Пристрій для відокремлення механічних і хімічних домішок у рідинах

Реферат: Винахід застосовується для відокремлення механічних і хімічних домішок у рідинах, які можуть бути використані у енергетиці, комунальному господарстві, хімічній, харчовій, гірничорудній промисловості та ін. Пристрій для відокремлення механічних і хімічних домішок у рідинах складається із вертикального корпусу, в якому встановлені колектор подачі забрудненої рідини з розміщеним над ним шаром фільтруючого матеріалу, реагентний колектор, встановлений нижче колектора подачі забрудненої рідини, звужуючий пристрій-шлюз, розміщений між колекторами та ерліфт підйому фільтруючого матеріалу до встановленого у верхній частині корпуса вузла його відмивання з елементом відокремлення дренажної рідини від механічних домішок та лабіринтним каналом. Нижче реагентного колектора встановлений ультразвуковий генератор, в лабіринтному каналі вузла відмивання перпендикулярно до його осі встановлено одну або декілька перегородок з отворами, периферійна частина звужуючого пристрою-шлюзу виконана зубчастою, елемент відокремлення дренажної рідини від механічних домішок вузла відмивання виконаний з поверхнею куполоподібної форми, що створює замкнену порожнину, з щілястою боковою поверхнею, колектор подачі забрудненої рідини і реагентний колектор виконані з щілястою боковою поверхнею куполоподібної форми без дна. Технічний результат: пристрій для відокремлення механічних і хімічних домішок у рідинах шляхом модифікації складових його конструкції дає поліпшення процесу очистки фільтруючого матеріалу, забезпечує покращення якості фільтрації рідини. UA 101095 C2 (12) UA 101095 C2 UA 101095 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до пристроїв для відокремлення механічних і хімічних домішок у рідинах, наприклад питній воді, стічних водах, а також у різноманітних технологічних рідинах, які можуть бути використані у енергетиці, комунальному господарстві, хімічній, харчовій, гірничорудній промисловості та ін. З рівня техніки відомі конструкції безперервно діючих піщаних фільтрів для води, наприклад, відома конструкція, яка являє собою безперервно діючий фільтр з ерліфтом. Початкова вода надходить по трубопроводу у середню частину фільтра, розподіляється у проміжках між пластинами, проходить крізь шар піску, який повільно опускається, вода збирається за допомогою розташованих по периферії вертикальних перфорованих трубок, що покриті фільтрувальною тканиною, після чого очищена вода подається за призначенням. Забруднений пісок забирається ерліфтом з нижньої частини фільтра і по обвідній трубі подається у його верхню частину, де відбувається часткове відмивання піску, потім пісок знову надходить у фільтр, а промивна вода відводиться дренажною трубою (Л.А. Кульский, П.П. Строкач. Технология очистки природных вод.: К. - Высшая школа, 1986. - 137 с.). Основними недоліками конструкції є те, що в ній не здійснюється повне відмивання піску, відфільтрована вода забирається за допомогою перфорованих трубок, які покриті фільтрувальною тканиною, що призводить до її швидкого забруднення та зниження якості фільтрації. Відомий піщаний фільтр для води з рухомим шаром, що має комерційну назву "Dyna Sand". Фільтр складається з корпусу, що наповнений піском визначеної фракції, встановленого у нижній частині фільтра колектора та ерліфта підйому забрудненого піску в вузол відмивання з лабіринтним каналом, що встановлений у верхній частині корпусу. Початкова вода, яку очищають, розподіляється за допомогою колектора, проходить протитечією крізь шар піску знизу до верху, забруднений пісок опускається у нижню частину фільтра, звідкіля за допомогою ерліфта подається у верхній вузол відмивання, де відмивається у лабіринтному каналі ("Dyna Sand filter "DST 07-N-E-D Installing and operating manual" Waterlink Nord Water Products Axel Johnson Engineering AB, 1999). Основними недоліками цієї конструкції фільтру, є: неможливість проведення одночасного процесу фільтрації та реагентної обробки піску, необхідність якої обумовлена явищами кольматації та біообростання часток піску. На стадії відмивання піску у лабіринтному каналі здійснюється не повне відділення механічних домішок від основної маси дренажної води. В такому піщаному фільтрі неможливо використовувати пісок із зернами дрібної фракції. Найбільш близьким за технічною суттю до винаходу, що заявляється, є, вибраний за прототип, піщаний фільтр з рухомим шаром, який складається із вертикального корпусу, в якому встановлені колектор подачі забрудненої води з розміщеним над ним фільтруючим шаром піску, ерліфт транспортування забрудненого піску, вузол відмивання забрудненого піску з елементом відокремлення дренажної рідини від механічних домішок та лабіринтним каналом, розподільний реагентний колектор, розміщений нижче колектора подачі забрудненої води, крім цього, між колекторами встановлений звужуючий пристрій-шлюз (Патент на винахід UA № 84386 МПК 8 B01B 24/00). Недоліком прототипу є нерівномірність регенерації забрудненого піску з виникненням застійних зон, що виникає через нерівномірне надходження забрудненого піску з робочої зони в зону регенерації крізь кільцевий зазор звужуючого пристрою-шлюзу, оскільки при русі забрудненого піску крізь кільцевий зазор виникають елементи його турбулентного перемішування, внаслідок чого забруднений пісок з різних боків корпусу фільтра надходить в зону регенерації з різною швидкістю, це погіршує ступінь очищення води. В основу винаходу поставлена задача удосконалення пристрою для відокремлення механічних і хімічних домішок у рідинах шляхом модифікації складових його конструкції, що, за рахунок поліпшення ефективності очистки фільтруючого матеріалу, забезпечує покращення якості фільтрації рідини. Поставлена задача вирішується тим, що в пристрої для відокремлення механічних і хімічних домішок у рідинах, який складається із вертикального корпусу, в якому встановлені колектор подачі забрудненої рідини з розміщеним над ним шаром фільтруючого матеріалу, реагентний колектор, встановлений нижче колектора подачі забрудненої рідини, звужуючий пристрій-шлюз, розміщений між колекторами та ерліфт підйому фільтруючого матеріалу до встановленого у верхній частині корпуса вузла його відмивання з елементом відокремлення дренажної рідини від механічних домішок та лабіринтним каналом, згідно з винаходом, нижче реагентного колектора встановлений ультразвуковий генератор, в лабіринтному каналі вузла відмивання перпендикулярно до його осі встановлено одну або декілька перегородок з отворами, периферійна частина звужуючого пристрою-шлюзу виконана зубчастою, елемент 1 UA 101095 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 відокремлення дренажної рідини від механічних домішок вузла відмивання виконаний з поверхнею куполоподібної форми, що створює замкнену порожнину, з щілястою боковою поверхнею, колектор подачі забрудненої рідини і реагентний колектор виконані з щілястою боковою поверхнею куполоподібної форми без дна. Використання ультразвукового випромінювання від генератора ультразвукових коливань руйнує кольматаційні відкладення забрудненого фільтруючого матеріалу і сприяє їх відшаруванню і одночасно забруднений фільтруючій матеріал очищується хімічним реагентом, що значно поліпшує ефективність очищення фільтруючого матеріалу і підвищує якість очищення рідини. Встановлення в лабіринтному каналі перпендикулярно до його осі одної або декілька перегородок з отворами дозволяє здійснювати рівномірний розподіл фільтруючого матеріалу, що проходить крізь лабіринтний канал вузла відмивання, це покращує умови відмивання фільтруючого матеріалу і поліпшує ефективність його очищення. Виконання периферійної частини звужуючого пристрою-шлюзу зубчастою дозволяє усунути нерівномірність надходження забрудненого фільтруючого матеріалу в зону регенерації, що значно поліпшує ефективність його очищення. Виконання елемента відокремлення дренажної рідини від механічних домішок вузла відмивання з поверхнею куполоподібної форми, що створює замкнену порожнину, з щілястою боковою поверхнею, дозволяє відокремлювати концентровану частину дренажної рідини і виводити її окремим технологічним потоком на утилізацію, при цьому здійснюється самоочищення поверхні цього елемента, фільтруючий матеріал не затримується на такій поверхні, це створює додаткові умови для поліпшення ефективності очищення фільтруючого матеріалу. Виконання колектора подачі забрудненої рідини і реагентного колектора з щілястою боковою поверхнею куполоподібної форми без дна, створює умови, при яких рідина, що фільтрується, і реагентна рідина рівномірно розподіляються в фільтруючому матеріалі, при цьому крупні домішки, які можуть накопичуватися в порожнині колекторів, опускаються донизу і ерліфтом спрямовуються до вузла відмивання, що також поліпшує ефективність очищення фільтруючого матеріалу. Суть винаходу, що заявляється, пояснюється кресленнями. На фіг. 1 наведена схема конструкції пристрою для відокремлення механічних і хімічних домішок у рідинах. На фіг. 2 наведено виконання периферійної частини звужуючого пристрою-шлюзу. На фіг. 3 наведений вигляд перегородок з отворами в лабіринтному каналі. На фіг. 4 наведено виконання колектора подачі забрудненої рідини і реагентного колектора. Пристрій для відокремлення механічних і хімічних домішок у рідинах складається з корпуса 1 з кришкою, який встановлений на опорі 2. В корпусі 1 встановлений колектор 3 подачі забрудненої рідини. Забруднена рідина надходить патрубком 4, який розміщений у верхній частині корпуса 1, очищена рідина виходить зливним патрубком 5, який розміщений нижче патрубка 4. Над колектором 3 подачі забрудненої рідини знаходиться шар фільтруючого матеріалу 6. В нижній частині корпуса 1 находиться забруднений після фільтрації шар фільтруючого матеріалу 7 та реагентний колектор 8. Колектор 3 подачі забрудненої рідини і реагентний колектор 8 виконані з щілястою боковою поверхнею куполоподібної форми без дна (фіг. 4). Між колектором 3 подачі забрудненої рідини і реагентним колектором 8 розміщений звужуючий пристрій-шлюз 9 з зубчастою периферійною частиною 10 (фіг. 2). Через колектор 3 подачі забрудненої рідини та шар фільтруючого матеріалу 6, реагентний колектор 8 і звужуючий пристрій - шлюз 9 проходить ерліфт 11, з повітропроводом 12 подачі стисненого повітря для підйому забрудненого фільтруючого матеріалу до вузла 13 відмивання. Вузол 13 відмивання фільтруючого матеріалу містить встановлений в ньому дренажний стакан 14 з отворами 15 у його дні. Всередині дренажного стакана розміщений елемент 16 відокремлення дренажної рідини від механічних домішок, який виконаний з щілястою поверхнею куполоподібної форми, що створює замкнену порожнину. До елемента 16 відокремлення дренажної рідини від механічних домішок приєднаний патрубок 17 для видалення дренажної рідини. У вузлі 13 відмивання фільтруючого матеріалу нижче дренажного стакана 14 встановлений лабіринтний канал 18, вхід до якого виконаний у вигляді лійки. У звуженій частині лабіринтного каналу 18 перпендикулярно до його осі встановлено одну або декілька перегородок 19 з отворами 20 (фіг. 3). Вузол 13 відмивання фільтруючого матеріалу обладнаний патрубком видалення дренажної води 21. В нижній частині ерліфта 11 розміщений генератор ультразвукових коливань 22. Нижня частина корпуса 1 обладнана зливним дренажним патрубком 23. Реагентний колектор 8 трубопроводом з'єднаний з патрубком 24 подачі реагенту. Патрубок 4 подачі забрудненої 2 UA 101095 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 рідини та патрубок 24 обладнані зворотними клапанами 25. Регулюючими вентилями 26 обладнані всі патрубки 4, 24, 21, 17, 5 і зливний дренажний патрубок 23. Пристрій для відокремлення механічних і хімічних домішок у рідинах працює наступним чином. У пристрої для відокремлення механічних і хімічних домішок у рідинах, що заявляється, як фільтруючий матеріал можна використовувати пісок, при цьому очищувальна рідина проходить крізь пісок і забруднення затримуються на поверхні його зерен у вигляді нашарувань, або, як фільтруючий матеріал можна використовувати сорбент, при цьому здійснюється поглинання забруднень і при очищуванні сорбенту, наприклад, відбувається зміна хімічного складу рідини, що очищується, видаляються солі жорсткості, а механічні домішки накопичуються у дренажній рідині. Пристрій для відокремлення механічних і хімічних домішок у рідинах працює в режимі очищення рідини від механічних домішок наступним чином, як фільтруючий матеріал взятий пісок. Забруднена рідина, наприклад вода через патрубок 4 надходить в корпус 1 з кришкою, який встановлений на опорі 2, до колектора 3 подачі забрудненої води. Протитечією забруднена вода проходить через шар фільтруючого піску 6 і через зливний патрубок 5 очищена вода подається за призначенням. Пісок опускається до звужуючого пристрою-шлюзу 9 і через його зубчасту периферійну частину 10 рівномірно надходить до реагентного колектора 8, де для відокремлення від домішок здійснюється обробка його реагентом, який подається через патрубок 24, і ультразвуковим випромінюванням ультразвукового генератора 22. В повітропровід 12 подається стиснене повітря і через ерліфт 11 пісок після його обробки піднімається до вузла 13 його відмивання і надходить до дренажного стакана 14. Через щілясту поверхню елемента 16 відокремлюється дренажна рідина, яка видаляється через патрубок 17. Очищений пісок через отвори 15 у дні дренажного стакана 14 надходить до лабіринтного каналу 18 і через отвори 20 перегородок 19 рівномірно надходить у шар піску 6, підпирає вихід з лабіринтного каналу 18, створюючи гідротаран. Дренажна рідина з вузла13 відмивання фільтруючого матеріалу виводиться через патрубок 21. Дренажним патрубком 23 здійснюється видалення забрудненого піску при виконанні ремонтно-профілактичних робіт. Обладнання патрубка подачі реагенту 24 і патрубка подачі забрудненої води 4 зворотними клапанами 25 забезпечує усунення зворотного руху піску, а обладнання патрубків 4, 24, 21, 17, 5 і 23 регулюючими вентилями 26 дозволяє виконувати експлуатаційні і ремонтно-профілактичні роботи. Пристрій для відокремлення механічних і хімічних домішок у рідинах працює в режимі очищення рідини від хімічних домішок наступним чином. Як фільтруючий матеріал взятий сорбент. Технологічна рідина, що містить хімічні компоненти, через патрубок 4 надходить в корпус 1 з кришкою, який встановлений на опорі 2, до колектора 3 подачі забрудненої рідини. Протитечією рідина проходить через шар фільтруючого сорбенту 6 і через зливний патрубок 5 очищена рідина подається за призначенням. Фільтруючий сорбент 6 опускається до звужуючого пристрою-шлюзу 9 і через його зубчасту периферійну частину 10 рівномірно надходить до реагентного колектора 8, де здійснюється його обробка реагентом, який подається через патрубок 24, і ультразвуковим випромінюванням ультразвукового генератора 22. В результаті чого в сорбенті відбувається реакція іонного обміну: із технологічної рідини здійснюється сорбція іонів, замість яких сорбент поглинає іони реагенту. В повітропровід 12 подається стиснене повітря і через ерліфт 11 фільтруючий сорбент після обробки піднімається до вузла 13 його відмивання і надходить до дренажного стакана 14. Через щілясту поверхню елемента 16 відокремлюється дренажна рідина, яка видаляється через патрубок 17. Очищений фільтруючий сорбент через отвори 15 у дні дренажного стакана 14 надходить до лабіринтного каналу 18 і через отвори 20 перегородок 19 рівномірно надходить у шар фільтруючого матеріалу 6, підпирає вихід з лабіринтного каналу 18, створюючи гідротаран. Дренажна рідина з вузла 13 відмивання фільтруючого сорбента виводиться через патрубок 21. Дренажним патрубком 23 здійснюється видалення забрудненого фільтруючого сорбенту при виконанні ремонтнопрофілактичних робіт. Обладнання патрубка подачі реагенту 24 і патрубка подачі забрудненої рідини 4 зворотними клапанами 25 забезпечує усунення зворотного руху фільтруючого сорбенту, а обладнання патрубків 4, 24, 21, 17, 5 і 23 регулюючими вентилями 26 дозволяє виконувати експлуатаційні і ремонтно-профілактичні роботи. Приклади конкретного використання. Приклад 1. Фільтр, корпус якого має діаметр 0,145 м; висота робочого фільтруючого шару піску 1 м; висота нижнього шару піску 0,8 м; ширина звужуючого каналу 0,01 м; фракція зерен піску 0,8-1,0 мм. Через фільтр пропускається вода із свердловини, загальним обсягом 100 3 UA 101095 C2 3 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 3 дм /годину; вода містить 150 мг/дм механічних домішок, концентрація двовалентного заліза 10 3 3 мг/дм . Через трубопровід ерліфта подається повітря потужністю 1-2 дм /хв; потужність ерліфта 3 для піску складає 10 см /с, що обумовлює рух піску в корпусу фільтра зі швидкістю 0,15 мм/с; рух піску скрізь пристрій-шлюз складає величину 1,1 мм/с. У реагентний колектор подається 5 % розчин соляної кислоти для видалення кольматаційної форми гідроксиду заліза, що накопичуються на зернах піску. Одночасно в нижній частині фільтра за допомогою ультразвукового генератора з загальною потужністю 200 Вт здійснюється обробка піску ультразвуковим випромінюванням. В результаті комбінованої дії хімічного і фізичного факторів здійснюється повне відшарування кольматаційних відкладень на зернах піску. Отриманий розчин хлориду заліза і пісок надходять за допомогою ерліфта у дренажний стакан; рідина просочується крізь елемент відокремлення дренажної рідини від механічних домішок і видаляється дренажним патрубком; пісок опускається в лабіринтний канал і повертається у верхній робочий шар піску. Одночасно відбувається процес фільтрації води крізь верхній робочий шар піску, двовалентне залізо окислюється до тривалентного і осаджується у вигляді 3 гідроксиду заліза на зернах піску; очищена від механічних домішок (до 10 мг/дм ) та заліза 3 3 (менше 0,1 мг/дм ) вода у кількості 99 дм /годину подається за призначенням. Приклад 2. Геометричні розміри фільтра, фракція піску, а також витрати повітря аналогічне прикладу 1. Через фільтр пропускається стічна вода виробництва хімічного волокна у кількості 3 3 3 100 дм /годину; вміст механічних домішок 100-150 мг/дм ; концентрація іонів цинку 80 мг/дм ; цинк присутній у стічній воді у вигляді аморфногоосаду гідроксиду цинку. Механічні домішки гідроксиду цинку затримуються у верхньому шарі піску. При надходженні піску із забрудненнями у нижню зону піску відбувається розчинення гідроксиду цинку за рахунок обробки піску 3 реагентом: 20 % розчином соляної кислоти. Витрати реагенту до 1 дм /годину. Одночасно в нижній частині фільтра за допомогою ультразвукового генератора загальною потужністю 300 Вт здійснюється обробка піску ультразвуковим випромінюванням. В результаті комбінованої дії хімічного і фізичного факторів здійснюється повне відшарування гідроксиду цинку і інших його сполучень на зернах піску. При надходженні розчину хлориду цинку у вузол відмивання він відокремлюється від основної частини дренажної рідини і піску і через дренажний патрубок надходить в окрему технологічну схему утилізації цинку; пісок з механічними домішками відмивається в лабіринтному каналі і надходить у верхню робочу зону фільтра, тим самим у результаті 3 фільтрації і розчинення із стічної води безперервно видаляється 80 мг/дм хлориду цинку і 3 здійснюється процес очищення стічної води у кількості 99 дм /годину. Приклад 3. Фільтр завантажений сорбентом - іонообмінною смолою КУ-2-8. Об'єм 3 завантаження 20 дм ; діаметр корпусу фільтра 0,145 м; висота 0,9 м; рідина, що очищується забруднена вода; іони, що вилучаються - кальцій, магній; загальна початкова жорсткість 3 забрудненої води Жо=3,5 мг-екв/дм , продуктивність ерліфта щодо іонообмінної смоли, 0,028 3 3 дм /с. Повна статистична ємність іонообмінної смоли 1,7 мг-екв/г, насипна щільність 720 кг/м , 3 тобто маса об'єму 20 дм буде складати 14,4 кг. Загальна обмінна ємність такої кількості 3 іонообмінної смоли дорівнює 24,48 г-екв. При жорсткості забрудненої води 3,5 мг-екв/дм буде 3 3 очищено 24480/3,5=6994 дм або приблизно 7 м . Для регенерації 14,4 кг іонообмінної смоли необхідно 24,48 г-екв хлориду натрію, тобто 24,48·58,44=1430,6 г або приблизно 1,4 кг хлориду 3 натрію. Для пом'якшення води з жорсткістю 3,5 мг-екв/дм з продуктивністю ерліфта щодо 3 іонообмінної смоли 0,028 дм /с буде надходити в фільтр і видалятися у вигляді іонообмінної смоли, що надходить до ерліфта, 0,028·3,5=0.098 мг-екв/с солей жорсткості. Таким чином 3 необхідно здійснювати дозування не менше 0,098 мг-екв/с хлориду натрію, 1 дм 10 %-го розчину хлориду натрію містить 100 г солі хлориду натрію або 11/58,44=1700 мг-екв, тобто 3 1700V=0,098, відкіля V=0,098/1700=0,000058 дм /с тобто 0,058 мл/с. Для покращення масообміну іонообмінної смоли з реагентом кількість подаваного розчину збільшено в 1,2 разу. Тобто витрати 10 % розчину хлориду натрію складає 1,4·1,2=1,68 кг за масовою часткою хлориду натрію, загальна маса 10 % розчину хлориду натрію буде складати приблизно 16,8 кг. 3 Час, що необхідний для пом'якшення 7 м води, буде складати 24480/0,098=249796 с або 69 3 годин. Продуктивність відносно рідини, що очищується, буде складати 7000/69=101,4 дм /год. 55 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 60 Пристрій для відокремлення механічних і хімічних домішок у рідинах, що складається із корпусу, в якому встановлені колектор подачі забрудненої рідини з розміщеним над ним шаром фільтруючого матеріалу, реагентний колектор, встановлений нижче колектора подачі забрудненої рідини, звужуючий пристрій-шлюз, розміщений між колекторами та ерліфт підйому 4 UA 101095 C2 5 фільтруючого матеріалу до встановленого у верхній частині корпуса вузла його відмивання з елементом відокремлення дренажної рідини від механічних домішок та лабіринтним каналом, який відрізняється тим, що нижче реагентного колектора встановлений ультразвуковий генератор, в лабіринтному каналі вузла відмивання перпендикулярно до його осі встановлено одну або декілька перегородок з отворами, периферійна частина звужуючого пристрою-шлюзу виконана зубчастою, елемент відокремлення дренажної рідини від механічних домішок вузла відмивання виконаний з поверхнею куполоподібної форми, що створює замкнену порожнину, зі щілястою боковою поверхнею, колектор подачі забрудненої рідини і реагентний колектор виконані зі щілястою боковою поверхнею куполоподібної форми без дна. 5 UA 101095 C2 6 UA 101095 C2 7 UA 101095 C2 8 UA 101095 C2 Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 9