УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБЛУЧЕНИЯ ЖИДКОСТИ Советский патент 1994 года по МПК H01J37/00 

Изобретение относится к устройствам для облучения жидкости ускоренными электронами и может быть использовано для радиационной очистки сточных вод (СВ).

Радиационно-химическая очистка СВ является наиболее экологически совершенной по сравнению с другими способами очистки: степень очистки достигает 99,9% ; снижаются энергетические затраты и повышается производительность процесса.

В качестве источников ионизирующего излучения при этом рекомендуется использовать ускорители электронов, так как они исключают возможность радиоактивного загрязнения обрабатываемых материалов и окружающей среды, а стоимость электронного излучения современных ускорителей значительно ниже, чем других источников ионизирующего излучения.

Известно устройство для облучения жидкости, содержащее источник электронов и радиационно-химический аппарат (РХА) с насадкой в виде протяженного линейного сопла.

Недостатками этого устройства являются потери мощности электронного излучения при сканировании электронного пучка в прямоугольной зоне за счет того, что на большей площади зоны облучения траектории ускоренных электронов не перпендикулярны поверхности облучаемой жидкости, а также из-за краевых эффектов.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является устройство для облучения жидкости ускоренными электронами, содержащее облучатель с кольцевым выпускным окном и радиационно-химический аппарат с входным патрубком. В известном устройстве РХА снабжен воронкообразным лотком, расположенным под выпускным окном облучателя.

Устройство работает следующим образом. Пучок электронов от облучателя через кольцевое выпускное окно падает на поток жидкости, текущий по поверхности воронкообразного лотка, причем поток образуется либо за счет силы тяжести при перетекании жидкости через верхний срез лотка, либо за счет центробежной силы при вращении лотка. Такой прием позволяет избавиться от потерь излучения за счет постоянства угла падения электронов и от краевых эффектов (пучок без потерь и искажений сканируют в полый конус), а также уменьшить при этом же максимальном угле сканирования приблизительно в три раза габариты устройства и соответственно массу радиационной защиты.

К недостаткам этого устройства следует отнести: односторонний контакт облучаемой жидкости с атмосферой, что приводит к снижению радиационно-химического выхода, а тем самым - к снижению производительности обработки; малую скорость протекания жидкости через зону облучения (особенно при стекании жидкости под собственным весом), что делает нерациональным применение мощных облучателей; зарастание, коррозию лотка-подложки.

Целью изобретения является повышение производительности путем увеличения эффективности облучения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для облучения жидкости ускоренными электронами, содержащем облучатель с кольцевым выпускным окном и радиационно-химический аппарат с входным патрубком, радиационно-химический аппарат снабжен сопловой насадкой с кольцевой подачей жидкости, установленной соосно с кольцевым окном с возможностью перемещения относительно него.

Сопловая насадка может быть выполнена в виде двух колец, установленных на входном коллекторе и образующих кольцевой зазор, ось которого ортогональна оси впускного окна.

Замена воронкообразного лотка насадкой с круговым соплом и облучение жидкости в виде свободной круговой струи позволяют значительно увеличить скорость жидкости и повысить газообмен между жидкостью и атмосферой как за счет геометрии (двусторонний контакт взамен одностороннего у прототипа), так и за счет повышения скорости (возникающие вихри, циркуляции атмосферы внутри радиационно-химического аппарата); кроме того, регулирование расположения насадки, тем самым струи, относительно выпускного окна позволяет как регулировать режимы облучения, так и обеспечить охлаждение выпускного окна увлекаемой атмосферой; все это позволяет повысить производительность обработки по сравнению с прототипом, не менее чем на 50% (окончательная оценка в значительной мере зависит от проводимого процесса и применяемого ускорителя).

На фиг.1 и 2 приведен общий вид устройства (фиг.2 является продолжением вниз фиг.1); на фиг.3 - вертикальный разрез по РХА.

Устройство для облучения состоит из облучателя, в который входит ускоритель электронов 1, блока сканирования пучка, включающего сканирующий узел 2, конусный раструб 3 и впускное окно 4, РХА 5 с входным коллектором 6, на котором установлены кольца 7 и 8, станины 9 и радиационной защиты, включающей колпак 10, разъемный блок 11, две плиты 12 и 13 станины 9, фланцы впускного окна блока сканирования и корпус РХА. Ускоритель 1 крепится к верхней плите 13 станины 9, там же устанавливается колпак 10; раструб 3 фланцем впускного окна снизу крепится к нижней плите станины 9, на раструбе 3 закреплен сканирующий узел 2, который присоединяется к ускорителю 1 сильфонным переходником; снизу к раструбу прижимается фланцами впускное окно 4 с фольгой 14, причем наружный нижний фланец является одновременно верхним фланцем аппарата 5. Кольца 7 и 8 закреплены на коллекторе 6 с возможностью перемещения по высоте для регулирования толщины струи и расстояния от фольги до струи; корпус аппарата 5 изнутри имеет облицовку, выполненную из алюминия и защищающую корпус от прямого пучка ускоренных электронов.

Устройство работает следующим образом. Генерируемый ускорителем 1 пучок ускоренных электронных электронов сканирующим узлом 2 развертывается в полый конус и через впускное окно раструба 3, защищенное фольгой 14, поступает в рабочий объем аппарата 5. Одновременно через входной коллектор 6 в аппарат подается облучаемая жидкость, которая по радиальным отверстиям коллектора 6 поступает в полость между кольцами 7 и 8, в которой поток жидкости выравнивается и жидкость через сопло, образованное коническими рабочими кромками колец 7 и 8, вытекает непрерывной свободной круговой струей, перпендикулярной пучку электронов в зоне облучения. В реакционном объеме с кольцевой зоной облучения происходит процесс радиационно-химической очистки. Далее очищенная жидкость по лабиринтным каналам в корпусе аппарата 5 откачивается в технологическую линию, а газообразные продукты удаляются через лабиринтный канал в верхней части аппарата (на чертежах не показан).

Возникающее при работе устройства тормозное излучение ослабляется радиационной защитой, которая выполнена индивидуальной, т.е. вплотную прилегающей к узлам, и для удобства обслуживания состоящей из разъемных блоков. Так, для осмотра фольги 14 необходимо демонтировать аппарат 5, а для смены фольги дополнительно снять внутренний фланец раструба 3; для наладки или ремонта сканирующего узла 2 - демонтировать полностью или частично разъемный блок 11 и т.д. Для уменьшения энергии и интенсивности тормозного излучения, а тем самым для повышения эксплуатационных качеств, внутренние стенки аппарата 5 в местах, на которые возможно попадание пучка электронов, оборудованы съемной футеровкой из алюминия. Все эти решения позволяют в значительной мере снизить габариты устройства и улучшить его обслуживание.

Таким образом, предлагаемое устройство для облучения жидкости позволяет не менее чем в 1,5 раза повысить производительность процесса очистки СВ за счет повышения радиационно-химического выхода разложения загрязнений и увеличения скорости прохождения облучаемой жидкости через зону облучения.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБЛУЧЕНИЯ ЖИДКОСТИ ускоренными электронами, содержащее облучатель с кольцевым выпускным окном и радиационно-химический аппарат с входным патрубком, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности путем увеличения эффективности облучения, радиационно-химический аппарат снабжен сопловой насадкой с кольцевой подачей жидкости, установленной соосно с кольцевым окном с возможностью перемещения относительно него. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сопловая насадка выполнена в виде двух колец, установленных на входном коллекторе и образующих кольцевой зазор, ось которого ортогональна оси впускного окна.