УЛОВИТЕЛЬ-ИСПАРИТЕЛЬ ЖИДКОГО ХЛОРА ДЛЯ ХЛОРАТОРА
LIQUID CHLORINE TRAP-EVAPORATOR FOR CHLORINATION APPARATUS

Изобретение относится к области обеззараживания воды, в частности, может быть использовано для подачи газообразного хлора в обрабатываемую воду.
Хлорирование - наиболее распространенный способ обеззараживания питьевой воды. В России хлорирование, как самый эффективный метод обеззараживания, впервые было применено в 1910 году принудительными мерами во время эпидемии холеры в Кронштадте и брюшного тифа в Нижнем Новгороде.
В качестве источника хлора используется сжиженный хлор или вещества, содержащие активный хлор (хлорная известь, гипохлориты и др.). Однако наибольшее распространение получил сжиженный хлор в качестве источника газообразного хлора, способного хорошо растворяться в воде, а также благодаря появлению аппаратов, работающих на сжиженном хлоре, названных впоследствии хлораторами. Производительность таких аппаратов определяется условиями, обеспечивающими переход жидкого хлора в газообразное состояние. По мере расходования газообразного хлора давление в баллоне жидкого хлора падает, происходит понижение температуры хлора, приводящее к замедлению испарения и тем самым - к снижению подачи газообразного хлора и уменьшению производительности хлоратора. Для получения большего количества газообразного хлора необходимо подключить серию баллонов, что требует увеличения площадей и количества обслуживающего персонала, или создать температурные условия, обеспечивающие постоянный и быстрый переход жидкого хлора в газообразное состояние.
Однако было замечено, что при испарении жидкого хлора газообразный хлор может содержать капельки жидкого хлора, которые могут попасть в хлоратор и быстрее вывести его из строя, являясь более агрессивной средой по сравнению с газообразным хлором. Поэтому в устройствах для испарения хлора одновременно предусматривалось и улавливание жидкого хлора.
Известно устройство для ускорения перехода жидкого хлора в газообразное состояние (Л.А.Кульский. Теоретические основы и технология кондиционирования. Процессы и аппараты. 4 переработ. и доп. изд. Киев. Наукова думка, 1983 г., стр.259-261). В трубчатом испарителе жидкий хлор из баллонов поступает в нижнюю камеру испарителя, соединенную с верхней камерой стальными трубками диаметром 12 мм и длиной 1200 мм. Общая поверхность обогрева испарителя примерно 1 м. Поднимаясь по трубкам, обогреваемым горячей водой, хлор интенсивно испаряется. Для предупреждения случайного попадания жидкого хлора в хлоратор на выходе из испарителя на весах установлен промежуточный баллон.
Недостатком данного устройства является излишняя сложность и громоздкость конструкции, из-за чего его невозможно совместить с миниатюрным хлоратором, а также отсутствие возможности регулирования времени испарения жидкого хлора.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является ловушка жидкого хлора с нагревательным элементом,  которая является составной частью хлоратора ADVANCE 200, выпускаемого фирмой ECOVIZ KFT (htt://www.cito-ufa.ru/prod01/htm).
Устройство состоит из уловителя в виде прямой вертикальной трубки с дном, соединенной с помощью переходника с хлоратором и с помощью трубопровода с баллоном жидкого хлора, термоэлектрического нагревателя, расположенного в нижней части корпуса уловителя и соединенного с блоком питания.
С хлором также могут поступать и механические примеси, которые оседают на дне уловителя, поэтому нижнюю часть уловителя часто называют грязевиком. Для удаления загрязнений и промывки грязевика в нижней части корпуса уловителя предусмотрена пробка.
Данное устройство имеет целый ряд преимуществ перед аналогами, так как предназначен, именно, для работы с хлораторами и в такой конструкции уловителя-испарителя предусмотрено полное испарение жидкого хлора и полное улавливание случайных капелек жидкого хлора, которые могут содержаться в газообразном хлоре и полное предотвращение попадания жидкого хлора в хлоратор.
Однако в такой конструкции уловителя-испарителя предусмотрено, чтобы капля жидкого хлора упала на нагретое дно, а затем испарилась. При этом длина трубки уловителя не оговаривается. Это приводит к постоянному присутствию испаряющегося жидкого хлора на дне уловителя и, учитывая его более высокую химическую активность по сравнению с газообразным хлором, приводит к ускоренному разрушению материала дна уловителя с возможной утечкой хлора в атмосферу, создавая аварийную ситуацию.
Недостатком этой конструкции является и то, что в ней температура нагрева уловителя-испарителя не регламентируется, а определяется или температурой горячей воды, если нагрев ведется горячей водой, как в аналоге, или, как в прототипе, верхний предел указывается произвольно, не выше 80-90°С, а также не предусмотрено регулирование температуры нагрева для управления временем испарения хлора.
Техническим результатом изобретения является уменьшение аварийных ситуаций путем предотвращения падения капли жидкого хлора на нагретое дно уловителя, чтобы испарение капли жидкого хлора происходило во время ее падения, а также создание возможности регулирования времени испарения жидкого хлора.
min
Технический результат достигается тем, что известном уловителе-испарителе, состоящем из уловителя в виде прямой вертикальной трубки с дном в нижней части, соединенной с помощью переходника с хлоратором и с помощью трубопровода с баллоном жидкого хлора, термоэлектрического нагревателя, расположенного на корпусе уловителя и соединенного с блоком питания, длина трубки уловителя (высота H) определяется формулой (1):
2
где g - ускорение свободного падения, м/сек;
T - абсолютная температура, K;
e - основание натурального логарифма;
k - коэффициент (определяется экспериментально), с обеспечением требуемой температуры нагрева трубки уловителя термоэлектрическим нагревателем, расположенным вдоль всей длины уловителя и соединенным с регулируемым блоком питания.
Технический результат достигается благодаря тому что, во-первых, длина уловителя выбрана в соответствии с формулой (1), т.е. такой, чтобы капля успела испариться, не долетев до дна уловителя; во-вторых, благодаря тому что нагреватель расположен по всей длине уловителя, чтобы ускорить испарение хлора с первых секунд попадания капли в уловитель, и температура подобрана такой, что капля, испаряясь, не успевает упасть на дно, что предотвращает его ускоренное разрушение с возможной утечкой хлора в атмосферу и уменьшает аварийную ситуацию.
Выбор длины уловителя-испарителя жидкого хлора проведен авторами на основании математических расчетов, пользуясь следующей литературой: Сивухин Д.В. Общий курс физики. Термодинамика и молекулярная физика. М:. 1958 г. и Фукс Н.А. Испарение и рост капель в газообразной среде. М:, 1958 г. Из полученных расчетов видно, что полное испарение капли жидкого хлора зависит от температуры и длины уловителя. Для того чтобы капля жидкого хлора успела испариться, пока падает на дно уловителя, время полного испарения капли должно быть меньше времени свободного падения капли до дна уловителя, что и предусмотрено формулой (1).
На фиг.1 приведена расчетная зависимость длины уловителя-испарителя от температуры уловителя (пунктирная линия - расчетная, сплошная - экспериментальная). Различие в кривых объясняется тем, что теоретические значения параметров, использованных при получении формулы (1) (в частности, коэффициентов диффузии пара, геометрические параметры капли и др.), отличаются от их значений для реальной конструкции уловителя. Поэтому в формулу (1) введен коэффициент К, значение которого определяется на основе экспериментальных данных, полученных при испытаниях заявляемой конструкции уловителя-испарителя.
Из фиг.1 видно, что уловитель-испаритель жидкого хлора не должен быть произвольной длины, как в прототипе. Оптимальная длина уловителя, исходя из кривых, должна быть 25-35 см. Если длина уловителя будет меньше 20 см, то есть вероятность падения капли жидкого хлора на дно и создания аварийной ситуации. Если длина уловителя-испарителя больше 40 см, то его размеры становятся несоизмеримо громоздкими по сравнению с хлоратором, с которым он поставляется в комплекте.
Из фиг.1 также следует, что температура уловителя-испарителя не может быть произвольной, как это в прототипе, а зависит от длины уловителя и определяется ее оптимальными значениями. Т.е. если оптимальная длина уловителя составляет 25-35 см, то оптимальная температура уловителя-испарителя, исходя из кривых, составляет 35-45°C.
Минимальная температура, при которой начинается испарение капли хлора, как следует из расчета, составляет 11,47°C, тогда для полного испарения капли хлора при этой температуре длина уловителя должна быть более 5 м и время испарения более 10 с. Поэтому для оптимальной работы хлоратора необходимо управлять временем испарения жидкого хлора путем регулирования температуры нагрева уловителя-испарителя с помощью регулируемого блока питания.
На фиг.2 изображен уловитель-испаритель, общий вид.
Уловитель-испаритель состоит из уловителя 1 в виде прямой вертикальной трубки с пробкой 2 внизу, соединенного с помощью тройника 3 и запорного вентиля 4 с хлоратором и с помощью трубопровода 5 - с баллоном жидкого хлора, термоэлектрического нагревателя 6, расположенного вдоль всей длины корпуса уловителя 1 и соединенного с регулируемым блоком питания 8 и закреплен с помощью кронштейна 7 на лицевой панели хлоратора.
Уловитель-испаритель работает следующим образом. Жидкий хлор, поступающий в хлоратор из баллона по трубопроводу 5, во многих случаях содержит в своем составе как газообразную, так и жидкую фракции. Газообразная фракция поступает в хлоратор через запорный вентиль 4, а жидкая фракция падает в уловитель 1. Корпус уловителя 1 постоянно прогревается термоэлектрическим нагревателем 6 до заданной температуры, что приводит к испарению жидкого хлора во всем объеме уловителя 1 с последующим поступлением газообразного хлора в хлоратор через запорный вентиль 4. С хлором также поступают механические примеси, которые оседают на дне. Для их удаления в нижней части уловителя предусмотрена пробка 2. Повышение или понижение производительности хлоратора происходит путем увеличения или уменьшения времени полного испарения капли жидкого хлора с помощью повышения или понижения температуры термонагревателя 6 в пределах 35-45°C с помощью регулируемого блока питания 8.
Таким образом, предлагаемая конструкция уловителя-испарителя позволяет уменьшить вероятность аварийных ситуаций путем предотвращения падения на дно уловителя капли жидкого хлора, ускоряющего разрушение материала дна уловителя, и благодаря этому повысить надежность хлоратора и увеличить эксплуатационный срок службы. А также предлагаемое устройство позволяет управлять временем испарения капли жидкого хлора путем регулирования температуры термонагревателя регулируемым блоком питания.