СТРУЙНЫЙ АППАРАТ ДЛЯ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ОСТАТКОВ РАСТВОРИТЕЛЯ ИЗ ШЛАМОВОЙ ЖИДКОСТИ, ОБРАЗУЮЩЕЙСЯ ПРИ ХИМИЧЕСКОЙ ЧИСТКЕ ОДЕЖДЫ

Полезная модель относится к оборудованию для бытового обслуживания населения, в частности, к устройствам для дистилляционных установок машин химической чистки, где образуются отходы в виде шламовой жидкости, представляющей собой равновесную смесь растворителя и сконцентрированных физико-химических загрязнений (пыль, ворс, жирные кислоты, масла и т. д.), которые вымываются из одежды при ее химической чистке.
Известно устройство, описанное в авторском свидетельстве СССР № 878840, МПК D06F 43/08, опубл. 07.11.1981 г. Данное устройство содержит дистиллятор, связанный посредством трубопроводов с контейнером для отходов, теплообменным аппаратом и источником водяного пара и насос. Однако это известное устройство не обеспечивает качественного извлечения растворителя из отходов и имеет сложную конструкцию.
В качестве ближайшего аналога заявленного устройства принято устройство для извлечения растворителя из жидкого шлама, образующегося при химической чистке изделий, известное из патента РФ на полезную модель № 45401, МПК D06F 43/08, опубл. 10.05.2005 г. Устройство содержит дистиллятор, контейнер для отходов, теплообменный и струйный аппараты, причем последний имеет проточную часть, состоящую из гидравлически связанных диффузора, цилиндрической камеры смешения и приемной камеры, а также расширяющегося рабочего сопла, связанного на входе линией рабочей среды через клапан с источником рабочей среды (парогенератором) и выходным расширяющимся каналом с камерой смешения, при этом дистиллятор в верхней части гидравлически связан нагнетательной линией с входным каналом теплообменного аппарата, через клапан с выходным каналом диффузора, а также через клапан выравнивания давления с входным каналом контейнера для отходов, который также гидравлически связан нагнетательной линией через клапан с входным каналом контейнера для отходов, при этом в нижней части дистиллятор гидравлически связан всасывающей линией через клапан с входным каналом приемной камеры.
В устройстве - прототипе извлечение остатков растворителя - перхлорэтилена (ПХЭ) из шламовой жидкости осуществляется при помощи двухфазного струйного аппарата, позволившего снизить по сравнению с техническим решением, описанным в авторском свидетельстве СССР № 878840, остаточное содержание растворителя в токсичных отходах предприятий химчистки, упростить конструкцию и повысить эффективность.
Однако, такое устройство является энергозатратным и имеет следующие технико-эксплуатационные характеристики:
расход пара на цикл довыпаривания – 5кг/цикл;
давление рабочего пара – 0,6 МПа;
требуемая мощность парогенератора – 7,7 кВт;
время цикла довыпаривания – 30 мин;
максимальный выход контактной воды – 5 л/цикл;
остаточное содержание ПХЭ в шламовой жидкости – 5%;
давление в нагнетательной линии устройства – 100 кПа;
давление во всасывающей линии устройства – 70 кПа;
коэффициент инжекции – 2.
В основу полезной модели поставлена задача создания усовершенствованной конструкции устройства для извлечения остатков растворителя из жидкого шлама, устраняющей недостатки прототипа.
Техническим результатом, на достижение которого направлена полезная модель, является улучшение технико-эксплуатационных характеристик устройства за счет усовершенствования конструкции двухфазного струйного аппарата и связанной с ним технологической схемы.
Указанный технический результат достигается струйным аппаратом для устройства для извлечения остатков растворителя из шламовой жидкости, образующейся при химической чистке одежды, имеющим проточную часть, состоящую из гидравлически связанных диффузора, камеры смешения и приемной камеры, а также расширяющегося рабочего сопла, связанного на входе линией рабочей среды через клапан с источником рабочей среды и выходным расширяющимся каналом с камерой смешения, при этом камера смешения выполнена в виде конфузорно-цилиндрической камеры смешения, а на всасывающей линии выполнен малогабаритный теплообменник, к которому по касательной подводится линия рабочей среды, при этом верхняя часть теплообменника связана с входным каналом приемной камеры, а нижняя часть через клапан соединена с всасывающей линией.
Выполнение в струйном аппарате конфузорно-цилиндрической камеры, а также, на всасывающей линии - малогабаритного теплообменника для подогрева шламовой жидкости, к которому по касательной подводится линия рабочей среды таким образом, что верхняя часть теплообменника связана с входным каналом приемной камеры, а нижняя часть через клапан соединена со всасывающей линией, - обеспечивает достижение следующих технико-эксплуатационных характеристик предложенного устройства:
расход пара на цикл довыпаривания – 2,5кг/цикл;
давление рабочего пара – 0,5 МПа;
требуемая мощность парогенератора – 5,5 кВт;
-время цикла довыпаривания – 20 мин;
максимальный выход контактной воды – 2,5 л/цикл;
остаточное содержание ПХЭ в шламовой жидкости – 1-2%;
давление в нагнетательной линии устройства – 100 кПа;
давление во всасывающей линии устройства – 40 кПа;
коэффициент инжекции – 3,
что по сравнению с прототипом в совокупности обеспечило:
снижение расхода пара на 2,5 кг/цикл;
снижение рабочего давления пара на 0,1 МПа;
снижение требуемой мощности парогенератора на 2,2 кВт;
уменьшение времени цикла на 10 мин;
снижение выхода контактной воды на 2,5 л/цикл;
снижение содержания растворителя в шламе до 1-2%;
возможность перекачивания шлама повышенной плотности.
При этом в предпочтительном варианте конструкции струйного аппарата отношение диаметра камеры смешения к диаметру рабочего сопла составляет 3,53, отношение диаметра камеры смешения к длине камеры смешения составляет 0,12, отношение длины цилиндрической части камеры смешения к длине камеры смешения составляет 0,6, отношение длины камеры смешения к длине диффузора составляет 0,5, отношение диаметра камеры смешения к длине диффузора составляет 0,06, угол раскрытия диффузора составляет 6,4°, угол раскрытия рабочего сопла составляет 8,6° и угол схождения конфузора составляет 8°. Экспериментальным путем установлено, что указанные соотношения геометрических параметров струйного аппарата позволяют достигнуть оптимальных технико-эксплуатационных характеристик заявленного устройства.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена схема устройства, а на фиг.2 - струйный аппарат.
Устройство для извлечения остатков растворителя из шламовой жидкости, образующейся при химической чистке одежды, содержит дистиллятор 8 (фиг. 1), контейнер для отходов 7, конденсатор 9, струйный аппарат 1. Струйный аппарат 1 состоит из гидравлически связанных диффузора 17 (фиг. 2), камеры смешения 15 (фиг. 2), представляющей собой конфузорно-цилиндрическую камеру, приемной камеры 14 (фиг. 2) и расширяющегося рабочего сопла 13 (фиг. 2).
Всасывающая линия двухфазного струйного аппарата 1 (фиг. 1) со встроенным в нее малогабаритным теплообменником 10, посредством клапана 5 соединена с нижней частью дистиллятора 8, где скапливается жидкий шлам, а нагнетательная линия – с его верхней частью (паровым пространством) через клапан 3 и с контейнером 7 для сбора отходов – через клапан 11. Клапан 6 служит для выравнивания давления в дистилляторе 8 и контейнере 7 при выгрузке шлама. В теплообменнике 10 происходит нагрев и, как следствие, снижение плотности шламовой жидкости, что благоприятствует ее лучшему взаимодействию с вырывающейся из сопла 13 (фиг. 2) струей водяного пара. Для отделения капель влаги водяной пар к теплообменнику подводится по касательной. В сопло 13 пар поступает из верхней части теплообменника, а из нижней части через клапан 4 периодически удаляется конденсат во всасывающую линию.
Струйный аппарат 1 и малогабаритный теплообменник 10 не имеют изнашивающихся деталей и не подвержены засорению. В струйном аппарате потенциальная энергия давления водяного пара преобразуется в кинетическую энергию необходимую для постоянной циркуляции шламовой жидкости, а сам водяной пар, как одно из состояний воды – для получения азеотропной смеси, температура кипения которой ниже температуры кипения воды и растворителя. Процесс превращения водяного пара в воду происходит в проточной части струйного аппарата и сопровождается интенсивным механическим и тепловым взаимодействием всех участвующих компонентов, благодаря чему обеспечивается максимально полное разделение низко- и высококипящих составляющих исходной смеси. Удачное сочетание физических и термодинамических свойств воды и пара, приводит к максимально возможному извлечению растворителя из шламовой жидкости даже в случае наличия в ней большого количества масел и жирующих веществ, а низкий процент остающегося в шламе растворителя автоматически переводит токсичные шламовые отходы 2-ого класса опасности (опасные) в 4-ый класс (мало опасные), что делает машину химической чистки экологически безопасной.
Малое содержание растворителя (1-2%) в обработанном шламе достигается, как при ректификации, многократным испарением и конденсацией исходной смеси, с минимальным расходом водяного пара, который одновременно совершает работу, являясь движущей силой процесса, и веществом для получения азеотропной смеси.
Применение струйного аппарата способствует возвращению дорогостоящего растворителя обратно в рабочий цикл машины.
Устройство работает следующим образом.
При открытии клапана 2 (фиг. 1) водяной пар с давлением 0,5 МПа поступает по касательной в малогабаритный теплообменник 10, и освободившись там от капель влаги, через штуцер 12 (фиг. 2) – в расширяющееся сопло 13, откуда с большой скоростью направляется в комбинированную конфузорно-цилиндрическую камеру смешения 15. При этом в приемной камере 14 возникает разрежение, вследствие чего по всасывающей линии через теплообменник 10 и открытый клапан 5 (фиг. 1) из дистиллятора 8, дополнительно подогреваясь, засасывается жидкий шлам. В камере смешения 15 (фиг. 2) из-за низкой плотности и высокой температуры шламовой жидкости происходит интенсивный тепло- и массообмен между водяным паром и жидким шламом. Далее, образующаяся там азеотропная смесь, в виде мелкодисперсной парожидкостной эмульсии, попадает в диффузор 17, где ее скорость снижается, но при этом увеличивается давление, необходимое для преодоления сопротивления перемещению ее по нагнетательной линии через клапан 3 (фиг. 1) в верхнюю часть дистиллятора 8. Попав внутрь дистиллятора, паровая составляющая азеотропной смеси сразу же направляется в межтрубное пространство конденсатора 9, где конденсируется и в виде жидкости стекает в водоотделитель для дальнейшего разделения, а жидкая, с еще оставшимися в ней загрязнениями и растворителем, вновь попадает на теплопередающую поверхность дистиллятора 8, где еще остающийся низкокипящий компонент (растворитель) испаряется, а высококипящий, в виде различного рода загрязнений, присоединяется к постоянно циркулирующему жидкому шламу. Об окончании процесса свидетельствует повышенный уровень растворителя в чистом баке.
Клапан 4 (фиг. 1) служит для предварительной продувки паропровода от скопившегося там конденсата и для его периодического удаления из теплообменника 10 во время работы. При этом конденсат поступает во всасывающую линию, дополнительно разжижая шламовую жидкость.
Игольчатый стержень 16 (фиг. 2) с маховичком 18 предназначены для перекрытия отверстия сопла 13, а также для его профилактической прочистки.
Выгрузка шлама считается заключительным этапом его обработки. Она может выполняться, как вручную, так и автоматически. Порядок выгрузки, следующий: при открытом клапане 2 (фиг. 1) клапан 3 закрывается, а клапаны 5, 6 и 11 – открываются.
В этом случае содержимое дистиллятора 8 перекачивается через клапан 5 и 11 в сборный контейнер 7, а линия с клапаном 6 служит для выравнивания давлений в емкостях 7 и 8. Через установленное время выгрузку прекращают закрытием всех клапанов.
В холодном состоянии содержимое контейнера 7 перегружается в специальную тару для отходов, которая вывозится соответствующими организациями на переработку и утилизацию.