РЕАКЦИОННАЯ КАМЕРА Российский патент 1997 года по МПК C02F1/30 B01J19/08 

Изобретение относится к технике очистки сточных вод ионизирующим излучением.

Известна реакционная камера, состоящая из корпуса с отсеками накопления стоков, облучения ускоренными электронами и слива обработанной жидкости, разделенными вертикальными перегородками с укрепленной на них горизонтальной диафрагмой с отверстиями, снабженная переливными перегородками, перфорированными трубопроводами сжатого воздуха и поперечными вертикальными отражателями [1]
На фиг. 1 изображен общий вид предлагаемой реакционной камеры.

На фиг. 2-5 вид камеры в изометрии, сверху и в двух сечениях.

Реакционная камера содержит корпус 1 с отсеками накопления 2, электронной радиации 3, слива обработанной жидкости 4 и подачи воздуха 5. Отсеки 2, 3, 4, 5 разделены вертикальными перегородками 6 с закрепленной на них горизонтальной диафрагмой 7 с отверстиями 8 и переливными перегородками 9, имеющими форму прямоугольной трапеции. Под горизонтальной диафрагмой 7 установлен перфорированный трубопровод 10 сжатого воздуха. Отсеки накопления 2 и слива 4 соединены трубопроводами 11 и 12. Верх корпуса 1 соединен окнами 13 через патрубки 14 с коллектором сброса 15 и отделен герметичной фольгой 16 от излучателя ускоренных электронов 17. Перфорированный трубопровод 10 установлен в отсеке нагнетания и соединен с трубопроводом подачи воздуха 18. В отсеке электронной радиации установлены поперечные вертикальные отражатели 19.

На фиг. 2 изображен общий вид реакционной камеры без фольги 16 в изометрической проекции.

На фиг. 3 показан вид сверху, где обозначены отсеки накопления I, электронной радиации II и слива III обработанной жидкости. Здесь же показаны особенности перфорирования горизонтальной диафрагмы, где в пристеночных областях диаметр отверстий в 5 10 раз больше, чем в центральной части диафрагмы.

Длина поперечных вертикальных отражателей 19 определена следующим образом. На фиг. 4, 5 показаны расстояния между отражателями "a" и расстояния между краем отражателя и боковой стенкой отсека электронной радиации "b". Поперечные сечения на участках "a" и "b" имеют форму прямоугольника и равны по площади, если равны сами величины "a" и "b".

Величина "a" (расстояние между отражателями) равна
,
где L длина отсека электронной радиации;
m количество отражателей.

Величина "b" (расстояние между отражателем и боковой стенкой отсека электронной радиации) равна
b d l,
где d ширина отсека электронной радиации;
l длина отражателя.

Приравняв величины "a" и "b", находим длину поперечного вертикального отражателя

Данное соотношение верно для реакционной камеры с размерами .

Реакционная камера работает следующим образом.

Жидкость (сточные воды) поступает по трубопроводу 11 и заполняет отсек 2 накопления стоков. Одновременно в перфорированный трубопровод 10 подается сжатый воздух, который выбрасывается через коллектор 15 сброса. Жидкость из отсека накопления стоков поступает в отсек электронной радиации через переливную перегородку в форме прямоугольной трапеции с той стороны, где меньше основание. Жидкость плавно заполняет горизонтальную диафрагму 7. При поступлении жидкости из отсека 2 в отсек 3 через переливную перегородку создается направленное движение потока вдоль первого и последнего поперечного вертикального отражателя конфигурацией переливных перегородок в форме прямоугольных трапеций. Высота потока жидкости в отсеке 3 электронной радиации регулируется набором съемных переливных перегородок, отличающихся длиной меньшего основания, равного требуемой высоте пенного слоя. Переливаясь через перегородку 9, обработанная по всему объему жидкость в результате воздействия ускоренных электронов при интенсивном перемешивании поступает в отсек слива 4 и удаляется по трубопроводу 12.

По отсеку электронной радиации 3 поток жидкости перемещается, несколько раз меняя направление движения, огибая поперечные вертикальные отражатели 19, чем снижается продольное перемешивание потока. Для достижения максимальной производительности необходимо создать в отсеке электронной радиации гидродинамический режим реактора идеального вытеснения [1] снизив коэффициент продольного перемешивания D_L, что и достигается установкой в отсек электронной радиации поперечных вертикальных отражателей. При этом возрастают длина траектории (Y), проходимой элементарным объемом потока, и линейная скорость потока (V), что приводит к значительному возрастанию критерия Пекле. Данная величина найдена аналитически следующим образом.

Пусть n отношение длины траектории (Y) к длине отсека электронной радиации . При равном секундном расходе жидкости в реакционной камере с поперечными вертикальными отражателями и в реакционной камере прототипе отношение линейной скорости потока V₁ (в предлагаемом устройстве) и V (в прототипе) также равно (n) n V₁/V.

В связи с тем, что направление движения потока жидкости изменяется (m) раз, то коэффициент продольного перемешивания в предлагаемом устройстве по сравнению с прототипом снижается в (m) раз, т.е.

Найдем критерий Пекле для предлагаемого устройства

То есть для предлагаемого технического решения величина критерия Пекле возрастает в (n²•m) раз, что позволяет приблизить гидродинамические параметры предлагаемого устройства к параметрам реактора идеального вытеснения и:
1) при равных габаритных размерах повысить производительность реакционной камеры;
2) при одинаковых производительностях снизить габаритные размеры реакционной камеры [2, c. 289]
Пример 1. Облучают сточные воды с содержанием формальдегида 5000 мг/л в реакционной камере прототип. Поглощенная доза для обезвреживания до предельно допустимой концентрации (ПДК) составляет 420 кГр. Производительность обезвреживания составляет 0,2 м³/час.

Пример 2. В предлагаемом устройстве обезвреживают сточные воды с тем же содержанием формальдегида, что и в примере 1. При этом производительность обработки составляет 1,4 м³/час, что согласуется с теоретическими положениями для гидродинамического режима диффузионной модели с малым отклонением от модели идеального вытеснения.

Использование: в технике очистки сточных вод с использованием в качестве источника ионизирующего излучения ускорителя электронов. Реакционная камера включает корпус, вертикальные перегородки, разделяющие корпус на отсеки накопления, электронной радиации, слива обработанной жидкости и нагнетания воздуха, закрепленную на перегородках перфорированную горизонтальную диафрагму, на которой закреплены переливные перегородки и поперечные вертикальные отражатели, уставленные в отсеке электронной радиации. Переливные перегородки имеют форму прямоугольной трапеции, высота которой равна ширине отсека электронной радиации, меньшее основание равно высоте пенного слоя. Переливные перегородки установлены таким образом, что их меньшее основание обращено к той боковой стенке отсека электронной радиации, к которой крепится ближний к ней поперечный вертикальный отражатель, а сами переливные перегородки и поперечные вертикальные отражатели изготовлены из диэлектрического материала. 5 ил.

Реакционная камера, содержащая корпус, вертикальные не доходящие до верха корпуса перегородки, разделяющие его на отсеки накопления электронной радиации, слива обработанной жидкости и нагнетания воздуха, закрепленную на перегородках перфорированную горизонтальную диафрагму, перфорированный трубопровод для подачи сжатого воздуха, размещенный под диафрагмой, переливные перегородки и поперечные вертикальные отражатели, установленные в отсеке электронной радиации и закрепленные нижними концами на горизонтальной диафрагме, отличающаяся тем, что, с целью повышения производительности и качества очистки, высота поперечных вертикальных отражателей равна высоте отсека электронной радиации, а длина выражается зависимостью

где l длина поперечного вертикального отражателя;
d ширина отсека электронной радиации;
L длина отсека электронной радиации, причем L < (d•m)/2;
m число поперечных вертикальных отражателей,
вертикальные отражатели закреплены одной боковой стороной к вертикальной боковой стенке корпуса отсека электронной радиации, при этом нечетные отражатели закреплены на одной боковой стенке, а четные на противоположной боковой стенке, переливные перегородки имеют форму прямоугольной трапеции, высота которой равна ширине отсека электронной радиации, меньшее основание равно высоте пенного слоя, при этом переливные перегородки установлены таким образом, что их меньшее основание обращено к той боковой стенке отсека электронной радиации, к которой крепится ближний к ней поперечный вертикальный отражатель, а сами переливные перегородки и поперечные вертикальные отражатели изготовлены из диэлектрического материала, горизонтальная диафрагма на пристеночных участках на расстоянии 10 15 мм от боковых стенок и отражателей выполнена с диаметром отверстий в 5 10 раз больше, чем в центральной части диафрагмы.