СПОСОБ ОЧИСТКИ ЖИДКОСТИ Российский патент 2010 года по МПК C02F1/24 C02F1/40 B01D17/35 

Изобретение относится к очистке сточных вод и может быть использовано для выделения из них различных примесей, например нефтепродуктов.

Известен способ очистки нефтесодержащих сточных вод, включающий их подачу в резервуар под поверхность сточных вод в резервуаре затопленной струей под давлением, с последующей флотационной очисткой воды от примесей, в зоне, изолированной от зоны насыщения сточных вод воздухом (SU №996332, МКИ С02F 1/00, 1981).

Недостаток этого решения - неудовлетворительная степень очистки нефтесодержащих сточных вод из-за низкой степени их аэрирования.

Известен также способ очистки жидкости, включающий ее флотирование в герметичном баке, в полости которого над поверхностью жидкости поддерживают давление паровоздушной смеси, меньше атмосферного, кроме того, в нижней части бака жидкость подогревают (см. патент на ПМ №72965, МКИ С02F 1/40, 2006.01).

Недостатком этого решения является то, что в связи с малыми размерами пузырьков воздуха (что характерно для очистки вакууммированием) скорость флотации, определяемая скоростью их всплытия, невысока, что предопределяет невысокую производительность устройства.

Задача, на решение которой направлено заявленное решение, заключается в повышении скорости флотации при очистке вакууммированием нефтесодержащих сточных вод от тонкодисперсных примесей равномерно распределенных по их объему.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в обеспечении устойчивой поверхности раздела фаз пар - жидкость в объеме жидкости внутри вертикальных каналов, за счет формирования в них дополнительных паровых зон (пузырей) и интенсивного сброса в них воздушной и паровой фазы. Их последующее слияние при подъемном движении формирует по высоте вертикальных каналов паровые прослойки в объеме жидкости, что обусловливает сброс в нее мелкодисперсной воздушной фазы при вакуумной флотации в виде пенных образований, вынос которых на свободную поверхность флотируемого объема жидкости происходит с более высокой скоростью, что увеличивает интенсивность и скорость флотации.

Поставленная задача решается тем, что способ очистки жидкости, включающий ее флотирование в герметичном баке, в полости которого над поверхностью жидкости поддерживают давление паровоздушной смеси, меньше атмосферного, кроме того, в нижней части бака жидкость подогревают, отличается тем, что жидкость подогревают до температуры, близкой к температуре насыщения в паровоздушном пространстве бака, флотационную зону бака разделяют на вертикальные каналы, к стенкам которых подводят теплоту в количестве достаточном для формирования в сечении каналов паровой фазы.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию "новизна".

Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований, что обеспечивает положительную реакцию на достижение технического результата - обеспечение поверхности раздела фаз пар - жидкость внутри флотируемого объема, что при формировании в сечении вертикальных каналов дополнительных паровых зон (пузырей) обеспечивает интенсивный сброс воздушной и паровой фаз в полость этих пузырей, что значительно увеличивает скорость всплытия их в объеме жидкости и вынос к свободной поверхности в виде пены мелкодисперсных примесей, что повышает скорость вакуумной флотации.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

При этом признаки отличительной части формулы изобретения обеспечивают решение комплекса функциональных задач.

Признак «…жидкость подогревают до температуры, близкой к температуре насыщения в паровоздушном пространстве бака…» обеспечивает устойчивую поверхность раздела фаз пар - жидкость в объеме жидкости внутри вертикальных каналов, за счет формирования в них дополнительных паровых зон (пузырей) и интенсивного сброса в них воздушной и паровой фазы.

Признаки «…флотационную зону бака разделяют на вертикальные каналы, к стенкам которых подводят теплоту в количестве, достаточном для формирования в сечении каналов паровой фазы…» обеспечивают возможность интенсивного теплового воздействия (обеспечивающего интенсивное парообразование) на поток жидкости - формирование в них центров парообразования, обеспечивающих формирование дополнительных свободных поверхностей раздела фаз внутри объема жидкости, для «сбора» тонкодисперсных пузырьков воздуха с прилипшими к ним тонкодисперсными частицами примесей с последующим всплытием с высокой скоростью к поверхности жидкости флотируемого объема.

На фиг.1 схематически показан поперечный разрез устройства, обеспечивающего реализацию заявленного способа; на фиг.2 - узел А этого устройства, а на фиг.3 показан разрез флотационного отсека.

Герметичный бак 1 выполнен в виде отдельной емкости с вертикальной отбойной перегородкой 2, разделяющей его на флотационный 3 с открытыми верхними кромками и накопительный 4 отсеки (зазор между стенками отбойника 2 и внешними стенками герметичного бака 1). В нижней части герметичного бака 1 расположена распределительная камера 5, полученная установкой поперечной перегородки 6, ограниченная вертикальной отбойной перегородкой 2. Распределительная камера 5 переходит во флотационный отсек 3. В распределительной камере 5 смонтирован теплообменник 7 для нагрева воды, прошедшей ступень флотации при атмосферном давлении. Температура нагреваемой воды доводится до температуры насыщения, соответствующей давлению в паровоздушном пространстве над слоем пены 8 в герметичном баке 1.

Во флотационном отсеке 3 смонтированы плоскоовальные нагревательные элементы 9, скомпонованные в вертикальные панели. Между плоскоовальными нагревательными элементами 9, образующими вертикальные щелевые каналы 10, установлены профильные вставки 11, изготовленные из фторопласта, состоящие из левой и правой симметричных частей, плотно прилегающих к овальным зонам плоскоовальных нагревательных элементов 9. Концевые участки левой и правой симметричных частей вставок 11 также плотно прилегают друг к другу. Ширина профильных вставок 11 равна ширине плоскоовальных нагревательных элементов 9. Вдоль центральной части верхней и нижней впадин профильной вставки 11 выполнен продольный желобок 12, а остальная поверхность впадин плотно прилегает к обращенным к ним поверхностям плоскоовальных нагревательных элементов 9, причем полость продольного желобка 12 сообщена с вертикальным щелевым каналом 10 канавками 13. Канавки 13 расположены по длине профильных вставок 11, их количество определяется интенсивностью парообразования на поверхностях плоскоовальных нагревательных элементов в зоне продольных желобков 12. Поверхность дна продольного желобка 12 параллельна остальной поверхности впадин профильной вставки 11.

Кроме того, полости продольных желобков 12 сообщены друг с другом посредством вертикального канала 14, образованного вертикальными стенками симметричных половин профильных вставок 11, длина которого ограничена зоной плотного прилегания симметричных половин вставок 11 на их концевых участках. Вертикальный канал 14 обусловливает проход жидкости и части паровой фазы из нижерасположенных продольных желобков 12 в верхние.

Плоскоовальные нагревательные элементы 9 замыкаются на входной и выходной коллекторы 15 греющей среды. Герметичный бак 1 снабжен приемной емкостью 16 сбора сфлотированного продукта. На чертежах также показаны трубопровод 17, отводной 18 и воздушный 19 патрубки, патрубок 20 для отвода очищенной воды и дренажный патрубок 21 герметичного бака 1.

Перечисленные элементы и детали не отличаются по конструкции и материалам от известных элементов и деталей, используемых по сходному назначению, при сходных требованиях по прочности, производительности и т.п.

Заявленный способ осуществляют следующим образом.

Очищаемую воду подают по трубопроводу 17 в распределительную камеру 5 герметичного бака 1. Здесь очищаемые воды проходят по тепловоспринимающему контуру теплообменника 7 и нагреваются теплотой низкопотенциальных сред (например, водой системы охлаждения двигателей, отработанным паром и т.д.) до температуры, близкой к температуре кипения, соответствующей давлению насыщения над свободной поверхностью жидкости в баке 1 (для справки: при Р=0,006 МПа; tc=36°C).

При температуре греющей среды 80-90°С (например, вода из системы охлаждения двигателей внутреннего сгорания) в продольных желобках 12 профильных вставок 11 создается устойчивый режим кипения, вследствие достаточного перегрева пристенных слоев жидкости относительно температуры насыщения жидкости в объеме флотационного отсека 3. Паровая фаза выходит в объем жидкости вертикальных каналов 10 через канавки 13 профильных вставок 11, образуя устойчивые центры кипения и парообразования на поверхности плоскоовальных нагревательных элементов 9.

Паровые пузыри располагаются по центру вертикальных каналов 10, обеспечивая интенсивный сброс в них мелкодисперсной воздушной среды и сфлотированных примесей. В процессе всплытия и роста паровых образований по высоте вертикальных каналов 10 образуются устойчивые паровые зоны, создающие внутри жидкости дополнительные поверхности раздела пар - жидкость.

В итоге увеличение массового газопарового содержания жидкости приводит к интенсивному подъемному движению в вертикальных щелевых каналах 10, что обусловливает значительную интенсификацию процессов вакуумной флотации с глубокой очисткой от коллоидных растворов, ароматических фракций и мелкодисперсных нерастворенных примесей.

Совместное выделение коллоидных и мелкодисперсных включений на поверхности раздела фаз в объеме жидкости вертикальных каналов 10 и дополнительное выделение мелкодисперсных включений на поверхности герметичного бака 1 в виде слоя пены 8 ведет к интенсификации процесса флотации в сравнении с обычным вакуумным режимом флотации жидкостей.

Слой пены 8, содержащий сфлотированные примеси, периодически удаляют известным способом через отводные патрубки 18. Пары нефтепродуктов и воды удаляют через воздушный патрубок 19 герметичного бака 1, в процессе работы вакуум-насоса, после чего они известным образом отделяются от воздуха и разделяются друг от друга (либо сбрасываются в нефтесодержащие воды, подлежащие очистке). Очищенная вода, как более плотная среда, увлекается вниз ко дну герметичного бака 1, при этом вертикальная отбойная перегородка 2 предотвращает попадание примесей в очищенную воду в процессе ее движения вниз, к патрубку 20 герметичного бака 1. Для периодической очистки дна герметичного бака 1 от накапливающегося шлама используют дренажные патрубки 21.

Конечная степень очистки воды, обрабатываемой предлагаемым способом, достигает 99,2%, что указывает на целесообразность применения предлагаемого способа.

Изобретение относится к очистке сточных вод и может быть использовано для выделения из них различных примесей, например нефтепродуктов. Способ включает флотацию очищаемой жидкости в герметичном баке, в полости которого над поверхностью жидкости поддерживают давление паровоздушной смеси, меньше атмосферного. В нижней части бака жидкость подогревают до температуры, близкой к температуре насыщения в паровоздушном пространстве бака. Флотационную зону бака разделяют на вертикальные каналы, к стенкам которых подводят теплоту в количестве, достаточном для формирования в сечении каналов паровой фазы. Технический результат: увеличение интенсивности и скорости флотации; степень очистки воды достигает 99,2%. 3 ил.

Способ очистки жидкости, включающий ее флотирование в герметичном баке, в полости которого над поверхностью жидкости поддерживают давление паровоздушной смеси меньше атмосферного, кроме того, в нижней части бака жидкость подогревают, отличающийся тем, что жидкость подогревают до температуры, близкой к температуре насыщения в паровоздушном пространстве бака, флотационную зону бака разделяют на вертикальные каналы, к стенкам которых подводят теплоту в количестве, достаточном для формирования в сечении каналов паровой фазы.