устройство для проведения радиационно-химических процессов в системе газ-жидкость под воздействием ускоренных электронов

Формула изобретения

Устройство для проведения радиационно-химических процессов в системе газ-жидкость под воздействием ускоренных электронов, содержащее прямоугольную камеру со штуцерами ввода и вывода газовой фазы и штуцером вывода жидкости, ускоритель электронов, водяной насос, отличающееся тем, что оно снабжено распылителем для получения аэрозоля, вмонтированным в камеру с возможностью вертикального, горизонтального и углового перемещений, при этом высота камеры не менее глубины зоны облучения аэрозольного потока.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области радиационно-химических процессов в системе газ-жидкость, осуществляемых под воздействием ускоренных электронов, и может быть использовано для очистки сточных вод (СВ) от органических и неорганических загрязнений, обеззараживания на очистных сооружениях хозбытовых и промышленных объектов, в практике водоподготовки.

Известно устройство для обработки воды электронами высокой энергии, принятое нами за прототип, состоящее из подводящего трубопровода для жидкости; коллектора для равномерного распределения жидкой фазы по длине камеры; сужающейся камеры, во входной части которой предусмотрены отверстия для подачи газовой фазы; прямоугольной камеры для двустороннего или одностороннего облучения газожидкостной смеси; расширяющейся приемной камеры; сборного коллектора; отводящего трубопровода; ускорителя (ускорителей) электронов; устройства для продувки газа; насоса для транспортирования облучаемой жидкости (патент США N 3901807; МКИ A 61 J 3/00; C 02 B 1/34; C 02 B 3/08). Устройство работает следующим образом. Облучаемая жидкость, проходя через сужающуюся камеру, насыщается газовой фазой, подаваемой устройством для продувки газа со скоростью, достаточной для снижения средней плотности воды по крайней мере на 50%. Газожидкостная смесь попадает в прямоугольную камеру, где происходит облучение жидкости с двух или одной стороны. Ширина камеры облучения в направлении электронного потока меньше длины максимального пробега электронов в облучаемой среде. После облучения жидкость поступает в расширяющуюся камеру и выходит через коллектор. Жидкость подается насосом.

Недостатком прототипа является то, что при облучении газожидкостной смеси в прямоугольной камере, ширина которой в направлении электронного потока меньше длины пробега электронов в облучаемой среде, часть электронного излучения непроизводительно поглощается стенками камеры, что обуславливает снижение КПД использования облучения. В результате снижения давления в камере облучения за счет увеличения скорости в сужающейся камере происходит десорбция газовой фазы из облучаемой газожидкостной смеси, что соответственно приводит к снижению скорости химической реакции. Подача газожидкостной смеси в таком варианте не позволяет интенсифицировать массообмен, поскольку массообмен определяется поверхностью контакта газовой и жидкой фаз, а в прототипе имеет место относительно малая поверхность контакта, относительно высокая плотность облучаемой газожидкостной фазы и связанные с ней малая длина пробега ускоренных электронов, неравномерность поглощенной дозы облучения по глубине обрабатываемой газожидкостной среды, наличие диффузионного барьера между газовой и жидкой фазами. Лимитирующей стадией при этом является скорость массопереноса первичных продуктов радиолиза газовой фазы в жидкую, где находятся растворенные в ней вещества.

Техническая задача, решаемая в предлагаемом изобретении, состоит в повышении эффективности радиационно-химических процессов, а именно очистки СВ от органических и неорганических загрязнений, обеззараживания за счет интенсификации процесса взаимодействия первичных продуктов радиолиза газовой фазы с растворенными в жидкости веществами.

Поставленная задача решается следующим образом: устройство, содержащее прямоугольную камеру со штуцерами ввода и вывода газовой фазы и штуцером вывода жидкости, ускоритель электронов, водяной насос, снабжено распылителем для создания аэрозоля, вмонтированным в камеру с возможностью вертикального, горизонтального и углового перемещений, т.е. с возможностью регулировать и подбирать необходимые геометрические параметры потока аэрозоля, при этом высота камеры вдоль электронного потока не менее глубины зоны облучения аэрозольного потока.

На чертеже схематично изображено устройство.

Предлагаемое устройство включает в себя ускоритель электронов 1, установленный на прямоугольную камеру 2, распылитель 3, вмонтированный в камеру с возможностью вертикального, горизонтального перемещений и изменения угла наклона распылителя к оси выводного окна ускорителя электронов; штуцер вывода очищенной жидкости 4, находящейся в дне водоприемника 5; отбойные пластины 6, расположенные внутри камеры над водоприемником; водяной насос 7; штуцер ввода газа 8; газовый баллон 9; штуцер вывода газовой фазы 10; замкнутый газовый контур 11.

Устройство работает следующим образом. Жидкость с помощью насоса 7 подается с необходимым давлением в распылитель 3, формирующий поток аэрозоля, выполненный в виде одной или более расположенных в один ряд вдоль выводного окна ускорителя электронов 1 центробежных форсунок, при выборе геометрических параметров которых определяющим является требуемый размер капель, скорость их движения и расход жидкости. Количество расположенных в один ряд форсунок зависит от размеров выводного окна ускорителя электронов и угла распыливания форсунки. Форсунки вмонтированы в камеру 2 с возможностью их вертикального, горизонтального и углового перемещений. Один из возможных вариантов выполнения перемещений таков: вертикальное перемещение форсунок осуществляется за счет крепления всех форсунок на общей пластине, которая болтами соединена с камерой, имеющей вертикальные ряды отверстий или пазов; горизонтальное и угловое перемещение осуществляется с помощью плоских и угловых (косых) проставок, крепящихся между камерой и пластиной, в которую вмонтированы форсунки, теми же болтами, которыми пластина соединена с камерой. В крайних и промежуточных положениях форсунок весь аэрозольный факел в зоне облучения не ограничен элементами конструкции камеры, поскольку высота камеры вдоль электронного потока не менее глубины зоны облучения аэрозольного потока. Таким образом, при необходимости подбирается положение форсунок, обеспечивающее необходимые геометрические параметры потока аэрозоля. Например, при глубине зоны облучения 30 см, угле распыливания форсунки 30^o, в случае перпендикулярности оси форсунки и оси выводного окна ускорителя электронов и ширине электронного пучка вдоль потока аэрозоля 40 см форсунка должна располагаться от зоны облучения на расстоянии:

l = 30/2 tg15^o - 40 = 17 (см).

Аэрозоль после прохождения зоны облучения попадает на отбойные пластины 6, сепарируется так, что вода стекает в водоприемник 5, из которого через штуцер вывода жидкой фазы 4 выводится из камеры. Газовая фаза по замкнутому контуру поступает опять в зону облучения. В случае необходимости в камеру через штуцер подачи газа 8 и газового баллона 9 можно подавать газ, оптимизирующий процесс очистки воды (например O₂).

Облучение жидкости в виде аэрозоля повышает коэффициент использования и упрощает технологию процесса очистки, т.к. взаимодействие молекул загрязнения с молекулами озона и другими первичными продуктами радиолиза газовой фазы в момент их образования происходят на поверхности раздела фаз, при этом не требуется диффузии газовой фазы в жидкость и растворения ее в воде. Поскольку глубина пробега электронов обратно пропорциональна плотности среды, то при облучении аэрозолей устраняется основная техническая трудность для разработки и создания технологии очистки воды с использованием низкоэнергетичных ускорителей электронов, наиболее дешевых, простых и надежных. Низкая плотность аэрозолей (10^-1 - 10^-2 г/мл) позволяет увеличить длину пробега электронов.