ВИБРАЦИОННЫЙ СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ТЕКУЧИХ СМЕСЕЙ НА НЕСУЩИЙ ПОТОК И ДОПОЛНИТЕЛЬНУЮ СОСТАВЛЯЮЩУЮ Российский патент 2008 года по МПК B01D5/00 B01D37/00 B01D61/00 

Изобретение относится к области разделения текучих смесей на несущий поток и дополнительные составляющие.

Рассматриваемые текучие смеси соответствуют таким различным физическим средам, которые включают много составляющих. Они могут быть однородными, то есть могут включать только жидкости и газы, или неоднородными, то есть могут состоять из, по меньшей мере, одной жидкой или газообразной фазы и, по меньшей мере, одной дополнительной жидкой, газообразной, твердой или коллоидальной фазы.

В большом числе использований необходимо разделять составляющие текучей смеси, например, с одной стороны, на несущий поток и, с другой стороны, на дополнительные составляющие. Для этого, используются различные способы, такие как фильтрация с помощью мембран, нано- и микрофильтрация, обратный осмос, мембранные жидкие эмульсии или их комбинации, а также способы механического, ультразвукового, электрического, магнитного или комбинированного (например, электромагнитного) разделения или способы дистилляции.

Текучие смеси могут быть очень разнообразными, поэтому в дальнейшем используются термины «физическая среда» вместо «текучая смесь», а также «несущая среда» вместо «несущий поток» и «разделяемая среда» вместо «дополнительная составляющая».

Известны способ и устройства разделения физических сред с помощью статической и динамической фильтрации. Они используют следующие базовые принципы:

- разделяют объем устройства на две зоны с помощью разделяющего устройства, в одной из которых с помощью источника статического или импульсного типа осуществляют воздействие на физическую среду, например воздействуют на указанную среду с помощью насоса и создают благодаря этому разность давлений с разных сторон фильтра;

- действуют на разделяющее устройство, например на фильтр, с помощью дополнительного воздействия, например с помощью обратного потока жидкости, и, таким образом, очищают поры фильтра на всей его площади с удалением элементов, которые забивают и блокируют его функционирование;

- разделяют с помощью вышеуказанных воздействий физическую среду (которую нужно очистить) и элементы, которые необходимо отделить, и раздельно их отводят за пределы устройства.

Основными недостатками существующих способов и устройств очистки и разделения физических сред являются следующие:

- значительные энергетические затраты на очистку физических сред,

- небольшой срок службы устройств разделения, например фильтров, и необходимость их частой замены при реализации статических способов фильтрации,

- регенерация систем разделения, например фильтров, связана со значительными дополнительными материальными и энергетическими затратами, а также с использованием высоких скоростей и/или турбулентных потоков по всему периметру очищаемых фильтров,

- разрушающее воздействие турбулентных потоков с высокими скоростями на отделяемые составляющие в случае необходимости их дальнейшего использования,

- низкий номинальный коэффициент полезного действия устройств, вызванный непрерывным закупориванием пор фильтров, и необходимость использования, в связи с этим, материалов с ограниченным диаметром пор для того, чтобы сократить скорость их закупоривания,

- значительные временные затраты на очистку систем разделения, например фильтров, вследствие чего уменьшается их номинальный коэффициент полезного действия из-за нарушения непрерывности функционирования, вызываемой доставкой отдельных элементов на поверхность фильтров и в их поры.

Известны также способ и устройства разделения физических сред путем их дистилляции.

Они основываются на изменении состояния физической среды, например жидкости, которая в результате нагревания испаряется, а затем охлаждается.

Основными недостатками способа и реализующих его устройств являются следующие:

- низкие эффективность и коэффициент полезного действия, обусловленные значительными затратами энергии и физической среды,

- сложность конструкции,

- большая длительность цикла,

- высокая стоимость установок и их эксплуатации, что, в конце концов, ограничивает их применение в основном в лабораториях и научных центрах в области фармакологии, биологии и химии.

Задачей настоящего изобретения является устранение указанных недостатков с помощью средства очистки физических сред, имеющего более высокий коэффициент полезного действия и позволяющий значительно уменьшить временные и энергетические затраты.

Объектом изобретения является способ разделения текучей смеси на основную и вспомогательные составляющие с помощью устройства разделения, состоящего из устройства, по которому поступает текучая смесь, камеры разделения, содержащей первое и второе отделения и средство разделения, устройства отвода несущей среды и устройства отвода дополнительных составляющих, с помощью которого поток текучей смеси вводится во входное устройство таким образом, чтобы текучая смесь, попавшая в первое отделение, разделилась с помощью средства разделения на основной поток, который накапливается во втором отделении, и на дополнительные составляющие, которые остаются в первом отделении, и выводятся соответственно устройством отвода несущей среды и устройством отвода дополнительных составляющих. В соответствии с изобретением в устройстве поступления текучей смеси ее поток подвергают воздействию, по меньшей мере, одного первого периодического воздействия первой частоты и в первом отделении воздействию, по меньшей мере, одного второго периодического воздействия второй частоты, причем отношение частот первого и второго периодических воздействий должно быть более 10, регулируют подачу входящей текучей смеси, расход отвода несущей среды и расход отвода дополнительных составляющих. Используемые периодические воздействия могут быть различного типа и, в частности, могут быть представлены механическим, акустическим, ультразвуковым, термическим, электрическим, магнитным или смешанным воздействием, например электромагнитным, электромеханическим и т.д.

Кроме того, существует возможность введения в средство разделения, по меньшей мере, одного третьего периодического воздействия.

Большие преимущества позволяет получить регулировка различных используемых периодических воздействий по частоте и/или амплитуде в зависимости, по меньшей мере, от следующих показателей - расход текучей смеси, расход несущего потока и расход дополнительных составляющих.

Средство разделения может содержать, по крайней мере, одну мембрану.

По мере поступления текучей смеси в первое отделение, осуществляют ее мелкодисперсное распыление (пульверизацию) или микронизацию с тем, чтобы получить среду, содержащую частицы, с размерами, меньшими одного микрона. Затем, с помощью периодических воздействий, добиваются осаждения (конденсации) вышеуказанных мелкодисперсных частиц текучей смеси и, таким образом, разделяют ее на несущую среду и дополнительные составляющие. Для облегчения распыления (пульверизации) или микронизации текучей смеси, ее можно подвергнуть периодическому воздействию, такому, например, как микроволновое или ультразвуковое воздействие, а также их комбинациям. Для разделения микронизированной текущей смеси на несущую и дополнительные составляющие можно создать волны потока несущей среды с помощью, по крайней мере, одного периодического воздействия, формируемого с помощью устройства конденсации (осаждения), состоящего из серии перегородок. В частности, данный процесс может быть использован для опреснения морской воды, где текучей смесью является морская вода, несущей жидкостью - пресная вода, а дополнительной составляющей - вода со значительной концентрацией соли.

Изобретение включает также устройство для осуществления процесса разделения в соответствии с настоящим изобретением. Данная установка состоит из устройства подвода текучей смеси, разделительной камеры, устройства отвода несущего потока и устройства отвода дополнительных составляющих. Вышеуказанная разделительная камера включает в себя первое отделение, второе отделение и разделительное устройство. Кроме того, устройство подвода текучей смеси содержит, по меньшей мере, одно устройство, позволяющее осуществить воздействие на указанную выше смесь первым периодическим воздействием, а первое отделение содержит, по крайней мере, одно устройство, позволяющее осуществить воздействие на текучую смесь, по меньшей мере, одним вторым периодическим воздействием. В соответствии с изобретением установка содержит также средства управления и регулирования устройством подвода текучей смеси, устройством отвода несущей среды, устройством отвода дополнительных составляющих, а также устройствами, предназначенными для возбуждения, по крайней мере, одного из первых и одного из вторых периодических воздействий.

По меньшей мере, одно устройство, предназначенное для возбуждения периодического воздействия, может быть представлено, например, свистком или сиреной, приводимой в действие подводимым потоком текучей смеси.

В соответствии с изобретением установка может содержать, по меньшей мере, одно средство для возбуждения электромагнитного и/или термического периодического воздействия на подводимый поток текучей смеси, по меньшей мере, одно средство для возбуждения механического или ультразвукового периодического воздействия, средство распыления (пульверизации) текучей смеси в виде пара и/или аэрозоли, средство разделения (конденсации) текучей смеси на несущую и дополнительные составляющие, состоящее из, по крайней мере, одного устройства статического типа, содержащего чередующиеся перегородки разной высоты, формирующие стоячие волны текучей среды, или устройство динамического типа, приводимое в действие свистком или сиреной, или же устройства, воздействующего посредством охлаждения или замораживания, и средства для формирования периодического воздействия электромагнитного и/или термического типа для разогрева несущей среды. Кроме того, установка может содержать устройство для отвода несущего потока и устройство для отвода дополнительных составляющих, которые могут быть представлены всасывающими насосами и регулирующими вентилями, устройство питания и регулирования периодических воздействий.

Далее изобретение будет рассмотрено более детально в соответствии с прилагаемыми чертежами, на которых:

на фиг.1 схематично представлена установка по разделению физической среды, например текучей смеси, реализующая способ разделения с помощью мембраны,

на фиг.1 схематично представлена установка по разделению физической среды, такой как текучая смесь, реализующая способ разделения путем распыления (пульверизации),

на фиг.3 схематично представлена установка по опреснению морской воды.

Установка, представленная на фиг.1, содержит разделительную камеру 1, в которой физическая среда разделяется на несущую среду и разделяемую среду с помощью средства разделения 3, которое делит камеру 1 на два отделения 4 и 6. Первое отделение 6 представляет собой емкость, служащую для накапливания несущей среды, а второе отделение 4 представляет собой емкость, служащую для накапливания разделяемой среды. Средством разделения 3 может являться, например, фильтрирующая или микрофильтрирующая мембрана, мембрана нанофильтрации или осмотическая мембрана. Устройство подвода текучей смеси 2 позволяет направить физическую среду в разделительную камеру 1, в ее первое отделение 6, в котором накапливается разделяемая среда. Это устройство подвода текучей смеси 2 может состоять, например, из трубопровода, насоса и вентиля. Устройство удаления несущей среды 8 обеспечивает регулируемое удаление потока несущей среды. Данное устройство может состоять, например, из трубопровода, регулируемого вентиля и/или отводящего насоса. Устройство удаления дополнительных составляющих 9 обеспечивает регулируемый отвод среды дополнительных компонентов. Это устройство может состоять, например, из трубопровода, регулируемого вентиля и/или отводящего насоса. Установка включает также устройство 11, предназначенное для формирования периодического воздействия, действующего на физическую среду в устройстве подвода текучей смеси 2, второе устройство 12, служащее для формирования второго периодического воздействия, действующего на физическую среду в первом отделении 6, третье устройство 13, служащее для формирования третьего периодического воздействия, действующего на средство разделения 3. Источник 10, регулируемый с помощью электронного устройства регулирования 10а, осуществляет питание внешних периодических воздействий, представленных устройствами 11, 12 и 13, которые предназначены для воздействия на физическую среду и на средство разделения 3.

Физическая среда может быть представлена жидкой средой, газообразной средой или их смесью, в составе которой могут находиться жидкости, газы, коллоидальные или твердые тела, а также их комбинации.

Разделяемая среда (элементы и вещества, которые надо отделить) может состоять из органических и/или неорганических соединений, в состав которых могут входить жидкости, газы, коллоидные смеси, твердые вещества, а также их комбинации.

Система разделения 3 может быть сформирована, по крайней мере, из одного фильтрирующего устройства или элемента мембранной фильтрации, нанофильтрации, обратного осмоса, мембраны жидкостного или эмульсионного типа или же комбинации данных устройств, элементов и систем, а также устройством разделения механического, ультразвукового, электрического и/или магнитного типа или же их комбинацией.

Расположение системы 3 по отношению к горизонтали (или по отношению к базовой плоскости устройства) может быть произвольным: горизонтальным, вертикальным или под произвольным углом.

Если система разделения 3 выполнена, например, в виде цилиндра, образовывая вращающуюся деталь центрифуги, то отделение 6, в которое поступает поток физической среды и в котором затем накапливается разделяемая среда, должно находиться внутри данного цилиндра, а отделение 4, служащее для накопления несущей среды, должно находиться за пределами данного цилиндра.

Устройства 11, 12 и 13, предназначенные для формирования периодических воздействий, могут быть реализованы, по меньшей мере, в виде одного устройства ультразвукового действия, например свистка, сирены, пьезоэлектрического вибратора или в виде их комбинации, по меньшей мере, одного устройства магнитострикционного, магнитного или электромагнитного типа, создающих, например, магнитное или электромагнитное поле соответствующей формы и интенсивности, а также, наконец, они могут быть представлены разнообразными комбинациями вышеперечисленных типов устройств и систем. Система питания 10 обеспечивает необходимые рабочие режимы устройств 11, 12 и 13, служащих для возбуждения периодических воздействий, и включает регулятор 10а, позволяющий изменять частоту и амплитуду подаваемой энергии в зависимости от рабочего режима данных устройств. Таким образом, системы 10 и 10а обеспечивают регулирование расхода устройств путем изменения частоты и амплитуды периодических воздействий на обрабатываемые среды, а также регулирование устройств, обеспечивающих отвод этих сред. В качестве источника энергии могут быть использованы потоки обрабатываемой и несущей сред. Это, в частности, может иметь место, когда устройствами, служащими для возбуждения периодических воздействий, являются свистки или сирены.

Отношение частот первого и второго периодических воздействий, которые воздействуют на физическую среду, должно быть более 10. Таким образом, частота второго воздействия должна быть, по меньшей мере, в 10 раз выше частоты первого воздействия или же наоборот, частота первого воздействия должна быть, по меньшей мере, в 10 раз выше частоты второго воздействия.

Устройства 11, 12 и 13, позволяющие формировать периодические воздействия, могут относиться к одному и тому же (единственному) типу периодических воздействий.

В соответствии со схемой, представленной на фиг.1, процесс очистки и разделения физической среды или текучей смеси на несущую среду (или на несущий поток) и на разделяемую среду (или на дополнительные составляющие) обеспечивается следующим способом:

- регулируемый поток физической среды, подводимый устройством подвода текучей смеси 2, направляется в отделение 6 камеры разделения 1;

- во время своего перемещения, непосредственно перед своим попаданием в отделение 6, физическая среда подвергается, по крайней мере, одному воздействию первого периодического воздействия с помощью устройства 11, а затем, непосредственно в отделении 6, подвергается воздействию второго периодического воздействия с помощью устройства 12. Вышеуказанные воздействия создают условия для концентрации разделяемой среды под влиянием механических, электромагнитных, акустических и/или комбинаций этих вибраций и для отвода данной среды с помощью устройства отвода дополнительных составляющих 9 в регулируемом режиме.

В отделении 6 физическая среда вступает во взаимодействие с системой разделения 3, к которой подводится вибрационное воздействие, обеспечивающее условия его автоматической очистке и его непрерывной работе в стационарном режиме, например, поверхность системы разделения 3 подвергается воздействию турбулентных потоков, создаваемых вращающимся диском определенной формы.

Получаемая в результате разделения и очистки несущая среда отводится за пределы камеры разделения 1 с помощью устройства 8 отвода несущей жидкости в регулируемом режиме.

В другой реализации, представленной на фиг.2, устройство состоит из разделительной камеры 21, в которой физическая среда разделяется на несущую среду и разделяемую среду с помощью системы разделения 23, которая, в свою очередь, делит камеру 21, как минимум, на два отделения 24 и 26. Несущая среда накапливается в отделении 24, а в отделении 26 накапливается разделяемая среда. Устройство разделения 23 состоит из системы микронизации и распыления (пульверизации) 23а, которое может быть представлено, например, инжектором, и системы конденсации 23b. Устройство подвода текучей смеси 22 позволяет ввести физическую среду в камеру разделения 21, в ее отделение 26, через устройство микронизации и пульверизации 23а так, чтобы физическая среда попадала в отделение 26 в распыленном виде. Устройство подвода текучей смеси 22 может состоять, например, из системы, включающей трубопровод, насос и вентиль. Устройство отвода несущей среды 28 обеспечивает регулируемый отвод разделяемой среды. Данное устройство состоит, например, из системы, включающей трубопровод, регулируемый вентиль и/или отводной насос. Устройство отвода дополнительных составляющих 29 обеспечивает регулируемый отвод разделяемой среды. Данное устройство может состоять, например, из системы, включающей трубопровод, регулируемый вентиль и/или отводной насос. Кроме того, установка включает устройство 31, предназначенное для формирования первого периодического воздействия на физическую среду в устройстве ввода текучей смеси 22; второе устройство 32, служащее для формирования второго вибрационного воздействия на физическую среду, которое обслуживает распыления и микронизации 23а, третье устройство 33, предназначенное для формирования третьего периодического воздействия, обслуживающее систему 23b; и, наконец, четвертое устройство 34, предназначенное для формирования четвертого периодического воздействия, обслуживающего отделение 24. Источник питания 30, регулируемый посредством электронного устройства 30а, питает устройства 31, 32, 33 и 34, служащие для формирования периодических воздействий на физическую среду и на системы 23а и 23b устройства разделения 23.

Устройство микронизации и мелкодисперсионной пульверизации 23а физической среды может быть представлено, например, механическим и/или акустическим пульверизатором, который распыляет и впрыскивает физическую среду в виде пара и/или аэрозоля с размерами частиц (капелек) молекулярного уровня (ниже одного микрона).

Устройство разделения 23b может быть представлено, например, системой статического типа, содержащей чередующиеся перегородки разной высоты, которые формируют стоячие волны текучей среды, или устройством динамического типа, приводимым в действие свистком или сиреной, вызывающим поступательное продвижение жидкости, или же средством охлаждения или заморозки. Если средством разделения (конденсации) 23b является средство охлаждения и/или заморозки, то такое средство может являться вибрационным, как это описано в заявке на получение французского патента, опубликованного под номером FR 2802118.

В данном случае традиционный способ испарения, который является весьма дорогим и потребляющим большое количество энергии, заменяется технологией впрыска мелкодисперсных компонентов, которая характеризуется в десятки раз меньшими затратами энергии и времени.

Таким образом, устройство разделения 23 представляет собой систему, состоящую, с одной стороны, из инжектора 23а и акустической камеры микронизирующего устройства, обеспечивающего распыление (пульвиризацию) физической среды с тонкой дисперсией, и, с другой стороны, из средства конденсации 23b. Первое отделение 26 представляет собой емкость, в которой накапливается разделяемая среда, а отделение 24 является емкостью для несущей среды.

Каждая из систем вибрационного воздействия 31, 32, 33 и 34 может состоять, по крайней мере, из одного устройства механического типа, например механического вибратора, или устройства ультразвукового воздействия, например сирены или свистка, пьезоэлектрического вибратора, или же устройства, создающего электромагнитное или магнитное поле или излучение соответствующей формы и интенсивности, или, наконец, из различных комбинаций вышеуказанных устройств и систем.

Система питания 30 обеспечивает необходимые рабочие режимы вибрационных систем 31, 32, 33 и 34 и включает регулятор 30а, который позволяет изменять частоту и величину подаваемой энергии в зависимости от рабочих режимов данных вибрационных систем. Таким образом, системы 30 и 30а обеспечивают регулирование пропускной способности устройства посредством изменения частоты и амплитуды периодических воздействий, действующих на разделяемые среды и на устройства регулирования систем отвода этих сред. В качестве источника энергии можно использовать потоки физической и несущей сред.

Физическая среда может быть представлена жидкой или газообразной средой или их смесью, в которые могут входить жидкости, газы, коллоидальные или твердые вещества или комбинации вышеперечисленных сред и веществ. Разделяемая среда (отделяемые компоненты и вещества) может состоять из органических и/или неорганических веществ жидкостного, газообразного, коллоидального или твердого типа или их комбинации.

На фиг.2 представлен процесс очистки и разделения физической среды на несущую среду и на разделяемую среду.

Регулируемый поток физической среды, подаваемый устройством подвода текучей смеси 22, направляется в устройство микронизации и распыления 23а; во время своего перемещения и непосредственно перед своим проникновением в устройство микронизации и распыления (пульвиризации) 23а поток физической среды подвергается, по крайней мере, одному вибрационному воздействию 31, например, с помощью микроволнового излучения, что создает дополнительное благоприятное условие для обработки физической среды в устройстве микронизации и распыления 23а; затем, с помощью периодического воздействия 32, физическая среда микронизацируется и распыляется устройством 23а.

Вышеуказанные воздействия 31 и 32 создают необходимые и достаточные условия для распыления мелкодисперсионной физической среды в виде пара и микрочастиц, и их подготавливают, таким образом, к процессу быстрого охлаждения и/или заморозки в устройстве 23b.

Охлажденные и/или замороженные мелкодисперсные частицы несущей среды, например чистой воды, попадают в отделение 24, в котором они тают под воздействием периодического излучения 34, например микроволнового или другого термического излучения, а затем удаляются с помощью устройства отвода несущей среды 28 в регулируемом режиме. Частицы разделяемой среды, например вода с высоким содержанием соли, температура замерзания которой значительно отличается от температуры замерзания несущей среды, накапливаются в отделении 26, а затем удаляются в регулируемом режиме за пределы системы устройством отвода дополнительных составляющих.

Теперь рассмотрим на частном примере опреснения морской воды использование способа в соответствии с настоящим изобретения.

На фиг.3 представлена схема установки, позволяющая осуществить процесс опреснения морской воды путем разделения соленой воды (физическая среда или текучая смесь) на несущую среду (очищенная вода) и разделяемую среду (вода с высоким содержанием соли) с помощью, по крайней мере, одного средства разделения в соответствии с настоящим изобретением.

Установка, представленная на фиг.3, содержит разделительную камеру 41, в которую направляется регулируемый поток морской воды с помощью устройства подвода текучей смеси 42, и в которой осуществляется разделение на несущую среду и на разделяемую среду. Разделительная камера 41 включает, по меньшей мере, одно вибрационное средство 43 разделения соленой воды на газообразную (испаренную) воду и соленую воду, имеющую повышенную концентрацию соли, и, по меньшей мере, два отделения 44 и 46, в которые подается и в которых осуществляется обработка, соответственно, морской соленой воды, несущей среды и разделяемой среды. Средство разделения 43 является вибрационным устройством. Оно состоит из вибрационного устройства испарения 43а и вибрационного средства конденсации 43b. По меньшей мере, одно устройство 48 отвода несущей среды обеспечивает перемещение полностью испарившихся (газифицированных) молекул воды с помощью устройства 48а, обеспечивающего отвод регулируемого потока несущей среды и конденсацию газообразных (испаренных) молекул воды, что позволяет получить очищенную жидкую среду (чистую воду). По меньшей мере, одно устройство 49 удаления дополнительных составляющих обеспечивает отвод регулируемого потока отделяемой среды. Вибрационное устройство испарения 43а, расположенное на выходе устройства 42 ввода текучей смеси в отделение 46, испаряет морскую воду, которая поступает в разделительную камеру 41. Вибрационное средство конденсации 43b, расположенное между отделениями 44 и 46, позволяет разделить микронизированную и распыленную морскую воду на несущую среду (пар чистой воды) и разделяемую среду (вода со значительным содержанием соли). Средства формирования периодических воздействий 51 и 52 позволяют осуществить периодическое воздействие на подводимый поток морской воды. Средства, формирующие периодические воздействия 53, 54, позволяют осуществить периодические воздействия на несущую среду и разделяемую среду. Управление формированием периодических воздействий 51, 52, 53 и 54 осуществляется путем регулирования с помощью электронного регулятора 50а, являющегося составной частью источника питания 50.

Необходимо отметить, что подводимый регулируемый поток морской воды может также состоять из природной или искусственной соленой воды, или из воды, в состав которой могут входить различные жидкие, газообразные, коллоидальные или твердые составляющие или их комбинации.

Несущая среда может состоять из газообразных (испаренных) молекул воды, мелких капелек воды и пульсирующего (нагнетаемого) воздуха. Нагнетаемый воздух может состоять из элементов, обеспечивающих охлаждение и/или замораживание газообразных (испаренных) молекул воды, полученных путем вибрационной обработки 54.

Разделяемая среда может состоять из концентрированной соленой воды и кристаллов соли, а также из составов, в которые могут входить различные жидкостные, газообразные составляющие, коллоидальные или твердые тела или их комбинации.

Разделительное устройство 43, которое распыляет и впрыскивает соленую воду в виде газа (холодный пар с температурой ниже 100°С) и маленьких капелек соленой воды с размером частиц, не превышающих один микрон, состоит из:

- по меньшей мере, одного устройства 43а микронизации и распыления соленой воды на мелкодисперсные составляющие, например, по меньшей мере, один пневматический, гидравлический распылитель (пульверизатор) и/или их комбинации, или же, например, акустическая система (пьезоэлектрический ультразвуковой вибратор), механическая система (сирена, свисток), магнитная система (магнитострикционый вибратор), электрическая система (отражатель с электродвигателем) или же их комбинации, или комбинации из вышеуказанных пневматических, гидромеханических, электрических, магнитных и акустических систем;

- по меньшей мере, одного устройства конденсации 43b, позволяющего осуществить окончательное отделение газообразных (испаренных) молекул воды и воды, состоящей из микрокапель соленой воды. Таким устройством разделения может служить, например, статическая система, состоящая из чередующихся перегородок, формирующих неподвижную структуру с волнообразной конфигурацией, которая образует стоячие волны и которая позволяет создать волны потока несущей среды. Или же таким устройством конденсации может также служить, например, динамическая система, состоящая из устройства, вызывающего пульсирующее движение обрабатываемой среды посредством воздействия воздушной турбины или вентилятора или же посредством механико-акустической системы (например, сирены или свистка) или их комбинаций. Устройство конденсации 43b может также состоять из комбинации таких статических и динамических устройств.

Устройство 53, позволяющее возбуждать периодические воздействия, представляет собой устройство охлаждения и/или замораживания молекул чистой воды. Оно состоит из системы классической заморозки и/или хладагента, который можно затем легко отделить от несущей среды.

Устройство 48 отвода несущей среды обеспечивает перемещение газообразных (испаренных) молекул воды. Оно может состоять, например, из регулируемого всасывающего вентилятора и/или, как минимум, одного всасывающего пневматического насоса или же их комбинации. Оно включает устройство 48а, обеспечивающее отвод регулируемого потока несущей среды, которое может быть представлено, например, регулировочным вентилем и/или всасывающим насосом центробежного действия, предназначенным для конденсации газообразных (испаренных) молекул воды.

Устройство отвода дополнительных составляющих 49, обеспечивающее отвод регулируемого потока разделяемой среды, может состоять, например, из регулировочного вентиля и/или гидравлического отсасывающего насоса.

Каждое из устройств, формирующее периодические воздействия 51, 52, 53 и 54, может состоять из, по меньшей мере, одного устройства механического типа, например гидравлического, пневматического насоса или их комбинации, или, по меньшей мере, одного устройства ультразвукового действия, например сирены, свистка, пьезоэлектрического вибратора, или же, по меньшей мере, одного устройства, создающего электромагнитное или магнитное поле, или термическое излучение соответствующей формы и интенсивности, или же, наконец, из различных комбинаций вышеуказанных устройств и систем.

Устройство питания 50 обеспечивает необходимые рабочие режимы функционирования устройств, формирующих периодические воздействия 51, 52, 53 и 54, а также устройств распыления 43а и разделения (конденсации) 43b. Оно содержит также регулятор 50а, позволяющий изменять частоту и величину энергии в зависимости от режимов функционирования указанных выше систем, которые данное устройство питания 50 приводит в действие и которыми оно управляет. В соответствии с вышеизложенным устройство питания 50 и устройство регулирования 50а могут обеспечить регулирование производительности (расхода) устройства посредством изменения частоты и амплитуды вибрационных воздействий на обрабатываемые среды, а также обеспечить регулирование рабочих режимов устройства 48 отвода несущей жидкости и устройства 49 отвода дополнительных составляющих, обеспечивая движение и отвод данных сред. В качестве источника энергии могут быть также использованы потоки обрабатываемой среды, несущей среды и разделяемой среды, например, для приведения в действие сирен и свистков.

В соответствии со схемой, представленной на фиг.3, способ опреснения морской воды и, в общем случае, соленой воды, путем ее разделения на несущую и разделяемую среды согласно изобретению реализуется следующим образом.

Регулируемый поток морской воды направляется в устройство микронизации и распыления 43а. Во время своего движения и непосредственно перед своим поступлением в распылительное устройство 43а поток морской воды может быть подвергнут, по меньшей мере, одному периодическому воздействию 51, например термическому излучению (ниже 100°С), что создает дополнительное благоприятное условие для обработки морской воды в устройстве распыления 43а, осуществляющему его микронизацию и распыление в отделении 46.

Действия периодических воздействий 51 и 52 совместно с воздействием устройства микронизации и распыления 43а создают необходимые и достаточные условия для распыления морской воды на мелкодисперсные составляющие в виде газообразной (испаренной) воды, например холодного пара (температура ниже 100°С) и мелких капелек соленой воды (менее одного микрона), подготовленных, таким образом, для обработки в устройстве разделения 43b.

Далее указанные выше газообразные (испаренные) молекулы воды и мелкодисперсные капельки несущей среды поступают, благодаря действию устройства отвода дополнительных составляющих 48, в отделение 44, где они могут:

- продолжить свое окончательное разделение посредством взаимодействия с устройством разделения 43b, создающего стоячие и/или динамические волны;

- быть подвержены охлаждению и/или заморозке под воздействием устройства 53, а затем разогреты периодическим воздействием 54, например микроволновым термическим излучением;

- или обработаны комбинацией воздействий, осуществляемых разделительным устройством 43b и устройствами 53 и 54, предназначенными для приведения в действие соответствующих периодических воздействий.

Несущая среда (чистая вода), полученная в результате вышеуказанных действий, отводится в регулируемом режиме с помощью устройства отвода несущей среды 48 и 48а.

Разделяемые капельки среды, например вода с большим содержанием соли, температура замерзания которой значительно отличается от температуры замерзания несущей среды (чистой воды), накапливаются на дне отделения 44 и отводятся в регулируемом режиме за пределы установки с помощью устройства 49 отвода дополнительных составляющих.

Возможна конденсация газообразной воды (холодного пара с температурой ниже 100°С) посредством устройства конденсации 48а, например в, по меньшей мере, одном отделении конденсации центробежного насоса. В данном случае использование устройств, позволяющих привести в действие периодические воздействия 53 и 54 для обеспечения заморозки и обогрева, не обязательно.

В общем виде настоящее изобретение ссылается на способ одновременного воздействия на физическую среду и/или на разделяемую среду, по меньшей мере, двух периодических воздействий так, как это описано в заявке на получение французского патента №9602080 тех же заявителей.

Тем не менее в отличие от изобретения, описанного в заявке на получение вышеуказанного патента, наложение, по меньшей мере, двух периодических воздействий на обрабатываемые среды используется не для их смешивания, а для их разделения и их концентрации.

В рамках настоящего изобретения способ, в соответствии с заявкой на получение французского патента №9602080, применен для разделения и концентрации физических сред следующим образом.

В соответствии с этим способом в определенных условиях, в среде, обрабатываемой одновременно, по крайней мере, двумя периодическими воздействиями, осуществляется эффект резонансной кавитации, который разделяет молекулы физической среды на составляющие, например на молекулы несущей и разделяемой сред.

Таким образом, молекулы несущей и разделяемой сред находятся в несвязанном виде благодаря своему резонансному возбуждению.

Затем, если подвергнуть такую среду, в которой молекулы различных сред находятся в несвязанном состоянии (в состоянии резонансного возбуждения), периодическому воздействию, например, центробежной силы, порождаемой вращательной системой разделения, состоящей из центрифуги, то тогда по известным законам физики вещества с различной плотностью разместятся под воздействием центробежной силы в определенных зонах разделяющей системы.

Таким образом, процесс разделения и концентрации различных сред путем наложения на них серии периодических воздействий позволяет осуществить их раздельный отвод с помощью устройств их отвода.

Изобретение относится к области разделения текучих смесей на несущий поток и дополнительные составляющие. Вибрационный способ разделения текучей смеси на несущий поток и дополнительную составляющую осуществляют с помощью устройства разделения, состоящего из системы подвода текучей смеси (2), разделительной камеры (1), включающей первое отделение (6), второе отделение (4) и средство разделения (3), устройства отвода несущей среды (8) и устройства отвода дополнительных составляющих (9). Поток текучей смеси направляют в устройство подвода текучей смеси (2) так, чтобы она попала в первое отделение (6), разделяют с помощью средства разделения текучую смесь на несущую среду, которая накапливается во втором отделении (4), и на дополнительные составляющие, накапливаемые в первом отделении (6), отводят несущую среду устройством отвода несущей жидкости (8) и дополнительные составляющие устройством отвода дополнительных составляющих (9). В устройстве подвода текучей смеси (2) поток текучей смеси подвергают воздействию, по меньшей мере, одного первого периодического воздействия, и в первом отделении (6) поток текучей смеси подвергают воздействию, по меньшей мере, одного второго периодического воздействия, при этом отношение частот первого и второго периодических воздействий составляет больше 10. В процессе поступления текучей смеси в первое отделение мелкодисперсно распыляют и/или микронизируют текучую смесь, образуя частицы, размеры которых меньше одного микрона, после чего разделяют текучую микронизированную смесь на несущую среду и дополнительную составляющую. Конденсируют вышеуказанные частицы, создавая периодические воздействия в виде волн потока несущей среды посредством устройства конденсации, представленного статической системой чередующихся перегородок разной высоты, формирующей стоячие волны среды, или динамической системой, формирующей пульсирующие подвижные волны среды, или их комбинацией. Расход подвода текучей смеси, расход отвода несущей среды и расход отвода дополнительных составляющих регулируют. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Вибрационный способ разделения текучей смеси на несущий поток и дополнительную составляющую с помощью устройства разделения, состоящего из системы подвода текучей смеси (2, 22, 42), разделительной камеры (1, 21, 41), включающей первое отделение (6, 26, 46), второе отделение (4, 24, 44) и средство разделения (3, 23, 43), устройства отвода несущей среды (8, 28, 48) и устройства отвода дополнительных составляющих (9, 29, 49), в соответствии с которым поток текучей смеси направляют в устройство подвода текучей смеси (2, 22, 42) так, чтобы она попала в первое отделение (6, 26, 46), разделяют с помощью средства разделения текучую смесь на несущую среду, которая накапливается во втором отделении (4, 24, 44), и на дополнительные составляющие, накапливаемые в первом отделении (6, 26, 46), отводят несущую среду устройством отвода несущей жидкости (8, 28, 48) и дополнительные составляющие устройством отвода дополнительных составляющих (9, 29, 49), отличающийся тем, что в устройстве подвода текучей смеси (2, 22, 42) поток текучей смеси подвергают воздействию, по меньшей мере, одного первого периодического воздействия, имеющего первую частоту, и, в первом отделении (6, 26, 46), поток текучей смеси подвергают воздействию, по меньшей мере, одного второго периодического воздействия, имеющего вторую частоту, при этом отношение частот первого и второго периодических воздействий составляет больше 10, в процессе поступления текучей смеси в первое отделение (26, 46) мелкодисперсно распыляют и/или микронизируют текучую смесь и образуется, таким образом, среда, состоящая из частиц, размеры которых меньше одного микрона, после чего разделяют текучую микронизированную смесь на несущую среду и дополнительную составляющую, и конденсируют вышеуказанные частицы, создавая периодические воздействия в виде волн потока несущей среды посредством устройства конденсации (23b, 43b), представленного статической системой чередующихся перегородок разной высоты, формирующей стоячие волны среды, или динамической системой, формирующей пульсирующие подвижные волны среды, или их комбинацией, расход подвода текучей смеси, расход отвода несущей среды и расход отвода дополнительных составляющих регулируют, а, по меньшей мере, одно из используемых периодических воздействий осуществляют устройством механического, акустического, ультразвукового, термического, электрического, магнитного или электромагнитного типа или их комбинацией.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что средство разделения (3, 23, 43) подвергают воздействию, по меньшей мере, одного третьего периодического воздействия.3. Способ по п.2, отличающийся тем, что средство разделения (3) содержит, по крайней мере, одну мембрану.4. Способ по п.1, отличающийся тем, что, для облегчения процесса распыления и/или микронизации текучей смеси, текучую смесь подвергают периодическому воздействию микроволнового, ультразвукового или смешанного типа.5. Способ по п.1, отличающийся тем, что текучей смесью является морская вода, несущей средой является чистая вода и дополнительной составляющей является вода с высокой концентрацией соли.6. Устройство разделения текучей смеси на несущий поток и дополнительную составляющую, состоящее из системы (2, 22, 42) подачи текучей смеси, разделительной камеры (1, 21, 41), системы отвода несущей среды (8, 28, 48) и системы отвода дополнительной составляющей (9, 29, 49), при этом разделительная камера (1, 21, 41) состоит из первого отделения (6, 26, 46), второго отделения (4, 24, 44) и средства разделения (3, 23, 43), отличающееся тем, что дополнительно оно включает средства приведения в действие (10, 30, 50) и регулирования (10а, 30а, 50а) системой подачи текучей смеси (2, 22, 42), устройством подвода несущей среды (8, 28, 48), устройством отвода дополнительной составляющей (9, 29, 49), система подачи текучей смеси (2, 22, 42) включает, по меньшей мере, одно устройство первого периодического воздействия (11, 31, 51), по меньшей мере, одно первое отделение (6, 26, 46), содержит, по меньшей мере, одно устройство, по меньшей мере, одного второго периодического воздействия (12, 32, 52), при этом отношение частот устройств первого и второго периодических воздействий составляет больше 10 и они снабжены устройствами для приведения их в действие, а средство разделения (23, 43) состоит из устройства микронизации и распыления (23а, 43а) и устройства конденсации (23b, 43b), выполненного в виде статической системы чередующихся перегородок разной высоты, формирующих стоячие волны среды, или динамической системы, формирующей пульсирующие подвижные волны среды, или их комбинаций.7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что, по меньшей мере, одно устройство периодического воздействия (11, 12, 31, 32, 51, 52) является свистком или сиреной, которые приводятся в действие входящим потоком текучей смеси.8. Устройство разделения текучей смеси на несущий поток и дополнительную составляющую, состоящее из устройства подвода текучей смеси (22, 42), разделительной камеры (21, 41), устройства отвода несущей жидкости (28, 48) и устройства отвода дополнительной составляющей (29, 49), при этом разделительная камера (21, 41) состоит из первого отделения (26, 46), второго отделения (24, 44) и разделяющего устройства (23, 43), отличающееся тем, что оно содержит, по меньшей мере, одно устройство приведения в действие периодического воздействия (31, 51), электромагнитного или термического типа, на входящий поток текучей смеси, по меньшей мере, одно устройство по приведению в действие периодического воздействия (32, 52), механического или ультразвукового типа, а средство разделения (23, 43) состоит из устройства микронизации и распыления (23а, 43а), предназначенного для микронизации и пульверизации в виде пара или аэрозоли текучей смеси, и устройства конденсации (23b, 43b), обеспечивающего разделение текучей смеси на несущую среду и дополнительную составляющую и выполненного в виде, по меньшей мере, одной статической системы чередующихся перегородок разной высоты, формирующих стоячие волны среды, или, по меньшей мере, одной динамической системы, формирующей пульсирующие подвижные волны среды посредством свистка или сирены, или их комбинаций, устройства приведения в действие периодического воздействия (34, 54), электромагнитного и/или термического типа, для разогрева несущей среды, при этом устройство (28, 48) отвода несущей среды и устройство (29, 49) отвода дополнительной составляющей состоят из всасывающих насосов и регулируемых вентилей, а средства приведения в действие (30, 50) и регулирования (30а, 50а) предназначены для приведения в действие периодических воздействий.