Установка “флотатор з трубчатим сатуратором”

Реферат: Установка - флотатор з трубчастим сатуратором складається з чотирьох основних вузлів: флотаційна камера з розподілювачами потоків, де проходить процес очищення; сатуратор у вигляді окремої ємності, де вода насичується повітрям; блок подачі води і повітря у сатуратор (насос, ежектор, водопровідна арматура); блок подачі води на очищення (насос, водопровідна арматура). UA 79440 U (54) УСТАНОВКА "ФЛОТАТОР З ТРУБЧАТИМ САТУРАТОРОМ" UA 79440 U UA 79440 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до попередньої очистки води від емульгованих полярних часток (нафтопродукти, жири та ін. вуглеводи), також від поверхнево-активних речовин та ін. гідрофобних сполук. Також може бути використаний в збагаченні корисних копалин, швидкому насиченні рідин необхідними газами чи рідинами. Установка створює особливі масообмінні та гідравлічні умови для повного та швидкого розчинення газів у рідині під тиском. Відоме: 1). Флотатор з подачею повітря через пористі матеріали. Установка складається з ємкості для контакту води з повітрям, пористого (диспергатора) матеріалу для дрібного й рівномірного розподілення повітря, що подає компресор. Недоліком конструкції є неповне видалення емульгованих часток з води через великий розмір бульбашок повітря (більше 100 мкм), їх злипання, що призводить до швидкого спливання, та малої вірогідності контакту частки з бульбашкою. Підвищені експлуатаційні витрати. 2). Флотатор з механічним диспергуванням повітря - імпелером. Установка складається з ємності для контакту води з повітрям, імпелера та двигуна. Недоліком конструкції є неповне видалення емульгованих часток з води. Підвищені експлуатаційні та енергетичні витрати. 3). Вакуумний флотатор. Установка складається з герметичної ємності для контакту води з повітрям, механічного аератора з двигуном та вакуум-компресора. Недоліком конструкції є її обмежене використання при очистці води через незначне насичення газами. Конструктивні та експлуатаційні труднощі в виготовленні та обслуговуванні установки. Підвищені експлуатаційні та енергетичні витрати. 4). Електрофлотатор. Установка складається з ємності для контакту води з газом, пластин, блока живлення, де під дією електричного струму утворюються бульбашки води. Недоліком конструкції є велика енерго- та металоємність. Часта заміна електродів. Пасивація електродів. 5). Найбільш близьким технологічним аналогом "флотатора з трубчатим сатуратором" є напірний флотатор (DAF-dissolved air flotation), про який опубліковано в багатьох працях як вітчизняних, так і зарубіжних авторів, одне з останніх згадувань у книзі 2010 року видання "Flotation Technology. Handbook of environmental engineering. Volume 12" написане Lawrence K. Wang, PhD, PE, DEE та співавторами. На сторінці 95 написано про технологію роботи установки. Ця установка була вибрана авторами як прототип заявленої корисної моделі. Недоліком відомої конструкції (прототипу), з метою досягнення результатів повного та швидкого розчинення газів (повітря) у рідині (вода) є: - неповне розчинення повітря у воді. - тривалий контакт води з повітрям, що збільшує будівельний об'єм, матеріалоємність, габарити та вагу сатуратора; - достатньо великі розміри майданчика для всієї установки; - висока енергозалежність (додатковий напір в сатураторі, використання компресорів та потужних відцентрових насосів). Принциповим питанням у всіх флотаційних установках є сатурація газів в рідину, на що автори пропонованої корисної моделі звертають особливу увагу. Неефективна конструкція сучасних сатураторів робить процес насичення рідини (води) газами (повітрям) неповним, що приводить до перевитрат матеріалів, робіт та енергії. Для швидкого та повного розчинення повітря у воді необхідна відносно максимальна площа контакту системи "газ - рідина" протягом всього часу перебування у сатураторі. Неповне розчинення повітря у сатураторі приводить до проскакування бульбашок у флотатор, що значно зменшує площу сорбції та відповідно ККД по очистці води від домішок. В товщі оброблюваної води з'являються вихорі, які приводять до роз'єднання домішок від бульбашок та збільшують перебування комплексу бульбашка-домішки у флотаційній камері. Задачею даної корисної моделі є створення компактної та моноблочної установки з високим ККД розчинення газів (повітря) у рідині (вода) та підвищенням ККД всієї установки в цілому з використанням новітніх матеріалів. Установка, яка пропонується - "Флотатор з трубчатим сатуратором" складається з двох ємностей (флотатор і сатуратор) виконаних в одній конструкції (сатуратор являє собою трубу, яка спірально закручена та зварена, і одночасно, є зовнішньою стінкою флотатора, (див. Фіг. 1). Поставлена задача вирішується наступним чином. Забруднена вода попередньо проходить грубу очистку, де осідають та спливають крупнодисперсні зависі, що не розчиняються у воді, і усереднюються стоки по концентраціях, температурі та витраті. 1 UA 79440 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Забруднена стічна вода надходить в нижню частину флотаційної колони (поз. 1; див. фіг. 2). Через розподілювач (диспергатор) стоків (поз.7) вода надходить у флотаційну камеру (поз. 9). У зону подачі забрудненої води (поз.7) одночасно, під тиском (3-5 атм.) надходить водоповітряна суміш (сатурована вода) (поз.2) та через диспергатор сатурованої суміші (поз. 8). На виході з диспергатора (поз.8) сатурованої води виникає перепад тисків (від 3-5 атм. в сатураторі до 0,27 атм. у флотаторі поз. 9), що приводить до виникнення дрібних бульбашок повітря у флотаційній камері (поз.9). Ці бульбашки (які мають більшу питому сорбційну площу), за рахунок сил поверхневого натягу, сорбуються на забрудненнях та утворюють агрегат (бульбашки з частинками забруднення), які спливають на поверхню рідини у споруді та утворюють пінний шар (Нпін). Механізм спливання агрегату наступний, густина комплексу бульбашка-частинка менша густини води, тому цей комплекс піднімається догори з більшою швидкістю, ніж вода. В процесі підйому комплекси бульбашка-частинка та окремі бульбашки адсорбують на своїй поверхні інші забруднюючі частки (адсорбуються лише ті частки, які погано змочуються рідиною (водою), тобто мають великий крайовий кут змочування). Вода відокремлена від комплексів "бульбашкачастинка" йде на подальшу доочистку (поз. 3, креслення), а забруднення піднімаються на поверхню й утворюють піну (Нпін), яка періодично видаляється через відвідний трубопровід на зневоднення (поз. 4). Частина очищеної води, (10-30 %, в залежності від кількості домішок у забрудненій, та необхідного ступеня очистки і тиску у сатураторі) трубопроводом (поз. 3) перекачується на рециркуляцію у сатуратор. На всмоктувальному трубопроводі змонтований ежектор, який за рахунок розрідження нагнітає у воду повітря. Після насоса водно-повітряна суміш потрапляє у трубчатий сатуратор (поз. 5, див. фіг. 2), що являє собою трубу, яка спірально закручена та зварена, і являє собою зовнішні стінки флотатора (поз. 9). У сатураторі водоповітряна суміш рухається при турбулентному режимі (Re>15000-20000). Це приводить до дроблення повітря на малі бульбашки і розподілення їх по всьому об'єму труби, що збільшує поверхню контакту повітря-вода на протязі всього руху у трубчатому сатураторі. Також масообмін збільшується через низхідний рух водоповітряної суміші (труба зварена з ухилом в сторону виходу, що приводить до противотоку повітря і води). Тривалість перебування водоповітряної суміші у трубчатому сатураторі до 1 хв. На виході з сатуратора встановлено регулятор тиску, який підтримує необхідний тиск у сатураторі. Загальна висота флотатора (Нзаг) складається з робочої висоти (Нроб), об'єму формування і накопичування піни (Нпін) та об'єму накопичування осаду (Нос), див. креслення. Особлива перевага конструкції - це конструкція сатуратора, мобільність всієї установки, її вітчизняна розробка як технології, так і конструкції, матеріали та енергозберігаюча система сатурації. Флотатор з трубчатим сатуратором застосований і апробований в промисловому масштабі, має як практичне, так і теоретичне обґрунтування. Особливістю і відмінним фактором установки є покращені умови насичення води повітрям і моноблочне виконання всієї системи. Система ефективніша існуючого напірного флотатора. Крім ефективності процесу зменшуються капітальні та експлуатаційні витрати. Установка менша та легша прототипу, зменшує матеріалоємність, транспортні та монтажні роботи. Також мінімізується площа для техприміщення, можливість повного заглибленого самонесучого виконання (конструкція трубчатої стінки дозволяє закопувати установку на глибину до 8 м). Некорозійний матеріал (поліетилен) збільшує період експлуатації (більше 50-80 років). Повна автоматизація процесів полегшує обслуговування. Економічне використання реагентів та електроенергії зменшують витрати. Також отримання малозволоженного осаду (88-95 %) полегшує його подальшу обробку. Технічним результатом від використання всіх існуючих показників в об'ємі патентних домагань є створення компактної мобільної установки, яка має технологічну та економічну перевагу перед прототипом. Установка виготовлена і застосована в смт. Домажир (Львівська обл.). Установка також застосована у робочих проектах для інших об'єктів, і дала технологічний, енергетичний, екологічний та економічний ефекти. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 1. Установка флотатор з трубчастим сатуратором складається з чотирьох основних вузлів: флотаційна камера з розподілювачами потоків, де проходить процес очищення; сатуратор у вигляді окремої ємності, де вода насичується повітрям; блок подачі води і повітря у сатуратор (насос, ежектор, водопровідна арматура); 2 UA 79440 U 5 блок подачі води на очищення (насос, водопровідна арматура). 2. Установка за п. 1, яка відрізняється тим, що у флотаторі з трубчатим сатуратором сатуратор виконаний у вигляді труби, що приводить до кращих гідравлічних та масообмінних умов. 3. Установка за п. 1-2, яка відрізняється тим, що флотатор з трубчатим сатуратором виконаний в одному блоці, стінками флотатора є трубчатий сатуратор. 3 UA 79440 U Комп’ютерна верстка М. Ломалова 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 4