Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ УДАЛЕНИЯ ГАЗОВ ИЗ ЖИДКОСТИ

Заявляемый объект относится к устройствам для удаления из жидкости вредных и токсичных газов и может быть использован в металлургии, химической и других отраслях промышленности, в частности для удаления диоксида углерода из сточных вод газоочисток конвертеров и доменных печей.

Наиболее близким по совокупности признаков к заявляемому объекту является выбранное в качестве прототипа устройство для удаления газов из жидкости, содержащее горизонтально расположенный цилиндрический корпус, патрубок для подвода загазованной жидкости, расположенный в торцевой части цилиндрического корпуса, патрубок для отвода дегазированной жидкости и патрубок для отвода газов, расположенный в верхней части цилиндрической поверхности корпуса. При этом патрубок для отвода дегазированной жидкости расположен в нижней части цилиндрической поверхности корпуса, причем патрубок для отвода газов и патрубок для отвода дегазированной жидкости расположены со стороны, противоположной стороне размещения патрубка для подвода загазованной жидкости (патент Российской Федерации №2354434, МПК B01D 19/00, опубл. 10.05.2009).

У заявляемого объекта и прототипа совпадают такие существенные признаки. Оба устройства содержат горизонтально расположенный цилиндрический корпус, патрубок для подвода загазованной жидкости, расположенный в торцевой части цилиндрического корпуса, патрубок для отвода дегазированной жидкости и патрубок для отвода газов, расположенный в верхней части цилиндрической поверхности корпуса.

Анализ технических свойств прототипа, обусловленных его признаками, показывает, что получению ожидаемого технического результата препятствуют такие причины. Использование устройства по прототипу характеризуется недостаточно высокой эффективностью удаления газов из жидкости, особенно при их малой концентрации. В прототипе воздух, находящийся над поверхностью жидкости, постепенно будет удален, и в корпусе останутся только выделяющиеся газы, парциальное давление которых будет соответствовать атмосферному. При этом интенсивность перехода растворенного газа из растворителя в газ, находящийся над поверхностью жидкости (над поверхностью раздела фаз), снижается с увеличением парциального давления выделяющегося газа над поверхностью жидкости и с уменьшением площади поверхности раздела. Отсюда, при парциальном давлении газа, выделяющего над поверхностью жидкости, равном атмосферному, интенсивность его выделения из жидкости будет недостаточно высокой.

В основу заявляемого объекта поставлена задача создать такое устройство для удаления газов из жидкости, в котором усовершенствования путем введения новых элементов и нового взаимного расположения элементов позволят при использовании заявляемого объекта обеспечить достижение технического результата, заключающегося в повышении эффективности удаления газов из жидкости.

Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве для удаления газов из жидкости, содержащем горизонтально расположенный цилиндрический корпус, патрубок для подвода загазованной жидкости, расположенный в торцевой части цилиндрического корпуса, патрубок для отвода дегазированной жидкости и патрубок для отвода газов, расположенный в верхней части цилиндрической поверхности корпуса, согласно заявляемому техническому решению патрубок для отвода дегазированной жидкости расположен в торцевой части цилиндрического корпуса, противоположной торцевой части размещения патрубка для подвода загазованной жидкости, патрубок для отвода газов размещен в верхней части цилиндрической поверхности корпуса со стороны размещения патрубка для подвода загазованной жидкости и оснащен отсасывающим средством, при этом корпус дополнительно оборудован проемом для забора атмосферного воздуха для его просасывания через корпус, расположенным в верхней части цилиндрической поверхности корпуса со стороны размещения патрубка для отвода дегазированной жидкости.

В отдельных случаях исполнения заявляемый объект может характеризоваться тем, что:

- патрубок для отвода дегазированной жидкости выполнен в виде открытого сверху лотка цилиндрического профиля, при этом проем для забора атмосферного воздуха для его просасывания через корпус расположен в торцевой части корпуса со стороны лотка для отвода дегазированной жидкости над ее поверхностью;

- устройство дополнительно оборудовано гидрозатвором, расположенным перед патрубком для подвода загазованной жидкости;

- корпус выполнен в виде лотка цилиндрического профиля, оснащенного сверху съемным укрытием;

- отсасывающее средство выполнено в виде вентилятора или эжектора.

При использовании заявляемого объекта обеспечивается достижение технического результата, заключающегося в повышении эффективности удаления газов из жидкости при уменьшении габаритов устройства. Кроме того, при использовании заявляемого объекта обеспечивается достижение дополнительного технического результата, заключающегося в повышении эффективности выделения газов из жидкости по всей площади ее поверхности.

Размещение патрубка для подвода загазованной жидкости и патрубка для отвода дегазированной жидкости в противоположных торцевых частях цилиндрического корпуса, размещение патрубка для отвода газов в верхней части цилиндрической поверхности корпуса со стороны размещения патрубка для подвода загазованной жидкости и его оснащение отсасывающим средством, а также оборудование корпуса проемом для забора атмосферного воздуха, который расположен в верхней части цилиндрической поверхности корпуса со стороны размещения патрубка для отвода дегазированной жидкости, позволяет организовать наиболее эффективное просасывание атмосферного воздуха через корпус над поверхностью жидкости, обеспечивая противоток жидкости и газов. При этом обеспечивается разбавление выделяющихся из жидкости газов атмосферным воздухом, уменьшение их концентрации, уменьшение парциального давления в газовой фазе над поверхностью жидкости, а также предотвращается попадание жидкости в патрубок для отвода газов, увеличивается скорость и интенсивность удаления газов из жидкости по всей площади ее поверхности, которая является границей между жидкой и газовой фазами и через которую происходит выделение из жидкости газа. Просасывание воздуха над поверхностью жидкости в противоточном режиме обеспечивает повышение интенсивности перехода растворенного газа из растворителя в газ, находящийся над поверхностью жидкости (над поверхностью раздела фаз). Все это обеспечивает повышение эффективности удаления газов из жидкости при уменьшении габаритов заявляемого устройства в целом.

Оснащение патрубка для отвода газов отсасывающим средством, например вентилятором или эжектором, позволяет обеспечивать требуемый расход атмосферного воздуха, поступающего через проем для забора атмосферного воздуха для его просасывания через корпус, заданное снижение концентрации удаляемых из жидкости газов до безопасных величин, повышение эффективности выделения газов из жидкости и повышение скорости удаления газов из корпуса, а также уменьшение габаритов заявляемого устройства в целом.

Размещение проема для забора атмосферного воздуха вблизи патрубка для отвода дегазированной жидкости с одной стороны цилиндрического корпуса, а патрубка для отвода газов вблизи патрубка для подвода загазованной жидкости с другой стороны корпуса способствует при создании противотока фаз более равномерному выделению газов по всей площади поверхности жидкости и их удалению из корпуса. В силу создания противотока фаз на участке, близком к выходу жидкости из корпуса, концентрация газов в жидкости значительно ниже начальной, но и концентрация газов в воздухе, проходящем над поверхностью жидкости, тоже низкая (воздух только что поступил в корпус). При этом на участке, близком ко входу жидкости в корпус, концентрация газов в воздухе над поверхностью жидкости уже значительна (в этом воздухе содержится весь выделившийся из жидкости газ), но и концентрация его в жидкости, поступающей в корпус, также велика (вода с газом только что поступила в корпус). Кроме того, такое взаимное размещение патрубков и проема для забора атмосферного воздуха позволяет не использовать на патрубке для отвода дегазированной жидкости гидрозатвора или дополнительных средств для повышения гидравлического сопротивления на выходе жидкости из корпуса с тем, чтобы этот патрубок был полностью заполнен. Использование в заявляемом устройстве на патрубке для отвода дегазированной жидкости гидрозатвора или средств для повышения гидравлического сопротивления на выходе жидкости из корпуса обусловит возникновение ситуаций, при которых уровень жидкости в заявленном устройстве поднимется, и она заполнит весь корпус, что приведет к исчезновению поверхности раздела (поверхности, через которую происходит выделение газа из жидкости) и невозможности удаления газов из жидкости.

Выполнение патрубка для отвода дегазированной жидкости в виде открытого сверху лотка цилиндрического профиля, а также расположение проема для забора атмосферного воздуха для его просасывания через корпус в торцевой части корпуса со стороны лотка для отвода дегазированной жидкости над ее поверхностью позволит конструктивно просто организовать место подсоса атмосферного воздуха без дополнительных трудозатрат, а также обеспечивает возможность противоточного течения жидкости и газов, что способствует более полному удалению газов из воды.

Дополнительное оборудование заявляемого устройства гидрозатвором, расположенным перед патрубком для подвода загазованной жидкости, предотвращает подсос атмосферного воздуха через патрубок для подвода загазованной жидкости, что, в свою очередь, способствует сокращению объема подсасываемого воздуха, уменьшению нагрузки на отсасывающее средство, а также обеспечивает просасывание воздуха от проема для забора атмосферного воздуха и до патрубка для отвода газов над всей площадью поверхности жидкости и его насыщение газом.

Выполнение корпуса в виде лотка цилиндрического профиля, оснащенного сверху съемным укрытием, обеспечивает возможность периодической очистки корпуса от загрязнений, а также осуществление, при необходимости, забора проб жидкости.

Выполнение отсасывающего средства в виде вентилятора или эжектора характеризуется простотой их установки непосредственно на патрубке для отвода газов вблизи корпуса заявляемого устройства, а также их высокой эффективностью при регулировании расхода подсасываемого атмосферного воздуха для обеспечения наиболее эффективного удаления газов из жидкости при нестабильности ее качественного по газу и количественного состава.

Сущность заявляемого объекта поясняется чертежами, на которых изображено:

- на фиг.1 - продольный разрез заявляемого устройства с патрубком для отвода дегазированной жидкости;

- на фиг.2 - продольный разрез заявляемого устройства с открытым сверху лотком для отвода дегазированной жидкости.

На чертежах проставлены следующие обозначения.

1 - корпус;

2 - патрубок для подвода загазованной воды;

3 - патрубок для отвода дегазированной воды;

4 - патрубок для отвода газов;

5 - вентилятор;

6 - проем для забора атмосферного воздуха;

7 - гидрозатвор;

8 - лоток для отвода дегазированной жидкости.

В конкретном примере исполнения заявляемое устройство, например, для удаления газов из сточных вод газоочистки конвертера состоит из горизонтально расположенного цилиндрического корпуса 1 с патрубком 2 для подвода загазованной воды, патрубком 3 для отвода дегазированной воды и патрубком 4 для отвода газов (фиг.1). При этом патрубок 2 для подвода загазованной воды и патрубок 3 для отвода дегазированной воды расположены в противоположных торцевых частях цилиндрического корпуса 1, а патрубок 4 расположен в верхней части цилиндрической поверхности корпуса 1 со стороны размещения патрубка 2 для подвода загазованной воды и оснащен отсасывающим средством, например вентилятором 5. Диаметр патрубка 3 и высота, на которой он размещен в торцевой части цилиндрического корпуса 1, подбираются так, чтобы вода не полностью заполняла корпус 1 и чтобы над поверхностью воды всегда была полость для просасывания воздуха. Корпус 1 дополнительно оборудован проемом 6 для забора атмосферного воздуха, расположенным в верхней части цилиндрической поверхности корпуса 1 со стороны размещения патрубка 3 для отвода дегазированной воды. Кроме того, заявляемое устройство дополнительно оборудовано гидрозатвором 7, расположенным перед патрубком 2 для подвода загазованной воды.

В отдельных случаях исполнения патрубок для отвода дегазированной жидкости может быть выполнен в виде открытого сверху лотка 8 цилиндрического профиля, при этом проем 6 для забора атмосферного воздуха будет расположен в торцевой части корпуса 1 со стороны лотка 6 для отвода дегазированной жидкости над ее поверхностью (фиг.2). Кроме того, в отдельном случае исполнения корпус 1 и патрубок 2, корпус 1 и патрубок 3 могут быть выполнены с одинаковым площадями поперечного сечения (на чертежах не показано).

Заявляемое устройство работает следующим образом. От газоочистки конвертера загазованная вода самотеком подводится через гидрозатвор 7 и патрубок 2 в корпус 1 и протекает внутри него к патрубку 3, из которого направляется далее по назначению. При этом для обеспечения самотека воды корпус 1 расположен с уклоном, а использование гидрозатвора 7 предотвращает подсос воздуха через патрубок 2 в корпус 1. При работе вентилятора 5 атмосферный воздух засасывается через проем 6 в корпус 1, проходит над поверхностью воды в направлении, противоположном движению воды, и через патрубок 4 отводится из корпуса 1. Во время перемещения атмосферного воздуха над поверхностью воды он поглощает газ, выделяющийся из нее. За счет такого просасывания воздуха и благодаря тому, что расход атмосферного воздуха значительно превышает количество выделяющегося газа, парциальное давление газа над поверхностью воды становится значительно ниже того, которое соответствует состоянию равновесия (т.е. такому состоянию, при котором парциальное давление над поверхностью воды полностью подавляет выделение газа из жидкости), и газ интенсивно выделяется из воды по всей площади ее поверхности и удаляется из корпуса 1.

В том случае, если патрубок для отвода дегазированной жидкости выполнен в виде открытого сверху лотка 8 цилиндрического профиля, то забор атмосферного воздуха осуществляется через свободное пространство над поверхностью воды, образованное в торцевой части корпуса 1 со стороны лотка 8 (фиг.2).