устройство для регенерации жидкостей

Формула изобретения

Устройство для регенерации жидкостей, включающее смешивающее устройство для перемешивания регенерируемой жидкости с водой, содержащее приемную камеру, эжектирующее сопло струйного насоса, расположенное осесимметрично камере и включающее в себя центральное и дросселирующее отверстия, приемный коллектор эжектируемого потока регенерируемой жидкости, установленный в приемной камере перпендикулярно ее оси и связанный с емкостью, содержащей жидкость, подлежащую регенерации, отличающееся тем, что приемная камера посредством конфузора соединена с камерой смешения, которая через диффузор связана с прямолинейным транспортировочным трубопроводом, соединенным с отстойником, причем отношение внутреннего диаметра d дросселирующего отверстия сопла эжектора струйного насоса к длине 1 сопла эжектора составляет d/l=0,25-0,75, а отношение внутреннего диаметра d дросселирующего отверстия сопла эжектора струйного насоса к диаметру D приемного коллектора составляет d/D=0,05-0,2.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области регенерации жидкостей, преимущественно загустевших масел.

Наиболее близким техническим решением к заявленному объекту является устройство для регенерации жидкости, известное из DE 10240226 А1, C10G 31/08, 27.03.2003 г., включающее смешивающее устройство для перемешивания регенерируемой жидкости с водой, содержащее приемную камеру, эжектирующее сопло струйного насоса, расположенное осесимметрично камере и включающее в себя центральное и дросселирующее отверстия, приемный коллектор эжектируемого потока регенерируемой жидкости, установленный в приемной камере, перпендикулярно ее оси и связанный с емкостью, содержащей жидкость, подлежащую регенерации (прототип).

Недостатком известного устройства являются высокое гидравлическое сопротивлением и низкое качество и связанная с этим низкая производительность.

Технический результат - повышение производительности регенерации жидкостей.

Это достигается тем, что в устройство для регенерации жидкостей, включающее смешивающее устройство для перемешивания регенерируемой жидкости с водой, содержащее приемную камеру, эжектирующее сопло струйного насоса, расположенное осесимметрично камере и включающее в себя центральное и дросселирующее отверстия, приемный коллектор эжектируемого потока регенерируемой жидкости, установленный в приемной камере, перпендикулярно ее оси и связанный с емкостью, содержащей жидкость, подлежащую регенерации, причем приемная камера посредством конфузора соединена с камерой смешения, которая через диффузор связана с прямолинейным транспортировочным трубопроводом, соединенным с отстойником, причем отношение внутреннего диаметра d дросселирующего отверстия сопла эжектора струйного насоса к длине l сопла эжектора составляет d/l=0,25÷0,75, а отношение внутреннего диаметра d дросселирующего отверстия сопла эжектора струйного насоса к диаметру D приемного коллектора составляет d/D=0,05÷0,2.

На фиг.1 представлена схема устройства для регенерации жидкостей, на фиг.2 - схема зон водяного факела струи высокого давления, на фиг.3 - изолинии массовой доли конечного продукта.

Устройство для регенерации жидкостей содержит приемную камеру 1, эжектирующее сопло 2 струйного насоса, расположенное осесимметрично камере 1 и включающее в себя центральное 8 и дросселирующее 9 отверстия. В приемной камере 1 перпендикулярно ее оси установлен приемный коллектор 7 диаметром D эжектируемого потока регенерируемой жидкости, связанный с емкостью со смесью, подлежащей регенерации (на чертеже не показана). Приемная камера 1 посредством конфузора 3 соединена с камерой смешения 4, которая через диффузор 5 связана с прямолинейным транспортировочным трубопроводом 6, соединенным с отстойником (на чертеже не показан).

Для оптимальной работы предлагаемого устройства должны соблюдаться следующие соотношения его параметров:

отношение диаметра d дросселирующего отверстия 9 сопла 2 эжектора струйного насоса к его длине лежит в оптимальном интервале величин: d/l=0,25÷0,75;

отношение диаметра d дросселирующего отверстия 9 сопла 2 эжектора струйного насоса к диаметру D приемного коллектора 7 диаметром D эжектируемого потока регенерируемой жидкости лежит в оптимальном интервале величин: d/D=0,05÷0,2.

Способ регенерации жидкостей осуществляют следующим образом.

Высоконапорный подвод воды к соплу 2 эжектора струйного насоса осуществляют по линии, соединяющей установку высокого давления (на чертеже не показана) со входом струйного насоса, расположенного в приемной камере 1. Слив смеси воды и регенерируемых веществ в отстойник осуществляют по трубопроводу (на чертеже не показан). Забор утилизируемой суспензии из емкости осуществляют через приемный коллектор 7, соединяющий слои суспензии со входом эжектора струйного насоса.

Физические процессы смешения активного и пассивного потоков в струйном аппарате на начальном участке подобны процессам распространения затопленной турбулентной струи в неограниченном объеме. На границах этой струи образуется обширная зона турбулентного взаимодействия активного и пассивного потоков (фиг.3); изменения интенсивности турбулентных пульсаций до 5000 м²/с ². По мере преобразования кинетической энергии струи в энергию давления поле скоростей становится все более равномерным и в диффузоре давление струи преобразуется до противодавления за эжектором, то есть происходит затухание процессов, необходимое для окончательной коалесценции разложившихся составляющих эмульсии (фиг.3).

Кроме того, на основе математической модели получен диапазон, в котором должна находиться длина камеры смешения струйного аппарата, составляющая 9÷12 диаметров камеры смешения (точное значение определяется исходя из состава эмульсии). Именно такая длина камеры смешения обеспечивает разрушение бронирующих оболочек капель воды с целью ее последующей коалесценции в транспортировочном трубопроводе и расслоение компонентов разрушенной эмульсии в отстойной аппаратуре. После появления водяной струи высокого давления из устья сопла поведение струи становится дивергентным. Дивергентность проявляется в двух различных явлениях: трения (возникающего от соприкосновения наружного слоя водяной струи высокого давления с окружающей средой) и радиальных компонентов, образующихся относительно струи (их можно рассматривать как винтообразные колебания). Работа струйной установки определяется действием струи высокого давления, которая создает скоростной и динамический напор, а также гидростатический эффект. Струю высокого давления можно разделить на три части (фиг.2): статическую, которая находится у устья сопла и характеризуется тем, что частицы воды обладают одинаковой скоростью; смешанная часть; динамическая часть, все частицы которой движутся с различной скоростью (создается динамическое воздействие).

Применение струи высокого давления в устройстве для регенерации исходных продуктов из загрязненных устойчивых эмульсий позволяет осуществлять как перенос и смешение пассивного и активного потоков, так и производить разрушение бронирующих оболочек капель различных веществ. При этом эмульсия подвергается воздействию всех трех частей струи высокого давления в разработанном струйном аппарате.

Экспериментальные исследования проводились на тепловой электрической станции с использованием ДУВД (дизельной установки высокого давления) 6/630 с расходом воды при номинальных оборотах - 4 м³/час, содержащей твердые частицы не более 0,2% по массе и 0,2 мм по размерам. Максимальное давление на выходе из насоса - 63 МПа. Установка оснащена дизельным двигателем и трехплунжерным горизонтальным водяным насосом высокого давления. Этот насос позволяет плавно изменять давление на выходе ДУВД. Материалом для регенерации послужила субстанция из открытой бетонной емкости турбинного цеха. Его основой является наиболее загрязненная часть отработанного турбинного масла, остающаяся после слива масла из маслосистемы, загрязненная мелкими частицами металла от трущихся частей подшипников, пылью и грязью, попадающими в масло при его контакте с внешней средой и примесями других нефтепродуктов, используемых при работе оборудования.

Испытания проводились при различных значениях следующих параметров:

- рабочего давления УВД;

- расстояния от среза сопла до входного сечения камеры смешения;

- длины камеры смешения.

Эффективность действия установки определялась с помощью анализов состава первичной загрязненной смеси и веществ, получаемых на выходе. Взятие проб производилось из отстойника после 60-минутного пребывания смеси веществ в спокойном состоянии. Экспериментальным путем было установлено, что именно такое время необходимо для расслоения веществ, входящих в смесь. При этом пробы брались после прокачки первичной загрязненной смеси веществ через установку при различных режимах ее работы (изменение рабочего давления УВД). Результаты анализов представлены в таблице 1.

Было установлено улучшение процесса регенерации веществ при увеличении давления воды, подаваемой на сопло струйной установки.

После прохождения смеси, содержащей масло, через установку, в отстойнике были получены следующие вещества от верхнего уровня к нижнему: масло, нефтепродукты (мазут и т.п.), эмульсии прямого типа (нефтепродукты в воде), вода, парафинсодержащая водяная суспензия, механический осадок.

Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод об эффективности устройства, выражающейся в разделении содержащихся в исходной смеси веществ и регенерации масла до состояния, пригодного к повторному использованию (отсутствие воды, содержание механических примесей и серы в пределах допустимых норм). В то же время установлено, что повышение рабочего давления УВД с 250 до 500 атм не оказывает существенного влияния на эффективность работы установки.

Таблица 1
Результаты анализа процесса регенерации масла в струйной установке
	Исходная смесь до обработки	Регенированное масло (при давлении УВД 50 атм)	Регенированное масло (при давлении УВД 250 атм)	Регенированное масло (при давлении УВД 500 атм)
Содержание механических примесей, %	0,664	0,221	0,019	0,018
Содержание воды, %	4,528	1,495	отсутствует	отсутствует
Темература вспышки, °С	234	227	222	219
Вязкость, (100°С) сСТ	5,21	6,33	6,09	6,04
Содержание серы, %	0,418	0,0174	0,00383	0,00387

Как следует из таблицы 1, эмульсия при 250 атм разрушается полностью, а отсутствие влияния увеличения давления УВД более 250 атм на содержание механических примесей обусловлено тем, что крупные и средние частицы удаляются из масла при давлении, меньшем 250 атм, а мелкие (менее 10 мкм) являются мелкодисперсными и легкими, что не позволяет им осаждаться во время отстоя.

Кроме анализа химических и физических свойств первичного и получаемого веществ производилось исследование их свойств методом физической дистилляции. Прибор Simdist газохроматический системы TRAGE GC. В результате подтверждено, что в регенерированном масле значительно уменьшилось содержание примесей различных нефтепродуктов, полностью отогнался легкий нефтепродукт «метил-этил-кетон». Для уточнения полученных результатов были произведены исследования полученных веществ на электронном микроскопе (Микрометр ОМ-О ДТ7.216.009ПС). Они сделаны при различном увеличении (в 60, 157 и 500 раз) и показывают высокую степень очистки, произведенную в установке.

Отработанная в экспериментальных исследованиях методика регенерации масла и полученные положительные результаты позволили распространить применение установки для регенерации других веществ в промышленных условиях (из более устойчивых эмульсий, чем масляная). Материалом для регенерации послужило вещество, остающееся на дне мазутного бака после откачки из него чистого мазута. Данный осадок представляет из себя твердую, асфальтоподобную субстанцию с содержанием механических примесей различной величины и консистенции, достигающих 20-40% от общего объема осадка, водяных линз, эмульсий обратного типа (вода в мазуте), в том числе устойчивых, образовавшихся из-за возможности их многолетнего «старения». После переработки в установке получены следующие фракции: на дне отстойника - измельченные до пескообразного состояния твердые примеси; замазученная вода (неустойчивая эмульсия прямого типа); мазут с содержанием воды, достаточным и не превышающем норму для его сжигания в тепловых котлах; чистый мазут.

Результаты анализов разделенных компонентов смеси сведены в таблицу 2. Проведенные экспериментальные исследования показали высокую эффективность предложенного метода разделения загрязненных мазутных эмульсий.

Таблица 2
Результаты анализов проб мазута после обработки при различных давлениях воды, подаваемой на сопло
	Содержание механических примесей, %	Содержание серы, %	Теплота сгорания, кДж/кг
Смесь до обработки	35.8	2.58	5070
Регенированный мазут после обработки (при давлении УВД 200 атм)	24.9	2.27	7620
Регенированный мазут после обработки (при давлении УВД 300 атм)	16.3	1.97	8610
Регенированный мазут после обработки (при давлении УВД 400 атм)	10.5	1.85	10410
Регенированный мазут после обработки (при давлении УВД 500 атм)	8.6	1.61	16250
Регенированный мазут после обработки (при давлении УВД 600 атм)	7.8	1.52	16670