УСТРОЙСТВО ДЛЯ УДАЛЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ НЕФТЕСОДЕРЖАЩИХ ЖИДКОСТЕЙ Российский патент 2003 года по МПК C02F1/40 C02F1/48 C02F1/48 C02F101/32 

Изобретение относится к устройствам для забора поверхностного слоя (например, масла) нефтесодержащих сточных вод или других несмешивающихся жидкостей и может быть использовано для сбора нефтепродуктов с поверхностей водоемов, рек, морей и океанов, а также в очистных сооружениях водоснабжения и канализации в химической, металлообрабатывающей и других отраслях промышленности при очистке технологических, смазочно-охлаждающих жидкостей от органических примесей.

Заявляемое изобретение направленно на решение задачи, заключающейся в обеспечении повышения качества и производительности удаления поверхностного слоя нефтесодержащих сточных вод.

Известно устройство для удаления поверхностного слоя нефтесодержащих жидкостей (см. Патент РФ 2035958. Устройство для удаления поверхностного слоя нефтесодержащих жидкостей. М.кл. В 01 D 17/02, Е 02 В 15/04, опубл. в БИ 15, 1995 г.), включающее плавающее маслосборное средство, удерживаемое на поверхности с помощью механизма пантографного типа, подвижную металлоконструкцию с укрепленным на ней набором грузовых пластин для регулировки положения маслосборного средства на поверхности жидкости и сливную систему для удаления масла, причем маслосборное средство выполнено в виде установленных на общей раме привода и связанных с ним цепной передачей двух вращающихся на встречу друг другу пустотелых цилиндров и размещенного между ними скребка в форме лотка, который сообщен со сливной системой, при этом рама шарнирно соединена с механизмом пантографного типа. К недостаткам этого устройства можно отнести большое количество воды, уносимой вместе с нефтепродуктами, имеющими "рыхлую структуру", например, после флотации или при удалении органической фазы, полученной в результате разложения отработанных СОЖ. Вызвано это следующими обстоятельствами. С целью повышения производительности и качества разделения органических примесей от воды используют флотацию, при которой пузырьки воздуха выносят на поверхность жидкости плохо эмульгированные и частично эмульгированные органические вещества. Вместе с пузырьками воздуха и органическими частицами на поверхности образуется так называемый пенный продукт, имеющий как бы рыхлую структуру, содержащий большое количество воды. Поэтому барабаны в известном устройстве захватывают эту водную фазу вместе с органическими веществами и в дальнейшем приходится осуществлять декантацию или центрифугирование, что сопряжено с дополнительными затратами.

Известно также устройство для удаления поверхностного слоя нефтесодержащих жидкостей (см. Патент РФ 2042638. Устройство для удаления поверхностного слоя нефтесодержащих жидкостей. М.кл. C 02 F 1/40, опубл. в БИ 24, 1995 г.), включающее маслосборное средство, удерживаемое на поверхности с помощью механизма пантографного типа, металлоконструкцию с укрепленным на ней набором грузовых пластин для регулировки положения маслосборного средства, сливную систему для удаления масла, причем маслосборное средство выполнено в виде установленных на общей раме привода и связанных с ним цепной передачей двух вращающихся пустотелых цилиндров с волнообразной боковой поверхностью и размещенного между ними скребка в виде лотка, сообщенного со сливной системой, при этом рама шарнирно соединена с механизмом пантографного типа.

К недостаткам указанного устройства можно отнести следующее. Хотя наличие развитой волнообразной боковой поверхности и приводит к некоторому вытеснению воды из удаляемого поверхностного слоя нефтесодержащих жидкостей из-за усиления действия сил поверхностного натяжения (особенно во впадинах волнообразной поверхности), однако в удаленном продукте все же остается достаточно большое количество водной фазы, выносимой вместе с мелкими пузырьками воздуха (например, после флотации или разложения отработанных СОЖ), в результате чего качество удаляемого поверхностного слоя нефтесодержащих жидкостей снижается. Кроме того, в устройстве нельзя управлять вязкостью (в частности, при удалении поверхностного слоя в моечных машинах, когда температура жидкости доводится до 80-90^oС, вязкость нефтепродуктов уменьшается и в итоге качество удаления их снижается).

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является выбранное в качестве прототипа устройство для удаления поверхностного слоя нефтесодержащих жидкостей (см. Патент РФ 2139252. Устройство для удаления поверхностного слоя нефтесодержащих жидкостей. М.кл. C 02 F 1/40, опубл. в БИ 28, 1999 г.), включающее плавающее маслосборное средство с возможностью удержания его на поверхности с помощью механизма пантографного типа и выполненное в виде установленных на общей раме двух пустотелых герметичных цилиндров с гладкой или волнообразной поверхностью с возможностью вращения навстречу друг другу и размещенного между ними лотка с возможностью касания с поверхностями пустотелых цилиндров, сливную систему, сообщенную с лотком, механизм привода, связанного цепной передачей с двумя пустотелыми цилиндрами, металлоконструкцию с укрепленным на ней набором грузовых пластин, связанную с плавающим маслосборным средством и служащую для регулировки положения последнего, два валка с рифленой боковой поверхностью, смонтированные на общей раме параллельно двум пустотелым герметичным цилиндрам с противоположных сторон с небольшим зазором между поверхностями самих валков и цилиндров с возможностью вращения навстречу друг другу.

У прототипа и заявляемого изобретения имеются следующие сходные существенные признаки: наличие плавающего маслозаборного средства, удерживаемого на поверхности нефтесодержащих жидкостей с помощью механизма пантографного типа и выполненного в виде установленных на общей раме двух вращающихся навстречу друг другу пустотелых герметичных цилиндров с гладкой или волнообразной боковой поверхностью, имеющих возможность забирать с поверхности жидкости всплывшие после ее отстоя нефтепродукты, реализуя тем самым их отделение от водной фазы; лоток, стенки которого выполняют роль скребков и размещенный между пустотелыми цилиндрами с возможностью соприкосновения с ними; сливная система, служащая для удаления отделенных от воды органических веществ, исключающая их повторное перемешивание с водной фазой; механизм привода, служащий для вращения пустотелых герметичных цилиндров с помощью цепной или клиноременной передач; металлоконструкция с укрепленным на ней набором грузовых пластин для регулировки положения маслосборного средства; два валка с рифлеными боковыми поверхностями, смонтированные на общей раме параллельно пустотелым цилиндрам с противоположных сторон с небольшим зазором между поверхностями самих валков и цилиндров с возможностью вращения навстречу друг другу.

К недостаткам указанного устройства можно отнести следующее. Хотя наличие двух валков с рифлеными боковыми поверхностями способствует вытеснению некоторого количества водной фазы из удаляемой водомасляной смеси, однако в удаленном продукте все же остается вода.

Поэтому техническая задача заключается в вытеснении воды из удаляемого продукта.

Для решения поставленной задачи заявляемое изобретение - устройство для удаления поверхностного слоя нефтесодержащих жидкостей - содержит следующие выраженные определенными понятиями существенные признаки, совокупность которых направлена на решение только одной, связанной с целью изобретения задачи. Устройство включает плавающее маслосборное средство, удерживаемое на поверхности нефтесодержащих жидкостей с помощью механизма пантографного типа и выполненное в виде установленных на общей раме двух вращающихся навстречу друг другу пустотелых герметичных цилиндров с гладкой или волнообразной боковой поверхностью и размещенного между ними лотка, стенки которого выполняют роль скребков, сливную систему, сообщенную с лотком; механизм привода, связанного цепной передачей с двумя вращающимися пустотелыми цилиндрами; металлоконструкцию с укрепленным на ней набором грузовых пластин для регулировки положения маслосборного средства; два валка с рифленой боковой поверхностью, смонтированных на общей раме параллельно пустотелым цилиндрам с противоположных сторон с небольшим регулируемым зазором δ между боковыми поверхностями самих валков и пустотелых цилиндров с возможностью вращения навстречу друг другу (валков и цилиндров). По отношению к прототипу у заявляемого изобретения имеются следующие отличительные признаки. Внутренние полости двух вращающихся навстречу друг другу пустотелых герметичных цилиндров плавающего маслосборного средства снабжены соосно расположенными и разделенными на несколько частей в окружном направлении постоянными магнитами, причем магниты во внутренних полостях размещены в осевом направлении в несколько рядов и разделены шайбами из немагнитных материалов, а одинаковые полюса N или S направлены навстречу друг к другу (т.е. магниты отталкиваются друг от друга как в осевом, так и в окружном направлениях).

Между отличительными признаками и целью изобретения существует следующая причинно-следственная связь. Наличие во внутренних плоскостях двух пустотелых цилиндров плавающего маслосборного средства постоянных магнитов, размещенных в них одноименными полюсами навстречу друг другу, способствует интенсификации вытеснения из удаляемой водомасляной смеси водной фазы, в результате чего повышается качество и производительность удаления нефтепродуктов с поверхностного слоя жидкостей.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности существенных признаков аналога позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявляемом устройстве для удаления поверхностного слоя нефтесодержащих жидкостей, изложенных в формуле изобретения. Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию "Новизна".

Для проверки соответствия заявляемого изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного устройства для удаления поверхностного слоя нефтесодержащих жидкостей. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает явным образом для специалиста из известного уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата. Описываемое изобретение не основано на изменении количественных признаков, представлении таких признаков во взаимосвязи, либо изменении ее вида. Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 изображено устройство - общий вид; на фиг.2 - вид А на фиг.1; на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.2.

Устройство состоит из плавающего маслосборного средства, включающего пустотелые герметичные цилиндры 1 (фиг.1, 2, 3) с гладкой или волнообразной поверхностью с возможностью вращения навстречу друг другу, смонтированные на общей раме 2, механизм пантографного типа 3, закрепленного с помощью шарниров 4 к емкости с жидкостью 5, два валка 6 с рифленой боковой поверхностью, смонтированные также на общей раме 2 параллельно двум пустотелым цилиндрам 1 с противоположных сторон с небольшим регулируемым зазором δ между боковыми поверхностями валков и пустотелых цилиндров с возможностью вращения навстречу цилиндрам с помощью цепной или ременной передач 7, размещенный между пустотелыми цилиндрами лоток 8 с возможностью касания с поверхностями цилиндров, сливную систему 9, сообщенную с лотком 8 и сливным патрубком 10, клиноременную (или цепную) передачу 11, служащую для передачи вращательного движения второму цилиндру навстречу первому, механизма привода 12, смонтированного неподвижно на емкости 5 и служащего для вращения пустотелых цилиндров 1 с помощью цепных передач 13 и 14, металлоконструкцию 15 с укрепленным на ней набором грузовых пластин 16 для регулировки положения маслосборного средства, входного 17 и сливного 18 патрубков, служащих для подвода загрязненной и отвода очищенной жидкости после ее отстоя и удаления поверхностного слоя 19. Внутри пустотелых цилиндров 1 размещены соосно в осевом направлении в несколько рядов постоянные магниты 20 (фиг.3) и разделенные на части в окружном направлении, между которыми встроены шайбы 21 из немагнитного материала. Причем все части магнитов смонтированы так, чтобы одноименные полюса N (или S) были бы направлены навстречу друг другу как в осевом, так и в окружном направлениях с возможностью отталкивания друг от друга.

Устройство работает следующим образом. Загрязненная жидкость через патрубок 17 сливается в емкость 5 (фиг.1, 2), где флотируется и отстаивается. На поверхность жидкости после отстоя всплывают органические вещества (в частности нефтепродукты), образуя поверхностный слой 19, имеющий рыхлую структуру. При включении привода 12 вращающиеся с помощью цепных или ременных передач 11, 13 и 14 пустотелые герметичные цилиндры 1, смонтированные на общей раме 2, начинают забирать поверхностные слои органических веществ 19 за счет адгезии (прилипания этих веществ к поверхности цилиндров). Прилипшие органические вещества с поверхности цилиндров 1 удаляются затем стенками лотка 8 и сливаются через сливную систему 9 и патрубок 10 наружу в специальную емкость (не показана). Для улучшения качества удаляемого поверхностного слоя 19 служат валки 6 с рифленой боковой поверхностью, смонтированные также на общей раме 2 с небольшим зазором δ между цилиндрами 1 и валками 6. Попадая в зазор, пузырьки воздуха разрушаются, а водная фаза выдавливается из поверхностного слоя валками с рифленой поверхностью 6 и цилиндрами 1. Причем валки 6 вращаются по отношению к цилиндрам навстречу друг другу с помощью передачи 7. С целью реализации плоскопараллельного перемещения маслосборного средства в устройстве предусмотрен механизм пантографного типа 3, прикрепленный к верхней части емкости 5 с помощью шарниров 4. Для удержания наплаву маслосборного средства служит металлоконструкция 15 с набором грузовых пластин 16. Очищенная жидкость затем через патрубок 18 сливается в специальную емкость (не показана). С целью интенсификации процесса удаления водной фазы из водомасляной смеси внутренние полости двух вращающихся навстречу друг другу пустотелых цилиндров 1 плавающего маслосборного средства снабжены соосно расположенными и разделенными на несколько частей в окружном направлении постоянными магнитами 20 (фиг.3), размещенными в осевом направлении в несколько рядов и разделенными шайбами 21 из немагнитных материалов, а одинаковые полюса N или S направлены навстречу друг другу (т.е. магниты отталкиваются друг от друга как в осевом, так и окружном направлениях).

Интенсификация процесса удаления водной фазы из смеси "вода-масло" (т.е. водомасляной смеси) вызвана, по мнению авторов, следующими обстоятельствами. Обрабатываемая водная фаза, содержащаяся в СОЖ, состоит из воды, ионов тяжелых металлов, солей, ингибиторов коррозии, антимикробных присадок, противозадирных присадок и т.д., а также масло представляют собой сложную гетерогенную систему и обладает некоторой электропроводностью, поэтому при относительном их перемещении в магнитных полях в них возбуждается небольшой электрический ток, т. е. имеет место (точнее сказать) не магнитная, а электромагнитная обработка (см. , например, кн. Классен В.И. Вода и магнит. М.: Наука, 1973 г, с. 16). Поэтому изменяются и свойства воды, масла и других компонентов, входящих в их состав. Изменение физико-химических свойств смеси усиливается при воздействии на них неоднородного магнитного поля, которое можно реализовать путем вращения магнитного барабана, т.е. пустотелых герметичных цилиндров, внутри которых соосно в осевом направлении размещены в несколько рядов постоянные магниты, разделенные на части в окружном направлении, причем все части смонтированы так, что одноименные полюса N (или S) направлены в месте стыка навстречу друг другу как в осевом, так и в окружном направлениях с возможностью отталкивания друг от друга (фиг.3), что усиливает неоднородность магнитных полей при вращении цилиндров с магнитами 1 (фиг.1, 2, 3). Все это приводит к изменению таких свойств воды и масла, как: ускорение коагуляции взвешенных частиц в воде; образование кристаллов солей; изменение смачивания твердых поверхностей; ускорение и усиление адсорбции; ускорение растворения твердых примесей; изменение концентрации растворенных газов (см. там же на стр. 25); изменение проницаемости воды. По мнению авторов из-за наличия различных свойств у воды и масла диполи под воздействием неоднородного магнитного поля в этих фазах ориентируются по-разному и по-видимому вода, имеющая лучшую проницаемость, чем масло, начинает вытесняться из водомасляной смеси, что подтверждено экспериментально.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного устройства для удаления поверхностного слоя нефтесодержащих жидкостей следующей совокупности условий.

Устройство, включающее заявленное изобретение при его осуществлении, предназначено для использования сбора нефтепродуктов с поверхностей водоемов, рек, морей, океанов (при установке устройства, например, на носовой части судна), а также в очистных сооружениях водоснабжения и канализации, очистке ливневых вод, в моечных машинах, при очистке СОЖ и других жидкостей в химической, металлообрабатывающей и других отраслях промышленности. Как показали экспериментальные исследования, количество водной фазы в удаляемой водомасляной смеси сократилось на 30-40%.

Для заявленного устройства для удаления поверхностного слоя нефтесодержащих жидкостей в том виде, как оно охарактеризовано в независимости пункта формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов.

Устройство для удаления поверхностного слоя нефтесодержащих жидкостей, воплощающее заявленное изобретение, соответствует критерию "Промышленная ценность".

Заявленное решение не оказывает отрицательного воздействия на состояние окружающей среды, а наоборот позволит оздоровить экологическую обстановку.

Изобретение возможно использовать в очистных сооружениях водоснабжения и канализации в химической, металлообрабатывающей и других отраслях промышленности, а также для удаления нефтепродуктов с поверхностей водоемов. Устройство включает плавающее маслосборное средство с механизмом пантографного типа, выполненное в виде установленных на общей раме двух вращающихся навстречу друг другу пустотелых герметичных цилиндров с гладкой или волнообразной боковой поверхностью и размещенного между ними лотка, стенки которого выполняют роль скребков. Два валка с рифленой боковой поверхностью, смонтированы на общей раме параллельно двум пустотелым цилиндрам с противоположных сторон с регулируемым зазором между боковыми поверхностями валков и цилиндров с возможностью вращения навстречу друг другу (валков и цилиндров). Внутренние полости цилиндров плавающего средства снабжены соосными и разделенными на несколько частей в окружном направлении постоянными магнитами, размещенными в несколько рядов и разделенными шайбами из немагнитных материалов. Одинаковые полюса направлены навстречу друг другу. Технический результат состоит в повышении качества удаления поверхностного слоя. 3 ил.

Устройство для удаления поверхностного слоя нефтесодержащих жидкостей, включающее плавающее маслосборное средство с возможностью удержания его на поверхности с помощью механизма пантографного типа и выполненное в виде установленных на общей раме двух пустотелых герметичных цилиндров с гладкой или волнообразной поверхностью с возможностью вращения навстречу друг другу и размещенного между ними лотка с возможностью касания с поверхностями пустотелых цилиндров, сливную систему, сообщенную с лотком, механизм привода, связанного цепной передачей с двумя пустотелыми цилиндрами, металлоконструкцию с укрепленным на ней набором грузовых пластин, связанную с плавающим маслосборным средством и служащую для регулировки положения последнего, два валка с рифлеными боковыми поверхностями, смонтированных на общей раме параллельно двум пустотелым герметичным цилиндрам с противоположных сторон с небольшим зазором между поверхностями самих валков и цилиндров с возможностью вращения навстречу друг другу, отличающееся тем, что внутренние полости двух вращающихся навстречу друг другу пустотелых герметичных цилиндров плавающего средства снабжены соосно расположенными и разделенными на несколько частей в окружном направлении постоянными магнитами, размещенными в осевом направлении в несколько рядов и разделенными шайбами из немагнитных материалов, а одинаковые полюса N или S направлены навстречу друг другу с возможностью отталкивания друг от друга как в осевом, так и в окружном направлениях.