Способ получения микродисперсных систем



Способ получения микродисперсных систем
Способ получения микродисперсных систем
Способ получения микродисперсных систем
Способ получения микродисперсных систем

 


Владельцы патента RU 2597318:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева" (КузГТУ) (RU)

Изобретение относится к области термодинамики многофазных систем и может быть использовано для получения микродисперсных систем. Растворенные в воде газы в соответствии с законом Генри выделяются из нее при прохождении через отверстия в перегородке в виде пузырьков размером от 5 мкм и более. Определяемая средняя величина электрического потенциала в потоке составляет - 98,8 мВ. Диаметр отверстий в перегородке определяется величиной частиц механических примесей до 300 мкм и составляет 400 мкм. Изобретение позволяет повысить эффективность извлечения растворенного в воде газа. 2 ил., 2 табл.

 

Изобретение относится к области термодинамики многофазных систем.

Известен способ выделения сероводорода из природных вод путем дегазации. С целью упрощения процесса при извлечении сероводорода из глубинных слоев естественных водоемов, дегазацию ведут путем воздействия на воду электрогидравлическими ударами (Авт. св. СССР №429026, МПК C02F 1/34, опубл. 25.05.1974).

Недостатком этого способа является потребность использования высокого напряжения от 5 до 100 кВ с одновременным наложением разряжения порядка 0,4 атмосферы. При этом должен быть исключен контакт воды и получаемых из нее продуктов (газов) с кислородом воздуха.

Также известен способ, заключающийся в ее термической обработке путем нагрева в объемных аппаратах до температуры кипения (Авт. св. СССР №426970, МПК C021F 1/02, опубл. 05.05.1974).

Недостатком этого способа является то, что вода подвергается термической обработке, что требует привлечения дополнительных энергоресурсов.

Известен способ дегазации жидкости путем десорбции газов под действием разности их парциальных давлений и увеличения поверхности раздела фаз кавитационным механическим воздействием на жидкость, при этом десорбцию осуществляют в объеме жидкости, имеющей естественную свободную поверхность, а кавитационному механическому воздействию подвергают только слой жидкости в пределах этой поверхности (Патент РФ №2079435, МПК C02F 1/34, опубл. 20.05.1997).

Недостатком перечисленных выше способов является то, что они потребляют дополнительные энергоресурсы. А также отсутствуют: инициирующий механизм образования зародышей СаСО3; учет площади поверхности раздела фаз, основным образующим фактором которого является пузырьковая система; отсутствует анализ массообменных процессов, описываемых законом Генри.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности извлечения из жидкости растворенного в ней газа, т.е. дегазация жидкости, и, в частности, воды.

Технический результат достигается тем, что в способе получения микродисперсных систем при прохождении водного потока через мембрану растворенные в воде газы в соответствии с законом Генри выделяются из раствора при прохождении через отверстия в перегородке в виде пузырьков размером от 5 мкм и более, а определяемая средняя величина электрического потенциала в потоке составляет - 98,8 мВ, диаметр отверстий в перегородке определяется величиной частиц механических примесей, содержащихся в воде, до 300 мкм и составляет 400 мкм.

Так как величина заряда пузырьков не определяет суть заявки, поэтому данная величина не приводится в формуле заявки.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена схема экспериментальной установки, на фиг. 2 - зависимость количества воздушных пузырьков в 1 мл микропузырьковой жидкости от их диаметра.

Заявляемый способ реализуется в вертикальном или горизонтальном аппарате (фиг. 1), в котором перегородка-мембрана 1 имеет живое сечение от 5% и выше в зависимости от физико-химических свойств жидкой фазы, а диаметр отверстий начинается с 400 мкм и более с учетом наличия частичек твердой фазы, во избежание засорения перегородки-мембраны в процессе эксплуатации.

В поперечном сечении материального потока (фиг. 1) устанавливают перегородку-мембрану (1) с размером отверстий 400 мкм в корпус установки 2 с целью исключения засорения данных отверстий. Давление в системе обуславливается величиной рабочего давления сети (Р1). После прохождения диафрагмы материальный поток поступал в открытую систему под атмосферным давлением (Р2). Объемная скорость потока обуславливалась разницей (P1) и (Р2), а также сопротивлением перегородки-мембраны.

При этом происходит дегазация раствора жидкой фазы в соответствии с законом Генри, то есть растворенный в жидкой фазе газ, накопленный за десятки и сотни лет, высвобождается в окружающую среду. Из воды выделяются микропузырьки 3.

По ходу эксперимента регистрировались следующие показатели:

1. Размер выделяемых пузырьков из раствора при прохождении через отверстия в перегородке.

2. Знак заряда пузырьков.

3. Разность потенциала между корпусом установки и водным потоком.

4. Диаметр отверстий в перегородке с целью исключения засорения данных отверстий механическими примесями.

5. Объемная скорость потока в зависимости от давления водопроводной сети.

6. Скорость образования кристаллов солей временной жесткости в прошедшем через перегородку-мембрану растворе.

7. Количество микропузырьков на единичный объем жидкой фазы.

8. Материал перегородки-мембраны.

9. Химический состав газовой фазы, выделенной из воды, при получении микродисперсных систем.

Электрический потенциал Е в потоке измерялся вольтметром В7-22А.

Напряженность электростатического поля измерялась измерителем напряженности электростатического поля ИЭСП-7.

Е (Э.Д.С.) измерялась прибором: рН-метр-ионометр «Эксперт 001».

По результатам проведенных исследований был разработан вероятный механизм, повышающий скорость образования зародышей СаСО3, основанный на отрицательном знаке заряда поверхности микропузырька и диссоциации HCO3- на Н+ и CO32-.

В результате прохождения водного потока через мембрану примеси, растворенные в электролите, распадались по механизму Гомберовской диссоциации, возникали пары свободных радикалов, знак энергии взаимодействия которых с окружающими молекулами положителен (Gomberg М. Ueber die Darstellung dess Triphenyl-chlor-metanes. // Ber. Dt. Chem. Ges. - 1900, p. 3144-3149, Bargon J., Fischer H., Johnsen U. Kernresonans-Emissionslinien waehrend rascher Radikal - reaktionen. 1 Aufnahmeverfahren und Beispiele. - «Z. Naturforsch», 1967, Bd. 22a, S. 1551-1556).

Состав газа, полученного при дегазировании водного потока, значительно отличается от состава воздуха, что подтверждается хроматографическим анализом. Состав газа полученного после дегазации и справочные данные по составу окружающего воздуха приведены в таблице 1.

Диапазоны эксперимента: температура T1=+1…+90°С; давление в системе P1=2…2,5 атм; периодичность проведения измерений 10 мин.

Результаты представлены в таблице 1.

Было установлено, что газовый микропузырек в отличие от газового пузыря, окруженного водой с диполями на его поверхности, в нашем случае имеет отрицательный заряд, что существенно меняет механизм образования микрозародышей СаСО3 на поверхности микропузырька в системе жидкость - газ.

Электрические показатели водного потока после прохождения через мембрану представлены в таблице 2.

Согласно экспериментальным данным имеем объем газовой фазы в воде 5-7% об.

Исходя из предположения, что в 1 мл (или 1 см3) содержится 5-7% газа. Тогда объем газа Vг будет составлять

1 мл - 100%,

X мл - 5%, X=Vг=0,05 мл (см3).

Предположим что диаметр d воздушных пузырьков - 100 мкм, или 0,01 см.

Тогда объем шара газового пузыря Vгп V г п = 1 6 π d 3 = 0,000000523 с м 3 .

Определим число газовых пузырей n диаметром 0,01 см.

n = V г V г п n0,01=95602 шт.

Для воздушных пузырьков диаметром d - 50 мкм, или 0,005 см.

V г п = 1 6 π d 3 = 0,00000006542   с м 3

n0,005=764292 шт.

Для воздушных пузырьков диаметром d - 10 мкм, или 0,001 см.

V г п = 1 6 π d 3 = 0 ,000 .000 .000523 ñм 3

n0,001=95602294 шт.

На фиг. 2 представлена зависимость количества воздушных пузырьков в 1 мл жидкости от их диаметра.

Количество микропузырьков составляло от 5 до 8% от объема жидкой фазы.

В качестве материала перегородки-мембраны определяющим являлось использование материалов: органических - фторопласт-4, капрона и неорганических - латунь и нержавеющая сталь (данные материалы выбраны, т.к. они не подвергаются коррозии, не изменяются размеры отверстий).

Скорость потока, в зависимости от давления водопроводной сети, при 252 кПа, составила в одном отверстии - 20 м/с, а значения критерия Рейнольдса повышалось от 1400 до 3430.

Предложен вероятный механизм, повышающий скорость образования зародышей СаСО3, основанный на отрицательном заряде поверхности микропузырька и диссоциации НСО3- на Н+и СО32-.

За счет увеличения площади поверхности контакта фаз скорость образования кристаллов солей временной жесткости повышалась в 1,4 раза.

Под действием магнитного поля от 1,2 до 1,5 Тесла повышалось отклонение микропузырьков газовой фазы в направлении магнита, приставленного к стеклянному стакану, что подтверждало, исходя из закона Лоренца, отрицательный заряд поверхности микропузырька.

Изменялся химический состав газовой фазы, выделенный из воды, при получении микродисперсных систем, в отличие от известного состава по справочной литературе: азот повышается от 78,0% до 81,2%; кислород снижается от 20,9% до 15,9%. Это наблюдается в результате общего увеличения объема выделяемых газов, так и при перераспределении его по компонентам.

Способ получения микродисперсных систем, отличающийся тем, растворенные в воде газы в соответствии с законом Генри выделяются из раствора при прохождении через отверстия в перегородке в виде пузырьков с размером от 5 мкм и более, а определяемая средняя величина электрического потенциала в потоке составляет - 98,8 мВ, диаметр отверстий в перегородке определяется величиной частиц механических примесей до 300 мкм и составляет 400 мкм.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к водоочистке. Проводят биологическую очистку сточных вод в установке, содержащей приемную камеру 1, аэротенк 11 и емкость 15, выполняющую функцию аэробного стабилизатора ила.

Изобретение предназначено для фильтрования. Картридж для очистки воды, располагаемый между резервуаром для исходной воды и резервуаром для очищенной воды водоочистителя, имеет контейнер для размещения адсорбента и мембраны из полых волокон для фильтрования исходной воды и содержит секцию адсорбера, в которой расположен адсорбент, и которая имеет предусмотренную внутри нее секцию водосборника, через которую протекает вода, профильтрованная адсорбентом, причем секция водосборника имеет цилиндрическую форму и сформирована вертикально таким образом, что проходит через секцию адсорбера; секцию мембраны из полых волокон, в которой размещена мембрана из полых волокон, и которая расположена на выпускной стороне секции адсорбера и секции водосборника; и отверстие для выпуска воздуха, расположенное на верхней стороне контейнера и соединенное с пространством в секции водосборника.

Изобретение относится к группе новых экстрагентов для извлечения азотной кислоты из водных растворов, в том числе из сточных вод, которые могут быть использованы для жидкостной экстракции азотной кислоты и разделения соляной и азотной кислот.

Изобретение относится к оборудованию для подготовки попутно добываемой пластовой воды в системе сбора нефти, газа и воды. Установка включает трубопровод 3 подачи добываемой газо-жидкостной смеси (ГЖС) в блок сепарации ГЖС 1, трубопровод отвода ГЖС 10 из блока сепарации ГЖС 1, блок подготовки воды 2, оснащенный фильтром 6 для очистки от механических примесей, трубопровод отвода воды 5.

Изобретение относится к смесительному устройству для водоочистных сооружений с открытым каналом. Устройство содержит основание (2) в виде пластины или полосы для крепления к стенке канала таким образом, чтобы во время эксплуатации нижняя поверхность (6) этой основной части была обращена к стенке канала, а верхняя поверхность (5) - от стенки канала.

Изобретение предназначено для фильтрования и может применяться в сфере очистки природных вод. Фильтрующий элемент изготавливается классическим способом, но заменяют каменный щебень, входящий в основной состав нового фильтрующего элемента, на гранулированные отходы пластмасс, в частности в качестве заполнителей применяется отсев с размером 0,3÷30 мм, наполнитель - кварцевая мука с размером фракций менее 0,15 мм, вяжущее - полиэфирная смола марки ПН-609.

Изобретение относится к водоочистке. Флотационная установка для очистки сточных вод содержит корпус 1 с перегородками 12, 14, 16, камеру очищенной воды 21, устройство для насыщения исходной воды пузырьками воздуха, состоящее из насоса 24, эжектора 27 и пневмогидравлического диспергатора.

Изобретение относится к биотехнологии и может быть использовано для утилизации отходов на животноводческих комплексах. Способ утилизации отходов предусматривает смешивание твердых отходов с водой в определенной пропорции в зависимости от вида отходов.

Изобретение относится к способу получения фотокатализатора на основе висмутата щелочноземельного металла и к способу фотокаталитической очистки воды от органических загрязнителей.

Изобретение относится к области водоочистки. Устройство содержит металлический или пластиковый корпус, соединённый со сборником фильтрата.

Группа изобретений относится к сепарационному устройству и способу сепарирования потока текучей среды в сепарационном устройстве. Устройство для сепарирования потока текучей среды, состоящего по меньшей мере из двух текучих сред, различающихся по плотности, содержит первый трубчатый элемент, снабженный компонентом, создающим вращение в потоке текучей среды за входом в первый трубчатый элемент, и второй трубчатый элемент, по меньшей мере, частично расположенный внутри первого трубчатого элемента за компонентом, создающим вращение, и формирующий выход для текучих сред с меньшей плотностью.

Изобретение относится к способам подготовки сероводородсодержащей нефти к транспорту. В способе подготовки сероводородсодержащей нефти, включающем многоступенчатую сепарацию, обезвоживание, обессоливание нефти пресной водой, сепарацию при температуре 30-65°С и пониженном давлении в концевом сепараторе, нейтрализацию остаточного сероводорода реагентом, сепарацию нефти в концевом сепараторе проводят при давлении 0,03-0,10 МПа, которое создают за счет откачки из него газа водокольцевым насосом.

Изобретение относится к нефтяной и нефтегазоперерабатывающей промышленности и может быть использовано для предварительного разделения смеси на газ и жидкость в системах сбора и подготовки продукции нефтяных и газовых скважин.

Изобретение относится к способу и устройству снижения давления. Устройство и способ снижения давления текучей среды, содержащей жидкую фазу, газовую фазу и твердую фазу, включающий пропускание текучей среды, давление которой нужно снизить, последовательно через множество стадий, соединенных друг с другом последовательно посредством первых нижних соединительных вставок, при этом на каждой стадии имеется пара вертикальных каналов, соединенных друг с другом в верхней части посредством вторых верхних соединительных вставок, при этом текучая среда движется снизу вверх в первом канале каждой стадии и сверху вниз во втором канале каждой стадии, причем в первом канале каждой стадии часть энергии давления текучей среды преобразуют в гравитационный потенциал, причем во втором канале часть гравитационного потенциала преобразуют в тепловую энергию, причем при объемном соотношении между газовой фазой и жидкой фазой выше чем 0,01 газовую фазу отводят из потока.

Изобретение относится к оборудованию для подготовки попутно добываемой пластовой воды в системе сбора нефти, газа и воды. Установка включает трубопровод 3 подачи добываемой газо-жидкостной смеси (ГЖС) в блок сепарации ГЖС 1, трубопровод отвода ГЖС 10 из блока сепарации ГЖС 1, блок подготовки воды 2, оснащенный фильтром 6 для очистки от механических примесей, трубопровод отвода воды 5.

Изобретение относится к системам очистки воды и может быть использовано для очистки нефтесодержащих и сточных вод. Установка для очистки нефтесодержащих и сточных вод содержит по меньшей мере две ступени очистки, соединенные последовательно вдоль потока очищаемой воды и разделенные между собой посредством перегородок 7.

Изобретение относится к способам и устройствам для обработки загрязненной газообразными соединениями и твердыми веществами технологической воды и может быть использовано для очистки технологической воды из установок мокрой очистки технологического газа, в частности из установок для восстановительной плавки или из плавильного газогенератора.

Изобретение может быть использовано в нефтедобывающей промышленности при подготовке сероводородсодержащей нефти. Способ включает многоступенчатую сепарацию и последующую отдувку углеводородным газом, не содержащим сероводорода.

Изобретение относится к созданию оборудования для разделения многофазных смесей, в частности к сепараторам газ/жидкость, действие которых основано на разности плотностей фаз.

Изобретение относится к устройствам для вакуумной или комбинированной термической и вакуумной дегазации жидкостей, в том числе воды, с использованием центробежного эффекта.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для разделения нефти и газа при сборе продукции скважин. Газожидкостный сепаратор содержит вертикальный цилиндрический корпус, трубопроводы подвода газожидкостной смеси и отвода газа и жидкости. Корпус разделен конической перегородкой на входную и каплеотбойную камеры и снабжен газоуравнительным трубопроводом, соединяющим корпус сепаратора с трубопроводом отвода газа. Входная камера снабжена сливными трубами и концентрично установленной каплеотбойной камерой с конусной нижней частью и сливными трубами, нижние концы которых расположены ниже концов сливных труб входной камеры и установлены в гидрозатворный стакан в нижней части корпуса. Между корпусом и каплеотбойной камерой, выше патрубка подвода газожидкостной смеси и ниже верхней кромки каплеотбойной камеры установлена сужающаяся книзу воронка, верхняя кромка которой соединена с сетчатым стаканом, а также кольцевые сетчатые перегородки и экран. Трубопровод подвода газожидкостной смеси установлен в корпус до сетчатого стакана, а между корпусом и сетчатым стаканом выполнена ленточная спираль в виде винтовой линии для закручивания потока газожидкостной смеси. Между сетчатым стаканом и каплеотбойной камерой установлены кольцевые сетчатые перегородки с размерами ячеек сетки, уменьшающимися сверху вниз. Каплеотбойная камера снабжена чашами с отверстиями в днище каждой чаши, причем чаши расширяются сверху вниз и зафиксированы на внутренней стенке каплеотбойной камеры в пределах трубопровода отвода газа, при этом внутри трубопровода для отвода газа выполнен экран, состоящий из взаимообращенных навстречу друг другу конуса, расширяющегося снизу вверх, и усеченного конуса, сужающегося снизу вверх. Предлагаемый газожидкостный сепаратор позволяет повысить эффективность разделения газожидкостной смеси как на первой, так и второй ступенях, а также повысить надежность работы устройства и повысить качество газа, поступающего в трубопровод отвода газа. 1 ил.
Наверх