УСТРОЙСТВО ФИЛЬТРА-СОРБЕНТА ДЛЯ ОЧИСТКИ ЖИДКОСТИ ОТ ИЗЛИШНИХ ПРИМЕСЕЙ

Полезная модель относится к устройствам фильтров-сорбентов для очистки жидкостей от излишних примесей, в особенности для очистки сырой нефти от сераорганических примесей в нефтедобывающей промышленности.
Известны устройства фильтров-сорбентов для очистки жидкостей от излишних примесей, в частности, воды, состоящие из протяженных по высоте колонок, заполненных сорбентом, через которые самотеком или принудительно прокачивают жидкость [см. А.В.Худяков, Е.А.Сухотина, Н.А.Немов, патент 50528 РФ, С02А 1/28, 1/46, Устройство для водоочистки, бюл. №13, 10.04.2005]. Известны устройства фильтров-сорбентов, в которых сорбируются сераорганические соединения нефти из нефтепродуктов - сырой нефти, керосиновой, дизельной фракций. Устройства состоят из протяженных вертикальных колонок, содержащих неподвижные слои сорбента, в качестве сорбента применяют силикагель, окись алюминия, активированный уголь, цеолит, гипс и их смеси, исходный нефтепродукт пропускают через слой сорбента [см.: Химия сераорганических соединений, содержащихся в нефти и нефтепродуктах, М.: Изд-во АН СССР, 1959, 126-137].
Недостатком таких устройств фильтров-сорбентов является низкая степень способности применяемых сорбентов очищать жидкости от вредных или излишних по количеству примесей, в связи с чем приходится создавать колонки с очень большой по протяженности высотой.
Известно устройство фильтра-сорбента, в котором увеличивают эффективность очистки жидкости от примесей. Устройство состоит из ротора-барабана, электропривода, при вращении ротора-барабана под действием центробежной силы вращения образуется колонка с дисперсионной смесью жидкости и сорбента, находящейся под давлением сжатия, [см.: Кадыров М.У., Крупин С.В., Барабанов В.П., патент РФ №2171826 С1. Способ выделения
сераорганических соединений нефти из нефтепродуктов, бюл. №22 10.08.2001.]. По числу совпадающих существенных признаков и максимально достижимому положительному эффекту это устройство выбрано в качестве прототипа к предлагаемой полезной модели.
Недостатком устройства-прототипа является высокая стоимость и сложность конструкции, высокая стоимость очистки жидкости от примесей, малая производительность фильтра-сорбента по очистке жидкости от примесей, отсутствие получения возможности применения предлагаемой полезной модели в промышленности.
Так, в приведенном в описании изобретения-прототипа примере для очистки 100 г нефтепродукта от примесей серы приходится вращать ротор в течение 40 минут, после чего останавливают вращение ротора, выгружают дисперсную смесь нефтепродукта и сорбента на выделение нефтепродуктов из сорбента в приспособлении, вновь загружают ротор следующей порцией нефтепродукта и сорбента, вновь приводят во вращение барабан и т.д.. Это свидетельствует о том, что устройство-прототип является демонстрационным, не пригодным для промышленного применения.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является удешевление стоимости и упрощение конструкции устройства, удешевление процесса очистки от примесей, повышение производительности очистки жидкости, получение возможности применения предлагаемой полезной модели в промышленности.
Этот технический результат достигается тем, что устройство фильтра-сорбента состоит из первой внешней цилиндрической колонки с двойной стенкой, внешняя стенка состоит из изоляционного материала, внутренняя стенка состоит из токопроводящего материала с электрическим выводом к положительному потенциалу электрического напряжения постоянного тока; первая внешняя цилиндрическая колонка с одной стороны открыта для введения в нее поршня, с другой стороны закрыта закруглением, в котором имеются сквозные отверстия с запорными клапанами, диаметром менее размера гранул сорбента, применяемого
2
в настоящем устройстве, и сквозные отверстия, диаметром по величине более размера гранул сорбента, применяемого в настоящем устройстве, с запорными клапанами; второй внутренней цилиндрической колонки, коаксиальной с первой цилиндрической колонкой, с отверстиями по ее цилиндрической поверхности по диаметру меньше размеров гранул сорбента; вторая внутренняя цилиндрическая колонка открыта со стороны открытой части первой колонки, заканчивается закруглением, примыкающим через изоляционную прокладку к закруглению первой колонки; центральный электрод во второй внутренней цилиндрической колонке, подключенный электрическим выводом к отрицательному потенциалу электрического напряжения постоянного тока, достаточному, чтобы создавать между электродами напряженность электрического поля величиной 500-15000 В/м; гранул сорбента и очищаемой от примесей жидкости, располагающихся в придонной части между внутренней поверхностью первой цилиндрической колонки и внешней поверхностью второй внутренней цилиндрической колонки; первый кольцевой поршень без штока, располагающийся по внешней поверхности второй цилиндрической колонки и внутренней поверхности первой цилиндрической колонки, в котором имеются сквозные отверстия диаметром менее, чем размеры гранул сорбента, применяемого в настоящем устройстве; второй кольцевой поршень без штока сплошного без отверстий сечения, расположенный ближе к открытым частям колонок между внешней поверхностью второй внутренней колонки и внутренней частью первой внешней колонки; клапан ввода очищаемой жидкости и гранул сорбента, расположенный в боковой поверхности ближней к открытому концу первой внешней цилиндрической колонки; главный поршень в открытой части первой цилиндрической колонки полного поперечного сечения этой колонки, пространство между которым и вторым кольцевым поршнем заполнено очищаемой жидкостью; шток главного поршня полного поперечного сечения первой внешней колонки; устройство для перемещения штока главного поршня, которое может подавать давление сжатия до 150 кг/см в очищаемой жидкости в первой цилиндрической колонке; емкости для слива в нее очищенной жидкости,
гранул сорбента, выдавливаемых через отверстия в закруглении из диэлектрического материала первой цилиндрической колонки.
2
2
Полезная модель работает следующим образом. Поршень передвигают в крайнее к открытой части первой цилиндрической колонки положение, запорные клапана на закруглении первого цилиндрического цилиндра закрывают, через клапан ввода очищаемой жидкости и гранул сорбента, расположенный в боковой поверхности ближней к открытому концу первой внешней цилиндрической колонки в первую цилиндрическую колонку загружают порцию гранул сорбента и жидкости, клапан ввода закрывают, устройством для перемещения штока главного поршня сжимают смесь гранул сорбента и очищаемой жидкости до давления порядка 100-150 кг/см, на электроды подают напряжение постоянного тока, необходимое и достаточное для создания на смеси гранул сорбента и очищаемой жидкости электрического поля напряженностью 500-15000 В/м, выдерживают под действием давления и электрического поля смесь гранул сорбента и жидкости в течение 5-10 минут, поддерживая прежним заданное давление главным поршнем, открывают отверстия, имеющие диаметр менее, чем размер гранул сорбента, при этом очищенная от примесей жидкость вытекает в емкость для слива в нее очищенной жидкости, после этого снова отводят главный поршень в крайнее положение к открытой части первой цилиндрической колонки, через клапан ввода загружают новую порцию очищаемой жидкости в кольцевое пространство между первым и вторым кольцевыми поршнями без штоков, клапан ввода закрывают, устройством для перемещения штока главного поршня снова сжимают очищаемую жидкость до давления порядка 100-150 кг/см, жидкость перемещается через отверстия первого кольцевого поршня в пространство, заполненное гранулами сорбента, на электроды подают напряжение постоянного тока, необходимое и достаточное для создания на смеси гранул сорбента и очищаемой жидкости электрического поля напряженностью 500-15000 В/м, выдерживают под действием давления и электрического поля смесь гранул сорбента и жидкости в течение 5-10 минут, поддерживая прежним заданное давление главным поршнем, открывают отверстия, имеющие диаметр менее, чем
размер гранул сорбента, при этом очищенная от примесей жидкость вытекает в емкость для слива в нее очищенной жидкости, после слива очищенной жидкости снова отводят главный поршень в крайнее к открытому концу первого главного цилиндра, снова заливают очищаемую жидкость и т.д. до полного заполнения обменной емкости гранул сорбента, после чего открывают в закруглении первой цилиндрической колонки сквозные отверстия, диаметром более размера гранул сорбента, выдавливают гранулы сорбента поршнями в емкость для слива в нее очищенной жидкости и гранул сорбента.
Сущность полезной модели поясняется чертежом на фиг.1.
Устройство фильтра-сорбента состоит из первой внешней цилиндрической колонки с двойной стенкой 1, внешняя стенка состоит из изоляционного материала, внутренняя стенка состоит из токопроводящего материала с электрическим выводом 2 к положительному потенциалу электрического напряжения постоянного тока; первая внешняя цилиндрическая колонка с одной стороны открыта для введения в нее поршня, с другой стороны закрыта закруглением 3, в котором имеются сквозные отверстия 4 с запорными клапанами, диаметром менее размера гранул сорбента, применяемого в настоящем устройстве, и сквозные отверстия 5, диаметром более размера гранул сорбента, применяемого в настоящем устройстве, с запорными клапанами; второй внутренней цилиндрической колонки 6, коаксиальной с первой цилиндрической колонкой, с отверстиями 7 по ее цилиндрической поверхности по диаметру меньше размеров гранул сорбента; вторая внутренняя цилиндрическая колонка открыта со стороны открытой части первой колонки, заканчивается закруглением, примыкающим через изоляционную прокладку 8 к закруглению первой колонки; центральный электрод 9 во второй внутренней цилиндрической колонке, подключенный электрическим выводом 10 к отрицательному потенциалу электрического напряжения постоянного тока, достаточному, чтобы создавать между электродами напряженность электрического поля величиной 500-15000 В/м; гранул сорбента и очищаемой от примесей жидкости 11, располагающихся в придонной части между внутренней поверхностью первой цилиндрической
2
колонки и внешней поверхностью второй внутренней цилиндрической колонки; первый кольцевой поршень без штока 12, располагающийся по внешней поверхности второй цилиндрической колонки и внутренней поверхности первой цилиндрической колонки, в котором имеются сквозные отверстия диаметром менее, чем размеры гранул сорбента, применяемого в настоящем устройстве; второй кольцевой поршень без штока 13 сплошного без отверстий сечения, расположенный ближе к открытым частям колонок между внешней поверхностью второй внутренней колонки и внутренней частью первой внешней колонки; клапан ввода 14 очищаемой жидкости и гранул сорбента, расположенный в боковой поверхности ближней к открытому концу первой внешней цилиндрической колонки; главный поршень 15 в открытой части первой цилиндрической колонки полного поперечного сечения этой колонки, пространство между которым и вторым кольцевым поршнем заполнено очищаемой жидкостью; шток главного поршня 16 полного поперечного сечения первой внешней колонки; устройство 17 для перемещения штока главного поршня, которое может подавать давление сжатия до 150 кг/см в очищаемой жидкости в первой цилиндрической колонке; емкости 18 для слива в нее очищенной жидкости, гранул сорбента, выдавливаемых через отверстия в закруглении из диэлектрического материала первой цилиндрической колонки,
Пример. Для очистки воды до предельно допустимых концентраций для питьевой воды и очистки сырой нефти от примесей серы применяют следующее устройство. Устройство фильтра-сорбента состоит из первой внешней цилиндрической колонки с двойной стенкой 1, в виде трубы из стали 1Х18Н9Т внутренним диаметром 1,0 м длиной 3 м, толщиной стенки 0,05 м, внешняя стенка трубы состоит из полиэтилена толщиной 0,01 м; первая внешняя цилиндрическая колонка с одной стороны открыта для введения в нее поршня, с другой стороны закрыта закруглением 3, в котором имеются сквозные отверстия 4 диаметром 0,001 м с запорными клапанами, сквозные отверстия 5 диаметром 0,003 м с запорными клапанами; второй внутренней цилиндрической колонки 6 в виде трубы из стали 1Х18Н9Т внешним диаметром 0,70 м длиной 2 м, толщиной
стенки 0,005 м электрическим выводом 2 подсоединенным к положительному потенциалу электрического напряжения постоянного тока, коаксиальной с первой цилиндрической колонкой, с отверстиями 7 диаметром 0,001 м по ее цилиндрической поверхности; вторая внутренняя цилиндрическая колонка открыта со стороны открытой части первой колонки, заканчивается закруглением, примыкающим к закруглению первой колонки через изоляционную прокладку 8 из тефлона толщиной 0,01 м; центральный электрод 9 из стали 1Х18Н9Т диаметром 0,01 м длиной 1,70 м, с электрическим выводом 10, подсоединенным к отрицательному потенциалу электрического напряжения постоянного тока, достаточному, чтобы создавать между электродами напряженность электрического поля величиной 500-15000 В/м; гранул сорбента - природного цеолита Холинского месторождения размерами 0,0005-0,0015 м и очищаемой от примесей жидкости 10 - сырой нефти с концентрацией сераорганических примесей 2,5%, располагающихся в придонной части между внутренней поверхностью первой цилиндрической колонки и внешней поверхностью второй внутренней цилиндрической колонки; первый кольцевой поршень без штока 12 из тефлона толщиной 0,08 м внешним диаметром 1.0 м, внутренним диаметром 0,70 м со сквозными отверстиями диаметром 0,001 м, располагающийся по внешней поверхности второй цилиндрической колонки и внутренней поверхности первой цилиндрической колонки; второй кольцевой поршень без штока 13 из тефлона толщиной 0,08 м внешним диаметром 1.0 м, внутренним диаметром 0,70 м сплошного без отверстий сечения, расположенный ближе к открытым частям колонок между внешней поверхностью второй внутренней колонки и внутренней частью первой внешней колонки; клапан ввода 14 очищаемой жидкости и гранул сорбента, расположенный в боковой поверхности первой внешней цилиндрической колонки на расстоянии 0,15 м от ее конца; главный поршень 15 из тефлона толщиной 0,10 м внешним диаметром 1.0 м в открытой части первой цилиндрической колонки полного поперечного сечения этой колонки, пространство между которым и вторым кольцевым поршнем заполнено очищаемой сырой нефтью; шток из стали 1Х18Н9Т диаметром 0,10 м
2
главного поршня 16 полного поперечного сечения первой внешней колонки; известное устройство 17 для перемещения штока главного поршня, которое может подавать давление сжатия до 150 кг/см в очищаемой жидкости в первой цилиндрической колонке; емкости 18 для слива в нее очищенной жидкости, гранул сорбента, выдавливаемых через отверстия в закруглении из диэлектрического материала первой цилиндрической колонки,
При очистке воды и сырой нефти в устройстве - прототипе такого же результата добиваются на центробежном роторе с электроприводом стоимостью в 100 раз дороже, производительностью в 60 раз ниже.
Таким образом, изложенные данные свидетельствуют о выполнении при использовании заявленной полезной модели следующей совокупности условий:
- средство, воплощающее заявленное устройство при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, применимо для очистки жидкостей от примесей, используемое, в частности, для очистки воды в водных хозяйствах и нефтепродуктов в нефтедобывающей промышленности;
- для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте изложенной формулы полезной модели, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов.
Следовательно, заявленная полезная модель соответствует условию «промышленная применимость».