устройство для очистки жидкости

Формула изобретения

Устройство для очистки жидкости, содержащее цилиндрический корпус, в котором по касательной к окружности внутренней цилиндрической поверхности корпуса выполнена щель для подачи исходной жидкости с образованием между цилиндрами корпуса и коаксиально расположенной реакционной камерой распределительной емкости, ограниченной сверху и снизу герметичными перегородками, при этом реакционная камера выполнена со щелями, равномерно расположенными по касательной к внутренней цилиндрической поверхности реакционной камеры по ходу движения исходной жидкости в распределительной емкости, отличающееся тем, что на цилиндрической поверхности вертикально расположенной центральной реакционной камеры имеются два кольцевых отвода для подачи вращающейся в вихре жидкости в периферийные горизонтальные реакционные камеры, располагающиеся между внутренними коаксиальными цилиндрическими поверхностями корпуса и центральной реакционной камеры в плоскопараллельных сечениях их диаметров выше и ниже герметичных перегородок распределительной емкости, а по вертикальной оси центральной реакционной камеры установлен резонатор в виде обратного усеченного конуса с равномерно расположенными по его образующей поверхности продольными канавками с профилем равностороннего треугольника с изменяемым углублением по высоте резонатора, в вершине центральной реакционной камеры имеется патрубок выхода легчайшей по удельной массе фракции очищенной однородной жидкости, кроме этого, горизонтальные реакционные камеры, идентичные между собой по форме, представляют горизонтальную отшлифованную плоскую поверхность, над которой с зазором располагается наклонная поверхность в виде усеченного конуса правильной формы, причем образующая ее внутренняя поверхность, обращенная через зазор к горизонтальной плоскости, выполнена в виде закрепленной на ребрах образующей поверхности струны, закрученной с просветом по архимедовой спирали от меньшего входного основания до периферийного выходного основания против хода вращающейся в центральной реакционной камере жидкости, при этом параметры струны и шаг закрутки спирали согласованы с частотно-волновыми характеристиками получаемой в результате очистки однородной товарной жидкости, которая через просветы спирали поступает в накопительную емкость над спиралью, а зазор между горизонтальной и наклонной поверхностями выполнен с условием постоянства проходного сечения от входа очищаемой жидкости из центральной реакционной камеры до выхода из горизонтальной реакционной камеры остатка после очистки жидкости в торовую емкость.

Описание изобретения к патенту

Предложенное устройство может быть использовано в системах очистки промышленных и бытовых сточных вод, очистки гальванических растворов с получением ценных элементов в виде порошка, получении нефти из эмульсии нефти любой обводненности, в системах очистки масел, получаемых из нефтепродуктов, а также масел растительного и животного происхождения; в системах очистки жидкого газа, в системах очистки и переработки бишофита.

Известное устройство [1] для отделения примесей от жидкой среды содержит цилиндрический корпус с патрубком для подачи очищаемой жидкости, установленную в корпусе сетчатую обечайку с приспособлением для очистки с нее примесей, а также расположенный в центре свободно вращающийся вал с жестко закрепленной на нем турбинкой с лопостями.

Недостатками известного устройства [1] являются неполный вынос части примесей из растворов и малая производительность устройства.

Известное устройство [2] для разделения примесей в составе жидкой среды содержит корпус с установленной в нем реакционной камерой, элемент для вращения жидкой среды в виде шнека, отсека для сбора разделенных примесей, установленные ярусами со щелевыми отверстиями, источник излучения световой энергии импульсно-периодического действия. Внутренняя поверхность устройства выполнена из материала с высокой отражающей способностью.

Однако надежность его работы зависит от размера механических примесей; экономически нецелесообразно его применение, если требуется выделить из состава эмульсии всего до трех, четырех компонентов.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство [3] для получения однородной жидкой фракции из состава эмульсии, содержащее цилиндрический корпус, по касательной к окружности внутренней цилиндрической поверхности которого выполнена щель для подачи исходной жидкости с образованием между цилиндрами корпуса и реакционной камеры распределительной емкости и накопительной емкости, расположенной под распределительной емкостью и отделенной от нее герметичной перегородкой. Реакционная камера выполнена со щелями, расположенными равномерно по окружности по касательной к внутренней цилиндрической поверхности камеры по ходу движения исходной жидкости. Внутри реакционной камеры коаксиально установлен частотно-волновой фильтр цилиндрической формы в виде вертикально натянутых с просветом струн, равномерно расположенных по окружности цилиндра, или в виде сетки с вертикальной основой. При этом фильтр разделяет реакционную камеру на две емкости - реакционную с внешней стороны фильтра и емкость товарной жидкости с внутренней стороны фильтра; причем фильтр снабжен элементом точной настройки резонансно-модулированного сигнала, достигающего необходимым натяжением струн фильтра.

Тем не менее, известное устройство [3] позволяет выделить из состава эмульсии только одну однородную жидкую фракцию.

Технический результат предлагаемого устройства заключается в том, что расширяются возможности очистки жидкостей с обеспечением безотходного экологически чистого производства получения товарной продукции со значительным снижением ее себестоимости.

Для достижения технического результата в предлагаемом устройстве для очистки жидкости, содержащем цилиндрический корпус, в котором по касательной к окружности внутренней цилиндрической поверхности корпуса выполнена щель для подачи исходной жидкости с образованием между цилиндрами корпуса и коаксиально расположенной реакционной камерой распределительной емкости, ограниченной сверху и снизу герметичными перегородками, при этом реакционная камера выполнена со щелями, равномерно расположенными по касательной к внутренней цилиндрической поверхности реакционной камеры по ходу движения исходной жидкости в распределительной емкости, согласно изобретению на цилиндрической поверхности вертикально расположенной центральной реакционной камеры имеются два кольцевых отвода для подачи вращающейся в вихре жидкости в периферийные горизонтальные реакционные камеры, располагающиеся между внутренними коаксиальными цилиндрическими поверхностями корпуса и центральной реакционной камеры в плоскопараллельных сечениях их диаметров выше и ниже герметичных перегородок распределительной емкости, а по вертикальной оси центральной реакционной камеры установлен резонатор в виде обратного усеченного конуса с равномерно расположенными по его образующей поверхности продольными канавками с профилем равностороннего треугольника с изменяемым углублением по высоте резонатора, в вершине центральной реакционной камеры имеется патрубок выхода легчайшей по удельной массе фракции очищенной однородной жидкости; кроме этого горизонтальные реакционные камеры, идентичные между собой по форме, представляют горизонтальную отшлифованную плоскую поверхность, над которой с зазором располагается наклонная поверхность в виде усеченного конуса правильной формы, причем образующая ее внутренняя поверхность, обращенная через зазор к горизонтальной плоскости, выполнена в виде закрепленной на ребрах образующей поверхности струны, закрученной с просветом по архимедовой спирали от меньшего входного основания до периферийного выходного основания против хода вращающейся в центральной реакционной камере жидкости; при этом параметры струны и шаг закрутки спирали согласованы с частотно-волновыми характеристиками получаемой в результате очистки однородной товарной жидкости, которая через просветы спирали поступает в накопительную емкость над спиралью, а зазор между горизонтальной и наклонной поверхностями выполнен с условием постоянства проходного сечения от входа очищаемой жидкости из центральной реакционной камеры до выхода из горизонтальной реакционной камеры остатка после очистки жидкости в торовую емкость.

Теоретическое обоснование предлагаемого устройства для очистки жидкости заключается в следующем. При поглощении молекулами вещества дополнительной энергии происходят довольно сложные процессы. Согласно волновой механике в атомных явлениях любые частицы (электроны, атомы, молекулы) ведут себя как волны. Сообщая энергию молекуле вещества, переводим ее из нормального (низшего) состояния в одно из высших энергетических состояний - возбужденное состояние. В возбужденном состоянии молекула движется по орбите как некоторая волна. Причем любой произвольной точке на орбите соответствует определенная фаза колебания, связанная с волной. Волновое движение молекул в органическом пространстве сводится, как и в других волновых явлениях, к образованию стоячих волн. В данном случае такое явление играет существенную роль. Другой важный фактор, используемый в изобретении, состоит в том, что при поглощении молекулами жидкого вещества дополнительной энергии происходит уменьшение ее удельной массовой плотности. Как известно, молекула жидкости обладает гидратной оболочкой, радиус которой в возбужденном состоянии увеличивается. Под действием центробежной силы вихревого потока молекулы исходной жидкой среды начнут перераспределяться по радиусу вращения вихревого потока пропорционально их удельной массовой плотности, при этом вещества с большей удельной массой будут устремляться к цилиндрической стенке центральной реакционной камеры, вытесняя собой более легкие жидкости к образующей поверхности конусного резонатора. С учетом сил трения по закону Стокса, действующих на молекулы, скорость перераспределения этих молекул весьма мала для организации непрерывного производства и тем более, если из эмульсии требуется выделить жидкость не самой легкой фракции. На увеличение скорости распределения примесей помимо центробежной силы также влияет следующий фактор. При движении жидкой среды в вихре по вертикальной оси центральной реакционной камеры происходит эффективное торможение потока о стенки образующей поверхности конусного резонатора. Давление в пристеночном - пограничном слое образующей конуса - по закону Бернули возрастает. Создается значительный перепад давления между центральной зоной и периферийной. В этом случае частицы с меньшей удельной плотностью будут стремиться к резонатору, а с большей - к цилиндрической поверхности центральной реакционной камеры. С целью значительного на два-три порядка увеличения скорости перераспределения молекул различных жидких фракций исходной жидкой среды не только по радиусу, но и по высоте цилиндра центральной реакционной камеры, резонатор генерирует отраженные гидроакустические волны с частотой, изменяемой по высоте конусного резонатора, перекрывая весь диапазон собственных частот молекул однородных жидких фракций, содержащихся в исходной эмульсии. Совокупные действия центробежных сил вихря, перепада давления от пограничного слоя резонатора к периферии и энергии генерируемой резонатором с изменяемой частотой по высоте конусного резонатора позволяют за сотые доли секунды создать стабильные энергетические уровни по высоте цилиндрической емкости центральной реакционной камеры и прижать к цилиндрической поверхности все примеси, содержащиеся в исходной жидкости. В этом случае каждому энергетическому уровню соответствует слой вполне определенной однородной фракции жидкости.

На чертеже показана принципиальная схема устройства, где 1 - корпус, 2 - щель корпуса, 3 - емкость распределительная, 4 - перегородка нижняя, 5 - перегородка верхняя, 6 - щель центральной реакционной камеры, 7 - центральная реакционная камера, 8 - резонатор, 9 - патрубок верхний, 10 - горизонтальная реакционная камера нижняя, 11 - горизонтальная реакционная камера верхняя, 12 - плоскость горизонтальная верхней реакционной камеры, 13 - резонатор спиральный верхней реакционной камеры, 14 - емкость накопительная верхней реакционной камеры, 15 - емкость торовая верхней реакционной камеры, 16 - емкость накопительная нижней реакционной камеры, 17 - резонатор спиральный нижней реакционной камеры, 18 - плоскость горизонтальная нижней реакционной камеры, 19 - емкость торовая нижней реакционной камеры.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем. Интенсивное разделение эмульсии (раствора) на составляющие ее жидкие фракции с возможностью выделения из эмульсии до трех товарных однокомпонентных жидкостей и в остатке еще две жидкие фракции с высокой и низкой удельными массами позволяет организовать непрерывное, безотходное, экологически чистое производство со значительным снижением себестоимости получения товарной продукции.

Предлагаемое устройство для очистки жидкости содержит корпус - 1 с внутренней цилиндрической поверхностью, имеющий щель - 2 подачи исходной жидкой среды в распределительную емкость - 3. Для осуществления вращения исходной жидкой среды в распределительной емкости - 3 щель - 2 выполнена по касательной к окружности внутренней цилиндрической поверхности корпуса - 1. Внутри корпуса - 1 находится центральная реакционная камера - 7 цилиндрической формы с входными щелями - 6 для приема исходной жидкой среды из распределительной емкости - 3. Для формирования в центральной реакционной камере - 7 стабильного вихревого потока с ламинарным режимом течения в его спиралях исходная жидкая среда из распределительной емкости - 3 поступает одновременно через все щели - 6, равномерно расположенные по окружности центральной реакционной камеры - 7, выполненные по касательной к внутренней окружности цилиндра центральной реакционной камеры - 7 по ходу движения исходной жидкой среды в распределительной емкости - 3. Распределительная емкости - 3 находится между коаксиально расположенными цилиндрами корпуса - 1 и центральной реакционной камеры - 7, ограниченной снизу герметичной нижней перегородкой - 4, а сверху герметичной верхней перегородкой - 5. По вертикальной оси центральной реакционной камеры - 7 установлен резонатор - 8. С целью упорядочивания энергетических уровней вращающейся исходной жидкости по высоте цилиндра центральной реакционной камеры - 7, не нарушая стабильности вихревого потока с ламинарным режимом течения в его спиралях, резонатор - 8 выполнен в виде обратного усеченного конуса с равномерно расположенными по его образующей поверхности продольными канавками с профилем равностороннего треугольника с изменяемым углублением. В вершине центральной реакционной камеры - 7 имеется патрубок - 9 выхода легчайшей по удельной массе фракции очищенной однородной жидкости. На цилиндрической поверхности вертикально расположенной центральной реакционной камеры - 7 имеются два кольцевых отвода для подачи вращающейся в вихре, упорядоченной по энергетическим уровням жидкости в щелевые емкости нижней горизонтальной реакционной камеры - 10 и верхней горизонтальной реакционной камеры - 11. Горизонтальные реакционные камеры - 10 и 11 располагаются между внутренними коаксиальными цилиндрическими поверхностями корпуса - 1 и центральной реакционной камеры - 7 в плоскопараллельных сечениях их диаметров. При этом нижняя горизонтальная реакционная камера - 10 находится под герметичной перегородкой - 4, а верхняя горизонтальная реакционная камера - 11 располагается над герметичной перегородкой - 5. Нижняя горизонтальная реакционная камера - 10 и верхняя горизонтальная реакционная камера - 11, идентичные между собой по форме, представляют горизонтальные отшлифованные плоские поверхности - 12, 18, над которыми с условием постоянства проходного сечения от входа очищаемой жидкости из центральной реакционной камеры - 7 до выхода остатка после очистки жидкости в торовые емкости - 15, 19, с зазором располагаются наклонные поверхности - 13, 17 в виде усеченного конуса правильной формы. Образующая внутренняя поверхность усеченного конуса, обращенная через зазор к горизонтальной плоскости, выполнена в виде закрепленной на ребрах струны, закрученной с просветом по архимедовой спирали от меньшего входного основания до периферийного выходного основания против хода вращающейся в центральной реакционной камере - 7 жидкости. При этом в верхней горизонтальной реакционной камере - 11 и нижней горизонтальной реакционной камере - 10 параметры струны и шаг закрутки спирали определяются частотно-волновыми характеристиками получаемой в результате очистки однородной товарной жидкости, которая через просветы спирали поступает в накопительные емкости - 14, 17, расположенные над спиралью. Содержимое накопительных емкостей - 14, 17, а также торовых емкостей - 15, 19 выводится за пределы устройства с помощью стандартных патрубков (на фиг.1 не показаны), связанных с этими емкостями.

Предлагаемое устройство для очистки жидкости в составе выше перечисленных элементов может использоваться для очистки взрывопожароопасных жидкостей, таких как нефть, масла, природный газ. Кроме этого, учитывая возможность создания устройства с высокой производительностью при низких удельных энергетических затратах, порядка 0,05 кВт/м ³, данное устройство также может быть использовано при очистке промышленных и бытовых сточных вод, загрязненных рек, озер и других водоемов.

Предлагаемое устройство для очистки жидкости работает следующим образом. Исходная жидкая среда через щель - 2 подается, например, с помощью насоса в распределительную емкость - 3, где под действием перепада давления приобретает вращательное движение. Далее из распределительной емкости - 3 исходная жидкая среда через щели - 6, равномерно расположенные по окружности центральной реакционной камеры - 7, поступает в ее реакционную емкость в виде вихревого потока с ламинарным режимом течения в его составляющих спиралях. Такие спирали не перемешиваются между собой, а линейная скорость движения жидкости на всей длине спирали остается постоянной. Поэтому по мере приближения вихревого потока к вертикальной оси центральной реакционной камеры - 7 угловая скорость (частота) движения исходной жидкости увеличивается по закону =V/R, где V - линейная скорость, R - радиус вращения. Одновременно с увеличением угловой скорости по закону Бернули происходит уменьшение давления в спиралях, приближающихся к оси вихря, и как следствие, понижение температуры исходной жидкости. Закручиваясь в спирали, вихревой поток соприкасается со стенкой резонатора - 8, где происходит резкое торможение вращающейся в вихре исходной жидкости. В результате такого торможения в пристеночном объеме создается пограничный слой с высоким давлением и повышенной температурой. Таким образом, помимо центробежных сил создается значительный перепад давления от стенки резонатора - 8 к цилиндрической поверхности центральной реакционной камеры - 7. Все это, дополненное температурной конвекцией создает благоприятные условия для разделения исходной эмульсии на ее составляющие компоненты в соответствии их удельных масс в направлении радиуса центральной реакционной камеры - 7. Несмотря на такое обилие совокупности положительных физических процессов, скорость упорядочивания молекул различных жидкостей из-за большого сопротивления среды слишком мала. Более того, задача центральной реакционной камеры - 7 заключается в том, что содержащиеся в исходной жидкости однородные жидкие фракции должны быть разбиты по энергетическим уровням, расположенным не по радиусу, а по высоте цилиндра центральной реакционной камеры - 7. Каждому энергетическому уровню соответствует вполне определенная однородная жидкость. В данном случае энергетический уровень, соответствующий однородной жидкости с наибольшей удельной массой, располагается в нижней части центральной реакционной камеры - 7, а с наименьшей - в ее верхней части. С целью образования таких энергетических уровней по вертикальной оси центральной реакционной камеры - 7 установлен резонатор - 8 в виде обратного усеченного конуса с равномерно расположенными по его образующей поверхности продольными канавками с профилем равностороннего треугольника с изменяемым углублением. Конструктивные параметры конусной поверхности резонатора - 8, например, для очистки эмульсии, состоящей из трех однородных жидкостей с механическими и другими примесями, должны отвечать следующему условию. При омывании вихревым потоком конусной поверхности необходимо, чтобы ее конструктивные параметры одновременно отвечали основным условиям создания быстропротекающих процессов для всех трех однородных жидкостей с получением энергетических уровней для первой жидкости с большей удельной массой в объеме цилиндрической емкости центральной реакционной камеры - 7, расположенной ниже щелей - 6, второй энергетический уровень - жидкости средней удельной массы - определен объемом выше щелей - 6 до верхней границы кольцевого отвода подачи содержимого данного энергетического уровня в горизонтальную реакционную камеру - 11, а третий энергетический уровень - самой легкой однородной жидкой фракции - располагается над вторым энергетическим уровнем с условной границей между ними. Следует отметить, что незримые границы разделения энергетических уровней в силу больших родственных связей возбужденных молекул являются достаточно жесткими, то есть без наличия переходного слоя между энергетическими уровнями. Именно благодаря последнему свойству энергетические уровни можно перемещать в любом направлении по высоте цилиндра центральной реакционной камеры - 7, что позволяет с помощью запорно-регулировочной арматуры, установленной на выходных отводах устройства, получать однородные жидкие фракции с требуемыми характеристиками. Таким образом, в процессе работы предлагаемого устройства в результате совокупных действий центробежных сил, температурной конвекции, перепада давления от пограничного слоя конусного резонатора - 8 к периферии и частотно-волновых преобразований энергии в центральной реакционной камере - 7 осуществляется разделение исходной жидкости на составляющие ее однородные жидкие фракции. При этом фракция наименьшей удельной массы получается в чистом виде без примесей, которая через отвод - 9 выводится через устройство. Жидкая фракция с наибольшей удельной массой вместе с основной массой примесей через кольцевой отвод в основании центральной реакционной камеры - 7 подается в щелевой зазор горизонтальной реакционной камеры - 10, где под действием перепада давления от пограничного слоя верхней наклонной поверхности спирального резонатора - 17 к отшлифованной горизонтальной плоскости - 18 и частотно-волновых преобразований энергии самого спирального резонатора - 17, согласованных с собственной частотой молекул, находящейся в щелевом зазоре, однородной жидкости, осуществляется отделение от примесей этой жидкости, которая через просветы спирального резонатора - 17 поступает в накопительную емкость - 16, а оставшиеся в результате очистки примеси через периферийный кольцевой отвод горизонтальной реакционной камеры - 10 направляются в торовую емкость - 19. Третья однородная жидкая фракция с незначительными примесями, соответствующая энергетическому уровню в объеме центральной реакционной камеры - 7 выше щелей - 6, через кольцевой отвод поступает в щелевой зазор горизонтальной реакционной камеры - 11, содержащей отшлифованную горизонтальную плоскость - 12 и спиральный резонатор - 13 с параметрами, согласованными с собственной частотой однородной жидкости данного энергетического уровня. Работа горизонтальной реакционной камеры - 11 осуществляется по аналогии с горизонтальной реакционной камерой - 10. Только в горизонтальной реакционной камере - 10 очищенная от примесей однородная фракция жидкости через просветы спирального резонатора - 13 поступает в накопительную емкость - 14, а примеси - в торовую емкость - 15. Вывод содержимой продукции накопительных емкостей - 14, 16, как и торовых емкостей - 15, 19, из устройства осуществляется через стандартные патрубки (не показаны), связанные с этими емкостями.

Техническая эффективность предлагаемого устройства заключается в том, что повышается возможность очистки различных жидкостей с производительностью до 3000 м³/час с удельными энергетическими затратами порядка 0,05 кВт/м³. При этом для эмульсий до пяти составляющих компонентов появляется возможность создания безотходного, непрерывного, экологически чистого, пожаровзрывобезопасного производства, исключающего выброс токсичных веществ в атмосферу, и соблюдением требований санитарии. При использовании данного устройства очистки жидкости достигается необходимое качество товарной продукции при значительном снижении ее себестоимости.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР № 1346189, МПК В01D 21/26.

2. Патент РФ № 2112578, МПК В01D 21/26.

3. Заявка № 2005130996/15(034751) от 07.10.2005, МПК В01D 17/00.