УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ЖИДКОСТИ

Полезная модель относится к технике очистки жидкости от твердых и жидких примесей и может быть использована в нефтегазодобывающей, нефтехимической, химической, пищевой, целлюлозно-бумажной и других отраслях промышленности. Известен флотатор (см. Свидетельство на полезную модель №24996, МКИ 7 02F 1/00, БИ №25, 2000 г.).
Прототипом является устройство для очистки жидкости (см. патент РФ №2222495 МКИ 7 C02F 1/00, БИ №3, 2004 г.), содержащее вертикальную емкость с патрубками входа исходной и выхода осветленной жидкости, входа и выхода газа, выгрузки шлама и патрубком выхода пены с пеносъемником, горизонтальную перегородку с вмонтированными снизу вертикальными трубами, расположенными по окружности на равном расстоянии друг от друга, верхний конец каждой из которых выполнен в виде конфузора, винтовую лопасть, установленную в каждой вертикальной трубе под конфузором, и вмонтированную в горизонтальную перегородку дополнительную вертикальную трубу, верхний торец которой расположен выше горизонтальной перегородки, а нижний - ниже патрубка выхода пены.
Недостатком прототипа является низкое качество очистки жидкости от примесей.
Задачей полезной модели является повышение качества очистки жидкости от примесей.
Задача достигается тем, что в устройстве для очистки жидкости, содержащем вертикальную емкость с патрубками входа исходной и выхода осветленной жидкости, входа и выхода газа, выгрузки шлама и патрубком выхода пены с пеносъемником, горизонтальную перегородку с вмонтированными снизу вертикальными трубами, расположенными по окружности на равном расстоянии друг от друга, верхний конец каждой из которых выполнен в виде конфузора, винтовую лопасть, установленную в каждой вертикальной трубе под конфузором, и вмонтированную в горизонтальную перегородку дополнительную вертикальную трубу, верхний торец которой расположен выше горизонтальной перегородки, а нижний - ниже патрубка выхода пены, согласно полезной модели, в каждой вертикальной трубе под винтовой лопастью установлен козырек, а диаметр затопленных участков вертикальных труб выполнен меньше диаметра их незатопленных участков, причем козырек выполнен в виде полого усеченного конуса, обращенного вершиной вниз, а внутренний диаметр затопленного участка каждой вертикальной трубы не превышает величины .
Полезная модель поясняется чертежом, на котором изображено устройство для очистки жидкости.
Устройство для очистки жидкости содержит вертикальную емкость 1 с патрубками 2 и 3 входа исходной и выхода осветленной жидкости, патрубками 4 и 5 входа и выхода газа, патрубком 6 выгрузки шлама и патрубком 7 выхода пены с пеносъемником 8. В верхней части емкости 1 установлена горизонтальная перегородка 9 с вмонтированными снизу вертикальными трубами 10, расположенными по окружности на равном расстоянии друг от друга. Верхний конец каждой вертикальной трубы 10 выполнен в виде конфузора 11, под которым установлена винтовая лопасть 12. В горизонтальную перегородку 9 вмонтирована дополнительная вертикальная труба 13, верхний торец которой расположен выше горизонтальной перегородки, а нижний - ниже патрубка 7. К патрубку 3 присоединена установленная в емкости 1 в вертикальном положении труба 14, а на нижнем ее конце снаружи установлена коаксиально расположенная цилиндрическая перегородка 15.
В каждой вертикальной трубе 10 под винтовой лопастью 12 установлен козырек 16, выполненный в виде полого усеченного конуса, обращенного вершиной вниз, а диаметр нижнего конца 17 каждой трубы 10 на уровне расположения патрубка 7 выполнен по размеру меньше диаметра вышерасположенного участка этой трубы.
Устройство для очистки жидкости работает следующим образом.
Исходная жидкость поступает по патрубку 2 в емкость 1 на горизонтальную перегородку 9, с которой стекает через конфузоры 11 и винтовые лопасти 12 по стенкам труб 10 вниз. Газ попадает в емкость 1 через патрубок 4. Поток жидкости при провале с перегородки 9 в конфузоры 11 приобретает вращение, при этом винтовые лопасти 12 усиливают эффект вращения. В результате нисходящего винтового движения жидкостного потока в конфузорах 11 во вращающейся массе жидкости над конфузором возникает «воронка», способствующая интенсивному подсосу газа из газового пространства емкости 1 над перегородкой 9 в трубы 10. На выходе из винтовой лопасти 12 каждой трубы 10 основная масса жидкости движется вниз по стенкам труб 10 в виде сплошной вращающейся пленки и только незначительная часть ее распадается на капли. При набегании на козырек 16 вращающаяся жидкостная пленка распадается и в виде капель сбрасывается вниз. Благодаря выполнению козырька 16 в виде полого усеченного конуса, обращенного вершиной вниз, капли летят с козырька в приосевую зону трубы 10, в которой при соударении друг с другом разлетаются, распределяясь по всему поперечному сечению трубы 10. Сформировавшийся в трубах 10 под каждым козырьком 16 капельный поток, обладая большой кинетической энергией, вбивает частички газа в жидкостной гидродинамический столб затопленного участка труб. Высота уровня гидродинамического столба в трубах 10 превышает уровень осветляемой жидкости в емкости 1 под перегородкой 9 на величину, определяемую гидравлическим сопротивлением затопленного участка труб. Уровень осветляемой жидкости в емкости 1 устанавливается по высоте расположения патрубка 7.
В гидродинамическом столбе жидкости каждой трубы 10 происходит перераспределение фаз. Упавшие на поверхность этого гидродинамического столба капли сливаются с основной массой жидкости, а газ движется вниз в виде пузырьков различных по форме и размерам, увлекаемый нисходящим жидкостным потоком. Благодаря тому, что диаметр затопленного участка 17 каждой трубы 10 выполнен по размеру меньше диаметра незатопленного участка этой трубы, скорость нисходящего потока жидкости в затопленном участке будет больше скорости всплывания в гидродинамическом столбе жидкости наибольших по размерам газовых пузырьков. В результате всплывание газовых пузырьков в затопленных участках труб 10 будет исключено и над поверхностью жидкости затопленных участков труб давление будет более низким, что способствует более интенсивному поступлению газа из газового пространства над перегородкой 9 в трубы 10.
Выброшенная из труб 10 в емкость 1 жидкость смешивается с основной массой осветляемой жидкости, а вылетающие из труб вместе с жидкостью газовые пузырьки всплывают в объеме осветляемой жидкости вверх, захватывая твердые и жидкие примеси и создавая на поверхности осветляемой жидкости пену. Пенный продукт удаляется из емкости 1 через патрубок 7. Количество удаляемого пенного продукта регулируется пеносъемником 8. Осветленная жидкость по трубе 14 поднимается вверх и выходит из емкости 1 через патрубок 3. Цилиндрическая перегородка 15 исключает попадание газовых пузырьков в трубу 10.
При резком повышении нагрузки по жидкости ее уровень на перегородке 9 поднимается и она по трубе 13 начнет перетекать вниз в пространство емкости 1 под перегородкой, в результате чего дальнейшее повышение уровня жидкости над перегородкой прекратится. Резкое понижение нагрузки по жидкости приведет к тому, что на перегородке 9 уровень жидкости будет недостаточным для возникновения «воронки», но благодаря выполнению верхних концов труб 10 в виде конфузоров, они остаются заполненными жидкостью и «воронка» над конфузорами сохраняется.
Всплывание вверх в гидродинамическом столбе затопленных участков 17 труб 10 наибольших по размерам газовых пузырьков будет исключено при условии, когда
ж
ж
вн
в
n
ж
г
3
2
3
3
где W - скорость нисходящего потока жидкости в затопленном участке вертикальной трубы, м/с; V - расход жидкости, м/ч; n - количество труб; d - внутренний диаметр затопленного участка трубы, м; W - скорость всплывания наибольших по размерам газовых пузырьков, м/с; g - ускорение свободного падения, м/с; d - диаметр наибольшего пузырька газа, м; ρ - плотность жидкости, кг/м; ρ - плотность газа, кг/м; ξ - коэффициент сопротивления.
Из неравенства (1) следует, что внутренний диаметр затопленного участка вертикальной трубы должен быть меньше , м.
Технико-экономическая эффективность от использования полезной модели достигается за счет повышения качества очистки жидкости от твердых и жидких примесей, что стало возможным благодаря установке в каждой вертикальной трубе под винтовой лопастью козырька, выполненного в виде полого усеченного конуса с обращенной вниз вершиной, и выполнению диаметра затопленного участка вертикальных труб, меньшего размера диаметра незатопленных участков этих труб.