УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДНОГО РАСТВОРА ДИОКСИДА ХЛОРА И ХЛОРА

Полезная модель относится к химическому оборудованию для получения раствора хлорсодержащих окислителей, применяемых в качестве дезинфицирующих реагентов при обеззараживании и очистке питьевых, сточных, оборотных вод и других сред, в частности, к установкам для получения водного раствора диоксида хлора и хлора.
Известна установка для производства диоксида хлора, включающая реактор, контейнеры для реагентов, дозирующие насосы для подачи реагентов в реактор, клапаны, эжектор, блок управления, при этом из реактора реакционная среда (газожидкостная смесь диоксида хлора и хлора) поступает в эжектор по трубопроводу, у которого имеется отвод для откачки переливающейся из реактора реакционной среды (газожидкостной смеси диоксида хлора и хлора). В качестве реактора в установке для производства диоксида хлора используют полый цилиндрический аппарат с раздельными вводами реагентов через стенки корпуса у днища, вертикальными стержнеобразными нагревательными элементами, подведенными через днище корпуса и помещенными в вытяжные трубы, а также одним общим отверстием у верхней крышки для вывода по трубопроводу реакционной среды (газожидкостной смеси диоксида хлора и хлора) в эжектор (см. патент на изобретение ЕР №0106503 «Production of chlorine dioxide», 3 МПК С01В 11/02, C01B 11/025, приоритет от 09.09.1982 г., опубликовано 25.04.1984 г.).
Недостатком известной установки для производства диоксида хлора является высокое энергопотребление из-за необходимости нагрева реакционной среды и проведения химической реакции в реакторе в режиме кипения. Это также приводит к необходимости конденсировать образовавшийся пар дополнительным количеством воды, пропускаемой через эжектор, а, следовательно, к дополнительному расходу воды.
Кроме того, наличие у реактора вышеуказанной установки вертикальных стержнеобразных нагревательных элементов, подведенных через днище корпуса и помещенных в вытяжные трубы, создает неустойчивый гидродинамический режим работы реактора за счет появления локальных зон перегрева. Это приводит к образованию крупных пузырьков газа и разложению диоксида хлора ("пыхтению"), а, следовательно, снижает ее надежность и безопасность эксплуатации.
Также, в результате неустойчивости гидродинамического режима, работа вышеуказанной установки возможна только в узком диапазоне жестко контролируемых параметров, что влияет на стабильность ее работы и не позволяет изменять ее производительность в процессе работы (все приведенные в описании режимы работы - периодические).
Наиболее близкой к заявляемой полезной модели является установка для получения раствора диоксида хлора из хлората натрия, содержащая реактор для получения раствора диоксида хлора, имеющего водяную рубашку с вертикальными стержнеобразными нагревательными элементами для нагрева воды водяной рубашки, линии подвода реагентов, дозирующие насосы для подачи реагентов в реактор, предохранительный клапан, эжектор, блок управления (см. заявка на патент на изобретение, прошедшая экспертизу CN №101492152 «Chlorine dioxide solution generator with sodium chlorate as reaction raw material», 8 МПК С01В 11/02, приоритет от 13.03.2009 г., опубликовано 29.07.2009 г.).
Недостатком известной установки для производства диоксида хлора является высокое энергопотребление за счет использования вертикальных стержнеобразных нагревательных элементов для нагрева воды в водяной рубашке из-за необходимости нагрева реакционной среды и проведения химической реакции в реакторе в режиме кипения. Это, также, приводит к необходимости конденсировать образовавшийся пар дополнительным количеством воды, пропускаемой через эжектор, а, следовательно, к дополнительному расходу воды.
Наличие водяной рубашки у реактора также ведет к дополнительному расходу воды вышеуказанной установки в целом.
Кроме того, в известном устройстве реактор хоть и снабжен водяной рубашкой, в которой и размещены вертикальные стержнеобразные нагревательные элементы (нагрев реакционной среды конструктивный), однако для работы известного устройства химическая реакция все равно в реакторе должна протекать в режиме кипения, что приводит к образованию крупных пузырьков газа и разложению диоксида хлора ("пыхтению"), а, следовательно, снижает ее надежность и безопасность эксплуатации.
При этом наличие предохранительного клапана установки, который предназначен только для сброса избыточного давления из реактора при аварийных ситуациях, не устраняет при прекращении работы установки (аварийной или плановой) возможности передачи давления обрабатываемой воды через эжектор в реактор, что может вести к его повреждению/разрушению, а, следовательно, снижает надежность и безопасность эксплуатации установки.
Также, в результате неустойчивости гидродинамического режима, работа вышеуказанной установки возможна только в узком диапазоне жестко контролируемых параметров (в частности контроля температуры воды водяной рубашки), что не позволяет изменять ее производительность в процессе работы.
Технический результат заявляемой полезной модели заключается в повышении надежности и безопасности эксплуатации установки для получения водного раствора диоксида хлора и хлора, а также в снижении энергопотребления и расхода воды и в возможности варьировать производительность в процессе работы установки.
Заявляемый технический результат, достигается тем, что в заявляемой установке для получения водного раствора диоксида хлора и хлора, содержащей реактор для получения газожидкостной смеси диоксида хлора и хлора, линии подвода реагентов, дозирующие насосы для подачи реагентов в реактор, предохранительный клапан, водоструйный эжектор, блок управления согласно полезной модели установка для получения водного раствора диоксида хлора и хлора дополнительно снабжена обратным клапаном, при этом обратный клапан установлен после водоструйного эжектора на линии подачи полученного водного раствора диоксида хлора и хлора в обрабатываемую воду.
При этом блок управления установки для получения водного раствора диоксида хлора и хлора включает систему контроля давления воды, поступающей в водоструйный эжектор, систему контроля разрежения в реакторе, систему контроля температуры в реакторе и окружающей реактор среды, систему контроля наличия диоксида хлора в полученном водном растворе диоксида хлора и хлора.
Причем установка для получения водного раствора диоксида хлора и хлора может быть дополнительно снабжена системой для промывки водой реактора.
Кроме того, установка для получения водного раствора диоксида хлора и хлора может быть дополнительно снабжена редуктором давления воды.
Также, установка для получения водного раствора диоксида хлора и хлора может быть дополнительно снабжена расходомером, который установлен на линии подачи воды перед водоструйным эжектором.
Надежность и безопасность эксплуатации установки для получения водного раствора диоксида хлора и хлора достигается за счет безаварийной работы ее реактора, который не рассчитан на повышенное давление. Это техническая задача решается частично за счет наличия предохранительного клапана, предназначенного для сброса из реактора избыточного давления, полученного в результате образования в нем избытка газожидкостной смеси диоксида хлора и хлора. Дополнительное снабжение установки для получения водного раствора диоксида хлора и хлора обратным клапаном, установленным после водоструйного эжектора на линии подачи полученного водного раствора диоксида хлора и хлора в обрабатываемую воду позволяет предотвратить передачу через водоструйный эжектор в реактор давления столба полученного водного раствора диоксида хлора и хлора, возникающего из-за разности высот расположения самой установки и непосредственной точки ввода полученного водного раствора диоксида хлора и хлора в обрабатываемую воду, которая, как правило, находится выше уровня, на котором находится сама установка. Это позволяет в случае прекращения работы установки, то есть при прекращении подачи воды из сети в водоструйный эжектор предотвратить повреждение/разрушение реактора за счет недопущения изменения направления потока полученного водного раствора диоксида хлора и хлора не только при аварийной ситуации, но и при плановом прекращении работы установки.
Кроме того, надежность и безопасность эксплуатации заявляемой установки, снижение расхода воды и энергопотребления, а также возможность варьировать производительность в процессе ее работы, достигается за счет устойчивости гидродинамического режима и интенсивности протекания химической реакции в реакторе, которой способствует перемешивание реагентов, без их нагрева (без использования нагревательных элементов, без необходимости конденсировать пар дополнительным количеством воды), с получением газожидкостной смеси диоксида хлора и хлора, без образования крупных пузырьков и без разложения диоксида хлора («пыхтения») определяемое конструкцией реактора, например, используемого в заявляемой установке (см патент РФ на изобретение №2503614 «Аппарат для осуществления способа получения раствора диоксида хлора и хлора в воде», 8 МПК С01В 11/02, приоритет от 31.05.2011 г., опубликовано 10.12.2013 г.).
Технических решений, совпадающих с совокупностью существенных признаков полезной модели, не выявлено, что позволяет сделать вывод о соответствии полезной модели критерию патентоспособности «новизна».
Условие патентоспособности «промышленная применимость» подтверждают примеры конкретного выполнения установки для получения водного раствора диоксида хлора и хлора.
На фиг.1 представлена блок-схема установки для получения водного раствора диоксида хлора и хлора.
Установка для получения водного раствора диоксида хлора и хлора, содержит реактор 1 для получения газожидкостной смеси диоксида хлора и хлора, линии подвода 2, 3 реагентов, дозирующие насосы 4, 5 для подачи реагентов в реактор, предохранительный клапан 6, водоструйный эжектор 7, блок управления 8.
Установка для получения водного раствора диоксида хлора и хлора дополнительно снабжена обратным клапаном 9. Обратный клапан 9 установлен после водоструйного эжектора 7 на линии подачи полученного водного раствора диоксида хлора и хлора в обрабатываемую воду.
Блок управления 8 установки для получения водного раствора диоксида хлора и хлора включает систему контроля давления воды, поступающей в водоструйный эжектор, систему контроля разрежения в реакторе, систему контроля температуры в реакторе и окружающей реактор среды, систему контроля наличия диоксида хлора.
Установка для получения водного раствора диоксида хлора и хлора может дополнительно снабжена системой для промывки водой реактора (на чертеже не указана).
Установка для получения водного раствора диоксида хлора и хлора может дополнительно снабжена редуктором давления воды 10.
Установка для получения водного раствора диоксида хлора и хлора может дополнительно снабжена расходомером 11, который установлен на линии подачи воды перед водоструйным эжектором.
Реактор 1 (патент РФ на изобретение №2503614) содержит корпус с линиями подвода 2, 3 реагентов, выходное отверстие для вывода газожидкостной смеси диоксида хлора и хлора, расположенное в верхней части корпуса и соединенное с водоструйным эжектором 7. Корпус реактора 1 и циркуляционное устройство выполнены в виде усеченного конуса. Линии подвода 2, 3 реагентов размещены в торцевой части корпуса реактора 1, заведены внутрь циркуляционного устройства и расположены соосно оси корпуса.
Установка для получения водного раствора диоксида хлора и хлора работает следующим образом.
Воду из сети через редуктор давления 10 и расходомер 11 подают в водоструйный эжектор 7, при этом в реакторе 1 создается разрежение. Затем дозирующим насосом 4 из контейнера 12 через клапан 13 в реактор 1 подают серную кислоту, далее дозирующим насосом 5 из контейнера 14 через клапан 15 в реактор 1 подают раствор хлората и хлорида натрия. В реакторе 1 происходит химическая реакция с образованием водного раствора диоксида хлора и хлора и газообразных диоксида хлора и хлора с получением газожидкостной смеси диоксида хлора и хлора. Газожидкостную смесь диоксида хлора и хлора из реактора 1 удаляют водоструйным эжектором 7, в котором происходит растворение этой смеси в воде, подаваемой в водоструйный эжектор 7 из сети, с получением водного раствора диоксида хлора и хлора, используемого для обработки воды в качестве комбинированного дезинфектанта.
В аварийной ситуации, связанной с образованием избыточного давления в реакторе 1, предохранительный клапан 6 сбрасывает избыточное давление за счет выпуска избытка газожидкостной смеси диоксида хлора и хлора из реактора 1, чем устраняет вероятность его повреждения/разрушения. При восстановлении рабочего давления в реакторе 1 предохранительный клапан 6 обеспечивает прекращение сброса давления.
Обратный клапан 9, установленный после водоструйного эжектора 7 на линии подачи полученного водного раствора диоксида хлора и хлора в обрабатываемую воду, автоматически пропускает полученный водный раствор диоксида хлора и хлора в направлении к точке ввода (на чертеже не указана) в обрабатываемую воду. При прекращении подачи воды из сети в водоструйный эжектор 7 в результате планового или аварийного прекращения работы установки для получения водного раствора диоксида хлора и хлора, обратный клапан 9, установленный после водоструйного эжектора 7 на линии подачи полученного водного раствора диоксида хлора и хлора в обрабатываемую воду, предотвращает передачу давления обрабатываемой воды через водоструйный эжектор 7 в реактор 1. Обратный клапан 9 обеспечивает предотвращение передачи через водоструйный эжектор 7 в реактор 1 давления столба полученного водного раствора диоксида хлора и хлора, возникающего из-за разности высот расположения самой установки и непосредственной точки ввода полученного водного раствора диоксида хлора и хлора в обрабатываемую воду, так как не допускает изменения направления потока полученного водного раствора диоксида хлора и хлора, что и устраняет вероятность повреждения/разрушения реактора 1.
Наличие диоксида хлора в полученном водном растворе диоксида хлора контролируется датчиком 16. Для поддержания процесса в реакторе 1 в заданном режиме служит блок управления 8, который получает информацию о температуре в реакторе 1 и окружающей реактор 1 среды от датчиков температуры 17 и 18 через измеритель-регулятор 19. Данные о давлении воды, подаваемой в водоструйный эжектор 7, и разрежении в реакторе 1 поступает в блок управления 8 от датчиков 20 и 21 через измеритель-регулятор 22.
Блок управления 8 регулирует производительность установки для получения водного раствора диоксида хлора и хлора в зависимости от расхода воды, выдает информацию об основных параметрах режима работы установки (давление воды, поступающей в водоструйный эжектор 7, разрежение в реакторе 1, температура в реакторе 1 и окружающей реактор 1 среды, наличие диоксида хлора в полученном водном растворе диоксида хлора и хлора) и управляет работой узлов установки в целом (в частности, работой дозирующих насосов 4, 5).
Пример.
3
Установка для получения водного раствора диоксида хлора и хлора производительностью 2 кг/ч по диоксиду хлора при нижеуказанных параметрах. В качестве реагентов используют серную кислоту с концентрацией 94-96% и водный раствор хлората и хлорида натрия, содержащий 310-330 г/л хлората натрия и 170-190 г/л хлорида натрия. Скорость подачи серной кислоты в реактор 6,6 л/ч. Скорость подачи раствора хлората и хлорида натрия в реактор 11,5 л/ч. Давление воды на входе в эжектор 0,4 МПа. Расход воды через эжектор 2 м/ч. Содержание дезинфицирующего реагента контролируется по диоксиду хлора датчиком диоксида хлора. При вышеуказанных режимах концентрация диоксида хлора в водном растворе диоксида хлора и хлора, отходящем из водоструйного эжектора, составляет 1 г/л.
Заявляемая полезная модель обеспечивает повышение надежности и безопасности эксплуатации установки для получения водного раствора диоксида хлора и хлора, а также снижение энергопотребления и расхода воды, возможность варьировать производительность в процессе работы установки.