневых связей (молекулярных) обрабатываемых жидкостей и растворенных в них определенных газов.

Для всех обрабатываемых жидкостей конструкция предложенной ГДУ и технология взаимодействия энергий микро- и макроуровней одинаковы. Отличие только в том, что в нефть, воду, молоко и фруктовые соки вдувают разное количество разных газов, растворяемых в их потоке перед дезинтегратором (газонасыщают поток при разных статических давлениях). Увеличением скорости жидкостного потока в конфузоре снижают статическое давление и производят его разнасыщение - выделяют растворенный газ парогазовыми микропузырьками малого размера, последующим их схлопыванием в параллельных трубопроводах дезинтегратора нагревают поток жидкостей (особенно при точечном ультракрекинге нефтей, поэтому при перегонке и ректификации нефтей в колоннах их можно меньше нагревать, что снижает энергетические затраты).

В результате воздействия на сложные макровещества (на сложные по составу жидкостные кластеры нефти) энергией элементов микроуровня (микрогидроударами с относительно высоким давлением и температурой среды в точках схлопывания парогазовых микропузырьков, резонирующей вибрацией стенок микропузырьков), микроэлементы (атомы и электроны) изменяют периоды своего вращения (видоизменяются на микроуровне), и соединяются в другие макроэлементы (в молекулы более легких фракций нефти и высокооктановые бензины).

В предложенной ГДУ для обработки воды требуется меньшее давление и температура в точках микрогидроударов схлопывающихся микропузырьков, т.к. окисление растворенных в воде загрязняющих веществ может ускоряться до нужной величины (до десятых долей секунды) без ультракрекинга молекул воды, которая очищается (загрязняющие вещества превращаются в газы и/или твердые вещества). Частичное незначительное видоизменение молекул и атомов водорода и кислорода воды при ее «ультракрекинге» приводит к незначительной реконструкции молекулы воды и к приобретению ею целебных свойств, аналогичных свойствам талой воды, получаемым ею при таянии льда.

В предложенной ГДУ для обеззараживания молока и фруктовых соков тоже не требуются большие давление и температура в точках микрогидроударов схлопывающихся микропузырьков, вызывающие микрокрекинг их молекул и атомов (иначе молоко превратится в топленое, а фруктовых соков в сок печеных фруктов), т.к. необходим только механический разрыв и раздавливание клеток находящихся в них живых вредных микроорганизмов и вирусов.

В предложенной ГДУ величина микрогидроударов разных жидкостей (давление и температура в точках гидроударов) регулируется величиной перекрытия спецустройством (вращающейся перегородкой) проходного сечения параллельных трубопроводов дезинтегратора на выходе.

В предложенной ГДУ это достигается тем, что:

- рабочий насос имеет на выходе давление Р≥5 кг/см², между рабочим насосом и конфузором монтирован агрегат-растворитель в обрабатываемой жидкости сжатого газа, подаваемого в него через систему вдува в количестве, не менее растворяющегося в ней до ее равновесного газонасыщения при выбранном давлении за рабочим насосом, выполненный в виде трубопровода длиной L=(0,5-3,0) м и диаметром не менее выхода из рабочего насоса, система вдува сжатого газа оснащена баллонами: кислорода и/или атмосферного воздуха для обработки загрязненной воды; углекислого газа и/или азота для обработки молока и фруктовых соков; углеводородного газа, и/или водорода, и/или метана, для обработки нефти; дезинтегратор выполнен из двух параллельных горизонтальных трубопроводов длиной L=(1,5-15) ми диаметром, равным диаметру выхода конфузора, подсоединенных входами к выходу из конфузора через тройник-разделитель потока полученной в конфузоре газожидкостной мелкодисперсной смеси, а выходами - к входу в диффузор через тройник-соединитель обработанной в дезинтеграторе жидкости, при этом между тройником-соединителем и диффузором монтировано устройство попеременного дросселирования выхода газожидкостной мелкодисперсной смеси из параллельных трубопроводов дезинтегратора перед ее вводом в диффузор, поочередно создающее в них повышенное статическое давление до скачкообразного растворения (схлопывания) микропузырьков газа с микрогидроударами, образующими в точке схлопывания скачки давления и температуры, необходимые для качественной обработки жидкости: механического разрушения микроорганизмов в молоке, фруктовых соках, воде, при их обеззараживании; ускорения окисления растворенных в воде загрязняющих веществ при ее очистке; разделения нефтей на фракции при ее трубопроводной транспортировке и при переработке в ректификационных колоннах;

- агрегат-растворитель в обрабатываемой жидкости сжатого газа оснащен штуцерами вдува газа, монтированными на его входе диаметрально противоположно друг другу и осью перпендикулярно его оси, которые соединены с баллоном системы вдува газа через редуктор, управляемый клапан, дозирующие шайбы, обеспечивающие равномерное растворение газа в потоке протекающей через него обрабатываемой жидкости;

- устройство попеременного дросселирования выхода газожидкостной мелкодисперсной смеси из параллельных трубопроводов дезинтегратора в диффузор выполнено в виде патрубка, совмещающего выход из этих трубопроводов и вход в устройство попеременного дросселирования, разделенного неподвижной горизонтальной перегородкой на две равные части, и попеременного соединителя-разделителя выходов из этих трубопроводов с входом в диффузор в виде вращаемой электромотором через редуктор подвижной вертикальной перегородки, площадь которой равна (10-90)% площади части общего патрубка, обеспечивающей поочередное перекрытие этих выходов с повышением в трубопроводах дезинтегратора статического давления, «схлопывающего» газовые микропузырьки с микрогидроударами, образующими в точках схлопывания кратковременное повышение давления и температуры до значений, обеспечивающих требуемое качество: обеззараживания молока, фруктовых соков, воды при их обработке; очистки загрязненной воды при ее обработке; разделения нефти на фракции при ее обработке перед трубопроводной транспортировкой и/или перед перегонкой в ректификационной колонне;

- электромотор и редуктор, вращающие подвижную вертикальную перегородку устройства попеременного дросселирования потоков газожидкостной смеси из горизонтальных трубопроводов дезинтегратора в диффузор, выполнены с характеристиками, обеспечивающими попеременное дросселирование этих потоков с частотой (0,5-5,0) раз в секунду, что попеременно создает в них пульсацию статического давления (чередующиеся полупериоды сжатия и разрежения), обеспечивающую попеременное многократное выделение из обрабатываемой жидкости микропузырьков растворенных в ней газов, и последующее их схлопывание с микрогидроударами, обеспечивающими требуемое качество: обеззараживания молока, фруктовых соков, воды при их обработке; очистки загрязненной воды при ее обработке; разделения нефти на фракции при ее трубопроводной транспортировке и/или переработке в ректификационных колоннах;

- перед рабочим насосом монтирована емкость-нагреватель, обеспечивающая (при необходимости) нагрев обрабатываемых жидкостей до температуры, уменьшающей их вязкость до требуемого значения, и улучшающей качество их обработки: нефти до Т=(100-250)°С; воды до Т≥60°С; молока и/или фруктовых соков - до Т≤60°С;

- газовая подушка емкости-дегазатора соединена через обратный клапан с атмосферой, или через обратный клапан и компрессор с источником газа, подаваемого в агрегат-растворитель.

На Фиг. 1 представлена схема предложенной ГДУ, где:

1. Емкость хранения необработанной жидкости.

2. Электроклапан за емкостью хранения необработанной жидкости.

3. Емкость-нагреватель необработанной жидкости.

4. Электроклапан за емкостью-нагревателем.

5. Рабочий насос.

6. Агрегат-растворитель требуемого газа в необработанной жидкости.

7. Шайба-дозатор газа, вдуваемого из источника в необработанную жидкость.

8. Редуктор постоянного давления вдуваемого газа в необработанную жидкость.

9. Управляемый электроклапан подачи газа из баллона хранения в агрегат-растворитель.

10. Источник (баллон хранения) требуемого сжатого газа, вдуваемого в необработанную жидкость.

11. Конфузор.

12. Дезинтегратор.

13. Тройник-разделитель выходящей из конфузора необработанной жидкости попеременно в трубопроводы дезинтегратора.

14. 1-й горизонтальный трубопровод дезинтегратора.

15. 2-й горизонтальный трубопровод дезинтегратора.

16. Тройник-соединитель попеременно выходящей из трубопроводов дезинтегратора обработанной жидкости в диффузор.

17. Неподвижная горизонтальная перегородка на выходе из устройства попеременного соединения выходящей из трубопроводов дезинтегратора обработанной в нем жидкости с диффузором.

18. Устройство попеременного дросселирования обработанной в дезинтеграторе жидкости (попеременного соединения дезинтегратора с диффузором).

19. Подвижная вертикальная перегородка, поочередно перекрывающая выходы из трубопроводов дезинтегратора обработанной в них жидкости в диффузор.

20. Электромотор с редуктором, вращающий подвижную вертикальную перегородку.

21. Редуктор передачи вращения от электромотора к подвижной вертикальной перегородке.

22. Диффузор.

23. Емкость-дегазатор.

24. Электроклапан перед емкостью хранения обработанной жидкости.

25. Емкость хранения обработанной жидкости.

26 Обратный клапан.

27. Компрессор.

28. Нагреватель обрабатываемой жидкости.

29. Штуцеры вдува газа в агрегат-растворитель.

Выход из емкости хранения 1 необработанной жидкости соединен трубопроводом через управляемый электроклапан 2 с входом в емкость 3 с нагревателем 28 этой жидкости до требуемой температуры, выход из которой соединен трубопроводом через электроклапан 4 с входом в рабочий насос 5, имеющий давление на выходе Р≥5 кг/см², и далее с входом в агрегат-растворитель 6 требуемого газа в обрабатываемой жидкости (нефти, воде, молоке, фруктовом соке), который соединен трубопроводом через последовательно монтированные шайбы-дозаторы 7, редуктор постоянного давления 8, управляемый электроклапан 9 с источником 10 соответствующего сжатого газа, вдуваемого в обрабатываемую жидкость (для воды - воздуха и/или газообразного кислорода, для молока и фруктовых соков - углекислого газа или азота, для нефти - углеводородного газа, водорода, метана, азота). Выход из агрегата-растворителя 6 соединен трубопроводом с входом в конфузор 11, выход из которого соединен с дезинтегратором 12, состоящим из тройника-разделителя 13, двух параллельных горизонтальных трубопроводов 14 и 15, выход из которых соединен через тройник-соединитель 16, имеющий в выходном патрубке неподвижную горизонтальную перегородку 17, разделяющую выходы из трубопроводов 14 и 15). Выход из дезинтегратора 12 соединен с входом в устройство 18 (попеременный соединитель-разделитель выходов из труб 14 и 15 дезинтегратора 12 с диффузором 22). Выход из тройника-соединителя 16 объединен с входом в устройство 18, которые имеют одинаковые диаметры. Агрегат-растворитель 6 выполнен длиной (0,5-3,0) м и диаметром не менее диаметра выхода рабочего насоса 5, трубопроводы 14 и 15 дезинтегратора выполнены длиной (1,5-15) м и диаметром, равным диаметру выхода конфузора 11.

Выходы из трубопроводов 14 и 15, и вход в устройство 18 (выходы из тройника 16, т.е. из дезинтегратора 12) поочередно перекрываются подвижной вертикальной перегородкой 19, которая вращается с требуемой скоростью электромотором 20 через редуктор 21, и с требуемой частотой поочередно перекрывает выходы из трубопроводов 14 и 15, за счет чего в них тормозится поток обработанной в дезинтеграторе 12 жидкости. Выход из устройства 18 соединен трубопроводом с входом в диффузор 22, и далее с входом в емкость-дегазатор 23, которая в свою очередь соединена трубопроводом через электроклапан 24 с емкостью 25 хранения обработанной жидкости. Газовая подушка емкости-дегазатора 23 через обратный клапан 26 соединена трубопроводом с атмосферой (для случая, если в обработанной жидкости остается нерастворенный в ней газ, который может мешать дальнейшей транспортировке и/или переработке обработанной жидкости), или с через компрессор 27 с источником сжатого газа 10 (если неиспользованный газ может повторно использоваться для растворения в новой порции обрабатываемой жидкости). Жидкость в емкости 3 может нагреваться до требуемой температуры нагревателем 28 любого типа, в т.ч. в виде сжигателя природного углеводородного газа, выделяющегося из нефти при ее добыче. Давление и расход вдуваемого в агрегат-растворитель 6 из источника 10 нужного газа регламентируется (настраивается) и автоматически поддерживается (управляется) шайбой-дозатором 7, редуктором постоянного давления 8, электроклапаном 9. Нужный газ вдувается в агрегат-растворитель 6 через монтированные на его входе перпендикулярно его оси и диаметрально противоположно расположенные штуцеры 29.

Гидродинамическую обработку жидкостей в предложенной ГДУ производят следующим образом.

Настраивают редуктор постоянного давления 8 на требуемое давление требуемого вдуваемого газа, открывают электроклапан 2 и заполняют емкость-нагреватель 3 обрабатываемой жидкостью, нагревают ее нагревателем 28 до требуемой температуры. После этого открывают электроклапан 4, заполняют рабочий насос 5 и весь жидкостный тракт ГДУ до емкости-дегазатора 23 нагретой необработанной жидкостью из емкости-нагревателя 3, включают рабочий насос 5, открывают электроклапан 9 и подают соответствующим расходом соответствующий газ из источника 10, через шайбы-дозаторы 7, редуктор давления 8, штуцеры 29 в агрегат-растворитель 6, в котором он растворяется в обрабатываемой жидкости под действием более высокого давления, создаваемого рабочим насосом 5 (обрабатываемая жидкость быстро насыщается требующимся газом, т.е. газ растворяется в ней до равновесной концентрации).

Нагретая до требуемой температуры обрабатываемая жидкость с растворенным в ней в нужном количестве газом из агрегата-растворителя 6 поступает в конфузор 11, в котором увеличивается ее скорость течения и уменьшается статическое давление, за счет чего из нее во всем объеме равномерно выделяется микропузырьками растворенный газ. Получившаяся монодисперсная газожидкостная смесь из конфузора 11 через тройник-разделитель 13 поочередно попадает в проточные трубопроводы 14 и 15 дезинтегратора 12 (например, в трубопровод 14, когда подвижная перегородка 19 устройства 18 (попеременного дросселирования, соединителя-разделителя) перекрывает выход из трубопровода 15 в диффузор 22 - как указано на Фиг. 1). Из всего объема жидкости, находящейся в конфузоре 11 и в трубопроводе 14, по их поперечному сечению равномерно выделяется и распределяется растворенный газ микропузырьками требуемого диаметра, определяемого характеристиками конфузора 11. Перегородка 19 вращается электромотором 20 через редуктор 21 с требуемой скоростью, и несколько раз перекрывает выходы из трубопроводов 14 и 15, пока из них не перетекут в диффузор 22 порции обрабатываемой жидкости, находящиеся в их объемах, т.е. каждую порцию жидкости в этих трубопроводах несколько раз обрабатывают гидроударами от схлопывания микропузырьков при каждом очередном перекрытии выходов из них вращающейся перегородкой 19 (микропузырьки вновь образуются при каждом очередном открытии этих выходов вращающейся перегородкой 19).

Попеременное перекрытие выходов из трубопроводов 14 и 15 перегородкой 19 не влияет на работу насоса 5, агрегата-растворителя 6, конфузора 11, диффузора 22, т.к. через них осуществляется проток постоянного расхода обрабатываемой жидкости - попеременное перекрытие выхода из одного трубопровода дезинтегратора 12 парируется аналогичным открытием выхода из другого трубопровода дезинтегратора 12 (трубопроводы 14 и 15).

Требуемое количество гидроударов в порциях обеспечивают длиной трубопроводов 14 и 15, частотой вращения перегородки 19, скоростью газожидкостного потока через эти трубопроводы 14 и 15. Это определяют расчетом для каждой ГДУ и настраивают экспериментальными гидропроливками.

При обработке нефти попеременным перекрытием перегородкой 19 выходов из трубопроводов 14 и 15, статическое давление в них повышают на величину, обеспечивающую схлопывание всех образовавшихся в них микропузырьков с повышением в точках схлопывания давления, например, до Р≤700 ата и температуры до Т≤1000°С, чтобы разделить часть жидкостной смеси (нефть-кластер) на фракции (аллотропия состава и изомерия нефти с динамическим микрокрекингом).

При обработке загрязненной воды, молока, фруктовых соков, перекрытием перегородкой 19 выходов из трубопроводов 14 и 15, статическое давление в них повышают на величину, обеспечивающую схлопывание всех образовавшихся в них микропузырьков с повышением в точках схлопывания давления и температуры на меньшую величину, чтобы только обеззаразить и очистить загрязненную воду, или только обеззаразить молоко и фруктовые соки.

С требуемой частотой, например, (0,5-5,0) раз в секунду, в зависимости от длины трубопроводов 14 и 15 и скорости газожидкостного потока обрабатываемой жидкости в них, вращающаяся вертикальная перегородка 19 поочередно полностью открывает или перекрывает выходы из трубопроводов 14 и 15 (попеременно, в противофазе). Обработанная в трубопроводах 14 и 15 порция газожидкостной смеси поступает в диффузор 22, а на ее место в них поступает через тройник-разделитель 13 из конфузора 11 подготовленная к обработке очередная порция необработанной монодисперсной газожидкостной смеси.

Для уменьшения гидроударов в трубопроводах 14 и 15 (при обработке молока, фруктовых соков) подвижная вертикальная перегородка 19 перекрывает их проходное сечение на меньшую величину (например, на ≥10%), но повышает в них на нужную величину статическое давление, обеспечивающее схлопывание микропузырьков с нужными по величине гидроударами. При обработке нефти проходное сечение трубопроводов 14 и 15 перегородка 19 перекрывает на бОльшую величину (например, на ≤90%), чтобы обеспечить схлопывание микропузырьков с бОльшими гидроударами (с бОльшими давлением и температурой в точке схлопывания). Вращающаяся вертикальная перегородка 19 поочередно перенаправляет бОльшую часть потока газожидкостной смеси из конфузора 11 в трубопроводы 14 или 15, и исключает влияние гидроударов в них друг на друга и на поток жидкости через конфузор 11 и рабочий насос 5. Оптимальную скорость вращения перегородки 19, величину перекрытия проходного сечения трубопроводов 14 и 15, назначают в зависимости от вида обрабатываемой жидкости, выбранных длины и диаметра конфузора 11 и трубопроводов 14 и 15, скорости газожидкостного потока в них, давления за рабочим насосом 5, и уточняют настроечными гидроиспытаниями (ГДУ изготавливаются индивидуально под свойства обрабатываемой жидкости, вдуваемый газ, размерность ГДУ по расходу обрабатываемой жидкости).

После обработки в трубопроводах 14 и 15 дезинтегратора 12, газожидкостная смесь поступает через тройник-соединитель 16 в диффузор 22, в котором падает скорость потока, статическое давление повышается до нужной величины, часть не схлопнувшихся микропузырьков газа снова растворяется в жидкости до ее равновесной концентрации, а часть вместе с обработанной жидкостью поступает в емкость-дегазатор 23. Далее обработанная жидкость через электроклапан 24 поступает в емкость ее хранения 25 (нефть - на дальнейшую переработку, молоко и фруктовые соки - на розлив в товарную тару, или на производство требуемых пищевых продуктов, вода - на использование по назначению).

Не растворившийся в обработанной жидкости газ собирается в газовой подушке емкости-дегазатора 23, откуда через обратный клапан 26 сбрасывается в атмосферу, или через обратный клапан 26 и компрессор 27 возвращается в источник 10 сжатого газа для повторного использования.

Объем емкости-нагревателя 3 (или их количество) и мощность нагревателя 28 обеспечивают непрерывное питание рабочего насоса 5 требуемым количеством нагретой воды.

Повышенная эффективность работы предложенной ГДУ обеспечивается тем, что она обеспечивает: нужное количество газа в обрабатываемой жидкости в агрегате-растворителе 6; нужное количество парогазовых микропузырьков требуемого размера, выделяющихся в конфузоре 11 из обрабатываемых специально газонасыщенных жидкостей; периодически несколько раз «охлопывает» в трубопроводах 14 и 15 дезинтегратора 12 практически все образовавшиеся парогазовые микропузырьки с нужными по величине микрогидроударами, т.е. производит многократную управляемую обработку каждой порции обрабатываемой жидкости в этих трубопроводах управляемыми микрогидроударами и обеспечивает нужное качество жидкости на выходе без кавитации рабочего насоса 5.

Предложенная ГДУ может быть использована для транспортировки нефти по трубопроводам (для уменьшения ее вязкости), и для подготовки нефти к переработке в ректификационных колоннах.

При обработке нефти для ее транспортировки по трубопроводам, в ГДУ целесообразно применять нагреватель 28 с нагревом нефти до температуры (100-250)°С.

Предложенная ГДУ может быть применена для обеззараживания пищевых жидкостей (молока и фруктовых соков) нейтральными газами без микрокрекинга их молекул в точках схлопывания парогазовых микропузырьков (с предварительным нагревом или без него).

Предложенная ГДУ может быть применена для обеззараживания и очистки сильно загрязненной воды, и для придания обработанной воде целебных свойств талой воды. При точечном «микрокрекинге» молекула воды на некоторое время реконструируется, т.е. перестраивается (аллотропируется) под действием внешней энергии, молоко частично может превращаться в топленое молоко, а фруктовые соки - в соки как-бы из печеных фруктов (это выполняется при необходимости).

При обработке молока, фруктовых соков, загрязненной воды, в ГДУ может отсутствовать нагреватель 28, т.к. применение предложенного дезинтегратора 12, обеспечит схлопывание всех образованных парогазовых микропузырьков с выделением определенного количества энергии в точках схлопывания, обеспечивающей качественное обеззараживание и очистки этих жидкостей с использованием соответствующих разных вдуваемых газов (без динамического микрокрекинга их молекул).

При использовании ГДУ перед крекингом нефти может отсутствовать нагреватель 28, т.к. нефть нагревается до требуемой высокой температуры в системах ректификационных колонн.

Следует отметить, что:

- при использовании ГДУ с нагревателем 28 для обработки нефти перед ее крекингом потребуется меньший нагрев нефти, т.к. предложенная ГДУ обеспечивает донагрев нефти, а также увеличивает выделение легких фракций и высокооктановых бензинов за счет микрокрекинга в точках схлопывания всех парогазовых микропузырьков в дезинтеграторе 12, при температурах, не опасных для рабочего насоса 5, что в сумме упростит и удешевит конечный крекинг;

- применение двухтрубного дезинтегратора 12 с вращающейся перегородкой 19 может позволить применять рабочий насос 5 с меньшим выходным давлением, т.к. нужный перепад статического давления в трубопроводах 14 и 15, величина гидроударов в точках схлопывания микропузырьков для обеззараживания молока и фруктовых соков, обеззараживания и очистки воды, микрокрекинга молекул нефти, может быть достигнута настройкой площади вращающейся вертикальной перегородки 19 при более низком занасосном давлении. Образованные из нефти в дезинтеграторе 12 предложенной ГДУ точеным динамичным микрокрекингом новые молекулы легких фракций и высокооктановых бензинов можно без большой задержки отделить друг от друга крекингом, чтобы они не соединились и не возвратились в исходное состояние (в природную нефть).

Предложенная ГДУ может:

- использоваться вместо дорогостоящих промежуточных перекачивающих станций (ППС) легких нефтей на трубопроводах их транспортировки;

- сократить число ППС тяжелых нефтей (увеличить расстояние между ними);

- упростить ректификационные колонны для крекинга легких нефтей, и даже заменить их;

- использовать в качестве рабочего насоса 5 изготавливаемый "ГКНПЦ им. M.B. Хруничева" насос УОДН 360-250-250;

- уменьшить затраты на транспортировку нефти по трубопроводам и на ее крекинг, увеличить выход легких фракций и высокооктановых бензинов при ее крекинге (особенно сверхтяжелых, типа кубинской, нефтей), повысить качество и скорость обработки фруктовых соков, молока, загрязненной воды различного происхождения, придать воде целебные свойства «талой» воды и использовать ее в медицине и для приготовления пищевых продуктов, что продлит здоровую жизнь населению.

Предложенная ГДУ и технология обработки жидкостей могут быть применены для обеззараживания и очистки воды, загрязненной растворенными в ней солями (вплоть до обессоливания морской воды), над чем авторы продолжают работать.

Состав и стоимость каждой ГДУ определяется индивидуально, т.к. зависят от требующейся производительности ГДУ и продолжительности ее работы в течение суток, рода и загрязненности обрабатываемой жидкости, условий эксплуатации (в капитальном отапливаемом здании или на открытом воздухе, наличие или отсутствие места расположения обслуживающего техперсонала, контрольных приборов и ремонтно-обслуживающего инструмента), имеющейся инфраструктурой на месте эксплуатации (наличие электро- и газоснабжения), условий подключения ГДУ к источнику обрабатываемой жидкости и отвода обработанной жидкости от ГДУ к месту ее хранения и/или использования, и т.д., что определяется ТЗ Заказчика и согласовывается с изготовителем ГДУ в каждом конкретном случае.

Разъяснение что такое аллотропия и изомерия

АЛЛОТРОПИЯ - это образование из одного сложного химического вещества нескольких более простых веществ с другими свойствами (с различными молекулами этих простых веществ) - аллотропия состава, или с различным размещением атомов (молекул) в кристаллической решетке (аллотропия формы): https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D0%BB%D0%BB%D0%BE%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BF%D0%B8%D1%8F.

Вода тоже сложное вещество, потому что ее молекула состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Термин «аллотропные модификации» к ней не применяют (применяют только к простым веществам): https://www.kakprosto.ru/kak-82409-pochemu-voda-zamerzaet#ixzz60Jd81HwY.

В тоже время вода обладает не только многочисленными различными свойствами в каждом виде агрегатного состояния (жидком, газообразном, твердом, чего не имеют другие вещества), но и отличается от всех других веществ по свойствам, приобретаемым ею в различных агрегатных состояниях - вода в твердом агрегатном состоянии (лед) легче чем в жидком, талая вода (непосредственно после перехода ее из твердого в жидкое состояние) обладает дезинфицирующими, ускоряющими химические реакции, оздоровляющими медицинскими свойствами, и др.

Образующие воду простые вещества (водород и кислород) обладают многовариантными видами аллотропии, поэтому физико-химические свойства их соединения (вода) в любом ее агрегатном состоянии тоже многовариантны. Известны изменения свойств воды при различных температурах и давлениях - видов воды, льда, снега, водяного пара много (сотни), и они до настоящего времени полностью не изучены, а соединения аллотропов водорода и кислорода друг с другом и с другими простыми веществами и их аллотропами образуют еще бОльшее количество сложных веществ с различными свойствами. Эти новые сложные вещества-аллотропы соединяются с другими веществами и образуют другие новые сложные вещества (например, нефть, каменный уголь, и др.)

Водород имеет особый случай аллотропии, вызываемый разным спином ядер - при обычных условиях водород состоит из находящейся в равновесии смеси одной части параводорода и трех частей ортоводорода, в которых оба ядра атомов вращаются в одном, или в противоположных направлениях.

Переход одной аллотропной модификации водорода в другую происходит при изменении температуры или давления, или при одновременном их воздействии. Этот процесс бывает обратимым (энантиотропным), или необратимым (монотропным). Каждая аллотропная модификация любого вещества стабильна лишь в своей области температур и давлений, но и в метастабильном, неустойчивом состояний она может существовать достаточно долго.

Все вещества на планете Земля находятся в орто- или парасостоянии своего ядерно-электронного и атомно-молекулярного строения (соединения). Например, ортоводород и параводород в обоих случаях представляет собой вещество, состоящее из двухатомных молекул, т.е. молекулярный водород. Его можно диссоциировать на атомы, используя какой-либо источник высокой энергии, например, газоразрядную трубку, содержащую водород при низком давлении. Водород можно также атомизировать в электрической дуге, образуемой между вольфрамовыми электродами. Атомы водорода можно рекомбинировать на поверхности металла с выделением большой энергии и с повышением температуры до ~3500°С. Этот эффект используют для водородно-дуговой сварки металлов. Атомарный водород (тем более возбужденный) - сильный окислитель и восстановитель. Он превращает оксиды и хлориды металлов в свободные металлы.

Кислород тоже имеет свои особенности аллотропии - две его аллотропные модификации (аллотропия состава О₂ - кислород, О₃ - озон) имеют различные физико-химические свойства: кислород бесцветен, не имеет запаха, менее химически активен; озон имеет запах, бледно-фиолетовый цвет, химически очень активен. Кислород О₂ может быть преобразован в озон воздействием относительно незначительной внешней энергией (например, тлеющим разрядом электрического тока в атмосферном воздухе при атмосферном давлении). Атомарный возбужденный кислород очень сильный окислитель.

Для изменения аллотропией жидких и газообразных веществ требуется меньшее количество внешней энергии, поэтому для получения озона из кислорода применяют озонаторы тлеющего электрического разряда, а для получения бензинов и легких фракций из нефти на нефтеперерабатывающих заводах применяют температурные перегонку или крекинг - воздействуют на нефть температурой.

На аллотропии микро- и макровеществ (атомов и молекул), вызываемой действием внутренних и внешних энергий, основано не только образование и преобразование природных ископаемых, но и возникновение, развитие, существование органической жизни (растений, насекомых, животных, человека - организмы которых перерабатывают и усваивают продукты питания, производят обмен веществ в клетках).

Для образования каменного угля и/или нефти в верхней оболочке планет малыми внешними энергиями требуются тысячи и миллионы лет. Для образования алмазов из графита, одних металлов из других металлов и веществ, требуется воздействие больших внешних энергий, и они образуются внутри планет и звезд за короткое время.

На аллотропии веществ разного уровня основаны слабые и сильные атомные и ядерные реакции, которые бессознательно использует «неживая» и «живая» Природа, и сознательно использует человек - размножение и питание, выделение внутренней сильно связанной энергии микроуровня (атомов) и преобразование ее в слабее связанную энергию макроуровня (молекул), взаимодействие и переход внутренней и внешней энергий веществ друг в друга на стыке (границе) их взаимодействия в атомных и ядерных электростанциях (АЭС), в атомных и ядерных бомбах. Обогащение урана - это суммирование (добавление) количества атомов и/или ядер урана с увеличенной внутренней неуравновешенной энергией, после достижения определенного количества которых начинается цепная реакция резкого перехода связанной в них неуравновешенной внутренней энергии в несвязанную внешнюю еще более неуравновешенную энергию (в давление, температуру, радиактивное излучение ядерного взрыва).

Алмаз и графит, т.е. вещества, имеющие различный вид и физико-химические свойства - это аллотропные формы углерода, отличающиеся строением кристаллической решетки, измененной воздействием огромной внешней энергии внутри Земли (давление и температура в кимберлитовых трубках). Для перевода аллотропией одних твердых веществ в другие требуется большое количество внешней энергии, поэтому для получения искусственных алмазов из графита используют установки, обеспечивающие воздействие на углерод внешней энергией в несколько тысяч атмосфер и в несколько тысяч градусов внешней среды, т.к. только после поглощения этой внешней энергии и перехода ее во внутреннюю энергию микровеществ, углерод превращается в алмаз (в его аллотроп формы).

Изменение фазового состояния веществ под действием температуры (твердое, жидкое, газообразное) не является аллотропией или изомерией, если не изменяются их свойства. Исключением является загадочное вещество вода - твердый лед имеет плотность меньше плотности жидкой воды, талая вода после медленного таяния льда приобретает временные дезинфицирующие и различные лечебные свойства https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D0%BB%D0%BB%D0%BE%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BF%D0%B8%D1%8F.

ИЗОМЕРИЯ (от древнегреческого - равный + - доля, часть) это образование химических соединений (изомеров), одинаковых по атомному составу и молекулярной массе, но различающихся по строению и/или расположению атомов в пространстве и, вследствие этого, по свойствам: http://ru-wiki.org/wiki/%D0%98%D0%B7%D0%BE%D0%BC%D0%B5%D1%80%D0%B8%D1%8F (например, изомерия углеродного скелета, обусловленная различным порядком связи атомов углерода - бутан СН₃-СН₂-СН₂-СН₃ и изобутан (СН₃)₃СН).

Пространственная изомерия (стереоизомерия) возникает в результате различий в пространственной конфигурации молекул, имеющих одинаковое химическое строение. Для обозначения пространственных изомеров разных типов разработана стереохимическая номенклатура, собранная в разделе «Е» номенклатурных правил ИЮПАК по химии. Этот тип изомерии подразделяют на энантиомерию (оптическую изомерию) и диастереомерию.

Химические превращения, в результате которых структурные изомеры превращаются друг в друга, называются изомеризацией. Они имеют важное значение для промышленности. Так, например, изомеризацию нормальных алканов в изоалканы производят для повышения октанового числа моторных топлив; изомеризуют пентан в изопентан для последующего дегидрирования в изопрен. Изомеризацией являются и внутримолекулярные перегруппировки, из которых большое значение имеет, например, перегруппировка Бекмана - превращение циклогексаноноксима в капролактам (сырье для производства капрона).

Явление изомерии в огромной степени способствует росту числа известных (и еще в большей степени - числа потенциально возможных) соединений. Так, возможное число структурно-изомерных дециловых спиртов - более 500 (из них известно около 70), а пространственных изомеров более 1500: http://ru-wiki.org/wiki/%D0%98%D0%B7%D0%BE%D0%BC%D0%B5%D1%80%D0%B8%D1%8F.

Работами А. Бутлерова и Я. Вант-Гоффа объяснены явления пространственной и структурной изомерии. Изомеризация - это специфическая реакция, во время которой наблюдается превращение структурных изомеров друг в друга. В качестве примера можно взять вещества из ряда алканов. Структурные виды изомерии алканов позволяют превращать некоторые вещества в изоалканы. Этими способами в промышленности повышают октановое число бензинов. Эти свойства имеют огромное значение для развития промышленности: FB.ru: https://fb.ru/article/44578/vidyi-izomerii-organicheskih-veschestv.

Сложный кластер смеси жидких веществ (нефть) состоит из большого числа простых веществ, способных к аллотропии и изомерии (водород, кислород, сера, углерод, хлор, и большое количество других, как по отдельности, так и в соединении друг с другом), поэтому видов нефтей и ее аллотропных и изомерических изменений тоже много, они сложны и многообразны. Эти виды сильно влияют на способность к разделению ее сложного кластера (смеси) микрокрекингом в предложенной ГДУ, на более простые смеси при перегонке и ректификации.

1. Гидродинамическая установка обработки жидкостей (воды, молока, фруктовых соков, нефти), содержащая последовательно соединенные рабочий насос, конфузор, дезинтегратор, систему вдува в обрабатываемую жидкость сжатого газа, емкость-дегазатор, отличающаяся тем, что рабочий насос имеет на выходе давление Р≥5 кг/см², между рабочим насосом и конфузором монтирован агрегат-растворитель в обрабатываемой жидкости сжатого газа, подаваемого в него через систему вдува в количестве не менее растворяющегося в ней до ее равновесного газонасыщения при выбранном давлении за рабочим насосом, выполненный в виде трубопровода длиной L=(0,5-3,0) м и диаметром не менее выхода из рабочего насоса, система вдува сжатого газа оснащена баллонами: кислорода и/или атмосферного воздуха для обработки загрязненной воды; углекислого газа и/или азота для обработки молока и фруктовых соков; углеводородного газа, и/или водорода, и/или метана, для обработки нефти; дезинтегратор выполнен из двух параллельных горизонтальных трубопроводов длиной L=(1,5-15) м и диаметром, равным диаметру выхода конфузора, подсоединенных входами к выходу из конфузора через тройник-разделитель потока полученной в конфузоре газожидкостной мелкодисперсной смеси, а выходами - к входу в диффузор через тройник-соединитель обработанной в дезинтеграторе жидкости, при этом между тройником-соединителем и диффузором монтировано устройство попеременного дросселирования выхода газожидкостной мелкодисперсной смеси из параллельных трубопроводов дезинтегратора перед ее вводом в диффузор, поочередно создающее в них повышенное статическое давление до скачкообразного растворения (схлопывания) микропузырьков газа с микрогидроударами, образующими в точке схлопывания скачки давления и температуры, необходимые для качественной обработки жидкости: механического разрушения микроорганизмов в молоке, фруктовых соках, воде, при их обеззараживании; ускорения окисления растворенных в воде загрязняющих веществ при ее очистке; разделения нефтей на фракции при ее трубопроводной транспортировке и при переработке в ректификационных колоннах.

2. Гидродинамическая установка по п. 1, отличающаяся тем, что агрегат-растворитель в обрабатываемой жидкости сжатого газа оснащен штуцерами вдува газа, монтированными на его входе диаметрально противоположно друг другу перпендикулярно его оси, которые соединены с баллоном системы вдува газа через редуктор, управляемый клапан, дозирующие шайбы, обеспечивающие равномерное растворение газа в потоке протекающей через него обрабатываемой жидкости.

3. Гидродинамическая установка по п. 1, отличающаяся тем, что устройство попеременного дросселирования выхода газожидкостной мелкодисперсной смеси из параллельных трубопроводов дезинтегратора в диффузор выполнено в виде патрубка, совмещающего выход из этих трубопроводов и вход в устройство попеременного дросселирования, разделенного неподвижной горизонтальной перегородкой на две равные части, и попеременного соединителя-разделителя выходов из этих трубопроводов с входом в диффузор в виде вращаемой электромотором через редуктор подвижной вертикальной перегородки, площадь которой равна (10-90)% площади части общего патрубка, обеспечивающей поочередное перекрытие этих выходов с повышением в трубопроводах дезинтегратора статического давления, «схлопывающего» газовые микропузырьки с микрогидроударами, образующими в точках схлопывания кратковременное повышение давления и температуры до значений, обеспечивающих требуемое качество: обеззараживания молока, фруктовых соков, воды при их обработке; очистки загрязненной воды при ее обработке; разделения нефти на фракции при ее обработке перед трубопроводной транспортировкой и/или перед перегонкой в ректификационной колонне.

4. Гидродинамическая установка по п. 3, отличающаяся тем, что электромотор и редуктор, вращающие подвижную вертикальную перегородку устройства попеременного дросселирования потоков газожидкостной смеси из горизонтальных трубопроводов дезинтегратора в диффузор, выполнены с характеристиками, обеспечивающими попеременное дросселирование этих потоков с частотой (0,5-5,0) раз в секунду, что попеременно создает в них пульсацию статического давления (чередующиеся полупериоды сжатия и разрежения), обеспечивающую попеременное многократное выделение из обрабатываемой жидкости микропузырьков растворенных в ней газов, и последующее их схлопывание с микрогидроударами, обеспечивающими требуемое качество: обеззараживания молока, фруктовых соков, воды при их обработке; очистки загрязненной воды при ее обработке; разделения нефти на фракции при ее трубопроводной транспортировке и при переработке в ректификационных колоннах.

5. Гидродинамическая установка по п. 1, отличающаяся тем, что перед рабочим насосом монтирована емкость-нагреватель, обеспечивающая нагрев обрабатываемых жидкостей до температуры, уменьшающей их вязкость до требуемого значения, и улучшающей качество их обработки: нефти до Т=(100-250)°С; воды до Т≥60°С; молока и/или фруктовых соков - до Т≤60°С.

6. Гидродинамическая установка по п. 1, отличающаяся тем, что газовая подушка емкости-дегазатора соединена через обратный клапан с атмосферой или через обратный клапан и компрессор с источником газа, подаваемого в агрегат-растворитель.