RU2581630C1 - Vortex jet apparatus for degassing liquids - Google Patents
Vortex jet apparatus for degassing liquids Download PDFInfo
- Publication number
- RU2581630C1 RU2581630C1 RU2014150359/05A RU2014150359A RU2581630C1 RU 2581630 C1 RU2581630 C1 RU 2581630C1 RU 2014150359/05 A RU2014150359/05 A RU 2014150359/05A RU 2014150359 A RU2014150359 A RU 2014150359A RU 2581630 C1 RU2581630 C1 RU 2581630C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- diffuser
- confuser
- ratio
- range
- water
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Physical Water Treatments (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к устройствам для вакуумной или комбинированной термической и вакуумной дегазации жидкостей, в том числе воды, с использованием центробежного эффекта и может быть использовано для процессов водоподготовки в теплоэнергетике, в том числе для деаэрации питательной воды паровых котлов и подпиточной воды, тепловых сетей, десорбции газов из жидкостей в химической, фармацевтической, пищевой и других отраслях промышленности.The present invention relates to devices for vacuum or combined thermal and vacuum degassing of liquids, including water, using the centrifugal effect and can be used for water treatment processes in the power system, including deaeration of feed water for steam boilers and make-up water, heating networks, desorption of gases from liquids in the chemical, pharmaceutical, food and other industries.
Известен аппарат для дегазации жидкостей, патент РФ №2476767 (МПК F22D 1/50), содержащий корпус с патрубком подвода деаэрируемой воды, патрубками отвода деаэрированной воды и выпара и размещенное на выходе патрубка подвода деаэрируемой воды сопло переменного поперечного сечения, присоединенное к корпусу деаэратора и состоящее из последовательно расположенных конфузорного, цилиндрического и диффузорного участков, отличающийся тем, что деаэратор перегретой воды дополнительно снабжен отражательным экраном, установленным в корпусе деаэратора на пути движения выходящего из диффузорного участка сопла переменного поперечного сечения потока кипящей деаэрируемой воды.A known apparatus for degassing liquids, RF patent No. 2476767 (IPC F22D 1/50), comprising a housing with a nozzle for supplying deaerated water, nozzles for removing deaerated water and vapor, and a nozzle of variable cross section attached to the outlet of the nozzle for supplying deaerated water connected to the body of the deaerator and consisting of consecutively located confuser, cylindrical and diffuser sections, characterized in that the superheated water deaerator is additionally equipped with a reflective screen installed in the deaerator body on the path of movement of a nozzle of a variable cross-section emerging from a diffuser section of a stream of boiling deaerated water.
Известный аппарат позволяет повысить эффективность деаэрации перегретой воды путем увеличения поверхности выделения растворенных в воде газов в паровую фазу вследствие дробления потока на мелкие капли за счет установки в корпусе деаэратора на пути движения потока кипящей деаэрируемой воды отражательного экрана. Вместе с тем в известном аппарате используется лишь кинетическая энергия струи воды, которая после удара об отражательный экран трансформируется в поверхностную энергию капель. Для достижения необходимой степени деаэрации воду приходится дополнительно нагревать, чтобы увеличить парциальное давление паров. Это приводит к существенным затратам энергии и снижает общий кпд установки.The known apparatus allows to increase the efficiency of deaeration of superheated water by increasing the surface of the emission of gases dissolved in water into the vapor phase due to crushing of the stream into small droplets due to the installation of a reflective screen in the deaerator body along the flow path of boiling deaerated water. However, in the known apparatus, only the kinetic energy of the water jet is used, which, after hitting the reflective screen, is transformed into the surface energy of the droplets. To achieve the required degree of deaeration, the water must be additionally heated in order to increase the partial vapor pressure. This leads to significant energy costs and reduces the overall efficiency of the installation.
Известен аппарат для термической дегазации жидкостей, патент РФ №2473009 (МПК F22D 1/50), включающий установленную на деаэраторном баке деаэрационную колонку, снабженную штуцером для подвода воды, и низконапорным водораспределительным устройством - струйной форсункой, отличающийся тем, что деаэрационная колонка выполнена в виде водоприемной камеры, при этом корпус струйной форсунки встроен в перегородку и имеет входное отверстие для воды, расположенное выше штуцера подвода воды в водоприемную камеру.A known apparatus for thermal degassing of liquids, RF patent No. 2473009 (IPC F22D 1/50), including a deaeration column mounted on a deaerator tank, equipped with a nozzle for supplying water, and a low-pressure water distribution device - a jet nozzle, characterized in that the deaeration column is made in the form water intake chamber, while the body of the jet nozzle is built into the partition and has an inlet for water, located above the fitting for supplying water to the water intake chamber.
Исходный поток воды, подлежащей деаэрации, поступает в водораспределительное устройство - струйную форсунку деаэрационной колонки через штуцер. Струи и капли воды, вытекая из выходных отверстий форсунки, дробятся, разбиваясь при этом на более тонкие струи и более мелкие капли. Далее вода поступает в деаэраторный бак, где проходит следующие стадии обработки. Известное изобретение позволяет предотвратить попадание пара из деаэратора в трубопроводы подвода воды в деаэратор, исключить возможность возникновения в них гидроударов и тем самым обеспечить надежную работу водораспределительного устройства и деаэратора в целом при всех режимах работы деаэратора. К недостаткам известного аппарата относится необходимость предварительного нагрева воды, чтобы увеличить парциальное давление паров и обеспечить заданный уровень деаэрации. Затраты на нагрев воды ввиду ее высокой удельной теплоемкости чрезвычайно высоки, что ведет к недостаточно высокой эффективности использования энергии в процессе дегазации.The initial flow of water to be deaerated, enters the water distribution device - the jet nozzle of the deaeration column through the nozzle. The jets and drops of water flowing out of the nozzle outlet openings are crushed, breaking up into thinner jets and smaller drops. Then the water enters the deaerator tank, where it goes through the following processing stages. The known invention allows to prevent the ingress of steam from the deaerator into the pipelines for supplying water to the deaerator, to exclude the possibility of the occurrence of water hammer in them, and thereby ensure reliable operation of the water distribution device and the deaerator as a whole under all deaerator operating modes. The disadvantages of the known apparatus include the need for pre-heating water in order to increase the partial vapor pressure and provide a given level of deaeration. The costs of heating water due to its high specific heat are extremely high, which leads to insufficiently high energy efficiency in the degassing process.
Известен аппарат для термической и вакуумной дегазации жидкостей - струйный вихревой деаэратор, патент РФ №2392230 (МПК C02F 1/20), содержащий вертикально размещенный корпус с боковым патрубком подвода нагретой воды, завихритель со спиральными каналами, укрепленный соосно в верхней части корпуса, и обтекатель, укрепленный соосно в нижней его части, отличающийся тем, что спиральные каналы на наружной поверхности завихрителя имеют переменное сечение, сужающееся от входа к выходу, а на входе в корпус между наружной поверхностью завихрителя и внутренней поверхностью стенки корпуса образована кольцевая приемная камера, при этом завихритель выполнен полым с осевым каналом для удаления выпара, вход в который имеет форму раструба и смещен вниз относительно выходных кромок спиральных каналов так, что наружная поверхность раструба вместе с внутренней поверхностью стенки корпуса образуют кольцевую камеру внезапного расширения, сужающуюся в сторону обтекателя, а обтекатель закреплен в корпусе при помощи опоры с отверстиями для выпуска воды так, что между наружной поверхностью обтекателя и внутренней поверхностью корпуса образован кольцевой диффузор, при этом между нижним краем завихрителя и верхним краем обтекателя образована цилиндрическая камера вращения с профилированной внутренней поверхностью.A known device for thermal and vacuum degassing of liquids is a jet vortex deaerator, RF patent No. 2392230 (IPC
В известном аппарате вода, нагретая до температуры 70-90°C, через патрубок поступает в форкамеру и равномерно распределяется по входам в спиральные каналы. По мере увеличения скорости статическое давление в каналах снижается. В выходном сечении каналов вода приобретает максимальную скорость и минимальное давление. При выходе из каналов вода попадает в камеру внезапного расширения, где происходит мгновенное вскипание потока. В камере вращения формируется газожидкостный вихрь со сложной структурой. В известном аппарате улучшены условия конвективного массопереноса в ядре потока воды, увеличение коэффициента массопередачи между жидкой и газообразной фазами, повышена эффективность сепарации капель жидкости из потока выпара, устранены механические пульсации внутренней границы вихря.In the known apparatus, water heated to a temperature of 70-90 ° C, through the pipe enters the prechamber and is evenly distributed over the entrances to the spiral channels. As the speed increases, the static pressure in the channels decreases. In the outlet section of the channels, water acquires maximum speed and minimum pressure. When leaving the canals, water enters the chamber of sudden expansion, where the flow boils instantly. A gas-liquid vortex with a complex structure is formed in the rotation chamber. In the known apparatus, the conditions of convective mass transfer in the core of the water flow are improved, the mass transfer coefficient between the liquid and gaseous phases is increased, the efficiency of separation of liquid droplets from the vapor stream is increased, and mechanical pulsations of the vortex inner boundary are eliminated.
К недостаткам известного аппарата относятся: 1) узкие спиральные каналы существенно увеличивают гидравлическое сопротивление аппарата, вследствие чего снижается глубина вакуума; 2) в зоне внезапного расширения происходят дополнительные затраты энергии, также снижающие эффективность аппарата; 3) течение жидкости в кольцевых камерах сопряжено с трением о поверхности как внешней, так и внутренней стенок, что повышает энергозатраты; 4) в аппарате не используется эффект увеличения глубины вакуума при переходе от большего радиуса вращения к меньшему, т.е. в недостаточной степени трансформируется кинетическая энергия жидкости; 5) осевой канал для удаления выпара обладает слишком большим проходным сечением, что не позволяет создавать глубокий вакуум в центре вихря.The disadvantages of the known apparatus include: 1) narrow spiral channels significantly increase the hydraulic resistance of the apparatus, resulting in reduced vacuum depth; 2) in the zone of sudden expansion there are additional energy costs that also reduce the efficiency of the apparatus; 3) the fluid flow in the annular chambers is associated with friction on the surface of both the external and internal walls, which increases energy consumption; 4) the apparatus does not use the effect of increasing the depth of the vacuum when moving from a larger radius of rotation to a smaller one, i.e. the kinetic energy of the fluid is not sufficiently transformed; 5) the axial channel to remove the vapor has a too large bore, which does not allow creating a deep vacuum in the center of the vortex.
Наиболее близким к заявляемому устройству является вихревой струйный аппарат, патент РФ №2296007 (МПК B01J 19/26), включающий устройство для ввода дисперсной фазы, емкость, циркуляционный насос, циркуляционные трубопроводы, регулирующие клапаны и штуцеры, устройство для ввода дисперсной фазы включает корпус в виде трубы Вентури, состоящий из цилиндроконического конфузора, горловины и диффузора, установленное в корпусе соосно с ним сопло, заканчивающееся патрубком ввода дисперсной фазы, которое снабжено подводящими патрубками в виде колена, каждый из которых выполнен в виде колена и установлен с возможностью поворота вокруг своей оси, причем подводящие патрубки подключены к линии подачи жидкой сплошной фазы, а сопло выполнено с возможностью осевого перемещения относительно корпуса и подключено к линии подачи дисперсной фазы.Closest to the claimed device is a vortex jet apparatus, RF patent No. 2296007 (IPC B01J 19/26), including a device for introducing a dispersed phase, a tank, a circulation pump, circulation pipelines, control valves and fittings, a device for introducing a dispersed phase includes a housing in in the form of a Venturi pipe, consisting of a cylinder-conical confuser, a neck and a diffuser, a nozzle installed coaxially with it, ending in a dispersed phase inlet pipe, which is equipped with inlet pipes in the form of a bend dy of which is designed as a knee, and is pivotally mounted about the axis, wherein the lead-in pipes are connected to the supply line of the liquid continuous phase, and the nozzle is axially movable relative to the housing and connected to the supply line of the dispersed phase.
Изобретение позволяет эффективно проводить массообменные процессы в гетерогенных системах при увеличении степени диспергирования дисперсной фазы, достичь более продолжительного времени контакта фаз, а в целом позволяет интенсифицировать реакционные и массообменные процессы. Хотя в горловине известного устройства достигается некоторое разрежение, уровень разрежения недостаточен для достижения приемлемых показателей по дегазации жидкостей, в частности воды. Длина горловины слишком короткая, и массообменные процессы не успевают завершиться, пока жидкость находится в аппарате. Кроме того, в известном аппарате не предусмотрены меры по сепарации жидкой и газовой фаз, что приводит практически к мгновенной резорбции газа жидкостью. Это существенно снижает эффективность аппарата и делает его непригодным для использования в процессах дегазации жидкостей.The invention allows efficient mass transfer processes in heterogeneous systems with an increase in the degree of dispersion of the dispersed phase, to achieve a longer phase contact time, and in general allows to intensify the reaction and mass transfer processes. Although a certain rarefaction is achieved in the neck of the known device, the level of rarefaction is insufficient to achieve acceptable indicators for the degassing of liquids, in particular water. The neck length is too short, and the mass transfer processes do not have time to complete while the liquid is in the apparatus. In addition, the known apparatus does not provide measures for the separation of the liquid and gas phases, which leads to almost instant gas resorption by the liquid. This significantly reduces the efficiency of the apparatus and makes it unsuitable for use in liquid degassing processes.
Задача предлагаемого изобретения - повышение эффективности дегазации жидкостей и снижение энергетических затрат на проведение процесса.The objective of the invention is to increase the efficiency of degassing liquids and reduce energy costs for the process.
Поставленная задача решается тем, что в вихревом струйном аппарате для дегазации жидкостей, содержащем корпус цилиндроконической формы с горловиной между конфузором и диффузором, один или несколько тангенциальных патрубков, присоединенный к ним при помощи трубок насос для подачи дегазируемой жидкости, отношение большего и меньшего диаметров конфузора и диффузора лежит в диапазоне 3÷7, отношение большего диаметра конфузора к диаметру тангенциального патрубка лежит в диапазоне 4÷6, угол при вершине конфузора составляет 28÷32°, угол при вершине диффузора составляет 10÷14°, согласно изобретению, отношение длины горловины к ее диаметру лежит в диапазоне от 5÷15, в диффузоре установлен сепаратор жидкой и газовой фаз, содержащий жестко закрепленный в диффузоре и соосно ему конический рассекатель с центральной трубкой, причем трубка выполнена с возможностью осевого перемещения, а в кольцевом пространстве между рассекателем и диффузором установлены одна или несколько лопаток, отношение высоты которых к высоте диффузора находится в диапазоне 0,3÷0,7.The problem is solved in that in a vortex jet apparatus for degassing liquids, comprising a cylinder-conical body with a neck between a confuser and a diffuser, one or more tangential nozzles, a pump for supplying a degassed liquid connected to them with tubes, the ratio of the larger and smaller diameters of the confuser and diffuser lies in the
Поставленная задача решается также тем, что в конфузоре установлен осевой патрубок, на осевом патрубке установлен датчик разрежения, а на выходе из диффузора установлен датчик концентрации газа в жидкости, выходы датчиков подключены к контроллеру, соединенному с приводом осевого положения центральной трубки.The problem is also solved by the fact that an axial nozzle is installed in the confuser, a rarefaction sensor is installed on the axial nozzle, and a gas concentration in the liquid is installed at the outlet of the diffuser, the outputs of the sensors are connected to the controller connected to the axial position of the central tube.
Заявляемый вихревой струйный аппарат для дегазации жидкостей позволяет использовать преимущества термической и вакуумной дегазации жидкостей, повысить эффективность вакуумной дегазации жидкостей, снизить энергетические затраты на проведение процесса, увеличить компактность оборудования для дегазации.The inventive vortex jet apparatus for degassing liquids allows you to take advantage of thermal and vacuum degassing of liquids, increase the efficiency of vacuum degassing of liquids, reduce energy costs for the process, increase the compactness of the equipment for degassing.
Заявляемое техническое решение является новым, обладает изобретательским уровнем и промышленно применимо.The claimed technical solution is new, has an inventive step and is industrially applicable.
На фиг. 1 а представлена схема вихревого струйного аппарата для дегазации жидкостей, на фиг. 1 б, в - разрезы А-А и Б-Б соответственно, на фиг. 2 - схема вихревого струйного аппарата для дегазации жидкостей с системой автоматической подстройки положения центральной трубки.In FIG. 1 a is a diagram of a vortex jet apparatus for degassing liquids, FIG. 1 b, c - sections aa and bb, respectively, in FIG. 2 is a diagram of a vortex jet apparatus for degassing liquids with a system for automatically adjusting the position of the central tube.
Вихревой струйный аппарат для дегазации жидкостей (фиг. 1) содержит конфузор 1 цилиндроконической формы, диффузор 2 и горловину 3 между ними, один или несколько тангенциальных патрубков 4, присоединенных к широкой части конфузора 1. К патрубкам 4 при помощи трубок присоединен насос для подачи дегазируемой жидкости (на фиг. 1 и 2 условно не показан). При этом отношение большего и меньшего диаметров конфузора 1 и диффузора 2 лежит в диапазоне 3÷7, отношение большего диаметра конфузора 1 к диаметру тангенциального патрубка 4 лежит в диапазоне 4÷6, угол при вершине конфузора 1 составляет α=28÷32°, угол при вершине диффузора 2 составляет β=10÷14°. Кроме того, отношение длины горловины 3 к ее диаметру лежит в диапазоне от 5÷15, в диффузоре 3 установлен сепаратор 5 жидкой и газовой фаз, содержащий жестко закрепленный в диффузоре 2 и соосно ему конический рассекатель 6 с центральной трубкой 7, причем трубка 7 выполнена с возможностью осевого перемещения относительно диффузора 2, а в кольцевом пространстве между рассекателем 6 и диффузором 2 установлены одна или несколько лопаток 8, отношение высоты которых к высоте диффузора 2 находится в диапазоне 0,3÷0,7.The vortex jet apparatus for degassing liquids (Fig. 1) contains a cylinder-
Вихревой струйный аппарат для дегазации жидкостей (фиг. 2) дополнительно содержит установленный в конфузоре 1 осевой патрубок 9, на осевом патрубке 9 установлен датчик разрежения 10, а на выходе из диффузора 2 установлен датчик 11 концентрации газа в жидкости, выход датчиков подключены к контроллеру 12, соединенному с приводом 13 осевого положения центральной трубки 7.The vortex jet apparatus for degassing liquids (Fig. 2) further comprises an axial nozzle 9 installed in the
Предлагаемое устройство работает следующим образом.The proposed device operates as follows.
При подаче дегазируемой жидкости насосом через тангенциальный патрубок (патрубки) 4 в конфузор 1 поток закручивается, приобретая начальную скорость движения w1, тангенциальная составляющая которой равна wt1, осевая wz1 и радиальная wr1. Перемещаясь из цилиндрической зоны с радиусом R1 в сужающуюся область конфузора 1, примыкающую к горловине 3 с радиусом R2, рабочий поток ускоряется. Увеличиваются две составляющие скорости - и осевая, и тангенциальная. Из уравнения неразрывности, записанного для широкого и узкого сечений конфузора 1, с учетом того, что остальные компоненты скорости лежат в плоскости этих сечений:When the degassed liquid is pumped through the tangential branch pipe (s) 4 to the confuser 1, the flow swirls, acquiring the initial speed of movement w 1 , the tangential component of which is equal to w t1 , axial w z1 and radial w r1 . Moving from a cylindrical zone with a radius of R 1 to the tapering region of the
находим осевую компоненту скорости в горловинеwe find the axial component of the velocity in the neck
Для оценки тангенциальной составляющей воспользуемся приближением идеальной жидкости. В соответствии с законом сохранения момента количества движения (кинетического момента)To estimate the tangential component, we use the ideal fluid approximation. In accordance with the law of conservation of angular momentum (kinetic moment)
где m - масса элементарного объема жидкости,where m is the mass of the elementary volume of the liquid,
тангенциальная составляющая скорости у входа в горловину равнаthe tangential component of the velocity at the entrance to the neck is
т.е. wt2>wt1.those. w t2 > w t1 .
Таким образом, увеличение осевой компоненты скорости с уменьшением радиуса происходит в степени - 2, а тангенциальной - в степени - 1.Thus, an increase in the axial component of the velocity with a decrease in the radius occurs in the degree - 2, and the tangential - in the degree - 1.
Интегрируя уравнение неразрывностиIntegrating the continuity equation
оценим изменение радиальной компоненты скорости.we estimate the change in the radial velocity component.
Учитывая, что на высоте конфузора h осевая скорость изменяется от wz1 до wz2, производная по осевой координате можно оценить какGiven that at the confuser height h, the axial velocity varies from w z1 to w z2 , the derivative with respect to the axial coordinate can be estimated as
а производная по угловой координате в предположении о наличии осевой симметрии ∂uφ/∂φ=0.and the derivative with respect to the angular coordinate under the assumption of the presence of axial symmetry ∂u φ / ∂φ = 0.
Тогда приближенное интегрирование уравнения неразрывности с учетом приближенного соотношения, вытекающего из теоремы о среднем значенииThen the approximate integration of the continuity equation, taking into account the approximate relation following from the mean value theorem
даетgives
или, после упрощенияor, after simplification
Для случая нулевой скорости wr1 находимFor the case of zero speed w r1 we find
Приведем пример оценки скорости, используя геометрические данные для лабораторной установки и типичные значения скорости. Пусть R1=25 мм, R2=5 мм, вода подается со скоростью w1=wt1=5 м/с, давление во входном патрубке, полученное в наших экспериментах, составляет p1=0,2 МПа (изб.).Here is an example of speed estimation using geometric data for a laboratory setup and typical velocity values. Let R 1 = 25 mm, R 2 = 5 mm, water is supplied with a speed w 1 = w t1 = 5 m / s, the pressure in the inlet pipe obtained in our experiments is p 1 = 0.2 MPa (g) .
Интегрированием уравнения Бернулли для течения жидкости без трения в вихревой трубке получено [Федяевский К.К., Войткунский Я.И., Фаддеев Ю.И. Гидромеханика. Л.: Судостроение, 1968. С. 177-180; Доманский И.В. Гидравлика и гидравлические машины: Учебное пособие / ЛТИ им. Ленсовета. Л., 1989. С. 73-75] соотношение для расчета зависимости давления от радиуса rBy integrating the Bernoulli equation for a fluid flow without friction in a vortex tube, [Fedyaevsky KK, Voitkunsky Y.I., Faddeev Yu.I. Hydromechanics. L .: Shipbuilding, 1968. S. 177-180; Domansky I.V. Hydraulics and Hydraulic Machines: Textbook / LTI them. Lensoviet. L., 1989. P. 73-75] ratio for calculating the dependence of pressure on radius r
где р1 - давление рабочего потока в точке его входа в конфузор, т.е. на радиусе R1;where p 1 is the pressure of the working stream at the point of its entry into the confuser, i.e. on a radius of R 1 ;
ρ - плотность жидкости в рабочем потоке.ρ is the density of the fluid in the working stream.
Из формулы (11) следует, что с уменьшением радиуса r давление понижается и, например, у входа в горловину (r=R2) давление вблизи ее стенок будет составлятьFrom formula (11) it follows that with decreasing radius r, the pressure decreases and, for example, at the entrance to the neck (r = R 2 ), the pressure near its walls will be
откуда видно, что p2<p1, т.е. среднее давление у входа в горловину (на радиусе R2) существенно ниже (а на оси горловины, т.е. в центре вихря - еще ниже), чем в цилиндрической части конфузора (на радиусе R1).whence it follows that p 2 <p 1 , i.e. the average pressure at the inlet of the neck (at a radius of R 2 ) is significantly lower (and on the axis of the neck, i.e. at the center of the vortex — even lower) than in the cylindrical part of the confuser (at a radius of R 1 ).
При подаче в тангенциальный патрубок 8 рабочего потока (воды с плотностью ρ=1000 кг/м3) со скоростью wt1=5 м/с, в соответствии с формулой (12), в вихревом струйном аппарате возникает перепад давленияWhen a working stream (water with a density ρ = 1000 kg / m 3 ) is supplied to the
Давление у входа в горловину составитThe pressure at the entrance to the neck will be
p2=p1-Δpp=0,2-0,3=-0,1 МПа.p 2 = p 1 -Δp p = 0.2-0.3 = -0.1 MPa.
Таким образом, теоретически при указанных параметрах в горловине достижимы значения, близкие к абсолютному вакууму.Thus, theoretically, with the indicated parameters, values close to absolute vacuum are attainable in the neck.
Это позволяет полностью или практически полностью отказаться от использования стадии термической десорбции, а значит, существенно сократить затраты энергии на проведение процессов дегазации жидкостей, в том числе деаэрации воды.This allows you to completely or almost completely abandon the use of the stage of thermal desorption, and therefore, significantly reduce energy costs for the processes of degassing liquids, including deaeration of water.
Таким образом, благодаря использованию трансформации кинетической энергии жидкости в глубокий вакуум в предлагаемом аппарате достигается высокая движущая сила процесса дегазации.Thus, by using the transformation of the kinetic energy of a liquid into a deep vacuum, a high driving force of the degassing process is achieved in the apparatus proposed.
Благодаря выполнению отношения длины горловины к ее диаметру в диапазоне от 5÷15 достигается необходимое время пребывания жидкости в зоне максимального вакуума (минимального абсолютного давления) при довольно глубоком вакууме в горловине. Исследования показали, что при значениях отношения длины горловины к ее диаметру меньше 5 вакуум глубокий (85-98 кПа), но время пребывания недостаточно для существенного уменьшения концентрации кислорода в воде (с 6 мг/л до 5,4 мг/л), т.е. на 10%. При значениях отношения длины горловины к ее диаметру больше 15 вследствие значительного увеличения гидравлического сопротивления аппарата глубина вакуума снижается и достигает всего 55-60 кПа, в результате чего уменьшается движущая сила процесса дегазации и уменьшение концентрации кислорода в воде происходит с 6 мг/л до 5,2 мг/л), т.е. на 13,3%. При выполнении отношения длины горловины к ее диаметру в диапазоне от 5÷15 вакуум достигает 92-97 кПа, а уменьшение концентрации кислорода в воде с 6 мг/л до 0,7 мг/л, т.е. на 88,3%.Due to the fulfillment of the ratio of the neck length to its diameter in the range from 5 ÷ 15, the necessary residence time of the liquid in the zone of maximum vacuum (minimum absolute pressure) is achieved with a rather deep vacuum in the neck. Studies have shown that when the ratio of the neck length to its diameter is less than 5, the vacuum is deep (85-98 kPa), but the residence time is not enough to significantly reduce the oxygen concentration in water (from 6 mg / l to 5.4 mg / l), t .e. on 10%. When the ratio of the neck length to its diameter is greater than 15, due to a significant increase in the hydraulic resistance of the apparatus, the vacuum depth decreases and reaches only 55-60 kPa, as a result of which the driving force of the degassing process decreases and the oxygen concentration in the water decreases from 6 mg / l to 5, 2 mg / l), i.e. by 13.3%. When fulfilling the ratio of the neck length to its diameter in the range from 5–15, the vacuum reaches 92–97 kPa, and the oxygen concentration in the water decreases from 6 mg / l to 0.7 mg / l, i.e. by 88.3%.
Установка в диффузоре сепаратора 5 жидкой и газовой фаз, содержащего конический рассекатель 6 с центральной трубкой 7, позволяет сразу после дегазации жидкостей разделять потоки газа и жидкости и исключить повторный их контакт, а значит, и резорбцию газов. Выполнение трубки 7 с возможностью осевого перемещения позволяет настроить ее положение на оптимальное в зависимости от расхода жидкости и количества выделяющихся газов. Установка в кольцевом пространстве между рассекателем 6 и диффузором 2 одной или несколько лопаток 8 с отношение высоты лопаток 8 к высоте диффузора 2 в диапазоне 0,3÷0,7 позволяет трансформировать остаток кинетической энергии вращательного движения жидкости на выходе из диффузора в энергию давления и восстановить давление в аппарате до атмосферного, предотвращая подсос жидкости и газа через выходное сечение диффузора внутрь аппарата. Наружные края лопаток 8 устанавливаются вблизи выходного сечения диффузора или вровень с ним, при этом при выдерживании отношения высоты лопаток 8 к высоте диффузора 2 в диапазоне 0,3÷0,7 в горловине 3 достигается уровень вакуума 97-98 кПа.The installation in the diffuser of the separator 5 of the liquid and gas phases, containing a
Исследования показали, что при уменьшении высоты лопаток менее 0,3 от высоты диффузора уровень вакуума снижается с 98 кПа до 20 кПа, то же происходит и при увеличении высоты лопаток более 0,7 от высоты диффузора.Studies have shown that when the height of the blades decreases less than 0.3 from the height of the diffuser, the vacuum level decreases from 98 kPa to 20 kPa, the same thing happens when the height of the blades exceeds 0.7 from the height of the diffuser.
Использование в предлагаемом аппарате дополнительно системы автоматического регулирования положения трубки 7, включающей осевой патрубок 9 с датчиком разрежения 10, датчик концентрации газа в жидкости 11 и контроллер 12 с приводом 13 осевого положения центральной трубки 7 позволяет автоматически выставлять положение среза центральной трубки в зависимости от меняющегося в процессе эксплуатации аппарата расхода жидкости и связанного с ним вакуума у входа в горловину 3 и концентрации кислорода в дегазированной воде.The use in the proposed apparatus additionally of an automatic control system for the position of the
Примеры конкретного выполнения. Примеры конкретного выполнения рассмотрим на наиболее распространенном примере деаэрации воды в аппарате с термической деаэрацией и в предлагаемом аппарате.Examples of specific performance. Examples of specific performance will be considered on the most common example of water deaeration in a device with thermal deaeration and in the proposed device.
Пример конкретного выполнения 1. Аппарат термической дегазации.An example of a
Определим приращение температуры Δt, на которую необходимо нагреть воду для снижения концентрации растворенного кислорода в воде при разовом проходе через аппарат, т.е. δC[O2]0=0,6 мг/л, для сравнения с аналогичным результатом для вихревого струйного аппарата. Температура обрабатываемой воды составляла 21°C, т.е. лежала в интервале температур t=20÷30°C, для которого величина изменения концентрации составляет ΔC[O2]=9,1-7,5=1,6 мг/л [Хаммер М. Технология обработки природных и сточных вод. М.: Стройиздат, 2013. 401 с.]. Проведем расчет, используя линейную интерполяцию. Изменение концентрации кислорода в воде на каждый градус в интервале температур t=20÷30°C равноLet us determine the temperature increment Δt, at which it is necessary to heat water to reduce the concentration of dissolved oxygen in water during a single pass through the apparatus, i.e. δC [O 2 ] 0 = 0.6 mg / L, for comparison with a similar result for a vortex jet apparatus. The temperature of the treated water was 21 ° C, i.e. lay in the temperature range t = 20 ÷ 30 ° C, for which the magnitude of the change in concentration is ΔC [O 2 ] = 9.1-7.5 = 1.6 mg / l [Hammer M. Technology of natural and waste water treatment. M.: Stroyizdat, 2013.401 p.]. We perform the calculation using linear interpolation. The change in the concentration of oxygen in water for every degree in the temperature range t = 20 ÷ 30 ° C is
Тогда изменению концентрации кислорода в воде на δC[O2]0=0,6 мг/л соответствует нагрев воды на температуру:Then, a change in the concentration of oxygen in water by δC [O 2 ] 0 = 0.6 mg / L corresponds to the heating of water at a temperature:
Количество энергии, необходимое для нагрева жидкости на температуру Δt, рассчитывается по формуле:The amount of energy required to heat the liquid at a temperature Δt is calculated by the formula:
QTD=CmΔt,Q TD = CmΔt,
где С - удельная теплоемкость жидкости, Дж/(кг·К);where C is the specific heat of the liquid, J / (kg · K);
m - масса нагреваемой жидкости, кг.m is the mass of the heated fluid, kg
Количество энергии, необходимое для нагрева воды массой m=0,25 кг (именно столько воды находится в вихревом струйном аппарате при обработке) на температуру Δt=3,75°C, составляет QTD=3928 Дж.The amount of energy required to heat water with a mass of m = 0.25 kg (that is how much water is in the vortex jet apparatus during processing) at a temperature of Δt = 3.75 ° C is Q TD = 3928 J.
Пример конкретного выполнения 2. Вихревой струйный аппарат.An example of a
В лабораторной установке, включавшей аппарат, схема которого показана на фиг. 1, проводили испытания степени деаэрации дистиллированной воды. Отношение длины горловины к ее диаметру составляло 2. Измерение концентрации кислорода проводили с использованием анализатора растворенного кислорода типа "ОКСИКОН-02П". Начальная концентрация кислорода в воде составляла 5,65 мг/л, концентрация на выходе из аппарата 4,95 мг/л, т.е. снижение концентрации кислорода в воде составило 0,60 мг/л.In a laboratory setup including an apparatus, the circuit of which is shown in FIG. 1, tested the degree of deaeration of distilled water. The ratio of the neck length to its diameter was 2. The oxygen concentration was measured using a dissolved oxygen analyzer of the OXICON-02P type. The initial concentration of oxygen in water was 5.65 mg / L; the concentration at the outlet of the apparatus was 4.95 mg / L, i.e. the decrease in oxygen concentration in water was 0.60 mg / L.
Определим затраты энергии на снижение концентрации растворенного кислорода в вихревом струйном аппарате. Диссипированная в вихревом струйном аппарате мощность:Let us determine the energy expenditures for decreasing the concentration of dissolved oxygen in a vortex jet apparatus. Power dissipated in a vortex jet apparatus:
N=qΔp,N = qΔp,
где q - объемный расход жидкости, м3/с;where q is the volumetric flow rate of the liquid, m 3 / s;
Δр - потери давления в аппарате, кПа.Δр - pressure loss in the apparatus, kPa.
Время пребывания жидкости в аппарате составляет: The residence time of the liquid in the apparatus is:
где Va - объем жидкости, находящейся в аппарате, м3, Va=0,00025 м3 (полный объем аппарата составлял 0,0005 м3);where V a is the volume of liquid in the apparatus, m 3 , V a = 0,00025 m 3 (the total volume of the apparatus was 0,0005 m 3 );
расход воды q=1.82 м3/ч=5.05·10-4 м3/с.water flow q = 1.82 m 3 / h = 5.05·10 -4 m 3 / s.
Гидравлическое сопротивление аппарата составляло в среднем Δр=200 кПа. Тогда затраты энергии в ВСА на снижение концентрации кислорода на 0,6 мг/л за один проход через аппарат составляют:The hydraulic resistance of the apparatus averaged Δp = 200 kPa. Then the energy consumption in the ICA to reduce the oxygen concentration by 0.6 mg / l in one pass through the apparatus is:
Из полученных результатов можно сделать вывод, что затраты энергии на снижение количества растворенного кислорода в воде при помощи ВСА в 3928/50=78,6 раза меньше, чем для процесса термической десорбции до аналогичной концентрации.From the results obtained, it can be concluded that the energy consumption for reducing the amount of dissolved oxygen in water using the ICA is 3928/50 = 78.6 times less than for the process of thermal desorption to a similar concentration.
Таким образом, предлагаемый вихревой струйный аппарат для дегазации жидкостей позволяет многократно повысить эффективность дегазацию жидкостей и снизить энергетические затраты на проведение процесса до 78,6 раз.Thus, the proposed vortex jet apparatus for degassing liquids can significantly increase the efficiency of degassing liquids and reduce energy costs for the process up to 78.6 times.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014150359/05A RU2581630C1 (en) | 2014-12-11 | 2014-12-11 | Vortex jet apparatus for degassing liquids |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014150359/05A RU2581630C1 (en) | 2014-12-11 | 2014-12-11 | Vortex jet apparatus for degassing liquids |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2581630C1 true RU2581630C1 (en) | 2016-04-20 |
Family
ID=56194907
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014150359/05A RU2581630C1 (en) | 2014-12-11 | 2014-12-11 | Vortex jet apparatus for degassing liquids |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2581630C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2736287C1 (en) * | 2019-11-01 | 2020-11-13 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)" | Microreactor with swirled reagent solution streams |
RU2742558C1 (en) * | 2020-05-11 | 2021-02-08 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Биопрактика" | Device for degassing of liquid media |
RU2746392C1 (en) * | 2020-10-06 | 2021-04-13 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова Российской академии наук (ИХС РАН) | Microreactor-mixer with counter swirling flows |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3793809A (en) * | 1972-12-21 | 1974-02-26 | Universal Oil Prod Co | Ventri-sphere high energy scrubber |
RU2138694C1 (en) * | 1998-05-21 | 1999-09-27 | Дмитриев Геннадий Павлович | Jet-vortex apparatus |
GB2338427A (en) * | 1998-06-17 | 1999-12-22 | Nigel John Wake | A venturi jet unit assembled from a series of parts |
US20030015596A1 (en) * | 2001-06-05 | 2003-01-23 | Evans Richard O. | Mixing fluid streams |
RU2296007C1 (en) * | 2005-07-08 | 2007-03-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургкий государственный технологический институт (технический университет)" | Apparatus for realization of the chemical reactions and the mass-exchange processes in the heterogeneous systems |
-
2014
- 2014-12-11 RU RU2014150359/05A patent/RU2581630C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3793809A (en) * | 1972-12-21 | 1974-02-26 | Universal Oil Prod Co | Ventri-sphere high energy scrubber |
RU2138694C1 (en) * | 1998-05-21 | 1999-09-27 | Дмитриев Геннадий Павлович | Jet-vortex apparatus |
GB2338427A (en) * | 1998-06-17 | 1999-12-22 | Nigel John Wake | A venturi jet unit assembled from a series of parts |
US20030015596A1 (en) * | 2001-06-05 | 2003-01-23 | Evans Richard O. | Mixing fluid streams |
RU2296007C1 (en) * | 2005-07-08 | 2007-03-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургкий государственный технологический институт (технический университет)" | Apparatus for realization of the chemical reactions and the mass-exchange processes in the heterogeneous systems |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2736287C1 (en) * | 2019-11-01 | 2020-11-13 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)" | Microreactor with swirled reagent solution streams |
RU2742558C1 (en) * | 2020-05-11 | 2021-02-08 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Биопрактика" | Device for degassing of liquid media |
RU2746392C1 (en) * | 2020-10-06 | 2021-04-13 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова Российской академии наук (ИХС РАН) | Microreactor-mixer with counter swirling flows |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
TWI604168B (en) | Apparatus and method for utilizing thermal energy | |
US8104745B1 (en) | Heat-generating jet injection | |
RU2581630C1 (en) | Vortex jet apparatus for degassing liquids | |
CN103796725B (en) | Degasser system and for degassed method | |
JP2011038513A (en) | Apparatus and system to control fluid | |
BRPI0719426A2 (en) | APPLIANCE AND METHOD FOR THE SEPARATION OF A HIGH PRESSURE MIXTURE AND APPLIANCE FOR THE PREPARATION AND METHOD FOR THE PRODUCTION OF LOW DENSITY POLYETHYLENE. | |
CN104828884B (en) | Multilayer nested cavitator capable of forming large-range cavitation | |
US20130022508A1 (en) | System for enhanced recovery of tangential energy from an axial pump in a loop reactor | |
KR20170094334A (en) | Multiphase device and system for heating, condensing, mixing, deaerating and pumping | |
EP1808651A2 (en) | Cavitation thermogenerator and method for heat generation by the caviation thermogenerator | |
RU1773469C (en) | Rotary apparatus | |
RU2435120C2 (en) | Centrifugal-vortex heat-mass-exchanger (cvh) | |
JP2008261538A (en) | Steam separator and boiler device comprising the same | |
RU2282115C1 (en) | Hydraulic heat-generator | |
RU145825U1 (en) | LIQUID HEATING UNIT | |
JP2004298793A (en) | Ejector and deaeration apparatus using the same | |
RU2407582C2 (en) | Installation for gas dynamic drying of gas | |
US20240165542A1 (en) | Hydrocyclone degassing device | |
RU2613556C1 (en) | Device for oil desalting and dehydration | |
RU2321545C2 (en) | Method of operation of superheated water deaerator | |
RU2014146204A (en) | EMULSION PROCESSING METHOD | |
RU2398638C1 (en) | Vortex cavitation device | |
RU2517986C2 (en) | Fluid heating device | |
CN203321904U (en) | Liquid pumping device | |
RU2532956C1 (en) | Deaerator |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191212 |