УСТАНОВКА ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ РАСТВОРА КОАГУЛЯНТА

Полезная модель относится к устройствам для приготовления рабочего раствора коагулянта для очистки вод от загрязняющих веществ и может быть использована в области хозяйственно-питьевого, технического водоснабжения при очистке сточных вод.
Из уровня техники (патент РФ №174132, 03.10.2017) известна установка для приготовления раствора коагулянта, содержащая емкость, внутри которой расположены трубопровод для подачи воды,  система отбора готового раствора, перфорированные трубы для подачи сжатого воздуха и пара, связанные с трубопроводом подачи сжатого воздуха и пара. Внутри  емкость разделена на секции с крышками, внизу  емкости расположена съёмная сетка, под которой расположены перфорированные трубы, соединенные с трубопроводом подачи сжатого воздуха и пара.
Недостатком данного аналога является низкая производительность способа получения коагулянта, что обусловлено, в частности, необходимостью периодической остановки процесса производства коагулянта для чистки съемной сетки от нерастворенных остатков сырья; невозможность осуществления производственного процесса при отсутствии возможности подачи сжатого воздуха и/или горячей или подогретой воды, или пара и/или организации работы насосов.
В качестве ближайшего аналога к заявляемой полезной модели может быть выбрана установка для приготовления раствора коагулянта, которая содержит емкость, разделенную на одну и более секций, закрывающихся сверху (патент Республики Корея №101409735, 13.06.2014). Установка снабжена трубопроводом для подачи воды, системой отбора готового раствора,  трубопроводом для подачи нагнетательного напора от циркуляционного насоса для растворения коагулянта (водным инжектором). Каждая секция емкости снабжена вертикальными механическими мешалками для перемешивания раствора коагулянта, при этом вращение механических мешалок осуществляется с помощью двигателей.
Недостатком ближайшего аналога является получение продукта (коагулянта) низкого качества, ввиду отсутствия в установке устройства, обеспечивающего  однородность коагулянта, отсутствие загрязнителей (механических примесей, мусора).
Технической проблемой, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является разработка усовершенствованной конструкции установки лишенной указанных выше недостатков.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение  качества получаемого раствора коагулянта при сохранении высокой производительности установки.
Указанный технический результат достигается  в установке для приготовления раствора коагулянта, содержащей емкость, трубопровод для подачи  жидкости в емкость, трубопровод отвода  готового   раствора коагулянта,  трубопровод  для подачи вещества для  ускорения растворения коагулянта, механическую мешалку, фильтр, установленный на трубопроводе отвода  готового  раствора коагулянта.
Емкость установки может быть разделена на несколько секций. Установка может содержать более чем одну мешалку.
В каждой секции может быть  расположено по одной или более мешалок.
В качестве жидкости для подачи в емкость и приготовления раствора коагулянта используют воду.
Трубопровод для подачи   воды  обеспечивает ее подачу в каждую секцию емкости.
Кроме того, в качестве вещества для  ускорения растворения коагулянта используют сжатый воздух  и/или   подогретую  или горячую  воду или  водяной пар под напором.
При этом ускорение растворения коагулянта достигается за счет повышения интенсивности перемешивания жидкости (воды) с  коагулянтом, что обеспечивается подачей сжатого воздуха (под давлением). Кроме того, ускорение растворения коагулянта достигается за счет повышения температуры жидкости (воды) с коагулянтом, что обеспечивается подачей подогретой  или горячей  воды или  водяного пара.
При подаче  подогретой  или горячей  воды или  водяного пара под напором существенно ускоряется процесс растворения коагулянта в жидкости, так как, с одной стороны, увеличивается температура жидкости, а с другой – увеличивается интенсивность перемешивания жидкости.
Причем возможность подачи сжатого воздуха  и/или   подогретой  или горячей  воды или  водяного пара под напором  приводит к улучшению растворения коагулянта, что позволяет достичь улучшения качества раствора коагулянта за счет повышения его гомогенности.
Вещества для  ускорения растворения коагулянта подаются снизу емкости, для этого трубопровод для подачи вещества для  ускорения растворения коагулянта врезают в дно емкости или в нижнюю боковую часть емкости или участок трубопровода, располагают в емкости с жидкостью, при этом данный участок трубопровода может быть выполнен с перфорацией для барботирования.
Рабочий орган мешалки  выполнен в виде вала (оси) с перпендикулярно закрепленными на нем  лопастями.
Вал мешалки может устанавливаться в емкости (секции)  Установки вертикально (вертикальная мешалка) или горизонтально (горизонтальная мешалка). При горизонтальной  установке    оси  мешалки  могут применяться  плоские  лопастные  мешалки, якорные, рамные.
При  вертикальной  установке  оси механической  мешалки   могут  применяться  любые  виды  лопастей мешалок, в том числе  якорные.  При применении  лопастной  мешалки  при вертикальной  установке   желательно применять  наклонные  плоские лопасти  с углом  наклона  больше 90 градусов,  с целью  поднятия   густого  раствора с комками  вверх  для   полного растворения. Лопасти  мешалок  при вертикальном  расположении оси   располагаются  перпендикулярно оси,  начиная  с самого низа,  при горизонтальном  расположении  оси  мешалок  лопасти  располагаются  также перпендикулярно оси.
Механические горизонтальные мешалки могут устанавливаться в  нескольких  секциях  на одной  оси с возможностью вращения одним  двигателем, что существенно упрощает конструкцию устройства. В каждой секции на валу может быть установлено несколько лопастей.
В вертикальных мешалках  ось вращения   мешалок расположена  относительно дна емкости  перпендикулярно
Механические мешалки в каждой секции могут быть расположены на различных осях с возможностью вращения вокруг нее. Мешалки могут быть установлены в секциях вертикально. В каждой секции может быть расположено от одной и более механических мешалок.
Использование в конструкции устройства горизонтальных мешалок (горизонтально  установленной  основной оси   механической мешалки  с   перпендикулярно закрепленными на валу  несколькими плоскими лопастями) обеспечивает повышение эффективности  перемешивания гигроскопичного, слипшегося в крупные фракции сырья (коагулянта) за счет лучшего разбивания крупных фракции по сравнению с   вертикальной мешалкой, установленной в емкость в вертикальном положении  с перпендикулярно установленными  лопастями. Пусковой  момент  горизонтально  установленной  мешалки   получается сильнее  и усиление перемешивания  не растворенного  продукта  в разы  больше  чем при вертикальном расположении  мешалки,  в силу  физических  факторов. Кроме того, при использовании рамной мешалки при горизонтальной установке вала удается достичь дополнительного повышения качества раствора коагулянта за счет лучшего разбивания крупных фракции по сравнению с мешалкой, установленной в емкость в вертикальном положении.
При вертикальном  расположении мешалки при особо крупной  комковатости сырья может наблюдаться  заклинивание мешалки, чего не происходит при  горизонтальном  расположении мешалки.  Таким образом, выполнение  в устройстве указанных горизонтальных мешалок обеспечивает дополнительное повышение степени однородности раствора, достигается полное растворение коагулянта в жидкости, что приводит к дополнительному повышению качества раствора коагулянта  и позволяет добиться ускорения процесса получения готового продукта. Кроме того   при    установке горизонтальной  мешалки   для получения  оптимального  продукта в раствор  можно  добавлять дозированно   коагулянты  любой  фракции, а  вертикальных  мешалках    в таких  случаях  может произойти  заклинивание    устройства.
В трубопроводе отвода готового раствора коагулянта установлен фильтр (например, сетчатый фильтр или фильтр другого типа) с тонкостью фильтрации  от  50 до 5000  мкм в зависимости от  типа  коагулянта. Выполнение фильтра в трубопроводе отвода готового раствора коагулянта обеспечивает существенное повышение качества  готового раствора за счет удаления  из раствора механических примесей и крупных нерастворяющихся частиц, что придает раствору высокую степень однородности и гомогенность. Кроме того, установка фильтра в трубопроводе отвода готового раствора позволяет осуществлять процесс получения коагулянта непрерывно без потери в производительности (сохраняется высокая производительность процесса), что обусловлено отсутствием необходимости остановки технологического процесса для периодической очистки фильтра. Съем и очистка фильтра может осуществляться непосредственно во время получения раствора коагулянта. Так, в устройстве, раскрытом в патенте РФ №174132, 03.10.2017, необходима остановка процесса получения коагулянта для очистки сетки-фильтра, поскольку указанная сетка-фильтр установлена непосредственно на дне емкости для получения коагулянта, что существенно снижает производительность процесса.
Кроме того, наличие в устройстве одновременно механических мешалок и  трубопровода  подачи вещества для  ускорения растворения коагулянта позволяет достичь повышения скорости растворения коагулянта за единицу времени, что приводит к достижению высокой производительности процесса получения коагулянта. Кроме того, наличие в устройстве одновременно механических мешалок и  трубопровода  подачи вещества для  ускорения растворения коагулянта обеспечивает сохранение производительности в случае возникновения технологических сложностей, связанных либо с выходом из строя мешалок, либо с отсутствием возможности подачи сжатого воздуха и/или горячей или подогретой воды, или пара или   отсутствием возможности организации работы насосов.
Сущность полезной модели поясняется фигурами 1-2.
На фигуре 1 изображена схема установки с горизонтально установленными механическими мешалками.
На фигуре 2 изображена установка с вертикально установленными механическими мешалками.
На фигурах позициями 1-15 изображены:
1 –емкость установки,
2 – секции емкости,
3 – крышка,
4 - трубопровод для подачи воды,
5 – трубопровод  для подачи вещества для  ускорения растворения коагулянта,
6- ось для установки  механических мешалок,
7 - механические мешалки,
8- двигатель,
9 - насос трубопровода отбора готового раствора,
10 - сетчатый фильтр системы отбора готового раствора,
11- циркуляционный насос,
12 – нагнетательные трубопроводы,
13 – трубопроводы отвода  готового  раствора коагулянта,
14 – кран,
15 – лопасть,
16 – кран пробоотборника.
Установка для приготовления раствора коагулянта содержит емкость 1, выполненную из нержавеющей стали или иного, инертного по отношению к коагулянтам, материала в виде вертикального бака. Емкость 1 разделена на секции 2.  В каждую из секций 2 емкости 1 врезан трубопровод для подачи воды 4, необходимой для растворения коагулянта.  Секции емкости выполнены со съемными крышками 3.  Емкость  установки  (секции емкости установки)  могут быть изготовлены в варианте без крышки 3. А также  в емкость (секции)  могут  быть врезаны  отдельные  люки  для  загрузки  сырья,  в том  числе с применением  различных  механизмов.  В каждую секцию емкости 2 подведен трубопровод для подачи вещества для  ускорения растворения коагулянта 5. Подвод указанного трубопровода осуществлен врезкой трубопровода в дно секции емкости таким образом, что участок трубопровода располагается внутри секций емкости, при этом данный участок трубопровода выполнен с перфорацией для барботирования. В дно каждой из секций емкости врезан трубопровод отвода  готового  раствора коагулянта 13.
В емкость 1 горизонтально вмонтирована ось (вал) 6 с возможностью вращения, которая проходит через все секции 2 (кроме случая вертикального расположения   механической мешалки в емкости). На оси 6 расположены лопасти 15. Таким образом, каждая секция 2 содержит лопасти 15. В каждой секции может быть расположено от одного и более механических мешалок или лопастей. Механические мешалки 7 закреплены на одной оси 6 с возможностью вращения вокруг оси 6. Вращение механических мешалок 7 осуществляется при помощи двигателя 8.
Установка в исполнении с  горизонтальными  мешалками снабжена   циркуляционным насосом 11 с нагнетательными трубопроводами 12 и кранами 14. Нагнетательные трубопроводы 12 входят в каждую из секций 2. Труба  всасывания  циркуляционного начинается  с середины  емкости ближе  к стене  емкости (секции), а труба  подачи  нагнетательного  напора  от циркуляционного  насоса  располагается  почти у  дна емкости  с целью  более  полного  растворения  коагулянтов.
В трубопроводе отвода  готового  раствора коагулянта 13 установлен сетчатый фильтр 10. Трубопровод 13 содержит участки для вхождения в каждую из секций 2 Установки. Для отбора готового раствора коагулянта на каждом участке трубопровода 13 на выходе из каждой секции 2 Устройства 1 установлены краны пробоотборника 16. На трубопроводе 13 установлен насос 9 для откачки готового продукта с Установки.
Установка работает следующим образом.
Первая секция емкости 1 заполняется водой до необходимого уровня посредством трубопровода для подачи воды 4, закрывается кран, открывается крышка 2 первой секции емкости 1, засыпается коагулянт, не допуская попадания в секцию посторонних примесей.  При наличии загрузочного люка коагулянт засыпается через  данный люк, в том числе с применением  различных  механизмов.  Таким же образом заполняются остальные секции 2 емкости 1. После загрузки коагулянта в емкости 2 включают двигатель 8, обеспечивающий вращение оси  6 с установленными на ней механическими мешалками 7. Процесс растворения коагулянта начался.
Через 0,5 часа перемешивания посредством трубопровода отвода  готового  раствора коагулянта 13 отбирается проба раствора из первой секции для определения плотности раствора и оценки скорости растворения. Забор раствора обеспечивается за счет кранов пробоотборника 16.
При необходимости ускорения  процесса растворения коагулянта за счет интенсификации процесса перемешивания в трубопровод  для подачи вещества для  ускорения растворения коагулянта 5 подается сжатый воздух под давлением. Также в этих целях в горизонтальных  мешалках   может применяться   циркуляционный  нагнетательный  напор  от  циркуляционного   насоса 11. Пробы отбирают каждые 0,5 часа. При достижении нужной плотности раствора в емкостях перемешивание прекращают, операция растворения закончена.
В холодное время для ускорения  процесса растворения коагулянта за счет повышения температуры жидкости (растворителя) после загрузки коагулянта в секции 2 емкости через трубопровод  для подачи вещества для  ускорения растворения коагулянта 5 дозированно, в соответствии тех. процессом,  подается горячая вода или подогретая вода, или пар для подогрева воды предназначенный для растворения коагулянта. Подогрев воды ведут при температуре ниже 15°С.  Когда вода в секциях нагреется до 40-50° С, подача пара или горячей или подогретой воды прекращается. При падении температуры вновь подается пар или горячая или подогретая вода.
Готовый раствор из секций откачивают насосом 9, предварительно открывая кран 14 на трубопроводе 13. Готовый раствор откачивается по трубопроводу отбора готового раствора 13 в транспортную емкость. Процесс завершен.
Установка для приготовления раствора коагулянта может быть изготовлена на стандартном оборудовании с применением известных материалов и технологий.
Таким образом, повышение растворимости  коагулянта в жидкости за счет применения в устройстве механических мешалок, подачи в жидкость с коагулянтом вещества, ускоряющего растворение коагулянта (за счет нагрева жидкости или обеспечения дополнительного перемешивания), а также возможность фильтрации раствора коагулянта  от механических примесей позволяет достичь высокой степени однородности, гомогенности раствора коагулянта и существенно повысить его качество.