Способ дегазации жидкости и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к способу дегазации жидкости и устройству для его осуществления. Целью изобретения является повышение эффективности дегазации жидкости и снижения энергозатрат, а также упрощение конструкции устройства. В жидкость помещают герметичную газовую камеру и возбуждают в жидкости колебания периодически и с определенной частотой. Устройство содержит емкость, в которой на вертикальном стержне свободно установлена торообразная газонаполненная упругая камера. На поверхности жидкости размещен плавающий перфорированный диск. Возбудитель колебаний выполнен в виде пульсатора. 2 с.п. ф-лы, 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sl)s В 01 D 19/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ВСЕСОЮЗНАЯ

ЛА1 И ТЮ- ТЕмИЧйЖНМ

БИБЛИО EHr>

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ4ЕТЕЛЬСТВУ (21) 4660227/26 (22) 07.03.89 (46) 23,07.91. Бюл. М 27 (72) А.Н.Ковальчук, В.Д.Кубенко, В.Д.Лакиза, В.И.Осипов. А.А.Ржанов и M.Н.Сыровец (53) 66.069.84(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 867392, кл. В 01 D 19/00. 1978. (54) СПОСОБ ДЕГАЗАЦИИ ЖИДКОСТИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к способу дегазации жидкости и устрсйству для его осуществления. Целью изобретения является

Изобретение относится к способам и устройствам для дегазации жидкостей и может быть использовано в химической, нефтехимической и авиационной промышлености, а также в системах водоподготовки.

Целью изобретения является повышение эффективности дегазации жидкости и снижение энергозатрат, а также упрощение конструкции устройства для дегазации.

Сущность способа заключается в том, что в жидкость помещают герметичную газовую камеру и возбуждают в ней колебания периодически с частотой

n Р S Гц > где n — коэффициент адиабаты для газа;

P — давление над свободной поверхностью жидкости, дин/см; г, $ — площадь сечения газовой камеры, см;

Q — объем газовой камеры, см; з, и (- высота столба жидкости над газовой камерой, см;

„„5U„„1664359 А1 повышение эффективности дегаэации жидкости и снижения энергозатрат, а также уп-. рощение конструкции устройства. В жидкость помещают герметичную газовую камеру и возбуждают в жидкости колебания периодически и с определенной частотой.

Устройство содержит емкость, в которой на вертикальном стержне свободно установлена торообразная газонаполненная упругая камера. На поверхности жидкости размешен плавающий перфорированный диск.

Возбудитель колебаний выполнен в виде пульсатора. 2 с.п.ф-лы, 4 ил. р — плотность жидкости, г/c, з при ограничении подвижности поверхности .жидкости посредством ячеистой пластины.

На фиг,1 приведена. общая схема устройстца: на фиг.2 — разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 — узел t на фиг.1; на фиг.4 — узел !! на фиг.1, Устройство содержит вертикальную цилиндрическую емкость 1 с патрубками подвода 2 и отвода 3 жидкости. В верхней части емкости имеется герметичная крышка 4 с патрубком 5, подключенным к вакуум-насосу или эжектору. B нижней части емкости 1 по ее центру размещены вертикальный стержень 6 и охватывающая его с зазором газонаполненная торообразная упругая камера 7, выполненная из эластичной упругой, например резиновой, пленки 8. обеспечивающей хороший динамический контакт газа с заливаемой в емкость жидкостью. Вертикальный стержень 6 закреплен на днище камеры, а на верхнем конце его закреплены радиальные ребра 9, установленные в горизонтальной плоскости, длина которых пре1664359

20

30

40

50

55 вышает максимальный размер упругой камеры 7, На наружной поверхности емкости 1 вблизи верхнего торца стержня 6 закреплен патрубок 10, соединяющий жидкостную часть емкости с возбудителем колебаний жидкости — пульсатором 11. Внутри емкости над радиальными ребрами 9 свободно размещен плавающий цилиндрический перфорированный диск 12, выполненный из материала, имеющего плотность ниже плотности дегазируемой жидкости. Отверстия

13 диска 12 имеют в нижней части коническое расширение 14., На жидкостной линии между емкостью

1 и пульсатором 11 установлен разделитель

15(фиг,1 и 4), представляющий собой дисковую камеру, разделенную на две герметичные полости гибкой мембраной, закрепленной в камере своей перфорированной частью. При горизонтальной установке разделителя 15 (фиг,4) обеспечивается свободный выход газа из полости разделителя при заполнении ее жидкостью, При вертикальной установке разделителя (фиг.1) в верхней части этой полости необходимо предусмотреть устройство для отвода газа при ее заполнении жидкостью. Перфорированный диск 12 размещен в емкости 1 с небольшим кольцевым зазором (1 — 1,5 мм), позволяющим ему свободно всплывать при заполнении емкости жидкостью и удерживаться на поверхности жидкости. Диск может быть изготовлен, например, из дерева или мелкоячеистого пенопласта и иметь снаружи защитный слой лака или другого более стойкого покрытия.

Устройство работает следующим образом;

Вначале емкость 1 через патрубок 2 заполняется дегазируемой жидкостью при закрытом клапане на патрубке 3 отвода жидкости. При этом газонаполненная торообразная камера 7 всплывает и прижимается к нижней части ребер 9, закрепленных на конце стержня 6, ограничивающих уровень всплытия тора. Перфорированный диск 12, размещенный свободно с небольшим зазором в емкости 1, также вспл ы вает и находится на поверхности жидкости, Через патрубок 10 заполняется жидкостью и полость разделителя 15, сообщенная с емко стью 1. Вариант горизонтальной установки разделителя 15 (фиг.4) предпочтительнее, так как в этом случае при заполнении жидкостью обеспечивается свободный выход газа из полости разделителя через патрубок

10. По окончании заполнения емкости 1 включается вакуум-насос или эжектор для создания через патрубок 5 требуемого раэрежения над поверхностью жидкости. Затем включается пульсатор 11, сообщающий жидкости в емкости через разделитель 15 и штуцер 10 периодические пульсации давления с заданной частотой в, возбуждающие в жидкости переменное (гидродинамическое) давление. Пульсации давления жидкости через эластичные стенки 8 торообразной камеры 7 передаются находящемуся в ней газу, который начинает пульсировать, сжимаясь и расширяясь с частотой изменения гидродинамического давления fs. При этом в емкости 1 возникает колебательная система жидкость — газ, в которой газ является упругим элементом, а жидкость — инерционным. Согласно полученным экспериментальным данным собственная частота колебаний такой системы составляет

Р 3 Гц

a rp где n — коэффициент адиабаты для газа;

P — давление над свободной поверхностью жидкости, дин/см ;

S — площадь сечения размещенной в жидкости газовой камеры, см;

Q — объем газовой камеры в жидкости, см;

f- высота столба жидкости над газовой камерой, см;

p— - плотность жидкости, г/см . э

При этом образованная в емкости колебательная система жидкость — газ обладает высокой чувствительностью, поскольку заключенный в эластичную оболочку газ обладает очень высокими упругими свойствами.

Так как частота внешнего вибровоздействия на жидкость f> устанавливается равной f, система жидкость — газ сразу выходит на резонансный режим колебаний, характеризующийся резким увеличением интенсивности пульсаций газа (торообразной камеры) и увеличением в 6 — 8 раз амплитуды гидродинамического давления в жидкости, при возрастании ее турбулизации образуются мощные турбулентные потоки пульсирующей жидкости по всему объему жидкости. Гидродинамическая неустойчивость жидкости при резонансных пульсациях системы жидкость — газ резко снижается, При этом в отрицательные полупериоды значений гидродинамического давления разрежение в жидкости становится значительно ниже величины парциальных давлений растворенных в жидкости газов, что приводит к выделению газа из жидкости.

Выделившиеся. газовые включения в условиях резонансного режима пульсаций системы коалесцируют, объединяясь в газовый

1664359

55 конгломерат или "рой", представляющий собой локальное скопление динамически очень активно взаимодействующих между собой пузырьков газа.

Газовый конгломерат находится внутри жидкости и удерживается в ней вблизи размещения газонаполненной упругой камеры.

Это связано с тем, что в пульсирующей жидкости на пузырьки газа действует направлен ная вниз.. вибрационная сила, величина которой прямо пропорциональна величине гидродинамического давления. При больших значениях этого давления, что имеет место в резонансном режиме пульсаций системы жидкость — газ, вибрационная сила может превышать постоянно действующую на пузырьки силу Архимеда, в результате чего пузырьки перемещаются вниз к положению устойчивого равновесия (где сила

Архимеда больше) и .объединяются там в конгломерат.

При прекращении вибровоздействия на жидкость (в ыкл юча ют пул ьсатор 11) резонансные пульсации системы прекращаются. гидродинамическое давление в жидкости исчезает и газовый конгломерат всплывает к поверхности жидкости, проходит через отверстия перфорированного диска 12 и через патрубок 5 отводится из емкости, После этого вновь включают пульсатар, в емкости снова возникает резонансный режим турбулентных пульсаций газожидкостной системы и снова в жидкости образуется газовый конгломерат (обычно через 2-5 с после включения пульсатора), После образования газового конгломерата выдерживают режим в течение 5 — 1О с и снова кратковременно выключают пульсатор. После паузы, необходимой для всплытия конгломерата (2-3 с), включают пульсатор и т.д.

В то же время резонансные пульсации газожидкостной системы вызывают интенсивные колебания свободной поверхности жидкости, при этом жидкостью захватываются пузырьки из газовой полости емкости. которые под действием вибрационной силы перемещаются вниз. Для исключения этого нежелательного явления в предлагаемом способе дегазации ограничивают подвижность свободной поверхности жидкости ячеистой структурой, т.е. разбивают ее на множество отделенных одна от другой малых ячеек. В малых ячейках резко увеличивается влияние сил поверхностного натяжения и вязкости на подвижность поверхности жидкости. Поэтому. даже в условиях резонансных пульсаций системы колебания поверхности жидкости в ячейках незначительны и захват < ею газа не проис5

35 ходит. В то же время ячейки не препятствуют выходу из жидкости газа, выделяемого при ее дегазации.

В предлагаемом устройстве эта задача решена путем использования перфорированного диска, свободно плавающего на поверхности жидкости с небольшим кольцевым зазором относительно стенок емкости. При диаметре отверстий перфорации (ячеек) диска, равном 3-4 мм, как показали эксперименты, полностью исключается захват газа с поверхности жидкости (вода, керосин, спирт) при резонансных пульсациях системы, а при степени перфорации диска 50% обеспечивается свободный проход газового конгломерата в газовую полость камеры. Выполнение конического расширения в нижней части отверстий перфорации диска (фиг.3) позволяет дополнительно улу <шить условия выхода газа из жидкости.

Таким образом, чередование циклов возбуждения резонансных пульсаций системы жидкость — газ, вызывающих турбулизацию жидкости и образование газового конгломерата, с паузами в вибровоздействии для всплытия конгломерата в газовую полость емкости позволяет осуществлять эффективную дегазацию жидкости. Количество циклов резонансного вибровоздействия на жидкость определяется необходимой степенью дегазации жидкости.

При этом выполнение дегазационной емкости вертикальной и цилиндрической является оптимальным, поскольку при такой форме обеспечиваются наилучшие условия динамического взаимодействия между собой элементов колебательной системы жидкость — газ и достигается максимальная добротность (чувствительность) системы.

При такой форме емкости обеспечивается также постоянный зазор между ее стенками и перфорированным диском., что важно для нормального осуществления процесса дегазации. Торообразная форма упругой газонаполненной камеры также является оптимальной для повышения добротности колебательной системы, так как она обеспечивает максимальную поверхность динамического контакта газа и жидкости.

Размещение тора с зазором на вертикальном стержне при ограничении его высоты всплытия позволяет тору свободно совершать интенсивные резонансные пульсации (расширения и сжатия) с частотой изменения гидродинамического давления B жидкости. При этом тор совершает также интенсивные осциллирующие движения, способствующие усилению кавитационных процессов вблизи его поверхности, а по

1664359 центру тора образуется мощный пульсирующий поток жидкости, дополнительно турбулизующий объем дегаэируемой жидкости, Это интенсифицирует процесс выделения газа из жидкости, Таким образом, предлагаемое техническое решение за счет реализации в объеме жидкости резонансного режима пульсаций системы жидкость — газ позволяет значительно интенсифицировать процесс дегазации. При этом высокая чувствительность колебательной системы позволяет осуществлять резонансный режим с минимальными затратами энергии — по сравнению с прототипом они снижаются в 8 — 10 раз. Значительно сокращается также время дегазации жидкости. Экспериментально установлено, что степень дегазации 987; достигается при

4 — 6 циклах вибровоздействия на жидкость, при этом длительность процесса дегазации составляет менее 3 мин. Значительно упрощается также конструкция и работа устройства для осуществления дегазации.

Формула изобретения

1. Способ дегазации жидкости. включающий возбуждение в ней колебаний и откачку выделившегося газа, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса дегазации и снижения энергозатрат, в жидкость помещают герметичную газовую камеру и возбуждение колебаний

° осуществляют периодически с частотой п P S где n -- коэффициент адиабаты для газа;

P — давление над свободной поверхно5 стью жидкости, дин/см;

S — площадь сечения газовой камеры, см; г.

Q — объем газовой камеры, см (- высота столба жидкости над газовой

10 камерой, см;

p — плотность жидкости, г/см, э при ограничении подвижности поверхности жидкости посредством ячеистой пластины.

2. Устройство для дегазации жидкости, 15 содержащее герметичную емкость с патрубками подвода и отвода жидкости и газа и возбудитель колебаний жидкости, о т л и ч аю щ е е с я тем. что, с целью повышения эффективности процесса дегаэации и сни20 жения энергозатрат при упрощении конструкции устройства, емкость выполнена вертикальной и цилиндрической и снабжена размещенной в нижней части газонаполненной торообразной упругой камерой, 25 вертикальным стержнем, закрепленным на днище емкости и имеющим в верхней части радиальные ребра, и перфорированным плавающим диском. установленным с зазором относительно внутренней стенки емко30 сти, при этом торообразная камера свободно установлена на стержне, а возбудитель колебаний жидкости выполнен в виде пульсатора, подключенного через разделитель к нижней части камеры.

1664359

Й

Фиг. Г Ю

Фиг. Л -ъ. ©

Ф М гт

Составитель О. Калякина

Редактор 8. Петрош Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Э, Лончакова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101

Заказ 2342 Тираж 442 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва. Ж-35, Раушская наб., 4/5