УЛАВЛИВАТЕЛЬ

Полезная модель относится к устройствам для очистки емкостей.
Она может быть использовано для улавливания остатков нефтепродуктов, находящихся одновременно в газообразном и жидком состоянии в емкостях, например в цистернах с целью очистки их от ядовитого, токсичного вещества, но с использованием его после очистки емкости по своему прямому назначение.
Известно устройство, [1] (А.С. №899496, МПК С02F 1/78, от 30.06.80 г.), содержащее компрессор, теплообменник с полостями высокого и низкого давления, вихревую трубку, адсорберы, фильтры, озонатор, контактную камеру, соединенные между собой технологическими трубопроводами.
Вихревая труба установлена внутри теплообменника по его оси и снабжена ресивером. Имеется полость низкого давления теплообменника, которая выполнена в виде трубчатой спирали, размещенной вокруг вихревой трубы.
Устройство ограниченно в применении, т.к. оно рассчитано на очистку не воздуха, а воды, улавливание загрязнений в воде и их окисление. Загрязнения с водой уходят в канализацию, а высушенный и озонированный воздух поступает после многочисленных операций в исходное воздушное пространство. Оно, несмотря на многооперационность, не способно улавливая газообразную составляющую обезвредить воздух вне этого устройства, если входящий газ токсичен.
Известно устройство для удаления токсичных веществ [2] (А.С. №1664754, МПК С02F 1/78 от 30.08.88 г.), содержащее контактный резервуар с циркуляционным контуром и насосом, трубопроводы для подачи и отвода озоносодержащего газа и воды. Оно снабжено устройством для каталитического разложения озона, установленным на трубопроводе отвода озоносодержащего газа, и через дополнительные трубопроводы взаимодействующим с циркуляционным контуром, обеспечивая перемешивание газожидкостной смеси и усиливая массообмен. Непрореагированный газ направляют в камеру увлажнения, барботируют через слой воды на тарелках колпачкового типа в блоке нагрева и разлагают на гопкалите. Подачу воды через ввод в камеру увлажнения устанавливают такой, чтобы не было проскока газа. При работающем насосе воду из камеры увлажнения удаляют в систему очистки. Установка туширующая позволяет исключить автономную систему водообеспечения камеры увлажнения, так как вода, подаваемая на увлажнение газа, поступает из системы очистки и туда же возвращается.
Недостатками устройства является использование его для очистки вод от летучих токсичных веществ, путем окисления этих веществ озоном. Таким образом, улавливаемая водой форсунок газообразная составляющая меняет своя свойства, переходя в другие соединения. Устройство не позволяет улавливать остатки токсичных веществ из емкостей, одновременно находящихся в них в газообразном и жидком состоянии с целью сохранения исходных свойств для использования по их прямому назначению.
Известно устройство [3] (А.С. №321270, МПК В01Д 47/02), содержащее две секции, из которых первая секция состоит из корпуса с водяной ванной и очистного устройства с соплом, а вторая - из отстойника и фильтра с эрлифтом для подачи воды на орошение фильтрующей ткани, винтообразно натянутой на трубу эрлифта. Сопло очистного устройства снабжено закрытым обратным конусом с перфорированной поверхностью. Первая секция снабжена шламовым фильтром, собранным из П-образных рамок, с закрепленной между ними фильтрующей тканью.
Несмотря на то, что устройство рассчитано на увлажнение ценных, ядовитых токсичных веществ, оно улавливает их в виде пыли, а сама пыль является гидрофильной, после очистки водой из устройства выводят улавливаемый компонент в виде шлама, а воздух - в воздуховод и наружу. Такое устройство не позволяет улавливать одновременно газовую и жидкую составляющие остатки токсичных веществ из емкости.
Известно устройство [4] (А.С. №174938, МПК В01Д 47/02, от 15.11.64 г.). Оно имеет корпус с отверстиями для входа и выхода воздуха. Нижняя часть корпуса выполнена в виде бункера - отстойника, а в верхней части размещены зигзагообразные направляющие, образующие полость. Последняя соединяющая с бункером - отстойником переточными трубами. В днище бункера имеется отверстие для отвода осадка.
Улавливатель обладает способностью интенсивно смачивать загрязнения, образуя несколько водяных завес, через которые проходит очищаемый воздух. Но воздух в результате возвращается в тоже помещение или выбрасывается в атмосферу, что не позволяет использовать его в качестве улавливателя остатков нефтепродуктов в виде ксилола, толуола, бензола, находящихся в цистернах в жидком и газообразном состоянии, с последующим 100% удержанием уловленного в устройстве для доставки в закрытые накопители, и использовании их по назначению.
В качестве прототипа заявляемой полезной модели выбрано устройство как наиболее близкое по технической сущности и положительному эффекту. [5] (пат. №42439, МПК В01Д 47/06, от 01.09.2004 г.) Оно содержит корпус с полуцилиндрами, образующими воздухопромывной канал, узел для создания водяной завесы, размещенный в воздухопромывном канале, включающий коллекторы с форсунками. Корпус с полуцилиндрами выполнены из полипропилена. Имеются сепаратор, каплеотбойник, зонт конфузор, воздуховод, контактная емкость прямоугольной формы, заполненная водой и размещенная под воздухопромывным каналом. Устройство - гидрофильтр для очистки воздуха от пыли и газов.
Недостатком устройства является недостаточная степень очистки таких загрязнений как бензол, толуол, ксилол, которые не смешиваются с водой, поэтому затрудняется процесс улавливания и очистки воздуха и воды от них. Водяная завеса из форсунок сдерживает выход газообразной составляющей этих веществ на воздух из корпуса воздухопромывного канала, но не гарантирует качественной, близкой к 100% очистке воздуха гидрофильтром.
Задача полезной модели - достижение высокой степени очистки емкости, содержащих токсичные, летучие нефтепродукты типа толуола, ксилола, бензола, сохранение неизмененными их свойств, улавливание из очищаемой емкости одновременно в газообразном и жидком состоянии с последующим выводом в замкнутое пространство накопителя.
Технический результат полезной модели достигается тем, что улавливатель, содержащий, как и известный, корпус с полуцилиндрами в нем, с отводным каналом вверху, узел для создания водяной завесы, включающий коллекторы с форсунками, сепаратор, каплеотбойник, зонт конфузор, образующие водопромывной канал и контактную емкость под ним, частично заполненную водой, воздухопровод, отверстие для слива воды, согласно изобретению он имеет дополнительно воздухопромывную секцию с корпусом в виде колокола с полуцилиндрами, гидрозатвором в центре - корпуса и форсунками на коллекторе в верхней части корпуса, воздуховод соединен с воздухопромывной секцией в нижней части и верхней частью корпуса очищаемой емкости, форсунки в воздухопромывном канале размещены над контактной емкостью и под каплеотбойником, контактная емкость выполнена в виде конуса вершиной вниз, заполнена водой или водным раствором хлористого натрия, в вершине конуса имеется отверстие для отвода смеси воды или водного раствора хлористого натрия с улавливаемым компонентом - гидрофобным веществом типа бензола, тоулола, ксилола, под контактной емкостью размещен бункер-отстойник, соединенный с контактной емкостью и насосом трубопроводом. Бункер-отстойник состоит из корпуса, разделительной перегородки с отверстием для поплавка, поплавка, которой представляет собой сборный элемент: верхняя часть поплавка выполнена из материала с плотностью равной плотности улавливаемого компонента, а нижняя из материала с плотностью воды или водного раствора хлористого натрия, нижняя часть поплавка выполнена в виде заглушки в форме, соответствующей форме отверстия в разделительной перегородке бункера-отстойника, под очищаемой емкостью имеется отверстие отводящее через трубопровод к бункеру-отстойнику жидкую составляющую улавливаемого компонента, под отверстиями слива смеси, улавливаемого компонента с водой или водным раствором хлористого натрия из контактной емкости и жидкости из нижней части очищаемой емкости имеется успокоитель, вода в форсунки, находящиеся в нижней части водопромывного канала и в верхней части дополнительной воздухопромывной секции, введена из нижней части бункера-отстойника, над сепаратором, в канале отвода очищаемого воздуха размещен адсорбент для захвата улавливаемого компонента.
Сопоставительный анализ заявляемой полезной модели с прототипом показал, что заявляемая модель существенно отличается наличием новых элементов, их использованием, и их взаимосвязью. В качестве улавливаемого компонента в уловитель поступают токсичные вещества в газообразном состоянии. Заявляемое устройство улавливает в воде или водном растворе гидрофобный газообразный толуол, ксилол или бензол, а прототип обеспечивает улавливание гидрофильных загрязнений воздуха. В отличие от прототипа улавливаемые компоненты, находящиеся в контактной емкости считаются загрязнителями воздуха, которые необходимо убрать в канализацию, а в заявляемом - их необходимо сохранить без изменения свойств и использовать в дальнейшем по их прямому назначению. В прототипе воздуховод, по которому из очищаемой. емкости поступает газообразная составляющая в смеси с воздухом поступает в пространство между зеркалом воды в контактной емкости и нижней частью водопромывного канала. В заявляемый уловитель улавливаемый компонент поступает в нижнюю часть дополнительной секции воздухопромывного канала, что изменяет схему управления: турбулизированная газовая смесь проходит в одну из половинок секции вверх к форсункам, где водяная завеса меняет направление перемещения улавливаемого компонента и сбрасывает смесь вниз в контактную емкость.
Часть проскочившего объема улавливаемого с воздухом поверху проскакивает во вторую половину корпуса секции за счет наличия барьера, разделяющего пространства в секции и над зеркалом воды или раствора хлористого натрия, в виде гидрозатвора, который нижним концом погружен в эту воду или раствор (NaCl). После прохождения газовой смеси улавливаемого компонента (ксилола, бензола, толуола) снизу вверх и сверху вниз воздух устремляется к воздухопромывному каналу и одновременно к контактной емкости в жидкость, которая ее заполняет.
Форсунки, размещенные в нижней части воздухопромывного канала позволяют организовать водяную завесу пропускающую воздух и удерживающую улавливаемый компонент.
За счет конусообразной формы контактной емкости жидкость в ней находится в турбулентном состоянии, что позволяет удерживать гидрофобную улавливаемую составляющую в воде, а не на поверхности зеркала воды. За счет того, что смесь отводят в бункер-отстойник повышается до максимума степень очистки воздуха.
В бункере-отстойнике имеется успокоитель, который позволяет вихревой поток смеси перевести в состояние ламинарного течения, ускорить разделение смеси на воду или (NaCl - водный раствор) и улавливаемый компонент).
Наличие поплавка обеспечивает, вместе с разделенной перегородкой и с отверстием в нем, четкую границу раздела их. За счет того, что поплавок имеет разную плотность, он в период поступления в бункер-отстойник смеси, находится в состоянии свободного перемещения вблизи неустоявшейся границы раздела вода - улавливаемый компонент.
В момент заполнения водой нижней части бункера - отстойника автоматически идет «сброс» ее в форсунки. Вода в верхней части бункера, находящаяся под улавливаемым компонентом попадает в нижнюю часть бункера - отстойника. Поплавок, имеющий в своей нижней части плотность материала, равной плотности воды или (NaCl - водного раствора), как заглушка, перекрывает доступ к нижней части бункера - отстойника. В результате улавливаемый компонент, вначале поступаемый к уловителю одновременно из очищаемой емкости (например цистерны) снизу и сверху, отводя газообразное и жидкое состояние компонентов к бункеру-отстойнику, затем выводится полностью без воды в приемный бункер. Для гарантированного процесса очистки воздуха высокой степени, выходящего из отводного канала вверху воздухопромывного канала имеются: форсунки с водяной завесой, содержащей чистую воду, каплеотбойник, сепаратор и сорбент.
На фиг.1 представлена схематично полезная модель - улавливатель, в разрезе:
Устройство состоит из очищаемой емкости 1, гидрофильтра 2, 3, 4 и бункера-отстойника 5. Очищаемая емкость соединена с гидрофильтором воздуховодом 6 и трубопроводом 7 с бункером-отстойником 5. Гидрофильтр состоит из водопромывного канала 2, дополнительной секции в виде колокола 3 и контактной емкости 4 под ними, частично заполненной водой или 10-15% водным раствором NaCl, 8'. Водопромывной канал 2 имеет корпус 9, вертикально установленный над контактной емкостью, в котором размещены мишени в виде полуцилиндров 10, для отражения ударов водяных завес и сбрасывания смеси улавливаемого в воду или NaCl - водном растворе, форсунки 11, в которые рециркуляцией поступает вода 8" из бункера-отстойника 5, форсунки 12, в которые вода поступает из источника, не содержащего улавливаемого компонента, каплеотбойник 13 и сепаратор 14, конденсирующие воду на выходе из корпуса 9, пропускающие очищенный воздух в конфузор - зонт 15 и отводной канал 16, в котором возможна при необходимости установка сорбента 17, улавливающая остатки загрязнений воздуха. Дополнительная секция 3 водопромывного канала, размещена вертикально, рядом с водопромывным каналом 2 над контактной емкостью 4. Между зеркалом воды 8' и верхней торцевой поверхностью 18 в контактной емкости имеется воздушное пространство (зазор) 19, в котором удерживается газообразная составляющая смеси с водой. В дополнительной секции 3 корпус выполнен в виде замкнутого, колоколообразного корпуса 20, в котором размещены форсунки 21 на коллекторах 22. В центральной части имеется гидравлический затвор 23, служащий барьером для прохождения улавливаемого компонента вдоль зазора 19 из воздуховода 6. Бункер-отстойник 5 имеет замкнутое пространство, в котором имеется разделительная перегородка с отверстием, поплавок с верхней 25 и нижней частью 26 с плотностями материалов/равными плотностями улавливаемого компонента 27 и воды 8"соответственно. Бункер-отстойник соединен трубопроводами 7 и 28 с очищаемой емкостью 1 и гидрофильтром 2, 3, 4
соответственно через отверстия в верхней части бункера - отстойника, нижнее отверстие контактной емкости 4 в вершине конуса и нижнее отверстие в корпусе очищаемой емкости 1.
Под отверстием, соединенным с трубопроводом 28 размещен в корпусе 5 успокоитель 29, он же ускоритель разделения смеси, на слой воды и улавливаемого вещества.
В бункере-отстойнике над разделительной перегородкой 24 в корпусе имеется отверстие 30 для отвода улавливаемого гидрофобного вещества 27, а в нижней части его - отверстие для забора воды или водного раствора NaCl (хлорида натрия) в форсунки 11 и 21.
Устройство полезной модели работает следующим образом.
Емкость (цистерну) с нефтепродуктами (ксилолом, толуолом или бензолом) освобождают от содержимого путем перекачки в накопительные емкости или в емкости заказчика. В цистерне остается часть продукта - газообразная и жидкая составляющая. Производят очистку ее. Для этого в емкость 1 подают распыленную воду через сопло или форсунки и смывают жидкую составляющую через отверстия снизу по трубопроводу 7 в бункер-отстойник 5. Газообразную составляющую улавливаемого нефтепродукта через воздуховод 6 подают в дополнительную секцию 3 воздухопромывного канала. Увлажненная смесь направляется (за счет действия вентилятора - не показано) вверх в правый «отсек» от гидрозатвора 23, где водяная завеса из форсунок 21 на коллекторе 22 интенсивно обвалакивает часть улавливаемого и отбросив к мишеням 10 спускает вниз в контактную емкость 4. Затем остальная часть проскочившего улавливаемого компонента обрабатывается водяной завесой под куполом колокола 21 и отводится в левый «отсек» -часть корпуса по другую сторону гидрозатвора 23, где водяная завеса отбрасывает полученную смесь на мишени - полуцилиндры 10 и далее вниз -частично в контактную емкость сразу. После того, как другая часть поступит в нижнюю часть вдоль зазора 19 воздухопромывного канала 2 и «обработается» водяной завесой из форсунок 11, улавливаемый компонент полностью оказывается в контактной емкости.
Воздух же, проходя вверх к отводному каналу 16, контактирует с водяным туманом в средней части корпуса, водяной завесой из форсунок 12 с незагрязненной водой, комплеотбойником 13 и сепаратором 14, образующих конденсат, выходит в окружающую среду очищенным. Для проверки степени очистки воздуха в отводном канале 16 помещают сорбент, улавливающий «загрязнения», в виде остатков улавливаемомого нефтепродукта.
Далее добиваемся полноты объема возвращения нефтепродукта за счет конусообразной формы контактной емкости 4, в которой имеется в состоянии турбулентного движения воды или 10-15% NaCl - водного раствора. Добавка хлорида натрия обеспечивает улучшения взаимосвязи контактируемых компонентов и диспергирование смеси, что упрощает освобождение без потерь гидрофильтр от улавливаемого. В бункер-отстойник насосом выкачивают смесь 8' по трубопроводу 28 в бункер-отстойник. Смесь попадает на успокоитель 29 и, перейдя в ламинарное движение, спускается к разделительной перегородке 24. Поплавок 26
находится в отверстии разделительной перегородки, а под разделительной перегородкой - вода или 10-15% NaCl - водный раствор 8". Как только начинает заполняться верхняя часть бункера-отстойника смесью жидкостей из контактной емкости поплавок 25, 26 поднимается и плавает в этой смеси до тех пор на границе раздела компонентов, пока автоматически не начинается отвод воды или раствора с NaCl в форсунки 11 и 22. За счет разницы плотностей частей поплавок верхнюю часть держит в слое улавливаемого компонента, а нижнюю - в воде или NaCl - растворе. Как только вода уйдет вся или почти вся в нижнюю часть (под разделительную перегородку) - поплавок оказывается в отверстии своей нижней частью и перекрывает доступ улавливаемому. В этот момент автоматически по трубопроводу из отверстия 30 отводится улавливаемый компонент. Процесс откачки улавливаемого полезного продукта ведется циклами с периодичностью, рассчитанной, исходя из времени полного расслоения компонентов смеси под успокоителем. Поплавок выполнен из материалов, не растворимых в нефтепродуктах, полуцилиндры и корпуса выполнены из полипропилена, форсунки - из фторопласта.
Результат проверки эффективности работы устройства представлен в таблице. Проверка показала отличие результаты.
Устройство обладает новизной и промышленно применимо, являясь техническим решением.
Предполагается внедрение в г.Перми в ЗАО «Вентмонтаж» в системе «Эко - Веста» и других городах, использующих нефтепродукты. Испытания проводили на степень очистки воздуха известными способами и способом, на который попадана заявка на изобретение «устройство для анализа содержания загрязнений в воздухе», №2008128258 от 10.07.08 г.
Полезная модель - уловитель по сравнению с прототипом имеет преимущества:
- она способна полностью (100%) очистить емкости от остатков нефтепродуктов в системе замкнутого пространства;
- она способна полностью эффективно провести расслоение воды и улавливаемого продукта, после интенсивной турбулизации гидрофобного продукта с водой, просто и надежно осуществляя процесс отвода одного компонента от другого в отсеках бункера четко по границе их раздела;
- она позволяет без изменения свойств компонентов провести очистку остатков нефтепродуктов из емкости и отвести уловленный продукт в отдельные накопители, в то время, как в устройстве прототипа улавливаемый продукт является лишь загрязнителем воды или воздуха;
- она одновременно и оперативно извлекает газообразную и жидкую составляющую улавливаемого продукта,
- она позволяет вернуть заказчику дополнительно значительные объемы нефтепродукта,
- экономически и экологически более значительно выгоден процесс очистки заявляемым устройством.
Источники информации
1. а.с. №899496, МПК С02F 1/78, от 30.06.80 г. (аналог)
2. а.с.  №16647754, МПК С02F 1/78, от 30.08.88 г. (аналог)
3. а.с.№321270, МПК В01Д 47/02, от 11.04.68 г. (аналог)
4. а.с. №174938, МПК В01Д 47/02, от 15.11.64, г. (аналог)
5. Пат. №42439, МПК В01Д 47/06, от 01.09.04 г. (прототип)