АДСОРБЕР Российский патент 2023 года по МПК B01D15/02 B01D15/10 C02F1/28 

Изобретение относится к области защиты окружающей среды и может быть использовано для сорбционной доочистки сточных вод предприятий угледобывающей, химической, металлургической и др. отраслей промышленности, характеризующихся наличием контаминантов как органической, так и неорганической природы, например, бензола, фенола, ионов марганца, железа и др.

Известны различные способы обработки сточных вод с применением гранулированного адсорбента для удаления контаминантов органической и неорганической природы.

В рамках реализуемых промышленных технологий применяют адсорбционную фильтрацию на простом стационарном слое адсорбента. Когда этот слой насыщается, фильтрацию необходимо остановить для регенерации и промывки рабочего слоя, что предполагает либо выгрузку адсорбента из рабочей камеры аппарата, либо оснащение аппарата дополнительным оборудованием для подачи перегретого пара и промывочной воды. И в том, и в другом случает операция регенерации адсорбента характеризуется высокой длительностью и фактически остановкой технологического процесса доочистки, что недопустимо при больших объемах перерабатываемых сточных вод.

Известны конструкции, позволяющие проводить операцию регенерации адсорбента без остановки технологического процесса, это достигается за счет организации непрерывного движения адсорбента через реакционную камеру аппарата с непрерывной выгрузкой загрязненного и подачей чистого адсорбента.

Известен способ [RU 2688541] адсорбционно-фильтрационной очистки воды на слое гранулированного материала, согласно которому предназначенную для очистки воду подают в реактор восходящим потоком со скоростью, не допускающей псевдоожижения слоя, но позволяющей гранулам адсорбента перемещаться по мере фильтрации в нижнюю часть реактора, из которой производится их непрерывный отбор через трубопровод, для чего на его вход подается сжатый воздух, обеспечивающий создание транспортирующего эффекта в трубопроводе, за счет чего осуществляется непрерывная выгрузка загрязненных гранул из аппарата; гранулы адсорбента подвергаются регенерации после чего направляются в верхнюю часть фильтрационного слоя.

Недостатками данного способа является неполное использование сорбционной емкости адсорбента, т.к. в конструкции не предусмотрено элементов и устройств, препятствующих свободному движению гранул по длине реакционного пространства аппарата, вследствие чего продолжительность их нахождения в нем, а следовательно и продолжительность процесса адсорбции на поверхности гранулы, будет ограничена; кроме того, в нижней части аппарата формируется слой, состоящий из неподвижных гранул, что при длительной эксплуатации при значительном гидростатическом давлении может привести к его уплотнению и формированию застойных зон, и осложнить отвод из аппарата загрязненных гранул.

Наиболее близким по техническому решению является сорбционная пульсационная противоточная колонна [SU 791417], содержащая вертикальный корпус, соединенные с торцами корпуса верхний и нижний разделители, расположенные в корпусе контактные тарелки, загрузочное устройство, соединенное с нижней частью корпуса, пульсационную камеру, трубопроводы ввода и вывода отработанной пульпы и штуцеры ввода промывного раствора, исходной пульпы и сорбента, закрепленную по оси корпуса на нижнем разделителе дополнительную емкость соединенную с трубопроводами ввода и вывода отработанной пульпы.

Однако эта колонна предназначена для сорбционной очистки плотных пульп, характеризуется низкой пропускной способностью и не обеспечивает очистку больших объемов сточных вод.

Задачей изобретения является интенсификация процесса адсорбции органических и неорганических загрязнителей на поверхности гранулированного адсорбента, увеличение продолжительности рабочего цикла адсорбента и стабилизация технологического потока в условиях его высокой турбулентности.

Поставленная задача решается за счет того, что в адсорбере реализована непрерывная циркуляция адсорбента в условиях противотока с доочищаемой водой. При этом на поток суспензии в рабочей камере устрайства накладывается пульсационное воздействие, которое, совместно с неподвижными перфорированными перегородками, генерирует знакопеременные микроструи, обеспечивающие турбулизацию основного потока, обновление поверхности контакта фаз, быстрое обновление макроскопических объемов жидкости в устьях пор и снижение гидравлического сопротивления капилляров, что способствует вовлечению в массообменный процесс всей длины поры адсорбента.

На фиг. 1 показан вертикальный разрез адсорбера, общий вид.

На фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

На фиг. 3 - кольцевой разрез колонны (разрез Б-Б на фиг. 1).

На фиг. 4 - схема истечения знакопеременных струй из отверстий перегородок.

Адсорбер состоит из цилиндрического корпуса 1, в нижней части которого установлено перфорированное ложное днище 2, выполненное в форме перевернутой трапеции, нижняя часть которой формирует шнековую камеру 3, в которой установлен шнек 4, в одной из торцевых стенок шнековой камеры закреплено шлюзовое устройство 5. В центральной части корпуса в шахматном порядке установлены горизонтальные перегородки 6, выполненные из перфорированных уголков, на полках которых имеются борта, задерживающие адсорбент в объеме рабочей зоны адсорбера. Между горизонтальными перегородками формируются щели, обеспечивающие зигзагообразное перемещение адсорбента по высоте устройства. В верхней части корпуса расположен перфорированный кольцевой приемник очищенной воды 7, соединенный со штуцером 8. Под конической крышкой 9 расположена система концентрических колец 10, обеспечивающая равномерное распределение поступающего адсорбента по поперечному сечению корпуса. Кольца имеют двускатное поперечное сечение и установлены так, чтобы поток адсорбента, осыпающегося с верхнего кольца, попадал на вершину нижнего, тем самым разделяясь на два равных потока. Подача сухого адсорбента осуществляется из бункера 11, в нижней части которого установлен лопастной питатель 12, частота вращения которого определяет количество подаваемого адсорбента. В днище адсорбера вмонтирован пульсатор 13, формирующий колебания давления по высоте столба очищаемой жидкости. Для подачи загрязненных вод предусмотрен штуцер 14, расположенный в нижней части корпуса.

Адсорбер работает следующим образом.

Доочищаемые сточные воды подаются через штуцер 14 в нижнюю часть корпуса адсорбера, откуда восходящим потоком поднимаются вверх со скоростью, определяемой необходимой продолжительностью процесса адсорбции на гранулах адсорбента. Для того, чтобы доочищаемые сточные воды из нижней части корпуса восходящим потоком поднимались вверх, им придают начальное давление. Например, перед адсорбером устанавливают насос, создающий начальное давление, или перед адсорбером устанавливают фильтр, на выходе из которого поток сточных вод будет иметь остаточное давление.

Гранулы адсорбента подаются из загрузочного бункера 11 через лопастной питатель 12 на верхний конус распределительной системы 10 - системы концентрических колец 10. Попадая на поверхность воды, уровень которой определяется кольцевым приемником чистой воды 7, гранулы смачиваются и под действием силы тяжести опускаются в реакционное пространство устройства, которое заполнено горизонтальными перегородками 6, изготовленными из перфорированных уголков и установленных с небольшим зазором друг относительно друга (фиг. 3). Формируемые перегородками 6 щели располагаются в шахматном порядке, что обеспечивает зигзагообразную траекторию движения гранул при их перемещении с верхнего ряда перегородок на нижний (фиг. 4). При этом на полках уголков имеются борта, обеспечивающие задержку гранул адсорбента на верхней поверхности перегородки, что увеличивает продолжительность нахождения гранул в рабочем пространстве адсорбера. На противоточное движение обрабатываемых фаз (вода - адсорбент) от пульсатора 13 накладывается пульсирующее возвратно-поступательное движение, формирующее разнонаправленные микроструи жидкости, проходящие через отверстия перфорации горизонтальных перегородок 6 (фиг. 4). Микроструи взмучивают слой адсорбента на поверхности горизонтальных перегородок 6, способствуя его обновлению, а также интенсифицируют массобменные процессы между очищаемой водой и гранулами адсорбента. Пройдя последний ряд горизонтальных перегородок, гранулы адсорбента собираются на поверхности перфорированного ложного днища 2 и по нему опускаются в шнековую камеру 3, откуда шнеком 4 подаются в шлюзовое устройство 5, предназначенное для выгрузки загрязненных гранул адсорбента. После этого гранулы направляются на регенерацию. Очищенная вода собирается в кольцевом приемнике 7 и отводится из адсорбера через патрубок 8.

Таким образом, в предлагаемом устройстве для увеличения продолжительности рабочего цикла используемого адсорбента и стабилизации технологического потока при сохранении степени очистки сточных вод в адсорбере реализована непрерывная циркуляция адсорбента в условиях противотока с доочищаемой водой при наложении пульсационного воздействия на основной поток суспензии в рабочей камере адсорбера, что, совместно с неподвижными перфорированными перегородками, генерирует знакопеременные микроструи, обеспечивающие турбулизацию основного потока, обновление поверхности контакта фаз, быстрое обновление макроскопических объемов жидкости в устьях пор и снижение гидравлического сопротивления капилляров, что способствует вовлечению в массообменный процесс всей длины поры адсорбента.

Техническим результатом реализации изобретения является повышение степени использования сорбционной емкости адсорбента, ускорение процесса сорбции, а также организации непрерывного рабочего цикла установки, что создает условия для повышения производительности адсорбера при сохранении степени очистки сточных вод.

Изобретение относится к технологии защиты окружающей среды и может быть использовано для сорбционной доочистки сточных вод предприятий угледобывающей, химической, металлургической и др. отраслей промышленности, характеризующихся наличием контаминантов как органической, так и неорганической природы, например бензола, фенола, ионов марганца, железа и др. Адсорбер содержит цилиндрический корпус, пульсатор, штуцеры для подачи и отвода воды, устройство подачи и равномерного распределения адсорбента по поперечному сечению корпуса, устройство для отвода загрязненного адсорбента. В нижней части установлено перфорированное ложное днище, выполненное в форме перевёрнутой трапеции, нижняя часть которой формирует шнековую камеру, в которой установлены шнек и шлюзовое устройство, закрепленное в одной из торцевых стенок камеры. В центральной части корпуса в шахматном порядке установлены горизонтальные перегородки, выполненные из перфорированных уголков, на полках которых имеются борта. Между горизонтальными перегородками сформированы щели. Под конической крышкой устройства расположена система концентрических колец, имеющих двускатное поперечное сечение и установленных так, чтобы поток адсорбента, осыпающегося с верхнего кольца, попадал на вершину нижнего, тем самым разделяясь на два равных потока. Технический результат: повышение степени использования сорбционной емкости адсорбента, ускорение процесса сорбции, а также организация непрерывного рабочего цикла установки, что создает условия для повышения производительности адсорбера при сохранении степени очистки сточных вод. 4 ил.

Адсорбер, содержащий цилиндрический корпус, пульсатор, штуцеры для подачи и отвода воды, устройство подачи и равномерного распределения адсорбента по поперечному сечению корпуса, устройство для отвода загрязненного адсорбента, отличающийся тем, что в нижней части установлено перфорированное ложное днище, выполненное в форме перевёрнутой трапеции, нижняя часть которой формирует шнековую камеру, в которой установлены шнек и шлюзовое устройство, закрепленное в одной из торцевых стенок камеры, в центральной части корпуса в шахматном порядке установлены горизонтальные перегородки, выполненные из перфорированных уголков, на полках которых имеются борта, между горизонтальными перегородками сформированы щели, под конической крышкой устройства расположена система концентрических колец, имеющих двускатное поперечное сечение и установленных так, чтобы поток адсорбента, осыпающегося с верхнего кольца, попадал на вершину нижнего, тем самым разделяясь на два равных потока.