Способ дегазации жидкости и устройство для его осуществления

(19) . ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИАВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ й, А.В.Туч. .Максютен(57) Сущность изобрет кости осуществляется токе режима кавитаци и расширения. Режим ния; дегазация жидутем создания в поза счет его сужения авитации осуществГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) Авторское свидетельство СССРМ 1421663, кл. В 01 О 19/00,.1987.(54) СПОСОБ ДЕГАЗАЦИИ ЖИДКОСТИ ИУСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕ Изобретение относится к способам дегазации жидкости. в частности для десорбции аммиака, и может быть использовано в пищевой, химической и нефтехимической промышленности,Известен способ десорбции аммиака из жидкости путем отд/вки сжатым воздухом или водяным паром при высоких значениях рН в присутствии поверхностно-активных веществ.Недостатками этоо способа являются высокие удельные энергозатраты, связанные с необходимостью обработки сточной воды химическими реагентами для повышения рН жидкости и поверхностно-активными веществами, от которых в дальнейшем необходимо очищать жидкость,Известен спас б дегазации, который осуществляется на режимах естественной кавитации в реакторах проточного типа, содержащих кавитаци,1 нный модуль, состоящий из патрубков входа жидкости,и выхода жидкости и газа. в кс тором установлен кавитатор. В качестве кавитлтора используется 5 С 02 Р 1/20, В 01 О 19/00 ляют в диапазоне к= 0,4 - 1,0 при вакуумном отсосе, а затем в диапазоне к= 0,2 - 0,6 при эжекции воздуха или водяного пара, где к - число кавитаций, Устройство для дегазации включает основной и дополнительный модули, состоящие из подводящего и отводящего патрубков, сужающе-расширяющего насадка и цилиндриеского канала, соединенного с резервуаром низкого давления тангенциально, Основной модуль соединен с вакуум-насосом посредством газоотводящего патрубка. а дополнительный модуль соединен с атмосферой посредством газо- подводящего патрубка. 2 с. и 3 з,п, ф-лы, 2 ил. диск. шар, цилиндр, конус, в теле которого выполнены каналы для удаления газовой фазы в области пониженного давления, образующейся за кавитатором.Недостатком этого способа и устройств на его основе является низкая степень очистки жидкости от газа и невысокая производительность,Наиболее бл эким к предлагаемому является способ де азации жидкости, включающий создание в потоке режима кавитации за счет сужения и расширения, после чего производят закрутку потока,В качестве прототипа выбрано устройство. которое содержит подводящий и отводящий жидкость патрубки, кавитационный модуль, состоящий из сужающе-расширяющей части, цилиндрического канала, причем выход кавитационного модуля соединен с резервуаром низкого давления тангенциально.Недостатком такого способа и устройства для его осуществления является высокое остаточное газоспдержание жидкости,Целью изобретения является повышение степени дегазации,Поставленная цель достигается тем, чторежим кавитации, создаваемый в потоке путем его сужения и расширения, осуществляется в диапазоне к = 0,4 - 1,0 при вакуумномотсосе.Затем кавитационная обработка реализуется в диапазоне н= 0,2 - 0,6 при эжекциивоздуха или водяного пара, где к - число 10кавитации. Положительный эффект достигается в результате того, что при обработке вдиапазоне к = 0,4-1,0 в потоке жидкостиобразуются радикалы Й или.ОН, рН жидкости возрастает до значения 9,5 - 10,5, являющегося оптимальным для процессадегазации. Благодаря этому при дальнейшей обработке жидкости в диапазоне к==0,2 - 0,6 в присутствии воздуха или парагазоотделение увеличивается, что связано 20со смещением равновесия в правую сторону в системе Н 4 + ОННз+ Н 2 О.Окончательная дегазация осуществляется путем закрутки двухфазного потока в 25резервуаре низкого давления. Пузырьки газа,из-за центрифугирующего эффектавсплывают на поверхность и выделившийсягаз отсасывается через верхнюю часть резервуара, 30Известен способ дегазации жидкостидля удаления кислорода. включающий перемешивание в кавитационном режиме и подачу инертного газа на барботаж подкавитационные насадки. 35Если таким способом десорбироватьжидкость, содержащую растворенный аммиак, степень дегазации оказывается низкой.Так как осуществить режим естественной кавитации с числами к= 0,4 - 1 в аппарате с вращающейся мешалкой скавитационными насадками не представляется возможным, для этого окружная скорость мешалки должна составлять и)= 45=100-110 сРеализация таких режимов энергетически неоправдана, к тому же кавитационныеэлементы подвергаются непрерывному кавитационному износу, 50Кроме того, в кавитационные каверны,образующиеся за насадками. подсасывается барботирующий газ. Это приводит к потере "жесткости" кавитации из-зауменьшения перепада давлений между кавита цион ными пуз ы рька ми и окружающей.его жидкости.Время "жизни" радикалов Й и ОН составляет 30-60 с, после этого их содержа К 12рЧх - давление,ы перед основнм, м/с;ение в кавитацое гидродинампла и давление вакуум-наса МПа, и скоростьым кавитационгде Рх и Ч жидкой фаз ным модулеРк - да Вл обусловлен н струи из со создаваемо МПа; онной каверне,икой истечения м разрежения,сом в камере, ние в водном растворе уменьшается и рН среды снижается до прежнего уровня. Бар-. ботаж газом под кавитационные насадки не обеспечивает своевременного попадания газовых пузырьков в зону кавитационного воздействия, так как скорость всплывания барботирующих пузырьков мала и является функцией многих параметров, в том числе и физических свойств жидкости, которые в сточной воде могут меняться в широких пределах,Предлагаемое в качестве изобретения устройство для дегазации жидкости, включающее кавитационный модуль, состоящий из подводящего и отводя щего жидкость патрубков, сужающе-расширяющего насадка и цилиндрического канала, соединенного с резервуаром низкого давления тангенциально, снабжено дополнительным кавитационным модулем, установленным после основного модуля перед резервуаром низкого давления, при этом основной модуль соединен с вакуум-насосом посредством газоотводящего патрубка, а дополнительный модуль соединен с атмосферой посредством газоподводя щего патрубка.Цилиндрический канал основного и дополнительного кавитационного модуля выполнен перфорированным и снабжен охватывающей его камерой. Камера основного модуля выполнена вакуумной и соединена с газоотводящим патрубком, а камера дополнительного соединена с газоподводящим патрубком. Насадок выполнен в виде сопла с острой кромкой входного сечения, расположенного коаксиально цилиндрическому каналу, длина которого равна 14-20 его диаметров. Отношение площади цилиндрического канала и площади выходного сечения сопла составляет 3 - 5,Способ дегазации жидкости осуществляется на режиме кавитации в диапазоне к = =0,4-1,0 при вакчумном отсосе, а затем в диапазоне к = О,Г - 6 при эжекции воздуха или водяного пара.ЧиСло кавитации, определяющее режим обработки жидкости на первом кавитационном модуле, определ ется по формуле:5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 р - плотность дегазируемой жидкости (например, аммиачной воды) при данной температуре и давлении (в нормальных условиях р = 1000 кг/м).Число кавитации в дополнительном кавитационном модуле определяется по формуле2 (Рвх - Рк )К 2ф.гР /вхгде Рвх и Чвх - давление, МПа, и скорость жидкой фазы перед дополнительным кавитационным модулем, м/с;Рк - давление в кавитационной каверне, обусловленное гидродинамикой истечения струи, из сопла и объемом эжектируемого воздуха, МПа.На фиг.1 изображено устройство для осуществления способа дегазации жидкрсти, представляющей собой водный раствор аммиака; на фиг.2 - конструкция дополнительного кавитационного модуля.Устройство содержит циркуляционный насос 1, трубопровод 2 с регулирующим вентилем, подводящий патрубок 3 и основной кавитационный модуль 4.Вслед за основным кавитационным модулем 4 расположен дополнительный модуль 5, содержащий сопло 10 с острой кромкой входного сечения 11, расположенное коаксиально на входе в цилиндрический канал 12. Цилиндрический канал перфорирован и имеет длину, составляющую 14-20 его диаметров. Он заключен в камеру 13 с газоподводящим патрубком 9, сообщающимся с атмосферой для эжекции воздуха или водяного пара, Отношение площади цилиндрического канала 12 к площади выходного сечения сопла 10 составляет 3-5.Основной кавитационный модуль 4 имеет конструкцию, аналогичную модулю 5, но в нем камера 13 снабжена газоотводящим патрубком 7, подсоединенным к вакуум-насосу 8,Выход дополнительного кавитационного модуля 5 соединен тангенциально с резервуаром б низкого давления, оснащенным в верхней части газоотводом 14, а в нижней частиотводящим патрубком 15 и вентилем 16 слива дегазирпванной жидкости.Устройство работает следующим образом.После заполнения циркуляционного контура аммиачной водой циркуляционным насосом 1 по трубопроводу и через расходный вентиль 2 и подводящий патрубок 3 жидкость подается в основной кавитационный модуль 4. Расход жидкости регулируется. вентилем. В кавитационном модуле 4. попадая в сопло 10 с острой выходной кромкой 11, поток ускоряется и истекает струей в цилиндрический канал 12. У стенок цилиндрического канала 12 образуются кавитационные каверны, в которые диффундирует легкоотделяющаяся часть газа (аммиака).Так как цилиндрический канал перфорирован, то газ отсасывается вакуум-насосом 8 через газоотводящий патрубок 17 из камеры 13, которая охватывает перфорированный цилиндрический канал 12,В хвостовой части каверны из-за воздействия кавитации в жидкости образуются радикалы Н и ОН, в результате чего показатель рН жидкости, имеющий до кавитационной обработки значение рНвх 8,5, после прохождения через основной кавитационный модуль приобретает значение рН 9,5- 10,5 в зависимости от "жесткости" кавитации (мерой "жесткости" кавитации является число кавитации к 1).После этого жидкость попадает в дополнительный кавитационный модуль 5. где при истечении ее из сопла 10 в перфорированный цилиндрический канал 12 происходит эжекция воздуха в кавитационную каверну через газоподводящий патрубок 9 и камеру 13, охватывающую цилиндрический канал 12. Воздушные пузырьки, образующиеся в хвостовой части каверны при уносе основной массы воздуха, способствуют выделению газа из жидкости до 90%, В дальнейшем дегазируемая жидкость поступает по тангенциальной в резервуар б низкого давления. В результате закрутки потока пузырьки. заполненные смесью воздуха и аммиака, всплывают на поверхность и выделившийся газ удаляют через верхний газоотвод 14. Дегазированная жидкость сливается через вентиль 16 или подается для дальнейшей дегазации на циркуляцию.Конструктивные параметры сопла 10 и цилиндрического канала 12 подобраны таким образом, чтобы удовлетворить режимные требования способа. Это прежде всего соблюдение "жесткости" кавитации в основном кавитационном модуле и требование эжекции 2 - 4 объемов воздуха на 1 объем жидкости в дополнительном кавитационном модуле.Эти требования реализуются. когда отношение площади цилиндрического канала и площади выходного сечения сопла составляет 3 - 5, а длина цилиндрического канала (0 равна 14 - 20 его диаметров (бг),Уменьшение длины цилиндрического канала менее 14 О снижает коэффициент эжекции Оо в два раза при прочих равных условиях, а снижение Оо приводит к уменьшению степени дегазации жидкости на30%.Увеличение длины цилиндрического канала20 сг ухудшает режим работы второго кавитацион ного модуля ихарактеризуется нестабильным, скачкообразным изменением Оо в широких пределах, В примерах 4, б, 7 приведенообоснование выбора конструктивных параметров цилиндрического канала.П р и м е р 1, 0.2 м аммиачной воды сзконцентрацией аммиака 1000 мг/л, температурой 1 = 50 С, / 1000 кг/м и рНвх 8,5заполняют циркуляционный контур, где припомощи циркуляционного насоса 1 и расходного вентиля 2 устанавливают на входном патрубке 3 кавитационного модуля 4скорость Чвх = 24,5 м/с и давление Рвх. =(ата),Происходит отсос легкоотделяющейсячасти аммиака и кавитационная обработкажидкости при числах л 1= 0,3, Показатель рНжидкости, имеющий на входе в первый кавитационный модуль рНех 8,5, повышаетсяна его выходе до значения рНеых 10,5. Припрохождении жидкости через дополнительный кавитационный модуль при той же скорости и давлении, что и у основного модуля,происходит эжекция воздуха через патрубок 9 с коэффициентом Оо -- 1, Давление вкамере 13, а следовательно. и в кавитационной каверне, образующейся в цилиндрическом канале 12, составляет 0,07 МПа (ата).Происходит обработка жидкости на режимеискусственной кавитацли при кг= 0,13, Этотрежим осуществляется при отношении площади цилиндрического канала к площадиВЫХОДНОГО, СЕЧЕНИЯ СОПЛа С 1 /Ос2. ЗатЕМг гпоток закручивается и дегазируется в резервуаре б низкого давления, Дегазированнаявода сливается через вентиль 16, Степеньдегазации аммиачнои воды составляет 65 .бг /сс = 2.2 2П р и м е р 2, Аналогично примеру 1параметры технологического режима следующие: Чвх = Чввх = 23,4 м/с; Рвх = 0,13 МПа;Рк = 0,02 МПа, л 1 = 0,4 рНвх = 8,5; рНеых10,5; Рк = 0,073 МПа: Рв=0,13 МПа: Оо =2лг= 0,2; Й = 0,09 кВт ч/м.Степень дегазации аммиачной воды90%, агйс= 3,П р и м е р 3, Аналогично примеру 1 параметры технологического режима были следующие; Чвх = Чех = 20 м/с; Рвх =-. Рвх = =0,15 МПа; Рк = 0,02 МПа; л 1 = 0.75; рНвх ==0,35; Й = 0,065 кВтч/м,Степень дегазации аммиачной воды93 при конструктивных параметрах5 с 3 г /бс =42П р и м е.р 4, Аналогично примеру 1параметры технологического режима следу/ хющие;Чвх=Чвх =8 м/с; Рвх=Рех=0,19 МПа:Рк = 0,02 МПа; к 1 = 1: рНвх = 8,5; рНвых 9,5;10 Рк = 0,08 МПа, Оо = 4; Кг= 0,6; М = 0,05 кВтхч/м .Степень дегазации аммиачной воды93 опри сг /бс = 5П р и м е р 5. Аналогично примеру 115 параметры технологического режима следуЮющие: Чвх = Чвх = 15 м/с; Рех = Рех = 0,2 М Па;рНвх = 8,5; Рк = 0,02 МПа; л 1 = 1,6; рНвых 9:Рк =0 09 МПа; Оо = 5: л = 1: К = 0 05 кВт ч/м,Степень дегазации аммиачной воды20 70% из-за низкого рНвых 9, дг /бс = 6.П р и м е р 6, Режимные параметрыаналогичны примеру 4: Чвх = Чвх = 18 м/с;Рвх = Рвх = 0,19 МПа; Рк = 0,02 МПа; л 1 ==1: рНвх 8,5: рНвых = 9,5,25 Уменьшаем длину цилиндрического канала-- 13 сг Оо = 2; Рк = 0,073 МПа и л 2 ==-0,7. Степень дегазации аммиачной водысоставила 63%.П р и м е р 7. Режимные параметры30 аналогичны примеру 4, а длинацилиндрического канала= 21 гг: Наблюдается скачкообразное изменение коэффициентаэжекции Оо в пределах 0,6-1,5. В этом случае лг = 0,86 - 0,73. Степень дегазации аммиачной воды составила 50%. Удельныйзрасход энергии составил И = 0,2 кВт ч/м,Таким образом, оптимальными режимами работы по степени дегазации аммиачнойводы и удельным энергетическим затратам40 являются режимы, описанные в примерах2 - 4, которые реализуются в устройстве сдлиной цилиндрического канала, равной14 - 20 его диамегров, при отношении егоплощади к площади выходного сопла45 сг/гас =3-5Сравнение технико-экономических показателей прототипа и предлагаемого способа приведено в табл,1 (начальноесодержание аммиака в сточной воде1000 мг/л),Режимные и расчетные показатели работы технологической схемы способа дегазации жидкости от аммиака приведены втабл.2 и 3.55Формула изобретения 1, Способ дегазации жидкости, включающий создание в потоке режима кавитации за счет его сужения и расширения, после1733388 10 Таблица 1 затр блиц Параметр 23,4 ка 2 075.09 2 18 1П р и м е ч а н и е. Исходные параметры; рН Р Коэффициент эжекции, равный отношению обьема эжектируемого идкости, проходящей через кавитационный модуль,ха к объему чего производят закрутку потока. о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повышения степени дегазации, режим кавитации осуществляют в диапазоне к= 0,4-1,0 при вакуумном отсосе, а затем в диапазоне 5 к=0,2 - 0,6 при эжекции воздуха или водяного пара, где к - число кавитаций. 2. Устройство для дегазации жидкости, . включающее кавитационный модуль, состо ящий из подводящего и отводящего жидкость патрубков, сужающе-расширяющего насадка и цилиндрического канала, соединенного с резервуаром низкого давления тангенциально, о т л и ч а ю щ е е с я тем. 15 что, с целью повышения степени дегазации, оно снабжено дополнительным кавитационным модулем, установленным после основного модуля перед. резервуаром низкого давления, при этом основной модуль соеди нен с вакуум-насосом посредством газоотводящего патрубка, а дополнительный Скорость потоЧвх, м/сЧисло кавитацииосновного модулЯ, К 1Число кавитациидополнительногомодуля, к 2Коэффициентэжекции, ОоПоказатель рНных,Степень дегазации аммиачнойводы, %Удельный расходэнергии, Й,к Втч/мОтношение площади цилиндрического канала кплощауи сопла.(1( /с 2Длина цилиндрического канала. 1.м модуль соединен с атмосферой посредством газоподводящего патрубка.3. Устройство по п,2, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что цилиндрический канал основного и дополнительного, модулей выполнен перфорированным и снабжен охватывающей его камерой, при этом камера основного модуля выполнена вакуумной и соединена с газоотводящим .патрубком, а камера дополнительного модуля соединена с газоподводящим патрубком.4. Устройство по п.2, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что насадок основного и дополнительного модулей выполнен в виде сопла с острой кромкой выходного сечения, расположенного коаксиально цилиндрическому каналу, длина которого равна 14 - 20 его диаметра,5. Устройство по пп.2 и 4, о т л и ч а ющ е е с я тем, что отношение площади цилиндрического канала и площади выходного сечения сопла составляет 3-5.1733388 3 10 Воздуся 7СРОг 3 5 Составитель Н. Яховэ Редактор Т, Лазаренко Техред М,Моргентал Корректор О. Кравцов аказ 1636 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С113035, Москва. Ж. Раушская наб., 4/5роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101