SU1733388A1

SU1733388A1 - Способ дегазации жидкости и устройство дл его осуществлени

Info

Publication number: SU1733388A1
Application number: SU904802632A
Authority: SU
Inventors: Наталия Анатольевна Яхова; Александр Сергеевич Мачинский; Алексей Владимирович Туч; Ирина Николаевна Громова; Анатолий Николаевич Шеремет; Александр Николаевич Максютенко; Виктор Васильевич Боровиков
Original assignee: Н.А.Яхова. А.С.Марчинский, А.В.Туч. И.Н.Громова, А.Н.Шеремет. А.Н.Максютенко и В.В.Боровиков
Priority date: 1990-02-05
Filing date: 1990-02-05
Publication date: 1992-05-15

Abstract

Сущность изобретени : дегазаци жидкости осуществл етс путем создани в потоке режима кавитации за счет его сужени и расширени . Режим кавитации осуществл ют в диапазоне /с 0,4-1,0 при вакуумном отсосе, а затем в диапазоне к 0,2-0,6 при эжекции воздуха или вод ного пара, где/с- число кавитаций. Устройство дл дегазации включает основной и дополнительный модули , состо щие из подвод щего и отвод щего патрубков, сужающе-расшир ющего насадка и цилиндри еского канала, соединенного с резервуаром низкого давлени тангенциально. Основной модуль соединен с вакуум-насосом посредством газоотвод - щего патрубка, а дополнительный модуль соединен с атмосферой посредством газо- подвод щего патрубка. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относитс к способам дегазации жидкости, в частности дл десорбции аммиака, и может быть использовано в пищевой, химической и нефтехимической промышленности.

Известен способ десорбции аммиака из жидкости путем отд/пки сжатым воздухом или вод ным паром при высоких значени х рН в присутствии поверхностно-активных веществ.

Недостатками этого способа вл ютс высокие удельные энергозатраты, св занные с необходимостью обработки сточной воды химическими реагентами дл повышени рН жидкости и поверхностно-активными веществами, от которых в дальнейшем необходимо очищать жидкость.

Известен способ дегазации, который осуществл етс на режимах естественной кавитации в реакторах проточного типа, содержащих кавитащмнный модуль, состо щий из патрубков жидкости выхода жидкости и газа, в котором установлен кави- татор. В качестве клеитатора используетс

диск, шар, цилиндр, конус, в теле которого выполнены каналы дл удалени газовой фазы в области пониженного давлени , образующейс за кавитатором.

Недостатком этого способа и устройств на его основе вг етс низка степень очистки жидкости от газа и невысока производительность .

Наиболее близким к предлагаемому вл етс способ дегазации жидкости, включающий создание в потоке режима кавитации за счет сужени и расширени , после чего производ т закрутку потока,

В качестве прототипа выбрано устройство , которое содержит подвод щий и отвод щий жидкость патрубки, кавитационный модуль, состо щий из сужающе-расшир ю- щей части, цилиндрического канала, причем выход кавитационного модул соединен с резервуаром низкого давлени тангенциально .

Недостатком такого способа и устройства дл его осуществлени вл етс высокое остаточное газосодержание жидкости.

со

с

VI

00

со со

00 00

Целью изобретени вл етс повышение степени дегазации.

Поставленна цель достигаетс тем, что режим кавитации, создаваемый в потоке путем его сужени и расширени , осуществл - етс в диапазоне к 0,4-1,0 при вакуумном отсосе.

Затем кавитационна обработка реализуетс в диапазоне v 0,2-0,6 при эжекции воздуха или вод ного пара, где к - число кавитации. Положительный эффект достигаетс в результате того, что при обработке в диапазоне к 0,4-1,0 в потоке жидкости образуютс радикалы Н или О Н, рН жидкости возрастает до значени 9,5-10,5, вл ю- щегос оптимальным дл процесса дегазации. Благодар этому при дальнейшей обработке жидкости в диапазоне к 0,2-0,6 в присутствии воздуха или пара газоотделение увеличиваетс , что св зано со смещением равновеси в правую сторону в системе NH4+ + ОН Ј МНз + НаО.

Окончательна дегазаци осуществл етс путем закрутки двухфазного потока в резервуаре низкого давлени . Пузырьки газа из-за центрифугирующего эффекта всплывают на поверхность и выделившийс газ отсасываетс через верхнюю часть резервуара ,

Известен способ дегазации жидкости дл удалени кислорода, включающий перемешивание в кавитационном режиме и подачу инертного газа на барботаж под кавитационные насадки.

Если таким способом десорбировать жидкость, содержащую растворенный аммиак , степень дегазации оказываетс низкой .

Так как осуществить режим естествен- ной кавитации с числами к 0,4-1 в аппарате с вращающейс мешалкой с кавитационными насадками не представл етс возможным, дл этого окружна скорость мешалки должна составл ть о) 100-110 .

Реализаци таких режимов энергетически неоправдана, к тому же кавитационные элементы подвергаютс непрерывному ка- витационному износу.

Кроме того, в кавитационные каверны, образующиес за насадками подсасываетс барботирующий газ Это приводит к потере жесткости кавитации из-за уменьшени перепада давлений между ка- витационными пузырьками и окружающей его жидкости.

Врем жизни радикалов Н и ОН составл ет 30-60 с, после этого их содержание в водном растворе уменьшаетс и рН среды снижаетс до прежнего уровн . Барботаж газом под кавитационные насадки не обеспечивает своевременного попадани газовых пузырьков в зону кавитационного воздействи , так как скорость всплывани барботирующих пузырьков мала и вл етс функцией многих параметров, в том числе и физических свойств жидкости, которые в сточной воде могут мен тьс в широких пределах ,

Предлагаемое в качестве изобретени устройство дл дегазации жидкости, включающее кавитационный модуль, состо щий из подвод щего и отвод щего жид кость патрубков , сужающе-расшир ющего насадка и цилиндрического канала, соединенного с резервуаром низкого давлени тангенциально , снабжено дополнительным кавита- ционным модулем, установленным после основного модул перед резервуаром низкого давлени , при этом основной модуль соединен с вакуум-насосом посредством га- зоотвод щего патрубка, а дополнительный модуль соединен с атмосферой посредством газоподвод щего патрубка.

Цилиндрический канал основного и дополнительного кавитационного модул выполнен перфорированным и снабжен охватывающей его камерой. Камера основного модул выполнена вакуумной и соединена с газоотвод щим патрубком, а камера дополнительного соединена с газоподвод - щим патрубком. Насадок выполнен в виде сопла с острой кромкой входного сечени , расположенного коаксиально цилиндрическому каналу, длина которого равна 14-20 его диаметров. Отношение площади цилиндрического канала и площади выходного сечени сопла составл ет 3-5.

Способ дегазации жидкости осуществл етс на режиме кавитации в диапазоне к - 0,4-1,0 при ваю/умном отсосе, а затем в диапазоне к 0,2-6 при эжекции воздуха или вод ного пара.

Число кавитации, определ ющее режим обработки жидкости на первом кавитационном модуле, определ эетс по формуле:

/п- 2() . /С1о

р VBX2

где Рвх и VBX - давление, МПа, и скорость жидкой фазы перед основным кавитацион- ным модулем, м/с;

РК- давление в кавитационной каверне, обусловленное гидродинамикой истечени струи из сопла и давлением разрежени , создаваемое вакуум-насосом в камере, МПа;

р - плотность дегазируемой жидкости (например, аммиачной воды) при данной температуре и давлении (в нормальных услови х р 1000 кг/м3).

Число кавитации в дополнительном ка- витационном модуле определ етс по формуле

2 ( РНХ Рк )

/С2

/ VB X2

где Рвх и VBX - давление, МПа, и скорость жидкой фазы перед дополнительным кави- тационным модулем, м/с;

Рк - давление в кавитационной каверне , обусловленное гидродинамикой истечени струи, из сопла и объемом эжектируемого воздуха, МПа.

На фиг.1 изображено устройство дл осуществлени способа дегазации жидкости , представл ющей собой водный раствор аммиака; на фиг.2 -- конструкци дополнительного кавитационного модул .

Устройство содержит циркул ционный насос 1, трубопровод 2 с регулирующим вентилем, подвод щий патрубок 3 и основной кавитационный модуль 4.

Вслед за основным кавитационным модулем 4 расположен дополнительный модуль 5, содержащий сопло 10 с острой кромкой входного сечени 11, расположенное коаксиально на входе в цилиндрический канал 12. Цилиндрический канал перфорирован и имеет длину, составл ющую 14-20 его диаметров. Он заключен в камеру 13 с газоподвод щим патрубком 9, сообщающимс с атмосферой дл эжекции воздуха или вод ного пара. Отношение площади цилиндрического канала 12 к площади выходного сечени сопла 10 составл ет 3-5.

Основной кавитационный модуль 4 имеет конструкцию, аналогичную модулю 5, но в нем камера 13 снабжена газоотвод щим патрубком 7, подсоединенным к вакуум-насосу 8.

Выход дополнительного кавитационного модул 5 соединен тангенциально с резервуаром 6 низкого давлени , оснащенным в верхней части газоотводом 14, а в нижней части - отвод щим патрубком 15 и вентилем 16 слива дегазированной жидкости.

Устройство работает следующим образом .

После заполнени циркул ционного контура аммиачной водой циркул ционным насосом 1 по трубопроводу и через расходный вентиль 2 и подвод щий патрубок 3 жидкость подаетс в основной кавитационный модуль 4. Расход жидкости регулируетс вентилем. В кавитационном модуле 4.

попада в сопло 10с острой выходной кромкой 11, поток ускор етс и истекает струей в цилиндрический канал 12. У стенок цилиндрического канала 12 образуютс кавитационные каверны, в которые диффундирует легкоотдел юща с часть газа (аммиака).Так как цилиндрический канал перфорирован, то газ отсасываетс вакуум-насосом 8 через газоотвод щий патрубок 17 из камеры 13,

котора охватывает перфорированный цилиндрический канал 12.

В хвостовой части каверны из-за воздействи кавитации в жидкости образуютс радикалы И и oVi, в результате чего показатель рН жидкости, имеющий до кавитационной обработки значение рНвх 8,5, после прохождени через основной кавитационный модуль приобретает значение рН 9,5- 10,5 в зависимости от жесткости

кавитации (мерой жесткости кавитации вл етс число кавитации к.

После этого жидкость попадает в дополнительный кавитационный модуль 5. где при истечении ее из сопла 10 в перфорированный цилиндрический канал 12 происходит эжекци воздуха в кавитационную каверну через газоподвод щий патрубок 9 и камеру 13, охватывающую цилиндрический канал 12. Воздушные пузырьки, образующиес в хвостовой части каверны при уносе основной массы воздуха, способствуют выделению газа из жидкости до 90%, В дальнейшем дегазируема жидкость поступает по тангенциальной в резервуар 6 низкого

давлени . В результате закрутки потока пузырьки , заполненные смесью воздуха и аммиака , всплывают на поверхность и выделившийс газ удал ют через верхний газоотвод 14. Дегазированна жидкость

сливаетс через вентиль 16 или подаетс дл дальнейшей дегазации на циркул цию. Конструктивные параметры сопла 10 и цилиндрического канала 12 подобраны таким образом, чтобы удовлетворить режимные требовани 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 требовани реализуютс , когда отношение площади цилиндрического канала и площади выходного сечени сопла составл ет 3-5, а длина цилиндрического канала (I)

равна 14-20 его диаметров (dr).

Уменьшение длины цилиндрического канала I менее 14 dr снижает коэффициент эжекции Uo в два раза при прочих равных услови х, а снижение Uo приводит к уменьшению степени дегазации жидкости на 30%.

Увеличение длины цилиндрического канала I 20 dr ухудшает режим работы второго кавитационного модул и характеризуетс нестабильным, скачкообразным изменением Uo в широких пределах . В примерах 4, б, 7 приведено обоснование выбора конструктивных параметров цилиндрического канала.

П р и м е р 1. 0.2 м3 аммиачной воды с концентрацией аммиака 1000 мг/л, температурой t 50°C, ff 1000 кг/м3 и рНвх 8,5 заполн ют циркул ционный контур, где при помощи циркул ционного насоса 1 и расходного вентил 2 устанавливают на входном патрубке 3 кавитационного модул 4 скорость V8x 24,5 м/с и давление РВх 0,11 МПа(ата). Вакуум-насос 8 создает давление в камере 13 и кавитационной каверне, образующейс за соплом 10, Рк 0,02 МПа (эта).

Происходит отсос легкоотдел ющейс части аммиака и кавитационна обработка жидкости при числах к 0,3. Показатель рН жидкости, имеющий на входе в первый ка- витационный модуль рНех 8,5. повышаетс на его выходе до значени рНвых 10,5. При прохождении жидкости через дополнительный кавитационный модуль при той же скорости и давлении, что и у основного модул , происходит эжекци воздуха через патрубок 9 с коэффициентом U0 - 1. Давление в камере 13, а следовательно, и в кавитационной каверне, образующейс в цилиндрическом канале 12, составл ет 0,07 МПа (эта). Происходит обработка жидкости на режиме искусственной кавитации при ,13. Этот режим осуществл етс при отношении площади цилиндрического канала к площади выходного сечени сопла di /dc - 2. Затем поток закручиваетс и дегазируетс в резервуаре 6 низкого давлени . Дегазированна вода сливаетс через вентиль 16. Степень дегазации аммиачной воды составл ет 65% dr2/dc2 2.

П р и м е р 2. Аналогично примеру 1 параметры технологического режима следующие: VBX VBX -- 23,4 м/с; Рвх 0,13 МПа; Рк 0,02 МПа; к 0,4; рНвх 8,5; рН„ых 10,5; Рк 0,073 МПа- РЦ 0,13 МПа; U0 2. кг 0,2; N 0,09 кВт.ч/м3.

Степень дегазации аммиачной воды 90%,dr2/dc2 3.

П р и м е р 3. Аналогично примеру 1 параметры технологического режима были следующие: VBX VBX 20 м/с; РВх Рвх 0,15 МПа; Рк - 0,02 МПа; к 0.75; рНвх

8,5; рНвых 10; Рк 0,08 МПа; U0 3; KT 0,35; N 0,065 кВт,ч/м3,

Степень дегазации аммиачной воды 93% при конструктивных параметрах dr2/dc2 4.

П р и м е р 4. Аналогично примеру 1 параметры технологического режима следующие: VBX VBX 8м/с; Рвх Рвх 0,19 МПа; Рк 0,02 МПа; «ч 1; рНвх 8,5; рНвь.х 9,5; Рк 0,08 МПа; U0 4; кг 0,6; N 0,05 кВт «ч/м3.

Степень дегазации аммиачной воды 93% npHdr2/dc2 5.

П р и м е р 5. Аналогично примеру 1 параметры технологического режима следующие: VBX VB X 15м/с; Рвх Рвх 0,2 МПа; рНвх 8,5; Рк 0,02 МПа; к 1,6; рНвых 9; Рк 0,09 МПа; U0 5; кг 1; N 0,05 кВт.ч/м3. Степень дегазации аммиачной воды 70% из-за низкого рНвых 9, dr2/dc2 6.

Примере. Режимные параметры аналогичны примеру 4: VBx VB x 18 м/с; Рвх Рвх 0,19 МПа; Рк 0,02 МПа; л 1; рНВх8,5;рНвых 9,5.

Уменьшаем длину цилиндрического канала I - 13 dr; Uo 2; Рк 0,073 МПа и кг 0,7. Степень дегазации аммиачной воды составила 63%.

П р и м е р 7. Режимные параметры аналогичны примеру 4, а длина цилиндриче- ского канала 1 21 dr. Наблюдаетс скачкообразное изменение коэффициента эжекции Uo в пределах 0,6-1,5. В этом случае HI 0,86-0,73. Степень дегазации амми- ачной воды составила..50%. Удельный расход энергии составил N 0,2 кВт ч/м3.

Таким образом, оптимальными режимами работы по степени дегазации аммиачной воды и удельным энергетическим затратам

вл ютс режимы, описанные в примерах

2-4, которые реализуютс в устройстве с длиной цилиндрического канала, равной 14-20 его диаметров, при отношении его площади к площади выходного сопла

dr2/dc2 3-5.

Сравнение технико-экономических показателей прототипа и предлагаемого способа приведено в табл.1 (начальное содержание аммиака в сточной воде

ЮОО мг/л).

Режимные и расчетные показатели работы технологической схемы способа дегазации жидкости от аммиака приведены в табл.2 и 3.

Claims

Формула изобретени 1. Способ дегазации жидкости, включающий создание в потоке режима кавитации за счет его сужени и расширени , после

чего производ т закрутку потока, отличающийс тем, что, с целью повышени степени дегазации, режим кавитации осуществл ют в диапазоне 0,4-1,0 при вакуумном отсосе, а затем в диапазоне ,2-0,6 при эжекции воздуха или вод ного пара, где к - число кавитаций.
2. Устройство дл дегазации жидкости, включающее кавитационный модуль, состо щий из подвод щего и отвод щего жидкость патрубков, сужающе-расшир ющего насадка и цилиндрического канала, соединенного с резервуаром низкого давлени тангенциально, отличающеес тем. что, с целью повышени степени дегазации, оно снабжено дополнительным кавитацион- ным модулем, установленным после основного модул перед резервуаром низкого давлени , при этом основной модуль соединен с вакуум-насосом посредством газоот- вод щего патрубка, а дополнительный

модуль соединен с атмосферой посредством газоподвод щего патрубка.
3.Устройство по п.2, отличающее- с тем, что цилиндрический канал основного и дополнительного модулей выполнен перфорированным и снабжен охватывающей его камерой, при этом камера основного модул выполнена вакуумной и соединена с газоотвод щим патрубком, а

камера дополнительного модул соединена с газоподвод щим патрубком.
4.Устройство по п.2, отличающее- с тем, что насадок основного и дополнительного модулей выполнен в виде сопла с

острой кромкой выходного сечени , расположенного коаксиально цилиндрическому каналу, длина которого равна 14-20 его диаметра .
5.Устройство по пп.2 и 4, отличаю- щ е е с тем, что отношение площади цилиндрического канала и площади выходного сечени сопла составл ет 3-5.

Т а блица 1

П р и м е ч а н и «. Исходные параметры: рН(,.5; мг/л;р 1000 кг/м°. Коэффициент эжекции, равный отношению объема эжектируемого воздуха к объему жидкости, проход щей через кавитационный модуль.

Воздух

Фиг.1

ТаблицаЗ

отсос газа ju

С/1 и в

с..

Ю воздух 7 &

cmortf

L

. йыход стока