Устройство для дозирования вещества в среду Советский патент 1992 года по МПК B01D65/08 

Изобретение относится к мембранной технике для приготовления и дозирования растворов и может быть использовано в системах водоснабжения и канализации для дозирования химических реагентов, в процессах подготовки питьевой воды, а также в химической технологии, пищевой и медицинской промышленности.

Цель изобретения - увеличение эффективности работы устройства за счет интенсификации растворения и увеличения проницаемости мембран.

На чертеже изображено устройство для дозирования вещества в среду.

Устройство содержит магистральный трубопровод 1 растворителя, трубопровод 2 раствора, подводящие трубопроводы растворителя с отключающими вентилями 3, диафрагму (дроссельную шайбу) 4, камеру 5

растворителя, растворные камеры 6, полупроницаемые мембраны 7, циркуляционные трубопроводы 8, гибкий трубопровод 9, узел 10 уплотнения, входной конец 11 трубопровода 9, растворный бак 12, затворные ящики 13, клапан 14, трубопровод 15 вывода раствора в обрабатываемую среду, трубопровод 16 ввода раствора в растворитель.

Растворный бак 12 соединен с помощью циркуляционных трубопроводов 8 с растворными камерами 6, отделенными от камер 5 растворителя полупроницаемыми мембранами 7. Растворный бак 12, циркуляционные трубопроводы 8 и растворные камеры 6 образуют циркуляционный контур. Камеры 5 растворителя присоединены с помощью трубопроводов с установленными на них отключающими вентилями 3 к магистральному трубопроводу 1 растворителя.

Ю (Л

ю ю

-N

Между точками присоединения трубопроводов 3 к трубопроводу 1 на последнем установлена диафрагма 4.

Трубопровод 2 раствора выполнен с возможностью перемещения его входного сечения 11 внутри растворного бака 12, для чего трубопровод 2 оборудован гибким участком 9, а место его прохода через стенку бака - узлом 10 уплотнения.

Затворные ящики 13 размещены внутри растворного бака 12 и выполнены в виде сит с сетчатым, перфорированным и т.п. днищем. Растворный бак оборудован также клапаном 14, установленным в его верхней точке. Присоединенные к растворному баку 12 циркуляционные трубопроводы 8 гидравлически объединяют нижнюю область растворного бака с входом в растворную камеру, а его верхнюю область - с выходом из растворной камеры.

Устройство работает следующим образом.

В затворные ящики 13 загружают вещество, служащее для обработки той или иной среды, для чего ящики 13 вынимают из рас- творного бака 12, а после загрузки снова размещают их в нем. Герметизируют крышку растворного бака, которая была снята при установке в бак ящиков, и заполняют растворные камеры, циркуляционные тру- бопроводы и растворный бак растворителем, для чего открывают вентили 3 на подводящих трубопроводах растворителя и клапан 14, служащий для выпуска воздуха. После выпуска воздуха клапан 14 закрыва- ют. При этом вентили на трубопроводах 15, 16 ввода раствора в обрабатываемую среду и растворителя соответственно закрыты. Их открывают после заполнения циркуляционного контура и этим завершают работу по запуску установки. С этого момента начинается непрерывное поступление раствора с постоянной концентрацией дозируемого вещества в обрабатываемую среду. Если требуется изменить концентрацию, то вход- ное сечение трубопровода 2 перемещают внутри растворного бака 12 (вручную или автоматически) в зависимости от показаний концентратомера. Непрерывное поступление раствора в обрабатываемую среду обус- ловлено тем, что из камер растворителя в растворные камеры через полупроницаемые мембраны поступает растворитель, создавая в циркуляционном контуре давление, обеспечивающее сток раствора из этого контура в обрабатываемую среду. Процесс поступления растворителя через полупроницаемую мембрану в раствор обусловлен прямым (естественным) осмосом.

Одновременно с поступлением в циркуляционный контур растворителя имеет место растворение в этом контуре дозируемого вещества, т.е. переход его в раствор с поверхности твердой фазы, содержащейся в затворных ящиках.

Таким образом, в верхней части циркуляционного контура имеет место увеличение концентрации растворенного вещества, а в нижней - снижение этой концентрации за счет осмотического разбавления. В результате этого плотность раствора в первом циркуляционном трубопроводе, подсоединенном к нижней области растворного бака, больше, чем плотность раствора во втором циркуляционном трубопроводе. Неодинаковая плотность в первом и втором циркуляционных трубопроводах является условием циркуляционного движения раствора из растворного бака в растворные камеры, а из них в растворный бак. Перемещение раствора в циркуляционном контуре интенсифицирует процесс растворения вещества и положительно сказывается на работе полупроницаемых мембран, уменьшая толщину слоя концентрационной поляризации, характеризующегося пониженной концентрацией растворенного вещества вблизи поверхности мембраны, и тем самым увеличивая проницаемость мембран.

Устройство позволяет дозировать раствор как в напорные трубопроводы, так и в открытые каналы. На схеме представлен вариант дозирования раствора в напорный трубопровод. Наличие давления в напорном трубопроводе исключает возможность самопроизвольного вытекания раствора из бака. Расход раствора определяется только притоком растворителя в контур: какой объем растворителя поступил через мембраны 7, такой же объем раствора вытекает из контура.

Если объем притока в контуре равен О (например, при опорожненных камерах 5 растворителя), то давление в баке становится равным давлению обрабатываемой среды (или давлению в трубопроводе растворителя 1, если дозирование раствора осуществляют в растворитель).

При дозировании в открытые каналы раствор можно подавать, например, в воронку, расположенную выше растворного бака и соединенную посредством трубопровода с каналом, Такая подача раствора исключает сбой в работе дозатора.

Преимущества устройства по сравнению с прототипом заключаются в том, что в растворных камерах содержится не твердая фаза, а раствор, перемещающийся вдоль поверхности мембран.

Отсутствие твердой фазы в растворных камерах и непрерывное движение раствора вдоль поверхности полупроницаемых мембран дает возможность применить для осмотического разбавления раствора аппараты обратного осмоса, например, с полыми волокнами.

По сравнению с известными устрйоства- ми в предлагаемом имеет место непрерывное движение раствора по циркуляционному кон- туру до тех пор, пока наблюдается разность концентраций на входе в растворный бак и на выходе из него. За счет такого движения не только улучшается растворение вещества, но и увеличивается скорость доставки веще- ства к поверхности мембраны за счет того, что имеющий место в известных установках диффузионный процесс перемещения вещества в растворе заменяется конвективным, что значительно эффективнее, так как скорость распространения вещества за счет конвекции значительно превышает аналогичную величину при диффузионных процессах.

Устройство характеризуется широкими возможностями по развитию поверхности мембран и позволяет использовать аппараты, выпускаемые для обессоливания воды обратным осмосом. При этом трубопровод раствора, наделенный возможностью пере- мещения в объеме дозируемой среды, не является препятствием для развития поверхности мембран, так как он размещен не в растворной камере, как это предусмотрено в известных устройствах, а в растворном баке. Наличие в баке зон крепкого (в месте подключения первого циркуляционного трубопровода) и разбавленного (у входного сечения второго циркуляционного трубопровода) растворов позволяет при необходи- мости менять количество дозируемого вещества путем перемещения растворного трубопровода.

Пример, Техническая характеристика установки: площадь поверхности мембран

МГА-95 0,072 м , количество затворных ящиков 5 шт., масса соли в затворных ящиках 5x110 г, расстояние между растворной камерой и растворным баком по вертикали 1400 мм.

Результаты дозирования раствора при разной площади контакта твердой фазы реагента с раствором в растворном баке приведены в таблице.

Из таблицы видно, что проницаемость мембран в установке с концентрационно- гравитационным контуром циркуляции увеличивается по сравнению с этой величиной в известных устройствах без такого контура примерно в 2 раза (в известных устройствах при тех же концентрациях раствора она составляет 50-100 л/сут-м).

Формула изобретения

1.Устройство для дозирования вещества в среду, включающее растворную камеру и камеру растворителя отделенные одна от другой полупроницаемой осмотической мембраной, трубопроводы растворителя, отличающееся тем, что, с целью увеличения эффективности в работе устройства за счет интенсификации растворения и увеличения проницаемости мембраны, оно снабжено размещенным над камерами растворным баком с по крайней мере одним содержащим твердое дозируемое вещество затворным ящиком и двумя циркуляционными трубопроводами, нижние концы которых присоединены к растворной камере, а верхние расположены в нижней и верхней частях растворного бака.

2.Устройство по п. 1, от л и ч а ю ще е- с я тем, что, с целью регулирования подачи дозируемого вещества, оно снабжено трубопроводом раствора, один конец которого размещен в растворном баке с возможностью перемещения по его высоте, а другой присоединен к трубопроводу растворителя.

12 /J

Изобретение относится к мембранной технике для приготовления и дозирования растворов и может быть использовано в системах водоснабжения и канализации для дозирования химических реагентов, в процессах подготовки питьевой воды, а также в химической технологии, пищевой и медицинской промышленности. Цель изобретения - увеличение эффективности работы устройства за счет интенсификации растворения и увеличения проницаемости мембран. Устройство для дозирования включает растворную камеру и камеру растворителя, отделенные друг от друга проницаемой осматической мембраной, растворный бак с содержащими твердое дозируемое вещество затворными ящиками и двумя циркуляционными трубопроводами, нижние концы которых присоединены к входу и выходу растворной камеры, а верхние соединены с нижней и верхней областями растворного бака. Изобретение позволяет увеличить проницаемость мембран в 1,5-2 раза. 1 ил.