Электродегидратор Советский патент 1991 года по МПК B01D17/06 

Изобретение относится к устройствам для очистки диэлектрических жидкостей от эмульсионной воды в электрическом поле постоянного тока и может быть использовано для очистки топлив, масел и гидравлических жидкостей.

Целью изобретения является повышение эффективности очистки малоконцентрированных водотопливных эмульсий от эмульсионной воды.

На фиг. 1 показан предлагаемый элект- родегидратор, разрез; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - ячейка электроде- гидратора.

Электродегидратор состоит из корпуса 1, который диэлектрическими перегородками 2 и 3 разделен на три зоны: зону Б обезвоживаемого топлива, отстойную зону В, зону Г обезвоженного топлива. На корпусе установлен штуцер 4 для слива отстойной воды. На перегородке 2 установлены наружные электроды 5, а на перегородке 3 при помощи диэлектрических подставок 6 - внутренние конусные электроды 7. Корпус закрыт крышками 8 и 9 со штуцерами подвода 10 и отвода 11 топлива. На крышках установлены высоковольтные разьемы 12 и 13 для подачи высокого напряжения на электроды.

Внутренние электроды 7 выполнены в виде усеченного конуса и закруглены в верхней части, на 1/3 высоты от нижней части выполнены из сетки, остальная часть из однородного металла. Наружные электроды 5 выполнены из трубы. Высота их выполнена такой, чтобы обеспечивалось перекрытие внутренних электродов по высоте 1/3 диаметра наружных электродов. На внутренние поверхности наружных электродов установлены диэлектрические цилиндрические вставки 14 таким образом, чтобы обеспечивалось перекрытие ими по высоте наружных

электродов на величину, равную 1/5 диаметра наружных электродов. Размеры электродов определяются из соотношения

..

где D - диаметр наружного электрода;

dB --наружный диаметр верхней части электрода 7;

сЗн - наружный диаметр нижней части электрода 7.

Высота отстойной зоны В выполнена равной 2,5D.

Внутри корпуса электродегмдратора на перегородках 2 и 3 установлены отдельные ячейки (фиг. 3). Количество ячеек зависит от пропускной способности электродегидра- тора, потому что через отдельную ячейку для оптимальной работы электродегидрато- ра должен быть определенный расход, который определяет скорость течения топлива в межэлектродном пространстве, чтобы электрические силы, действующие на капельку воды, находящуюся в межэлектродном пространстве, были больше гидродинамических сил.

Электродегидратор работает следующим образом.

Высокое напряжение постоянного тока подается на электроды 5 и 7 через разъемы 12 и 13. Водотопливная эмульсия подается через штуцер 10 и поступает в зону Г и в межэлектродные пространства отдельных ячеек. Поляризованные капельки воды в неоднородном электрическом поле, создаваемом системой коаксиальных электродов, под действием пондеромоторной силы движутся к внутреннему неизолированному электроду 7 (отрицательному), где они в результате контакта приобретают отрицательный заряд, отталкиваются от него и дви- жутся к наружному электроду 5 (положительному). В результате движения капельки сталкиваются, коагулируют и осаждаются на диэлектрических вставках 14 наружных электродов. Диэлектрические вставки пре- пятствуют быстрой перезарядке капелек и миграции их в поток.

По мере осаждения капелек на диэлектрических вставках происходит их укрупнение и под действием электрических, гидро- динамических и гравитационных сил они отводятся в отстойную зону В. Очищенное топливо через сетчатую часть внутреннего электрода 7 поступает на выход из электро- дегидратора. Слив воды от отстойной зоны осуществляется через штуцер 4.

Изготавливают модель электродегидра- тора, состоящую из одной ячейки, на которой проводят исследования по обезвоживанию водотопливных эмульсий и оценки ее оптимальных параметров путем отбора проб на входе и выходе с последующим анализом гидридкальциевым методом, а также разработанным фотометрическим прибором. За процессами, происходящими в межэлектродном пространстве, проводят визуальные наблюдения с помощью микроскопа. С этой целью корпус ячейки модели элек- тродегидратора выполнен из прозрачного материала (оргстекло), а для наблюдения за процессами, происходящими в межэлектродном пространстве, наружный электрод ячейки выполнен из сетки, а диэлектрическая цилиндрическая вставка выполнена из прозрачного эластичного материала. Исследуемой жидкостью является авиационное топливо (керосин) ТС-1 с начальным содержанием эмульсионной воды 0,007- 0,010%. Критерием оценки эффективности работы ячейки электродегидратора является коэффициент водоотделения

1-(

Ьн

где Ск - содержание воды в топливе на выходе из ячейки электродегидратора;

Сн - содержание воды в топливе на входе в ячейку электродегидратора.

Геометрические размеры ячейки электродегидратора определяют его пропускную способность. Испытанный в лаборатории опытный образец, на котором получены оптимальные значения коэффициента водоот- деления, имеет геометрические размеры, которые определены из соотношений, приведенных в формуле изобретения. Выбор внутреннего диаметра наружного электрода проводится с учетом размеров известных труб (см. таблицу). Зазор между электродами в нижней части выбирается исходя из мощности источника питания постоянного тока высокого напряжения с тем, чтобы получить максимальную напряженность поля в межэлектродном пространстве (в нижней части внутреннего электрода) меньше критической, чтобы не происходило диспергирование скоагулировавших капелек. После выбора зазора определяют диаметр внутреннего электрода (например, если внутренний диаметр D трубы наружного электрода 40 мм, выбранный зазор между электродами 8 мм, то диаметр dH внутреннего электрода в нижней части 24 мм). После этого, исходя из указанного, определяют диаметр внутреннего электрода dB в верхней части (например, если диаметр dH 24 мм,

то ---- D - dn или ---р. 2; подстаiU - Он

40-dB 40 -de о вим значения - - --- 2; для

выполнения соотношения необходимо, чтобы в числителе была величина в два раза больше знаменателя, т.е. 32, отсюда 40-32 8, диаметр de 8 мм). Затем определяют остальные геометрические размеры ячейки электродегидратора в соответствии с соотношениями, приведенными в формуле изобретения.

Результат расчета- геометрических размеров для разных значений внутреннего диаметра наружного электрода приведены в таблице.

Высота внутреннего электрода определяется исходя из потребного коэффициента водоотделения и регламентируется габаритами и весом электродегидратора. Например, при постоянном внутреннем диаметре D наружного электрода высота h внутреннего электрода и высота Н наружного электрода могут быть разными. Проведенные испытания позволяют установить зависимость коэффициента водоотделения от высоты внутреннего электрода. Наибольшего значения коэффициент водоотделения достигает при отношении зазоров между электродами равном 2, и при относительной

высоте внутреннего электрода h - , равной 3. Для h 3 приращение коэффициента водоотделения по сравнению с h 2,5 в несколько раз меньше, но при этом возрастают размеры (высота) электродов, что приводит к увеличению габаритов и веса электродегидратора в целом. Поэтому для получения на выходе из электродегидратора топлива с содержанием эмульсионной воды, не превышающим 0,003%, при начальном содержании воды в топливе 0,006- 0,01% выбрана относительная высота внутреннего электрода h 2,5.

Анализ проб на входе и выходе позволяет определить оптимальную высоту перекрытия внутреннего электрода наружным (т.е. разницу высот электродов). При увеличении разности относительных высот электродов (относительная высота - высота электрода, отнесенная к диаметру наружного электрода Н -, h --) коэффициент

водоотделения увеличивается и достигает своего максимального значения при разности относительных высот электродов 0,6. Дальнейшее увеличение разности высот не приводит к увеличению коэффициента водоотделения, но при этом значительно увеличиваются габариты и вес электродегидратора. Поэтому оптимальной есть высота

перекрытия наружным электродом внутреннего 0,6 (по 0,3 сверху и снизу по отношению к внутреннему электроду).

В процессе экспериментальных иссле- 5 дований проводят визуальные наблюдения за процессом осаждения капелек в отстойную зону и за поведением их на дне отстой- ника (поскольку корпус выполнен из прозрачного материала). Для того, чтобы 10 предотвратить попадание в топливо капелек воды, находящихся на дне отстойника, необходимо чтобы высота отстойника была такой, при которой на капельки, находящиеся на его дне, не действовали бы электри15 ческие и гидродинамические силы. С этой целью высоту отстойника изменяют и наблюдают поведение капелек на дне отстой- . ника при раздельном действии электрической и гидродинамической сил, а также при

0 их совместном действии. Визуально определяют высоту отстойника, при которой на капельки воды, находящиеся на дне отстойника, при оптимальной напряженности не оказывают воздействие электрические и

5 гидродинамические силы, и капельки находятся на дне отстойника в состоянии покоя. Эта высота равна двум диаметрам наружного электрода,- Но для того, чтобы обеспечить надежнуюработу электродегидратора в слу0 чае несвоевременного слива отстоя воды из отстойника, высота отстойника взята равной 2,5 диаметра наружного электрода.

На процесс водоотделения существенную роль оказывают высота электродов и

5 зазор между ними. С увеличением отношения зазоров между электродами коэффициент водоотделения увеличивается (при одинаковой напряженности электрического поля в нижней части внутреннего электрода)

0 и достигает своего максимального значения

rj ,j

при 2. Дальнейшее увеличение

D - dH

отношения зазоров приводит к уменьшению коэффициента водоотделения, Приуве5 личении относительной высоты h внутреннего электрода коэффициент водоотделения увеличивается, но при этом уменьшается его темп приращения.

С увеличением относительной высоты

0 сетчатой части коэффициент водоотделения увеличивается. Это объясняется тем, что уменьшается скорость течения топлива через сетчатую часть электрода, а значит, уменьшаются и гидродинамические силы,

5 действующие на капельку, находящуюся в движущемся потоке топлива. Увеличение относительной высоты сетчатой части ведет также к уменьшению времени пребывания топлива в электрическом поле, а значит, и к

уменьшению вероятности осаждения капелек воды на диэлектрическую вставку. Экспериментальные исследования показывают, что максимальное значение коэффициента водоотделения при высоте сетчатой части внутреннего электрода 0,33, что подтверждает предположение о преобладающем действии электрических и гидродинамических сил на капельку воды в топливе в зависимости от скорости и времени пребывания ее в электрическом поле.

Таким образом, предлагаемый электро- дегидратор позволяет эффективно очищать малоконцентрированные водотопливные эмульсии от воды.

Формула изобретения Электродегидратор, включающий корпус с отстойной зоной, внутри которого расположены ячейки из коаксиальных наружного и внутреннего электродов, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности очистки малоконцентрированных водотоплиыных эмульсий, он снабжен диэлектрическими цилиндрическими вставками, размещенными на внутренней поверхности наружного электрода с перекрытием ими по высоте наружного электрода на 1/5 диаметра наружного электрода, внутренний электрод выполнен в виде усеченного конуса, нижняя треть которого выполнена из металлической сетки, а остальная часть выполнена из однородного металла, при этом наружный электрод перекрывает внутренний электрод на высоту, равную 1 /3 диаметра наружного электрода, а высота отстойной зоны корпуса равна 2,5 диаметра наружного электрода.

Изобретение относится к устройствам для очистки диэлектрических жидкостей от эмульсионной воды в электрическом поле постоянного тока и может быть использовано для очистки топлив, массы и гидравлических жидкостей. Целью изобретения является повышение эффективности очистки ма- локонцентрированных водотопливных эмульсий. Электродегидратор содержит корпус с ячейками из наружного и внутреннего электоодов. На внутренних поверхностях наружных электродов установлены диэлектрические вставки. Внутренние электроды выполнены в нижней трети из сетки, остальная часть из металла. Приведены оптимальные соотношения высоты наружного и внутреннего электродов и диэлектрической вставки, 3 ил.,1 табл.

12