Сорбционный аппарат с картриджами для очистки жидкости с вихревым движением содержимых сорбентов
SORPTION APPARATUS WITH CARTRIDGES FOR LIQUID PURIFICATION WITH VORTEX MOTION OF SORBENTS CONTENT

Область техники
Изобретение относится к области очистки жидкостей от различных примесей и может быть использовано, в частности, для очистки огнестойких смазочных масел, применяемых для смазки турбин на тепловых электростанциях (ТЭС) и атомных электростанциях (АЭС).
Уровень техники
Для очистки жидкостей от различных примесей применяются сорбционные аппараты. При этом во многих сорбционных аппаратах используются пористые сорбенты, изготавливаемые путем спекания их компонентов.
Известен принятый в качестве прототипа 1-го и 2-го объектов заявляемого изобретения фильтрующий элемент для центробежно-динамического разделения дисперсных систем, характеризуемый тем, что он содержит каркас, представляющий собой полый цилиндр с дренирующими пазами на внешней поверхности и фильтрующими отверстиями, выполненными равномерно по всей его поверхности, на внешней поверхности каркаса с использованием верхнего и нижнего зажимных фланцев, а также, по меньшей мере, одного хомута, закреплен с герметичным прижимом его к каркасу пористый фильтрующий материал, при этом каркас содержит, по меньшей мере, одну прорезь, выполненную параллельно оси цилиндра, края пористого фильтрующего материала заправлены в прорезь каркаса и зафиксированы с использованием зажимных фланцев и хомутов, причем зажимные фланцы содержат, по меньшей мере, по одному уплотнительному кольцу, обеспечивающему герметичное прилегание фильтрующего материала к каркасу (патент RU 176937 U1, дата публикации: 02.02.2018 г., далее - [1]).
Недостаток известного из [1] фильтрующего элемента заключается в том, что в нем используется пористый фильтрующий материал, при изготовлении которого путем спекания его компонентов теряется часть их сорбционных свойств. При этом в результате использования пористого фильтрующего материала интенсивность взаимодействия очищаемой жидкости с фильтрующим материалом может оказаться недостаточной.
Раскрытие изобретения
Задачей, на решение которой направлена патентуемая группа изобретений, и техническим результатом является повышение эффективности очистки огнестойких смазочных масел с помощью сорбционного аппарата.
Решение указанной задачи путем достижения указанного технического результата применительно к первому объекту заявляемой группы изобретений обеспечивается тем, что сорбционный картридж содержит вертикальный цилиндрический корпус, к верхнему торцу которого присоединен первый фильтрующий элемент, а к нижнему торцу - второй фильтрующий элемент с входным патрубком, предназначенным для подачи очищаемой жидкости. При этом внутри вышеуказанного цилиндрического корпуса размещен твердый сорбент в форме гранул, а в нижней части вышеуказанного цилиндрического корпуса установлен аксиально-лопаточный завихритель. Причем первый фильтрующий элемент содержит два кольца с прикрепленными к ним равномерно по окружности радиальными элементами, между которыми зажата первая фильтрующая сетка. При этом второй фильтрующий элемент содержит одно кольцо с прикрепленными к нему равномерно по окружности радиальными элементами и плоскую цилиндрическую пластину с отверстием, между которыми зажата вторая фильтрующая сетка. Причем входной патрубок присоединен к плоской цилиндрической пластине. При этом первый фильтрующий элемент присоединен к верхнему торцу корпуса с помощью первой прижимной гайки, а второй фильтрующий элемент присоединен к нижнему торцу корпуса с помощью второй прижимной гайки; при этом в первой и второй прижимных гайках имеются сквозные отверстия для прохода очищаемой жидкости.
Решение указанной задачи путем достижения указанного технического результата применительно ко второму объекту заявляемой группы изобретений обеспечивается тем, что сорбционный аппарат содержит резервуар, внутри которого установлен как минимум один сорбционный картридж, входной патрубок которого соединен с коллектором, который соединен с первым трубопроводом для подачи очищаемой жидкости, соединенным с насосом. При этом насос присоединен ко второму трубопроводу для подачи очищаемой жидкости, который соединен с системой подачи очищаемой жидкости. Причем указанный резервуар также соединен с трубопроводом для отвода очищаемой жидкости, присоединенным к системе подачи очищаемой жидкости.
Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков патентуемой группы изобретений и достигаемым техническим результатом заключается в следующем.
При работе сорбционного аппарата очищаемая жидкость подается с помощью насоса по первому и второму трубопроводам для подачи очищаемой жидкости от системы подачи очищаемой жидкости в коллектор резервуара, откуда она поступает через входной патрубок и второй фильтрующий элемент в нижнюю часть вертикального цилиндрического корпуса сорбционного картриджа. Затем поток очищаемой жидкости закручивается с помощью аксиально-лопаточного завихрителя и перемешивается с сорбентом в форме гранул. После чего очищенная жидкость, отделенная от сорбента, выходит из верхней части вертикального цилиндрического корпуса через первый фильтрующий элемент и попадает в резервуар. Из резервуара очищаемая жидкость поступает через трубопровод для ее отвода обратно в систему ее подачи. Корпус сорбционного картриджа расположен вертикально, чтобы минимизировать попадание сорбента в форме гранул на сетку первого фильтрующего элемента с ее внутренней стороны за счет действия силы тяжести на частицы сорбента в процессе работы сорбционного аппарата. При этом величина расхода очищаемой жидкости через сорбционный картридж также выбирается из условия исключения попадания сорбента на внутреннюю сторону сетки первого фильтрующего элемента. Первый и второй фильтрующие элементы не позволяют высыпаться сорбенту из цилиндрического корпуса в процессе транспортировки сорбционного картриджа. За счет того, что сорбент находится в форме гранул, а не пористого материала, изготавливаемого путем спекания компонентов сорбента, обеспечивается улучшение его сорбционных свойств по сравнению с прототипом [1]. За счет обеспечения перемешивания сорбента с очищаемой жидкостью с помощью аксиально-лопаточного завихрителя обеспечивается повышение интенсивности взаимодействия сорбента с очищаемой жидкостью. Таким образом, обеспечивается повышение эффективности очистки жидкости с помощью сорбционного аппарата.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлен сорбционный картридж в продольном разрезе по оси симметрии. На фиг. 2 представлен первый фильтрующий элемент с входной стороны потока очищаемой жидкости, при этом выходная сторона первого фильтрующего элемента идентична входной. На фиг. 3 представлен второй фильтрующий элемент с входной стороны потока очищаемой жидкости. На фиг. 4 представлен второй фильтрующий элемент с выходной стороны потока очищаемой жидкости. На фиг. 5 представлена схема сорбционного аппарата.
Описание позиций фигур
1 - вертикальный цилиндрический корпус;
2 - твердый сорбент в форме гранул;
3 - аксиально-лопаточный завихритель;
4 - кольца;
5 - радиальные элементы;
6 - первая фильтрующая сетка;
7 - кольцо;
8 - радиальные элементы;
9 - плоская цилиндрическая пластина с отверстием;
10 - вторая фильтрующая сетка;
11 - входной патрубок;
12 - первая прижимная гайка;
13 - вторая прижимная гайка;
14 - резервуар;
15 - плоская пластина;
16 - коллектор;
17 - первый трубопровод для подачи очищаемой жидкости;
18 - насос;
19 - второй трубопровод для подачи очищаемой жидкости;
20 - система подачи очищаемой жидкости;
21 - трубопровод для отвода очищаемой жидкости;
22 - трубопровод для слива очищаемой жидкости;
23 - воздушник.
Осуществление изобретения
Ниже приведен частный пример конструкции сорбционного аппарата с сорбционными картриджами и принцип их работы.
В качестве очищаемой жидкости использовалось огнестойкое отработавшее смазочное масло с кислотным числом 2,6 мг КОН/г Реолюб - ОМТИ, которое представляет собой смесь триксиленилфосфатов, получаемую этерификацией технического 3,5-ксиленола, содержащего до 75% 3,5-ксиленола.
Сорбционный картридж содержит выполненный из стали AISI 304 вертикальный цилиндрический корпус 1, к верхнему торцу которого присоединен выполненный из стали AISI 304 первый фильтрующий элемент, содержащий два кольца 4, к каждому из которых прикреплены равномерно по окружности по три радиальных элемента 5. При этом между указанными кольцами 4 с прикрепленными к ним радиальными элементами 5 зажата первая фильтрующая сетка 6 с размером ячейки 0,25 мм. К нижнему торцу вертикального цилиндрического корпуса 1 присоединен выполненный из стали AISI 304 второй фильтрующий элемент, содержащий одно кольцо 7 с прикрепленными к нему равномерно по окружности тремя радиальными элементами 8 и плоскую цилиндрическую пластину с отверстием 9, между которыми зажата вторая фильтрующая сетка 10. Причем входной патрубок 11, на внешней стенке которого имеется резьба, приварен к внешней поверхности торцевой стенки плоской цилиндрической пластины с отверстием 9 таким образом, чтобы его отверстие являлось соосным с отверстием в пластине 9. Первый фильтрующий элемент прижат к торцу вертикального цилиндрического корпуса 1 с помощью первой прижимной гайки 12 из стали AISI 304, имеющей сквозное отверстие в ее торцевой стенке, а второй фильтрующий элемент прижат к нижнему торцу цилиндрического корпуса 1 с помощью второй прижимной гайки 13 из стали AISI 304, имеющей сквозное отверстие в ее торцевой стенке. В нижней части вертикального цилиндрического корпуса 1 установлен выполненный из стали AISI 304 аксиально-лопаточный завихритель 3, который содержит три лопасти, каждая из которых приварена к внутренней поверхности торцевой стенки одного из трех радиальных элементов 8. При этом внутри вертикального цилиндрического корпуса 1 находится сорбент АВ 17-8 чс в форме гранул с размером частиц около 400 мкм (Фиг. 1, 2, 3, 4).
Сорбционный аппарат содержит выполненный из стали AISI 304 резервуар 14 и два вышеуказанных сорбционных картриджа, которые вкручены резьбой, имеющейся на внешней поверхности стенок их входных патрубков 11, в отверстия с резьбой, имеющиеся в выполненной из стали AISI 304 плоской пластине 15, приваренной к внутренним стенкам резервуара 14 и разделяющей внутренний объем резервуара 14 на верхнюю часть и нижнюю часть, которая образует коллектор 16. При этом коллектор 16 соединен с выполненным из стали AISI 304 первым трубопроводом для подачи очищаемой жидкости 17, соединенным с насосом 18, в качестве которого использовался шестеренчатый насос Varisco G04 3/4 SOX PXMF SF L071. При этом насос 18 присоединен к выполненному из стали AISI 304 второму трубопроводу для подачи очищаемой жидкости 19, который соединен с системой подачи очищаемой жидкости 20, представляющей собой выполненный из стали AISI 304 маслобак. Причем резервуар 14 также соединен с выполненным из стали AISI 304 трубопроводом для отвода очищаемой жидкости 21, присоединенным к системе подачи очищаемой жидкости 20. При этом второй трубопровод для подачи очищаемой жидкости 19 также соединен с выполненным из стали AISI 304 трубопроводом для слива очищаемой жидкости 22, а резервуар 14 снабжен воздушником 23, предназначенным для сброса давления (Фиг. 5).
Работа сорбционного аппарата с сорбционными картриджами осуществлялась следующим образом.
Сначала очищаемая жидкость подавалась с помощью насоса 18 по первому и второму трубопроводам для подачи очищаемой жидкости 17, 19 от системы подачи очищаемой жидкости 20 в коллектор 16 резервуара 14, откуда она поступала через входные патрубки 11 и вторые фильтрующие сетки 10, очищающие ее от шлама, в нижнюю часть вертикальных цилиндрических корпусов 1 двух сорбционных картриджей. Затем поток очищаемой жидкости закручивался в каждом из сорбционных картриджей с помощью аксиально-лопаточных завихрителей 3 и перемешивался с твердым сорбентом в форме гранул 2. После чего очищенная жидкость, отделенная от твердого сорбента в форме гранул 2, выходила из верхней части вертикальных цилиндрических корпусов 1 сорбционных картриджей через их первые фильтрующие сетки 6 и попадала в верхнюю часть резервуара 14. Затем из верхней части резервуара 14 очищаемая жидкость поступала через трубопровод для ее отвода 21 обратно в систему ее подачи 20. После проведения нескольких циклов очистки жидкости, ее выводили из сорбционного аппарата через трубопровод для слива очищаемой жидкости 22 путем открытия установленной на его линии запорной арматуры, в емкость для ее хранения (на фиг. не показана). Цилиндрические корпуса 1 двух сорбционных картриджей расположены вертикально, чтобы минимизировать попадание твердого сорбента в форме гранул 2 на первые фильтрующие сетки 6 с их внутренней стороны за счет действия силы тяжести в процессе работы сорбционного аппарата. При этом величина расхода очищаемой жидкости через сорбционные картриджи также выбиралась из условия исключения попадания твердого сорбента в форме гранул на внутреннюю сторону первых фильтрующих сеток 6 и могла контролироваться по показаниям подключенного к насосу 18 манометра (на фиг. не показан). Первая и вторая фильтрующие сетки 6, 10 не позволяют высыпаться твердому сорбенту в форме гранул 2 из цилиндрических корпусов 1 в процессе транспортировки сорбционных картриджей. За счет того, что сорбент 2 находится в форме гранул, а не пористого материала, изготавливаемого путем спекания компонентов сорбента, обеспечивается улучшение его сорбционных свойств по сравнению с прототипом [1]. За счет обеспечения перемешивания твердого сорбента в форме гранул 2 с очищаемой жидкостью с помощью аксиально-лопаточных завихрителей 3 обеспечивается повышение интенсивности взаимодействия твердого сорбента в форме гранул 2 с очищаемой жидкостью. Таким образом, обеспечивается повышение эффективности очистки жидкости с помощью сорбционного аппарата.
Промышленная применимость
Патентуемая группа изобретений отвечает условию «промышленная применимость». Сущность технического решения раскрыта в формуле, описании и чертежах достаточно ясно для понимания и промышленной реализации соответствующими специалистами, а используемые средства просты и доступны для промышленной реализации в области очистки жидкостей от различных примесей.