Способ очистки жидкости от примесей и очистной отсек трубопровода

 

Изобретение относится к очистным сооружениям, обеспечивающим, в частности, очистку и опреснение промышленной и морской воды до экологически чистого уровня от твердых частиц и растворенных в ней химических соединений с последующей переработкой отделенных фракций при минимальных затратах электрической энергии. Способ очистки основан на создании потока жидкости в форме винтового вихря как течения, необходимого для отделения твердых частиц и последующего разделения ионных компонентов раствора в магнитном поле под действием сил Лоренца. Очистной отсек трубопровода содержит перфорированную трубу с винтовыми каналами, помещенную в трубу-коллектор для сбора и отвода твердых частиц. Труба соединена с конфузорной трубой и имеет винтовые лопатки. Конфузорная труба выполнена с винтовыми каналами и имеет соленоид на наружной поверхности. Технический результат состоит в разделении потока на кислотную, гидрооксидную и нейтральную фракции. 2 c.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение содержит способ, охарактеризованный одним независимым пунктом формулы, и устройство, охарактеризованное одним независимым пунктом формулы.

Изобретение относится к очистным сооружениям, в частности обеспечивающим возвращение в природу экологически чистой воды.

В качестве аналогов изобретения могут быть рассмотрены следующие изобретения: DE 2816925 A (Krauss-Maffeiag) 31.10.79, В 01 D 17/10; DD 252599 A (VE BKW "Erich Weinert" Deuben) 23.12.87, C 02 F 1/40; JP 61-41241 В (Коге гидзюцу инте) 13.09.86, B 01 D 17/038; SU 1604393 A1 (Государственный научно-исследовательский и проектный институт нефтяной и газовой промышленности) 07.11.90, 01 D 17/00; SU 759455 A (Всесоюзный проектно-изыскательский и научно-исследовательский институт Гидропроект им. С.Я. Жука - Бакинское отделение) 05.09.80, C 02 F 1/00; SU 1789795 A (Институт технической механики АН УССР) 23.01.93, F 15 D 1/00.

В качестве аналога (прототипа), наиболее близкого к заявляемому изобретению, можно выделить изобретение "Способ очистки жидкости от примесей", указанный первым в списке аналогов (DE 2816925 A, кл. В 01 D 17/10, 31.10.79 г).

Характерным существенным признаком перечисленных аналогов и заявляемого изобретения является наличие потока газа или жидкости в форме винтового вихря.

Заявляемое изобретение направлено на решение задачи очистки сточных промышленных вод или других жидкостей от твердых частиц и растворенных химических соединений, а также опреснения грунтовой и морской воды с последующей переработкой отделенных фракций при незначительных затратах электрической энергии и непрерывности процесса очистки с минимальным гидравлическим сопротивлением.

Предлагается способ очистки жидкости от примесей с использованием постоянного гидравлического потока в виде винтового вихря и энергии магнитного поля для разделения ионных компонентов раствора. Винтовой вихрь обеспечивает работу центробежных сил, действующих на твердые частицы, и работу сил Лоренца, действующих на ионные компоненты в магнитном поле и разделяющих поток жидкости на кислотную, гидрооксидную и нейтральную (опресненную) фракции.

К существенным отличительным признакам способа можно отнести следующие фрагменты действия: обеспечивают поток жидкости в форме винтовых вихрей с помощью винтовых каналов на внутренней поверхности трубопровода, в которых образуются первичные винтовые вихри, возбуждающие вращательное движение ядра потока в поперечном сечении последнего; отводят твердые частицы с частью жидкости через перфорированную поверхность трубопровода за счет действия центробежных сил на вращающиеся вместе с потоком твердые частицы; пропускают очищенную от твердых примесей жидкость по конфузорной части трубопровода, оснащенной внутренними пристеночными винтовыми каналами и увеличивающей как поступательную, так и вращательную составляющие скорости, через магнитное поле, которое создается соленоидом, навитым на наружной поверхности конической трубы, и имеет направление вектора магнитной индукции, параллельное (или близкое к параллельному) оси потока;
разделяют поток на кислотную, гидрооксидную и нейтральную (опресненную) фракции за счет сил Лоренца, которые действуют на ионы растворенных солей при формировании потока в форме винтового вихря;
отводят разделенные фракции через соответствующие каналы трубопровода, выполненного по схеме "труба в трубе", с тремя жесткими стенками;
повторяют неоднократно очистку полученной опресненной фракции жидкости по аналогичным циклам в последовательно расположенных очистных отсеках трубопровода.

К существенным отличительным признакам устройства очистного отсека можно отнести следующие особенности конструктивного исполнения:
очистной отсек представляет часть основного трубопровода с отводами фракций с твердыми частицами, кислотной, гидрооксидной и нейтральной (основной);
очистной отсек состоит из последовательно расположенных частей - первая по направлению потока выполнена в виде цилиндрической перфорированной трубы с внутренними пристеночными винтовыми каналами, образованными лопатками, загнутыми в торцевом сечении трубы по направлению вихря, и помещена в трубу-коллектор для отвода фракции потока, содержащей твердые частицы; вторая часть отсека представляет собой конфузорную трубу, оснащенную аналогичными винтовыми каналами переменного сечения и увеличивающую как поступательную, так и вращательную составляющие скорости потока, на наружной поверхности которого имеется соленоид, создающий магнитное поле, через которое проходит поток жидкости, при этом происходит разделение потока за счет сил Лоренца на кислотную, гидрооксидную и нейтральную фракции; третья часть отсека, предназначенная для отвода разделенных фракций жидкости, выполнена по схеме "труба в трубе" с тремя жесткими стенками, образующих три независимых канала.

Возможность осуществления изобретения рассматривается на схеме устройства, объясняющего способ очистки жидкости от твердых примесей и растворенных в ней солей. Схема устройства (см. чертеж) представляет эскизный вариант конструкции очистного отсека трубопровода. Очистной отсек является элементом проточной части трубопровода и обеспечивает непрерывность процесса очистки жидкости.

Жидкость, в частном случае вода, поступает в цилиндрическую перфорированную трубу 1 с внутренними пристеночными винтовыми каналами, образованными винтовыми лопатками 6, загнутыми в торцевом сечении трубы в направлении вихря. На чертеже показаны схемы формирования первичных вихрей в каждом винтовом канале и возбуждения винтового вихря в центральном потоке жидкости; там же представлена качественная картина распределения скорости потока в торцевом сечении трубы. За счет центробежных сил, действующих на твердые частицы, вращающиеся вместе с жидкостью, происходит радиальное перемещение и выход частиц из основного потока через отверстия перфорированной стенки трубы. Частицы собираются в камере, ограниченной перфорированной трубой 1 и трубой-коллектором 2, и отводятся с частью потока из основного трубопровода.

Поток жидкости, очищенный от твердых примесей, в форме винтового вихря поступает в конфузорную трубу 3, оснащенную винтовыми каналами переменного сечения. Конусность трубы 3 и конусность винтовых каналов позволяют увеличить не только поступательную составляющую скорости потока, но и вращательную составляющую, что является одним из необходимых условий для разделения потока на кислотную и гидрооксидную фракции. Вторым условием этого разделения является создание магнитного поля внутри потока жидкости с вектором магнитной индукции, перпендикулярным вектору скорости вращательного движения. Магнитное поле создается соленоидом 4, расположенным на наружной поверхности конфузора. Механизм разделения потока в магнитном поле за счет действия на заряженные ионы растворенных солей сил Лоренца показан на чертеже.

Созданные в результате электромагнитного разделения потока кислотная, гидрооксидная и нейтральная фракции отводятся каждая по своему каналу. Отводные каналы 5 образованы тремя жесткими стенками, расположенными по схеме "труба в трубе". Центральный и периферийный каналы отводят кислотную и гидрооксидную фракции потока в зависимости от направления магнитного поля, а средний канал, с наибольшей площадью поперечного сечения, служит для отвода нейтральной (очищенной и опресненной) фракции жидкости и подачи ее на следующий подобный очистной отсек. Загрязненные, а на самом деле обогащенные химическими элементами фракции потока поступают на вторичную переработку.

Формула изобретения

1. Способ очистки жидкости от примесей, в котором формируют поток жидкости в виде винтовых вихрей с помощью винтовых каналов на внутренней поверхности трубопровода, отводят твердые частицы с частью потока через перфорированную поверхность трубопровода за счет действия центробежных сил на вращающиеся вместе с потоком твердые частицы, пропускают очищенную от твердых примесей жидкость по конфузорной части трубопровода, отличающийся тем, что увеличивают вращательную составляющую скорости потока за счет внутренних пристеночных винтовых каналов на конфузорной части трубопровода, при этом в конфузорной части трубопровода создают магнитное поле за счет соленоида, навитого на наружной поверхности конической трубы, разделяют поток на кислотную, гидрооксидную и нейтральную фракции за счет сил Лоренца, которые действуют на ионы растворенных солей при формировании потока в форме винтового вихря, отводят разделенные фракции через соответствующие каналы трубопровода, выполненного по схеме "труба в трубе" с тремя жесткими стенками, повторяют неоднократно очистку полученной опресненной фракции жидкости по аналогичным циклам в последовательно расположенных очистных отсеках трубопровода.

2. Очистной отсек трубопровода, содержащий последовательно расположенные цилиндрическую перфорированную трубу с внутренними винтовыми каналами, помещенную в трубу-коллектор для сбора и отвода твердых частиц с частью потока, проходящего через отверстия перфорированной стенки трубы, и конфузорную трубу, отличающийся тем, что винтовые каналы образованы винтовыми лопатками, загнутыми в поперечном сечении трубы в направлении вихря, конфузорная труба выполнена с винтовыми каналами переменного сечения, снабжена соленоидом, расположенным на наружной поверхности и создающим в потоке жидкости магнитное поле, разделяющее поток на кислотную, гидрооксидную и нейтральную фракции за счет сил Лоренца, действующих на ионы раствора, вращающихся в поперечном сечении потока с увеличивающейся скоростью по направлению потока, при этом вектор магнитной индукции перпендикулярен вектору скорости вращательного движения, и снабжена разделительными отводными каналами, выполненными по схеме "труба в трубе" с тремя жесткими стенками, образующими три независимых канала, два из которых - центральный и периферийный - служат для отвода кислотной и гидрооксидной фракции в зависимости от направления магнитного поля, а средний канал, с наибольшей площадью поперечного сечения, служит для отвода нейтральной очищенной опресненной фракции жидкости.

РИСУНКИ

Рисунок 1