УСТРОЙСТВО КОЛОНКИ ДЛЯ ОЧИСТКИ ЖИДКОСТИ ОТ ВРЕДНЫХ ИЛИ ИЗЛИШНИХ ПО КОЛИЧЕСТВУ ПРИМЕСЕЙ

Полезная модель относится к устройствам колонок для очистки жидкостей от вредных или излишних по количеству примесей, в особенности для очистки воды в водных хозяйствах и нефтепродуктов в нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности.
7
Известны устройства колонок для очистки жидкостей, 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, МПК С02А 1/28, 1/46, Устройство для водоочистки., бюл. №13, 10.04.2005.]. Известны колонки, в которых сорбируются сераорганические соединения нефти из нефтепродуктов - сырой нефти, керосиновой, дизельной фракций; устройство действует следующим образом: исходный нефтепродукт пропускают через неподвижный слой сорбента, установленный в колонке; в качестве сорбента применяют силикагель, окись алюминия, активированный уголь, цеолит, гипс и их смеси [см.: Химия сераорганических соединений, содержащегося в нефти и нефтепродуктах, М.: Изд-во АН СССР, 1959, 126-137].
Недостатком таких устройств колонок является низкая степень очистки жидкости от вредных или излишних по количеству примесей, в связи с чем приходится создавать колонки с очень большой по протяженности длиной (высотой).
Известно устройство колонки, в котором увеличивают эффективность очистки жидкости от вредных и излишних по количеству примесей. Устройство колонки состоит из короба, заполненного сорбентом, укороченной длины, в котором создают давление на дисперсионную смесь сорбента и очищаемой жидкости в центробежном поле путем совместного вращения чистого сорбента и исходной жидкости в коробе, представляющим собой вращающийся ротор, при
этом количество сорбента и количество очищаемой жидкости берут в массовом соотношении (1,5-2,0):1 [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.
К недостаткам описанного устройства относится высокая стоимость самого устройства и процесса очистки на нем нефтепродуктов из-за необходимости вращения ротора, малая производительность процесса очистки, отсутствие возможности вести непрерывный процесс очистки, необходимость иметь дополнительное производство выделения нефтепродукта из сорбента, невозможность использования изобретения в промышленных масштабах, возможность применения лишь в лабораторных условиях. Так, в приведенном в описании изобретения примере для очистки 100 г нефтепродукта от примесей серы приходится вращать короб - экспериментальный ротор в течение 40 минут, после чего останавливают вращение ротора, выгружают дисперсную смесь нефтепродукта и сорбента на выделение нефтепродуктов из сорбента в специально созданном для данного лабораторного устройства производстве, вновь загружают короб-ротор последующей порцией нефтепродукта и сорбента, вновь приводят во вращение короб-ротор и т.д..
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является удешевление устройства и процесса очистки на нем нефтепродуктов, повышение производительности процесса очистки жидкости от вредных или излишних по количеству примесей, достижение непрерывности процесса очистки, получение возможности применения предлагаемой полезной модели в промышленности.
Этот технический результат достигается тем, что устройство колонки состоит из вертикально расположенного короба, заполненного сорбентом, электродов в колонке, разграничивающих сорбент на слои, параллельные потоку жидкости, расположенных на расстояниях, позволяющих подавать на них электрическое напряжение постоянного тока, необходимое и достаточное для
создания на сорбенте электрического поля напряженностью Е=500-10000 В/м, вертикально расположенного протяженного по высоте входного трубопровода, через который в колонку поступает очищаемая жидкость, вертикально расположенного протяженного по высоте выходного трубопровода, слив из которого очищенной жидкости расположен ниже уровня заливки во входной трубопровод очищаемой жидкости, приспособления для выгрузки сорбента из колонки и приспособления для загрузки сорбента в колонку. Давление в смеси сорбента и очищаемой жидкости возникает из-за гравитационного давления жидкости, которое создается в вертикально расположенных протяженных по высоте входном и выходном трубопроводах. Достижение указанного технического результата осуществляется тем, что через колонку пропускают большее количество очищаемой жидкости, чем через устройство-прототип, т.к. процесс очистки ведут непрерывно, устройство и процесс очистки более дешевы, т.к. устройство состоит не из вращающегося дорогостоящего ротора - колонки, а существенно более дешевой покоящейся колонки, не требуются проведение затрат на создание вращающегося ротора и не требуются затраты электроэнергии для вращения ротора-барабана, отсутствует периодическая остановка процесса очистки жидкости, периодическая разгрузка и загрузка сорбента и очищаемой жидкости в колонке, не требуется создание дополнительного производства по отделению очищаемой жидкости от сорбента.
Сущность полезной модели поясняется чертежом.
Устройство колонки состоит из вертикально расположенного короба 1, заполненного сорбентом, электродов 2 в коробе 1, разграничивающих сорбент на слои, параллельные потоку жидкости, расположенные на расстояниях, позволяющих подавать на них электрическое напряжение постоянного тока, необходимое и достаточное для создания на сорбенте электрического поля напряженностью Е=500-10000 В/м, вертикально расположенного протяженного по высоте входного трубопровода 3, через который в колонку поступает очищаемая жидкость, вертикально расположенного протяженного по высоте выходного трубопровода 4, слив из которого очищенной жидкости расположен
ниже уровня заливки во входной трубопровод очищаемой жидкости, приспособления 5 для выгрузки сорбента из колонки и приспособления 6 для загрузки сорбента в колонку.
Устройство действует следующим образом. В коробе 1 колонки на электроды 2 подают напряжение постоянного электрического тока, создавая на слоях сорбента напряженность электрического поля Е=500-10000 В/м, в вертикально расположенный протяженный по высоте входной трубопровод 3 вливают непрерывно очищаемую жидкость, которая очищается в колонке 1 от вредных или излишних по количеству примесей, очищенная жидкость выходит из вертикально расположенного протяженного по высоте выходного трубопровода 4, уровень слива из которого ниже уровня вливания жидкости во входной трубопровод 3, при необходимости замены сорбента в колонке его выгружают приспособлением 5, приспособлением 6 снова загружают в колонку 1 новую партию сорбента.
Пример 1. Для очистки воды от вредных или излишних по количеству примесей применяют устройство колонки, из вертикально расположенного короба, заполненного сорбентом, заполненной гранулами размером 0.0005-0,001 м природного цеолита Холинского месторождения. Устройство колонки 1 состоит из вертикально расположенного короба - трубы из стали 1Х18Н9Т диаметром 0,6 м высотой 2,5 м с верхним и нижним фланцами из той же стали, заполненной гранулами размером 0.0005-0,001 м природного цеолита Холинского месторождения, погруженной в угольную шахту на глубину 210 м, электродов 2 внутри колонки в виде коаксиальных цилиндров высотой 1 м из сетки нержавеющей стали с величиной ячеек 0,001 м, расстояние между электродами - 0,02 м, входного трубопровода 3 из черной стали диаметром 0,03 м, высотой 200 м, вертикально расположенного протяженного по высоте выходного трубопровода 4 из черной стали диаметром 0,03 м высотой 200 м, слив из которого очищенной воды расположен ниже уровня заливки во входной трубопровод очищаемой жидкости на 1,5 м, приспособления 5 для выгрузки сорбента, представляющего собой приспособление, переворачивающее колонку,
отсоединенную от входного 3 и выходного 4 трубопроводов со снятым с колонки верхним фланцем, при переворачивании сорбент высыпается в контейнер, приспособления 6 для загрузки сорбента в колонку, представляющее собой приспособление, переворачивающее над открытой колонкой контейнер с сорбентом.
2
3
При обработке воды в колонке создается давление 200000 кг/м, что соответствует силе давления ~ 200 Н, при подаче на электроды напряжения постоянного тока U=12 В в слоях сорбента возникает электрическое поле напряженностью Е=600 В/м, при скорости прохождения воды 6 м/час (норматив поступления питьевой воды в жилой пятиэтажный дом) происходит уменьшение до нормативных показателей всех излишних по количеству и всех вредных примесей. В таблице показаны результаты очистки воды с искусственно введенными в нее примесями.
Таблица
Характеристики очистки воды
№ п/п
Концентрация примесей
Концентрация загрязнений до и после очистки, мг/л
По заявлен ному устройству
Норма
До очистки
По способу - прототипу
1
2
3
4
6
7
1
Марганец (Мn), мг/л
0,302
0,2
-
0,1
2
Железо (Fe), мг/л
1,41
1,12
0,05
0,3
3
Цинк (Zn), мг/л
7
4
-
5
4
Жесткость общая, мг-экв/л
9
6
1,5-4,5
7
5
Нитраты (NO<sub>3</sub>), мг/л
80
70
25
45
6
Хлориды (Сl), мг/л
520
350,0
110
350,0
7
Сульфаты (<img he="6" wi="9" file="00000002.tif" img-content="undefined" img-format="tif" />), мг/л,
420
350,0
120
500
8
Медь (Сu), мг/л
3,2
2,3
0,03
1,0
9
Свинец (Рb), мг/л
0,1
0,5
-
0,03
3
При очистке воды в устройстве - прототипе такого же результата добиваются на центробежном роторе стоимостью в 100 раз дороже, производительностью в 60 раз ниже, т.е. 0,1 м/час.
3
3
Пример 2. Устройство колонки для очистки воды по примеру 1, отличающееся тем, что диаметр вертикально расположенной трубы колонки равен 1,5 м, высота - 0,4 м, электроды имеют высоту 0,3 м, при подаче на электроды напряжения постоянного тока U=220 В на слоях сорбента возникает электрическое поле напряженностью Е=11000 В/м, слив из вертикально расположенного протяженного по высоте выходного трубопровода 4 очищенной воды расположен ниже уровня заливки во входной трубопровод 3 очищаемой воды на 0,4 м, устройство позволяет достигать величину скорости прохождения воды до 120 м/час при этом так же, как и в примере 1, происходит уменьшение до нормативных показателей всех излишних по количеству и вредных примесей. Устройством-прототипом таких результатов по производительности очистки воды добиться невозможно, т.к. для обеспечения скорости прохождения воды величиной 120 м/час потребуется создание ротора-барабана размерами большими, чем турбина крупной Волжской ГЭС.
3
Пример 3. Устройство колонки для очистки воды по примеру 1, отличающееся тем, что в колонке имеется центральный электрод из нержавеющей стали, и второй коаксиальный цилиндрический электрод в виде сетки из нержавеющей стали с величиной ячеек 0,001 м, расположенный на расстоянии 0,20 м от центральной оси цилиндра, на электроды подают напряжение 220 В, напряженность электрического поля на слоях сорбента будет равна Е=1100 В/м. До нормативных требований по содержанию примесей в воде при таких параметрах достигают при скорости прохождения воды через колонку до 10 м/час.
Пример 4. Устройство колонки для очистки воды по примерам 1, 2 и 3, отличающееся тем, что вместо заполнения гранулами природного цеолита колонку заполняют такими же по размеру гранулами керамзита, или какими-либо гранулами из класса амфотерных материалов: монтмориллонитом, бейделитом, нонтронитом, каолинитом (анокситом), галлуазитом, тальком, пирофиллитом или их смесями в произвольном соотношении. В данных случаях для достижения степени очистки воды, соответствующей степени очистки по примеру 1, необходимо пропускать воду через колонку с максимальной скоростью на 30% меньшей, чем в приведенных выше примерах соответственно.
2
3
3
Пример 5. Для очистки керосиновой фракции нефти с исходным содержанием сераорганических примесей 2,5% применяют устройство колонки, заполненной гранулами размером 0.0005-0,001 м природного цеолита Холинского месторождения. Устройство колонки 1 состоит из вертикально расположенной трубы из черной стали диаметром 0,6 м высотой 1,5 м, заполненной гранулами цеолита, погруженной в шахту на глубину 260 м, электродов 2 внутри колонки в виде коаксиальных цилиндров высотой 1 м из сетки нержавеющей стали с величиной ячеек 0,001 м, расстояние между электродами - 0,02 м, входного трубопровода 3 диаметром 0,03 м, высотой 250 м, вертикально расположенного протяженного по высоте выходного трубопровода 4 высотой 250 м, слив из которого очищенной жидкости расположен ниже уровня заливки во входной трубопровод очищаемой жидкости на 1,5 м, приспособления 5 для выгрузки сорбента, представляющего собой приспособление, переворачивающее колонку, отсоединенную от входного 3 и выходного 4 трубопроводов со снятым с колонки верхним фланцем, при переворачивании сорбент высыпается в контейнер, приспособления 6 для загрузки сорбента в колонку, представляющее собой приспособление, переворачивающее над открытой колонкой контейнер с сорбентом. При очистке нефтепродукта в колонке создается давление 200000 кг/м, что соответствует силе давления ~ 200 Н, при подаче на электроды напряжения постоянного тока U=12 В в слоях сорбента возникает электрическое поле напряженностью Е=600 В/м, при скорости прохождения керосиновой фракции нефти до 4 м/час происходит уменьшение содержания в ней сераорганических примесей до 0,1%. При очистке керосиновой фракции нефти в устройстве - прототипе такого же результата добиваются на центробежном роторе стоимостью в 100 раз дороже, производительностью в 60 раз ниже, т.е. 0,1 м/час.
3
Пример 6. Устройство колонки по примеру 4 для очистки керосиновой фракции нефти с исходным содержанием сераорганических примесей 2,5%, отличающееся тем, что диаметр вертикально расположенной трубы колонки равен 1,5 м, высота - 0,4 м, при подаче на электроды напряжения постоянного тока U=220 В на слоях сорбента возникает электрическое поле напряженностью Е=11000 В/м, слив из вертикально расположенного протяженного по высоте выходного трубопровода очищенной керосиновой фракции нефти расположен ниже уровня заливки во входной трубопровод очищаемой жидкости на 0,4 м, при скорости прохождения керосиновой фракции нефти до 80 м/час так же, как и в примере 1, происходит уменьшение содержания в ней сераорганических примесей до 0, 1%. Устройством-прототипом таких результатов по производительности очистки керосиновой фракции добиться невозможно (см. пример 2).
3
Пример 7. Устройство колонки по примерам 4 и 5 для очистки керосиновой фракции нефти с исходным содержанием сераорганических примесей 2,5%, отличающееся тем, что вместо заполнения гранулами природного цеолита колонку заполняют такими же по размеру гранулами керамзита, или какими-либо гранулами из класса амфотерных материалов: монтмориллонитом, бейделитом, нонтронитом, каолинитом (анокситом), галлуазитом, тальком, пирофиллитом или их смесями в произвольном соотношении. В данных случаях для достижения степени очистки воды, соответствующей степени очистки по примеру 1, необходимо пропускать керосин через колонку со скоростью до 4 м/час.
В указанных выше примерах 4-6 в тех же устройствах по тем же параметрам ведут очистку от сераорганических примесей газойля, бензина и любых других фракций нефти.
Пример 8. Для очистки сырой нефти с исходным содержанием сераорганических примесей 2,5% можно применять устройства и технологию очистки от сераорганических примесей по примерам 5, 6, 7 с подачей на электроды напряжения постоянного тока величиной на 30% меньшей, чем в приведенных примерах и с уменьшением максимально допустимой скорости прохождений нефти на 30%. Это обусловлено тем, что сырая нефть имеет определенную степень обводненности и ее электрическая проводимость выше, чем фракции нефти.
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 вредных или излишних по количеству примесей, используемое, в частности, для очистки воды в водных хозяйствах и нефтепродуктов в нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности;
- для заявленного устройства в том виде, как он охарактеризован 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».