Способ очистки технологической жидкости от механических примесей и плавающей жидкой среды

Изобретение относится к области очистки технологической жидкости, например воды, загрязненной осаждающимися механическими примесями, например дисперсными твердыми частицами, плотность материала которых выше плотности технологической жидкости, и плавающей жидкой средой, плотность которой ниже плотности технологической жидкости, например нефти в воде, и может быть использовано в любой отрасли промышленности, где возникает такая необходимость. Способ очистки технологической жидкости от механических примесей и плавающей жидкой среды включает предварительное смешение в гомогенизаторе загрязненной технологической жидкости и части очищенной технологической жидкости в смесителе, в котором струи очищаемой и части чистой технологической жидкости направлены навстречу друг другу с равным поперечным сечением в месте столкновения струй. Далее смесь подают по диффузору с шириной, равной внутренней ширине отстойника, и высотой, обеспечивающей ламинарный режим течения тонкого плоского слоя смеси. Очистка технологической жидкости от механических примесей и плавающей жидкой среды производится путем гравитационного осаждения механических примесей и всплытия жидкой плавающей среды из тонкого плоского слоя. Технический результат: повышение эффективности процесса очистки технологической жидкости.

 

Изобретение относится к области очистки технологических жидкостей, например воды, загрязненной осаждающимися механическими примесями, например дисперсными твердыми частицами, плотность материала которых выше плотности технологической жидкости, и плавающей жидкой средой, плотность которой ниже плотности технологической жидкости, например нефти в воде, и может быть использовано в любой отрасли промышленности, где возникает такая необходимость.

Известно техническое решение, в котором используют способ очистки нефтесодержащих сточных вод, заключающийся в том, что над слоем нефти распыляют очищаемую воду, а очистка загрязненной воды происходит при прохождении загрязненной воды сквозь слой нефти за счет улавливания содержащейся в очищаемой воде нефти гидрофобным слоем нефти при перемещении более плотной очищенной воды вниз, ниже уровня слоя нефти (патент РФ №2133222, кл. С02F 1/40, опубл. 07.20.1999).

Недостатком этого способа является недостаточно эффективное смешение загрязненной воды с нефтью. При распылении нефтесодержащих сточных вод образуются капли различной степени дисперсности. В результате этого процесса падающие с достаточно большой скоростью крупные капли нефтесодержащей сточной воды, проникая в слой нефти, частично дробят ее на мелкие капли нефти и увлекают эти капли нефти за собой вниз. В результате этого процесса в вертикальном направлении в отстойниках всплывает не только нефть, содержащаяся в нефтесодержащих сточных водах, но и нефть, увлекаемая каплями нефтесодержащих сточных вод из слоя нефти. В этом случае объемная концентрация нефти, в сравнении с ее исходным содержанием в нефтесодержащих сточных воды, возрастает, а значит, скорость всплытия капель нефти уменьшается, тем более, что они перемещаются в противотоке с потоком очищаемой сточной воды, перемещающейся сверху вниз. Указанное обстоятельство требует более продолжительного времени для очищения сточной воды от нефтяных загрязнений при их большом содержании, что снижает производительность установки по объемному расходу нефтесодержащих сточных вод или использованию сточных вод с низким содержанием нефтяных загрязнений.

Известно техническое решение, в котором используют способ очистки технологической жидкости (воды) от механических примесей (тяжелых загрязняющих компонент) и плавающей жидкой среды (легких загрязняющих компонент), согласно которому в горизонтальный проточный отстойник по патрубку направляют поток очищаемой технологической жидкости, который при растекании преобразуется в движущийся плоский слоя небольшой толщины очищаемой технологической жидкости, при продольном перемещении которого происходит осаждение механических примесей, а плавающая жидкая среда всплывая, перемещается в верхнюю часть движущегося плоского слоя очищаемой технологической жидкости (воды) (патент РФ №2176619, кл. С02F 1/40 // С02F, 103: 34, опубл. 10.12.2001).

Наиболее существенным технологическим недостатком рассматриваемого способа очистки загрязненной технологической жидкости является неэффективная организация подачи очищаемой технологической жидкости в отстойник, поскольку при установившемся режиме работы в зоне трансформации выходящей из патрубка струи в плоский слой образуется застойная зона, в которой процессы очистки от загрязнений практически не происходят, что снижает техническую эффективность известного технического решения.

Наиболее близок к предлагаемому техническому решению способ очистки технологической жидкости (сточных вод) от механических примесей и плавающей жидкой среды (нефтепродуктов), в котором очищаемую технологическую жидкость (сточные воды) направляют в проточный отстойник, а очистка потока технологической жидкости от обоих загрязняющих компонент производится путем гравитационного осаждения механических примесей и всплытия плавающей жидкой среды из тонкого слоя движущейся смеси очищаемой технологической жидкости и части очищенной технологической жидкости, подаваемой путем распылением над поверхностью центральной части потока очищаемой технологической жидкости (патент РФ №2118197, кл. В01D 17/028, С02F 1/40, С02F, 103:34, опубл. 27.08.98).

Основной недостаток известного способа связан с низкой эффективностью подачи части очищенной технологической жидкости с помощью распылителя над центральной зоной тонкого плоского слоя очищаемой технологической жидкости, где происходит одновременно (параллельно) осаждение механических примесей и всплытие нефтепродуктов. В тексте патента прямо указывается, что «падающие капли чистой воды с достаточной скоростью проникают в слой жидкости, увлекая с собой мелкие частицы механических примесей», при этом в действительности в равной степени эти капли увлекают с собой вниз и капли нефтепродуктов, ухудшая условие их последующего отделения (всплытия). Кроме того, всплывшие нефтепродукты образуют на поверхности слоя жидкости нефтяную пленку, которая в первую очередь и в максимальной степени подвергается воздействию капель чистой воды, что в еще большей степени препятствует всплытию нефтепродуктов. Использование подачи чистой воды с помощью капельного распылителя (душа) способствует осаждению механических примесей и препятствует отделению (всплытию) нефтепродуктов. Поскольку «захват» каплями чистой воды нефтяных капель и механических примесей пропорционален их объемным долям, то на единицу массы отводимого загрязнителя (нефтепродукта или механических примесей) больше будет «захватываться» капель нефтепродукта, поскольку они имеют меньшую плотность. По существу, проведение распыления части чистой воды над поверхностью, где происходит отделение нефтепродуктов и механических примесей, становится наиболее эффективным при малом объемном содержании нефтепродуктов, в пределе нулевом, и большом объемном содержании механических примесей. В известном способе не учтено также, что капельная подача чистой воды увеличивает толщину тонкого слоя движущейся смеси сточной воды и чистой воды и, при сохранении суммарного объемного расхода, приведет к сокращению объемного расхода по очищаемой сточной воде.

Задачей настоящего технического предложения является повышение эффективности технологического процесса очистки загрязненной технологической жидкости, обеспечивающее снижение эксплуатационных затрат.

Технический результат, который ведет к решению поставленной задачи, это повышение эффективности очистки технологической жидкости путем повышения степени смешения загрязненной технологической жидкости с частью очищенной технологической жидкости и создания условий для более эффективного гравитационного разделения полученной смеси от загрязняющих компонентов.

Указанный технический эффект достигается тем, что в известном способе очистки технологической жидкости от загрязняющих механических примесей и плавающей жидкой среды, в котором очищаемую технологическую жидкость направляют в проточный отстойник, а очистка технологической жидкости от механических примесей и плавающей жидкой среды производится путем гравитационного осаждения механических примесей и всплытия плавающей жидкой среды из тонкого плоского слоя, образованного движущейся смесью очищаемой технологической жидкости и части очищенной технологической жидкости, при этом оба компонента смеси предварительно подают в смеситель (гомогенизатор), в котором струи очищаемой и части чистой технологической жидкости направлены навстречу друг другу с равным поперечным сечением в месте столкновения струй, а затем полученную смесь подают в проточный отстойник через горизонтальный щелевой диффузор с шириной, равной внутренней ширине отстойника, и с высотой, обеспечивающей ламинарный режим течения тонкого плоского слоя.

Смеситель (гомогенизатор) обеспечивает равномерное перемешивание обоих сред, поскольку в смесителе струи очищаемой и части чистой технологической жидкости направлены навстречу друг другу с равным поперечным сечением в месте столкновения струй. Предварительное смешение очищаемой технологической жидкости и части очищенной технологической жидкости понижает объемное содержание обоих видов загрязняющих компонентов (механических примесей и плавающей жидкой среды), что увеличивает скорости гравитационного осаждения механических примесей и гравитационного всплытия капель плавающей жидкой среды.

Подача смеси очищаемой технологической жидкости и части очищенной технологической жидкости в проточный отстойник через горизонтальный щелевой диффузор с шириной, равной внутренней ширине отстойника, и с высотой, обеспечивающей ламинарный режим течения потока, обеспечивает начало процессов гравитационного разделения (осаждения и всплытия) сразу при поступления смеси в проточный отстойник при максимальной площади поверхности смеси, то есть с максимальной эффективностью. При турбулентном режиме течения тонкого плоского слоя смеси загрязненной и части очищенной технологической жидкости процессы осаждения и всплытия существенно замедляются, поскольку турбулентное движение ослабляет процессы гравитационного расслоения.

Научно-техническое обоснование предложенного технологического решения определяется следующими факторами.

Скорость свободного осаждения или скорость всплытия частиц сферической формы определяется выражением (Химическая гидродинамика: Справочное пособие / В.М. Кутепов, А.Д. Полянин, З.Д. Запрянов и др. М.: Бюро Квантум. - 1996. - 336 с. - с.49):

V0=d2g(1-ρpf)/(6νf)(1+β)/(2+3β),

где d - диаметр частицы;

g - ускорение силы тяжести;

ρр и ρf - плотность вещества частиц и жидкости соответственно;

νf - кинематическая вязкость жидкости;

β=μрf - безразмерный коэффициент;

μр и μf - динамические вязкости вещества частиц и жидкости.

Если принять, что плотность плавающей жидкой среды (нефтепродуктов) ρр=850 кг/м3, величина β=10, плотность тяжелых компонентов (частиц песка) ρр=2500 кг/м3, а величина β→∞, т.к. μp>>μf, то при одинаковых размерах частиц получим, что скорость осаждения тяжелых компонентов примерно в 10 раз выше скорости всплытия легких компонентов. По этой причине гравитационное разделение, обеспечивающее очистку загрязненной технологической жидкости от тяжелых механических примесей, может не обеспечить очистку от загрязняющей плавучей жидкой среды, поскольку процесс ее удаления из тонкого слоя очищаемой технологической жидкости может остаться незавершенным.

Скорость стесненного осаждения твердых частиц Vs может рассчитываться, например, по эмпирической формуле Ричардсона и Заки (Richardson J.F., Zaki W.N. Sedimentation and fluidization: Part I // Tran. Ind. Chem. Eng. 1954. V. 32. No 1. P. 35-53):

Vs=V0(1-ϕ)n,

где Vs - скорость стесненного осаждения частицы;

ϕ - объемная доля твердой фазы;

n - эмпирический показатель степени (2,39≤n≤4,6), зависящий от числа Рейнольдса Re0=V0d/νf. Значение n=4,6 относится к низкому значению числа Рейнольдса Re0=0,2, соответствующего ламинарному режиму осаждения частиц.

Из последней формулы следует, что при смешении очищаемой технологической жидкости с частью очищенной технологической жидкости объемное содержание твердых частиц в смеси уменьшается, а значит, скорость стесненного осаждения возрастает. Это различие возрастает с ростом исходного объемного содержания твердых частиц. Расчеты по последней формуле показывают, что наиболее рациональной областью использования предлагаемого способа является очистка технологических жидкостей с большой степенью загрязнения.

Движение очищаемой смеси тонким слоем над поверхностью перегородок в многосекционном отсеке гравитационного отстоя должно производиться со скоростью ниже критической скорости движения трехфазных потоков, выше которой при турбулентном режиме течения содержащиеся в потоке примеси практически не отделяются от несущей жидкости, образуя гомогенную, почти не расслаивающую среду. При ламинарном режиме течения в тонком слое, при котором реализуется механизм гравитационного осаждения или всплытия, нижнее критическое число Рейнольдса равно (Богомолов А.И., Михайлов К.А. Гидравлика. М.: Стройиздат. - 1972. - 648 с. - С. 84):

Reкр=Uh/νp=300,

где U - средняя скорость;

h - толщина слоя;

νp - кинематическая вязкость смеси, рассчитываемая по эмпирической зависимости (Жданов В.Г., Старков В.М. Определение эффективной вязкости концентрированных суспензий // Коллоидный журн. Т. 60. - №6. - 1998. - с. 771-774):

νpf(1-ϕ/ϕmах)-1,65,

где ϕmах=0,65 - максимальная объемная доля твердых частиц.

Выражение для критического числа Рейнольдса позволяет определить максимальное значение средней скорости U, при котором с наибольшей эффективностью, протекает процесс гравитационного разделения смеси.

Приведенная совокупность расчетных выражений позволяет определить технологические параметры способа при очистке от механических примесей. В общем случае, движение плоского слоя технологической жидкости, загрязненной твердыми частицами механических примесей и каплями плавающей жидкой среды, потребует предварительного экспериментального определения подобных параметров.

Оптимальное количество подаваемой части очищенной технологической жидкости определяют из условия, что утолщение слоя жидкости за счет добавки ее части не приведет к увеличению времени удаления из воды загрязняющих компонентов в сравнении со временем удаления этих компонентов без добавления чистой технологической жидкости.

Предлагаемый способ очищения загрязненной технологической жидкости с высокой степенью загрязнений является достаточно простым и экономичным способом эффективного разделения сред различной плавучести (плотности), поскольку использует гравитационный способ разделения, не требующий специальных капитало- и энергоемких устройств.

Способ очистки технологической жидкости от загрязняющих механических примесей и плавающей жидкой среды, в котором очищаемую технологическую жидкость направляют в проточный отстойник, очистка технологической жидкости от механических примесей и плавучей жидкой среды производится путем гравитационного осаждения механических примесей и всплытия плавающей жидкой среды из тонкого плоского слоя, образованного движущейся смесью очищаемой технологической жидкости и части очищенной технологической жидкости, отличающийся тем, что оба компонента смеси предварительно подают в смеситель (гомогенизатор), в котором струи очищаемой и части чистой технологической жидкости направлены навстречу друг другу с равным поперечным сечением в месте столкновения струй, а затем полученную смесь подают в проточный отстойник через горизонтальный щелевой диффузор шириной, равной внутренней ширине отстойника, и с высотой, обеспечивающей ламинарный режим течения тонкого плоского слоя.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области очистки природных и сточных вод промышленных предприятий от сернистых соединений. Способ очистки воды от сернистых соединений включает насыщение воды кислородом или воздухом в присутствии катализатора окисления, в качестве которого используют водный раствор комплекса железа с этилендиаминтетрауксусной кислотой, при этом катализатор и кислород или воздух подают непосредственно в поток воды с сернистыми соединениями при рН от 2 до 11, причем катализатор подают в концентрации от 0,1 до 3 мг-экв./л, а кислород подают в объемах, равных или превышающих требуемые объемы по стехиометрии, для превращения сернистых соединений в элементарную серу, после осуществляют отделение воды от элементарной серы.

Изобретение относится к разделению и нагреву водонефтяных эмульсий и может быть использовано в нефтегазодобывающей промышленности. Установка для разделения и нагрева водонефтяной эмульсии содержит емкость 1 с патрубками 2, 3, 4, 5 ввода нефтяной эмульсии, вывода нефти, вывода воды, нефтяного газа, расположенный снаружи емкости 1 цилиндрический кожух 6 с патрубками 7, 8 ввода и вывода теплоносителя и с размещенной в нем жаровой трубой 9, циркуляционный насос 10 и нагреватель 11.

Изобретение относится к очистке сточных вод и оборотных вод, содержащих тиоцианаты (SCN-), и может быть использовано на предприятиях цветной металлургии, химической и золотодобывающей промышленности.

Изобретение относится к устройствам для очистки водоемов от водорослей. Устройство содержит плавсредство с приспособлением для забора воды с водорослями, подающим смесь на установленные с каждой его стороны попарно встречно-вращающиеся барабаны с обрезиненной поверхностью.

Изобретение относится к области очистки сточных вод, в частности к устройствам для отделения активного ила от биологически очищенной воды, выходящей из аэротенков.

Изобретение относится к способу очистки воды и сточных вод от нитрит-ионов. Способ включает электрохимическую обработку водных растворов, содержащих 0,10-0,20 г/л нитрит-ионов и 0,30-0,45 г/л сульфата натрия или хлорида натрия, в ячейке непроточного типа с диафрагмой, катодом из нержавеющей стали, анодом типа ОРТА при силе тока 0,25-0,40 А, плотности тока 0,25-0,40 А/см2, напряжении 38-42 В, температуре 22-30°С, продолжительностью 40-45 мин.

Изобретение относится к области систем жизнеобеспечения экипажей космических летательных аппаратов (космических кораблей, орбитальных станций), а также индивидуальных домовладений, а именно к системам регенерационного водообеспечения.

Изобретения могут быть использованы в пищевой промышленности для деаэрации жидких пищевых продуктов. Способ деаэрации жидкости включает этапы, на которых сжимают жидкость до давления выше атмосферного, нагревают жидкость до заданной температуры, направляют сжатую жидкость к месту смешения, подмешивают инертный газ в сжатую жидкость, направляют сжатую жидкость, содержащую инертный газ, в разделительный резервуар через декомпрессионный клапан, снижают давление в разделительном резервуаре до давления выше давления пара для данной жидкости при указанной заданной температуре, откачивают выделившиеся газы из разделительного резервуара и откачивают деаэрированную жидкость из разделительного резервуара для дальнейшей обработки.

Изобретение относится к гидротехнике, а именно к сооружениям для комплексной очистки воды от влекомых и части взвешенных наносов при водозаборе в каналы, трубопроводы и аванкамеры насосных станций.

Изобретение относится к галургии и гидрометаллургии урана и может быть использовано для извлечения и концентрирования урана из природных вод и разбавленных растворов при обезвреживании и очистке сточных вод в гидрометаллургии урана.

Изобретение относится к различным отраслям промышленности и может быть использовано для очистки воды от взвешенных тонкослойных частиц. Модульное устройство тонкослойной очистки воды от взвешенных частиц типа «жалюзи» включает корпус, состоящий из рамы, сваренной из уголка, с закрытыми металлическими листами боковыми поверхностями, узлы крепления модуля в проточном канале и скобы для его установки и демонтажа, устройство для выгрузки шлама, поперечную перегородку, выполненную в виде перекрывающих друг друга параллельных пластин.

Изобретение может быть использовано в металлургической и горнорудной промышленности для очистки сточных вод с обезвоживанием осадка. Отстойник с вакуумным обезвоживанием осадка содержит корпус (1), устройство для подвода исходной воды (2) и отвода осветленной воды (3), дренажное устройство (5), вакуумный бак (6), соединенный с дренажным устройством (5) и оборудованный верхним патрубком (9) для соединения с устройством для создания вакуума (7) с затвором (10), нижним патрубком для отвода воды (11) с затвором (12) и датчиком верхнего уровня воды (13), который соединен электроавтоматикой с устройством для создания вакуума (7).

Изобретение относится к устройствам для очистки сточных вод и может быть использовано для очистки воды от хрома, хлоридов, сульфатов, взвешенных веществ, СПАВ, БПК И ХПК.

Изобретение относится к способам оборотного водоснабжения средств гидромеханизации горных работ с использованием отстойников, сооруженных на рельефе местности.

Изобретение относится к технике очистки воды от взвешенных частиц и может применяться при обогащении полезных ископаемых и очистке шахтных вод. Устройство включает каркас, емкость для аккумуляции шлама и механизм выгрузки шлама из емкости.

Изобретение относится к очистке технологического раствора, содержащего твердые вещества. Устройство содержит резервуар (10), имеющий основание (12) и боковую стенку (14), образующие внутренний объем для содержания технологического раствора (22) и для обеспечения гравитационного осаждения твердых веществ в растворе, в результате чего получают очищенный раствор (30) в верхней области внутреннего объема и суспензию (40) в нижней области внутреннего объема, выпуск очищенного раствора (20) в пределах или вблизи верхней области внутреннего объема для извлечения очищенного раствора, выпуск суспензии (16) в пределах или вблизи нижней области внутреннего объема для извлечения суспензии, неограничительно открытой для указанного внутреннего объема.

Изобретение предназначено для разделения неоднородной системы газ/пар-жидкость с низкой концентрацией дисперсной газовой/паровой фазы в жидкой фазе и может быть использовано в нефтеперерабатывающей, газовой, нефтехимической, химической, пищевой и других отраслях промышленности для разделения газожидкостных смесей.

Изобретение относится к области очистки воды, в частности, к устройствам для очистки от взвешенных и коллоидных примесей, а также растворенных устойчивых органических соединений.

Изобретение относится к очистным сооружениям. Тонкослойный отстойник выполнен по противоточной схеме, содержит корпус и илосборник.

Изобретение относится к обработке воды и может быть использовано для охлаждения промышленных процессов. Система обеспечения промышленного процесса охлаждающей водой включает контейнер 12 для хранения охлаждающей воды с дном 13 для приема осевших частиц; линию подачи 11 в контейнер поступающей воды; автоматизированную систему 10, выполненную с возможностью получения информации, обработки этой информации и активации операций, выполняемых средством введения химических веществ 18, подвижным средством всасывания 22 и фильтрующим средством; средство введения химических веществ; подвижное средство всасывания 22; движущее средство 23; фильтрующее средство 20; коллекторную линию 19, соединяющую подвижное средство всасывания 22 и фильтрующее средство 20; возвратную линию 21 из фильтрующего средства 20 в контейнер 12; линию впуска 1 в теплообменник от контейнера к промышленному процессу и линию возврата 2 воды из промышленного процесса в контейнер 12.

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано на нефтепромысле. Устройство для разделения нефтяной эмульсии включает цилиндрический корпус 1 с системой ввода эмульсии в виде трубчатого перфорированного коллектора 7 и патрубками вывода продуктов ее разделения 5, 6, установленный в продольном сечении корпуса 1 V-образный коалесцирующий пакет 15, систему сбора и вывода воды 3, 4, 21, датчики контроля уровня воды, систему контроля и управления открытием и закрытием системы вывода воды, перфорированную неполную перегородку 9, патрубок вывода газа 6, верхнюю сплошную наклонную поперечную перегородку 11, одинарный коалесцирующий пакет 10, нижнюю сплошную вертикальную перегородку 12, нижнюю вертикальную перфорированную в нижней части перегородку 13, нижнюю неполную перегородку 18, верхнюю вертикальную неполную перегородку 14, параллельные перегородки 16 со щелями 17 в нижней части от V-образного коалесцирующего пакета 15 до низа корпуса 1.

Изобретение относится к области очистки технологической жидкости, например воды, загрязненной осаждающимися механическими примесями, например дисперсными твердыми частицами, плотность материала которых выше плотности технологической жидкости, и плавающей жидкой средой, плотность которой ниже плотности технологической жидкости, например нефти в воде, и может быть использовано в любой отрасли промышленности, где возникает такая необходимость. Способ очистки технологической жидкости от механических примесей и плавающей жидкой среды включает предварительное смешение в гомогенизаторе загрязненной технологической жидкости и части очищенной технологической жидкости в смесителе, в котором струи очищаемой и части чистой технологической жидкости направлены навстречу друг другу с равным поперечным сечением в месте столкновения струй. Далее смесь подают по диффузору с шириной, равной внутренней ширине отстойника, и высотой, обеспечивающей ламинарный режим течения тонкого плоского слоя смеси. Очистка технологической жидкости от механических примесей и плавающей жидкой среды производится путем гравитационного осаждения механических примесей и всплытия жидкой плавающей среды из тонкого плоского слоя. Технический результат: повышение эффективности процесса очистки технологической жидкости.

Наверх