Устройство скорого фильтра-сорбента для очистки жидкости
Полезная модель относится к устройствам скорых фильтров-сорбентов, предназначена для очистки жидкостей, в особенности воды, нефти и нефтепродукты от взвесей, растворенных в них вредных примесей. Устройство включает колонки, содержащие гранулы сорбента, подводящий и отводящий трубопроводы с запорными клапанами, электроды, разграничивающие слои сорбента в колонках, где положительный полюс подключен к первому от корпусов колонок электроду, к третьему и т.д. ко всем нечетным по номерам электродам, а отрицательный полюс подключен ко второму, четвертому и т.д. ко всем четным по номерам электродам, отличающееся тем, что электроды отделены друг от друга, имеют вид многоярусной конструкции, каждый ярус которой состоит из чередующихся по знаку отдельных изолированных друг от друга электродов, на электроды можно подавать разности потенциалов, достаточные для создания в слоях сорбента напряженности электрического поля величиной Е=1000-25000 В/м; устройство также включает отдельные электрические выводы от отдельных электродов из колонок; гермовводы, через которые выводятся отдельные электрические выводы из корпусов колонок; переключатель напряжения на отдельных электродах; выпрямитель, подсоединенный к переключателю напряжений на отдельных электродах; отдельную емкость; трубопроводы с запорными клапанами, соединяющие колонки с отдельной емкостью замкнутым контуром; водяной насос в замкнутом контуре, обеспечивающий обмывание сорбента в колонках водными растворами солей, а также кислот, щелочей, образующихся под действием постоянного электрического поля внутри колонок из введенных в колонку растворов солей; а также кислот, щелочей, образующихся под действием постоянного электрического поля внутри колонок из введенных в колонку растворов солей; трубопровод с запорным клапаном на входе снизу в колонки, через который очищающую жидкость можно подавать обратным потоком через колонки снизу; трубопровод с запорным клапаном на выходе сверху из колонок, через который обратным потоком жидкости через трубопровод с запорным клапаном на входе снизу в колонки можно выбрасывать при промывке сорбента накопившиеся в нем взвеси на утилизацию; трубопровод с запорным клапаном на выходе снизу из колонок, через который из колонок можно сбрасывать жидкость.
Полезная модель относится к устройствам скорых фильтров-сорбентов, предназначена для очистки жидкостей, в особенности воды, нефти и нефтепродуктов от взвесей, растворенных в них вредных примесей.
Известны устройства скорых фильтров-сорбентов в виде колонок, наполненных гранулами сорбента, в которых фильтруются из жидкости взвеси, сорбируются растворенные вредные примеси, в частности, из природных вод фильтруются все взвешенные частицы, сорбируются все растворенные примеси, по своему количеству превышающие установленные нормы для питьевой, либо хозяйственной, либо сточных вод, сорбируются сераорганические соединения нефти из нефтепродуктов - нефти, нефтепродуктов: керосиновой, дизельной фракций; устройства действуют следующим образом: исходную жидкость (воду, сырую нефть, нефтепродукт и др.) пропускают через неподвижный слой сорбента, установленный в колонке; в качестве сорбента применяют силикагель, окись алюминия, активированный уголь, цеолит, гипс и их смеси [см.: Абрамов Н.Н. Водоснабжение. М., «Стройиздат», 1982, с.151-283, 304-318, 323-328; Химия сераорганических соединений, содержащихся в нефти и нефтепродуктах, М.: Изд-во АН СССР, 1959, 126-137].
Недостатком таких устройств скорых фильтров-сорбентов является низкая степень очистки жидкости от вредных примесей, в связи с чем приходится создавать колонки с очень большой по протяженности длиной (высотой), уменьшать скорость прохождения через колонки жидкости, что приводит к удорожанию затрат на производство фильтров-сорбентов, к уменьшению их производительности.
Наиболее близким по числу совпадающих существенных признаков и максимально достижимому положительному эффекту и потому принятому за прототип является устройство скорого фильтра-сорбента, содержащего гранулы сорбента из цеолита и колонки с подводящим и отводящим трубопроводами с запорными клапанами, с электродами, разграничивающими слои сорбента в колонках, где положительный полюс подключен к первому от корпуса колонки электроду, к третьему и т.д. ко всем нечетным по номерам электродам, а отрицательный полюс подключен ко второму, четвертому и т.д. ко всем четным по номерам электродам [см. патент RU 2075994, В01D 15/00 27.03/1997, 7 с.]. В устройстве-прототипе не предусмотрена конструкция для регенерации сорбента, для проведения этой операции к колонкам добавляют специальную емкость, скорый фильтр-сорбент разбирают, сорбент перегружают в специальную емкость, в которой и проводят регенерацию.
Недостатком устройства-прототипа является низкая производительность скорого фильтра-сорбента из-за невозможности создавать в межэлектродном пространстве высокие напряженности электрического поля на большом протяжении длины (высоты) колонки, т.к. с увеличением длины (высоты) электродов увеличивается их площадь, возрастает сила тока настолько, что становится запредельной для применения фильтра-сорбента в обычных бытовых условиях, например, в квартире или на вводе воды в многоквартирный дом, а в промышленных условиях при больших геометрических размерах колонок высокая сила тока может привести к вскипанию жидкости в объеме сорбента. Вторым недостатком устройства-прототипа является необходимость добавления к колонке специальной емкости, периодически, после достижения проскока сорбируемых примесей, останавливая работу фильтра-сорбента, разбирать установку, перегружать в специальную емкость сорбент на его регенерацию, причем, стандартная, обычная регенерация сорбента имеет большую по времени продолжительность: длится одни - трое суток.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является увеличение производительности скорого фильтра-сорбента, упрощение, удешевление, сокращение времени на осуществление процесса регенерации, получение возможности регенерации сорбента без необходимости разборки колонок, перегрузки из них сорбента в специальное устройство для регенерации, получение возможности проводить регенерацию непосредственно в колонках не только в солевом растворе, но и с применением обмывания сорбента растворами кислот и щелочей, ускоряя при этом процесс регенерации и увеличивая эффективность регенерации.
Технический результат достигается тем, что устройство скорого фильтра-сорбента включает колонки, содержащие гранулы сорбента, подводящий и отводящий трубопроводы с запорными клапанами, электроды, разграничивающие слои сорбента в колонках, где положительный полюс подключен к первому от корпуса колонки электроду, к третьему и т.д. ко всем нечетным по номерам электродам, а отрицательный полюс подключен ко второму, четвертому и т.д. ко всем четным по номерам электродам. Особенностью является то, что электроды отделены друг от друга, имеют вид многоярусной конструкции, каждый ярус которой состоит из чередующихся по знаку отдельных изолированных друг от друга электродов, на электроды можно подавать разности потенциалов, достаточные для создания в слоях сорбента напряженности электрического поля величиной Е=1000-25000 В/м; устройство также включает отдельные электрические выводы от отдельных электродов из колонок; гермовводы, через которые выводятся отдельные электрические выводы из корпусов колонок; переключатель напряжения на отдельных электродах; выпрямитель, подсоединенный к переключателю напряжений на электродах; отдельную емкость; трубопроводы с запорными клапанами, соединяющие колонки с отдельной емкостью замкнутым контуром; водяной насос в замкнутом контуре, обеспечивающий обмывание сорбента в колонке водными растворами солей, а также кислот, щелочей, образующихся под действием постоянного электрического поля внутри колонки из введенных через отдельную емкость в колонки растворов солей; трубопровод с запорным клапаном на входе снизу в колонки, через который очищающую жидкость можно подавать обратным потоком через колонки снизу; трубопровод с запорным клапаном на выходе сверху из колонок, через который обратным потоком жидкости через трубопровод с запорным клапаном на входе снизу в колонки можно выбрасывать при промывке сорбента накопившиеся в нем взвеси на утилизацию; трубопровод с запорным клапаном на выходе снизу из колонок, через который из колонок можно сбрасывать жидкость.
Сущность полезной модели поясняется чертежом на фиг.1.
Устройство скорого фильтра-сорбента состоит из одной или нескольких колонок 1, заполненных гранулами сорбента 2; подводящего 3 и отводящего 4 трубопровода с запорными клапанами, отдельных электродов 5 и 6, разграничивающих слои сорбента в колонках, где положительный полюс подключен к первому от корпуса колонки электроду, к третьему и т.д. ко всем нечетным по номерам электродам, а отрицательный полюс подключен ко второму, четвертому и т.д. ко всем четным по номерам электродам, отделенных друг от друга и имеющих вид многоярусной конструкции, каждый ярус которой состоит из чередующихся по знаку отдельных изолированных друг от друга электродов, на которые можно подавать разности потенциалов, достаточные для создания в слоях сорбента 2 напряженность постоянного электрического поля величиной Е=1000-25000 В/м; отдельных электрических выводов 7 от отдельных электродов 5 и 6 из колонок 1; гермовводов 8, через которые выводятся отдельные электрические выводы 7 из корпусов колонок 1; переключателя 9 напряжения на отдельных электродах 5 и 6; выпрямителя 10, подсоединенного к переключателю 9 напряжений на отдельных электродах 5 и 6; отдельной емкости 11; трубопроводов 12 и 13 с запорными клапанами, которые соединяют колонки 1 с отдельной емкостью 11 замкнутым контуром; водяного насоса 14 в замкнутом контуре, обеспечивающего обмывание сорбента в колонках 1 водными растворами солей, а также кислот, щелочей, образующихся из солей, подаваемых через отдельную емкость 11, внутри колонок 1 под действием постоянного электрического поля; трубопровода 15 с запорным клапаном на входе снизу в колонки 1, через который очищающую жидкость можно подавать обратным потоком через колонки 1; трубопровода 16 с запорным клапаном на выходе сверху из колонок 1, через который обратным потоком жидкости через трубопровод 15 с запорным клапаном на входе снизу в колонки можно выбрасывать при промывке сорбента 2 накопившиеся в нем взвеси на утилизацию; трубопровода 17 с запорным клапаном на выходе снизу из колонок 1, через который из колонок 1 можно сбрасывать жидкость; сеток 18, ограничивающих снизу и сверху в колонках 1 гранулы сорбента 2, дистанционаторов 19, отгораживающих гранулы сорбента 2, сетки 18 от торцов колонок 1.
Устройство скорого фильтра-сорбента действует следующим образом. Очищаемую воду подают через подводящий трубопровод 3 в колонки 1, гранулы сорбента 2, расположенные в колонках 1, фильтруют из воды взвеси, очищают жидкость от растворенных вредных примесей, далее очищенную жидкость поставляют потребителю через отводящий трубопровод 4; в процессе очистки воды на отдельные электроды 5 и 6 через отдельные электрические выводы 7, проходящие через корпус колонок 1 по гермовводам 8, переключателем 9 напряжения от выпрямителя 10 подают периодически напряжение, создающее в слоях сорбента 2 напряженность постоянного электрического поля Е=1000-25000 В/м; после достижения в колонках 1 проскока по взвесям закрывают запорные клапаны на трубопроводах 3, 4, 17, 12, 13, открывают запорные клапаны на трубопроводах 15 и 16, вода поступает теперь не в верхнюю часть колонок 1, а снизу вверх, вымывая из сорбента 2 накопившиеся взвеси, сбрасывают из колонок 1 накопившиеся взвеси на утилизацию. После достижения проскока по накопившимся в сорбенте 2 растворенным в жидкости очищаемым примесям перекрывают клапан на подводящем трубопроводе 3, сбрасывают остатки промываемой жидкости из колонок 1 через запорный клапан трубопровода 17, вновь его перекрывают, заливают в отдельную емкость 11 промывочную жидкость, например, раствор поваренной соли при регенерации одного из видов сорбента 2 - природного цеолита, открывают запорные клапаны на трубопроводах 12 и 13, включают водяной насос 14, промывают скорый фильтр-сорбент при периодически подаваемом на отдельные электроды 5 и 6 напряжении постоянного тока, создающим в межэлектродных пространствах величину напряженности электрического поля в пределах Е=500-1000 В/м, в течение 2-6 часов, причем, величина напряженности должна быть обратно пропорциональной концентрации растворяемых в отдельной емкости 11 солей.
Пример.
Устройство скорого фильтра-сорбента для очистки питьевой воды от взвесей, вредных примесей, нефтепродуктов от сераорганических примесей состоит из трех колонок 1, представляющих собой трубы с фланцами из стали Х18Н9Т диметром 0,3 м, высотой 1,5 м толщиной стенки 0,05 м; подводящего 3 и отводящего 4 трубопровода с запорными клапанами; гранул сорбента 2 - природного цеолита Холинского месторождения с размером гранул 0.0005-0,001 м, которые содержаться в колонках 1; сеток 18 из стали Х18Н9Т с величиной ячеек 0,0005 м, ограничивающих в колонках 1 сверху и снизу гранулы сорбента 2; дистанционаторов 19 из прутковой стали Х18Н9Т диметром 0,08 м, отделяющих сетки 18 от торцов колонок 1; 25 ярусов отдельных электродов 5 и 6, каждый ярус которых состоит из пяти коаксиальных цилиндрических сетчатых цилиндров из стали Х18Н9Т, толщиной проволоки 0,001 м, размером квадратной ячейки 0,005 м, высотой 0,02 м, диаметрами 0,03; 0,09; 0,15; 0,21; 0,27 м, на которые можно подавать разность электрических потенциалов величиной U=220-380 В постоянного тока, что соответствует величине напряженности электрического поля в слоях сорбента 2 Е=7300-12600 В/м; расположенной рядом с колонками 1 отдельной емкости 11 из стали Х18Н9Т толщиной стенки 0,03 м, размерами в поперечном сечении 2×1 м, высотой 1 м; трубопроводов 12 и 13 с запорными клапанами, которые соединяют колонки 1 с отдельной емкостью 11 замкнутым контуром; водяного насоса 14 в замкнутом контуре, обеспечивающего обмывание сорбента 2 в колонках 1 водными растворами солей, а также кислот, щелочей, образующихся под действием постоянного электрического поля внутри колонок из введенных в колонку растворов солей; трубопровода 15 с запорным клапаном на входе снизу в колонки, через который очищающую жидкость можно подавать обратным потоком через колонки снизу; трубопровода 16 с запорным клапаном на выходе сверху из колонок, через который обратным потоком жидкости через трубопровод с запорным клапаном на входе снизу в колонки можно выбрасывать при промывке сорбента накопившиеся в нем взвеси на утилизацию; трубопровода 17 с запорным клапаном на выходе снизу из колонок, через который из колонок можно сбрасывать жидкость; все трубопроводы выполнены из черной стали, имеют диаметр 0,9 м, вся запорная арматура выполнена на вентилях ДУ-90. Скорый фильтр сорбент по приведенному примеру допускает максимальную величину потока очищаемой жидкости, равную 50 м3/час, скорый фильтр-сорбент по прототипу таких же геометрических размеров удовлетворительно, до нормы содержания очищает жидкости от вредных примесей при потоке не выше 10 м3/час, т.е. в 5 раз он менее производителен.
В приведенном примере устройства скорого фильтра-сорбента по сравнению с прототипом скорого фильтра-сорбента тех же геометрических размеров можно создавать напряженность электрического поля в 50 раз большую по величине, т.к. высота электродов во столько же раз меньше, чем в устройстве-прототипе. В связи с этим в предлагаемом устройстве можно в 5 раз увеличить пропускную способность по очищаемой воде, т.е. в 5 раз увеличить производительность установки; в приведенном примере устройства скорого фильтра-сорбента нет необходимости после проскока в нем сорбируемых примесей и после остановки его работы разбирать устройство для перегрузки сорбента на регенерацию в специальное приспособление, отмыв сорбента кислотами, щелочами, регенерацию можно проводить, не вскрывая фланцы, непосредственно в устройстве, регенерация же сорбента при наложении на сорбент электрического поля ускоряется при указанных выше величинах напряженности поля 100-1000 В/м в 2-20 раз, сорбирующая способность и общая обменная емкость увеличиваются по сравнению с устройством-прототипом 1,5-10 раз, что свидетельствует об увеличении эффективности регенерации.
Таким образом, изложенные данные свидетельствуют о выполнении при использовании заявленной полезной модели следующей совокупности условий:
- средство, воплощающее заявленное устройство при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, применимо для очистки жидкостей от вредных или излишних по количеству примесей, используемое, в частности, для очистки воды в водных хозяйствах, и нефти, нефтепродуктов в нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности;
- для заявленного устройства в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте изложенной формулы полезной модели, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов.
Следовательно, заявленная полезная модель соответствует условию «промышленная применимость».
Устройство скорого фильтра-сорбента, включающее колонки, содержащие гранулы сорбента, подводящий и отводящий трубопроводы с запорными клапанами, электроды, разграничивающие слои сорбента в колонках, где положительный полюс подключен к первому от корпусов колонок электроду, к третьему и т.д. ко всем нечетным по номерам электродам, а отрицательный полюс подключен ко второму, четвертому и т.д. ко всем четным по номерам электродам, отличающееся тем, что электроды отделены друг от друга, имеют вид многоярусной конструкции, каждый ярус которой состоит из чередующихся по знаку отдельных изолированных друг от друга электродов, на электроды можно подавать разности потенциалов, достаточные для создания в слоях сорбента напряженности электрического поля величиной Е=1000-25000 В/м, устройство также включает отдельные электрические выводы от отдельных электродов из колонок, гермовводы, через которые выводятся отдельные электрические выводы из корпусов колонок, переключатель напряжения на отдельных электродах, выпрямитель, подсоединенный к переключателю напряжений на отдельных электродах, отдельную емкость, трубопроводы с запорными клапанами, соединяющие колонки с отдельной емкостью замкнутым контуром, водяной насос в замкнутом контуре, обеспечивающий обмывание сорбента в колонках водными растворами солей, а также кислот, щелочей, образующихся под действием постоянного электрического поля внутри колонок из введенных в колонку растворов солей, трубопровод с запорным клапаном на входе снизу в колонки, через который очищающую жидкость можно подавать обратным потоком через колонки снизу, трубопровод с запорным клапаном на выходе сверху из колонок, через который обратным потоком жидкости через трубопровод с запорным клапаном на входе снизу в колонки можно выбрасывать при промывке сорбента накопившиеся в нем взвеси на утилизацию, трубопровод с запорным клапаном на выходе снизу из колонок, через который из колонок можно сбрасывать жидкость.
