RU2627369C1 - Method of liquid degasation and device for its implementation - Google Patents
Method of liquid degasation and device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2627369C1 RU2627369C1 RU2016113328A RU2016113328A RU2627369C1 RU 2627369 C1 RU2627369 C1 RU 2627369C1 RU 2016113328 A RU2016113328 A RU 2016113328A RU 2016113328 A RU2016113328 A RU 2016113328A RU 2627369 C1 RU2627369 C1 RU 2627369C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- liquid
- air
- pressure
- cavitation
- chamber
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D19/00—Degasification of liquids
- B01D19/0073—Degasification of liquids by a method not covered by groups B01D19/0005 - B01D19/0042
- B01D19/0094—Degasification of liquids by a method not covered by groups B01D19/0005 - B01D19/0042 by using a vortex, cavitation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/20—Treatment of water, waste water, or sewage by degassing, i.e. liberation of dissolved gases
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Physical Water Treatments (AREA)
Abstract
Description
Способ дегазации жидкости и устройство для его осуществления относятся к области очистки питьевых, технических, сточных вод и различных жидкостей от содержащихся в них газов. Изобретения могут быть использованы в коммунальном водоснабжении, водоподготовке и различных областях промышленности для очистки подземных вод, используемых для питьевого водоснабжения населения, очистки подземных вод, используемых для технологического обеспечения водой объектов промышленности, очистки питьевой воды, очистки промышленных сточных вод, отдувки растворенных газов, таких как хлор, аммиак, сероводород и т.д., обезжелезивания воды, активирования воды, корректировки уровня рН, охлаждения воды, используемой в качестве теплоносителя, может использоваться в качестве реактора.The method of degassing a liquid and a device for its implementation relate to the field of purification of drinking, industrial, waste water and various liquids from the gases contained in them. The inventions can be used in public water supply, water treatment and various industries for the purification of groundwater used for drinking water supply to the population, the purification of groundwater used for technological supply of water to industrial facilities, the purification of drinking water, the treatment of industrial wastewater, the blowing of dissolved gases, such like chlorine, ammonia, hydrogen sulfide, etc., deferrization of water, activation of water, adjustment of the pH level, cooling of water used as heat ositelya may be used as a reactor.
Различают химические и физические способы дегазации воды. Сущность первых заключается в добавлении реагентов, которые связывают растворенные в воде газы. Химические способы дегазации требуют строгого контроля над количеством добавляемого к воде реагента, так как всякий избыток дегазатора ухудшает свойства воды. Чаще применяются физические способы дегазации воды: с помощью нагрева, дегазация ультразвуком, вакуумированием, применяется для дегазации и способ, когда газ выделяется из воды под действием центробежной силы и др. Физические методы дегазации имеют ряд достоинств: их использование не требует реагентов, усложняющих процесс очистки; не изменяется солевой состав воды, улучшаются условия работы обслуживающего персонала. Но проблема эффективного способа дегазации, не требующего дорогого оборудования и больших затрат энергии остается весьма актуальной.There are chemical and physical methods of degassing water. The essence of the first is to add reagents that bind the gases dissolved in water. Chemical methods of degassing require strict control over the amount of reagent added to water, since any excess of the degasser degrades the properties of water. Physical methods of degassing water are more often used: by heating, degassing by ultrasound, evacuation, and a method when gas is released from water by centrifugal force, etc. is used for degassing. Physical degassing methods have several advantages: their use does not require reagents that complicate the cleaning process ; the salt composition of the water does not change, the working conditions of the maintenance staff improve. But the problem of an effective degassing method that does not require expensive equipment and high energy costs remains very relevant.
Так, изобретение по патенту RU 2556937 (B01D 19/00; C02F 1/20; F15B 21/04; F15B 21/12 опубликовано 20.07.2015) направлено на повышение эффективности способа дегазации жидкости на сетке в проточном гидробаке открытого типа электро-гидромеханических систем, например, гидросистемы гидропривода путем интенсификации процесса дегазации за счет многоступенчатости обработки жидкости на сетке. Способ дегазации рабочей жидкости электрогидромеханической системы включает дегазацию рабочей жидкости на сетке в проточном гидробаке, при этом сетке придают низкочастотную поперечную вибрацию, а на входе сетки методом барботажа создают газожидкостной слой с высокочастотным пульсирующим давлением низкой интенсивности.So, the invention according to patent RU 2556937 (B01D 19/00; C02F 1/20; F15B 21/04; F15B 21/12 published July 20, 2015) is aimed at increasing the efficiency of the method of degassing liquid on a grid in an open flow tank of an open type of electro-hydromechanical systems , for example, a hydraulic hydraulic system by intensifying the degassing process due to the multi-stage processing of the liquid on the grid. A method for degassing a working fluid of an electro-hydromechanical system involves degassing a working fluid on a grid in a flow tank, while the grid is subjected to low-frequency transverse vibration, and a gas-liquid layer with a high-frequency pulsating pressure of low intensity is created at the inlet of the grid.
Группа изобретений по патенту SU 1664359 (B01D 19/00, дата публикации 23.07.1991 г) относится к способу дегазации жидкости и устройству для его осуществления. Целью изобретения является повышение эффективности дегазации жидкости и снижения энергозатрат, а также упрощение конструкции устройства. В жидкость помещают герметичную газовую камеру и возбуждают в жидкости колебания периодически и с определенной частотой. Устройство содержит емкость, в которой на вертикальном стержне свободно установлена торообразная газонаполненная упругая камера. На поверхности жидкости размещен плавающий перфорированный диск. Возбудитель колебаний выполнен в виде пульсатора.The group of inventions for patent SU 1664359 (B01D 19/00, publication date 07/23/1991 g) relates to a method for degassing a liquid and a device for its implementation. The aim of the invention is to increase the efficiency of liquid degassing and reduce energy consumption, as well as simplifying the design of the device. A sealed gas chamber is placed in the liquid and oscillations in the liquid are excited periodically and at a certain frequency. The device comprises a container in which a toroidal gas-filled elastic chamber is freely mounted on a vertical rod. A floating perforated disk is placed on the surface of the liquid. The causative agent of vibrations is made in the form of a pulsator.
Изобретение по патенту RU 2001653 (B01D 19/00, дата публикации 30.10.1993) направлено на повышение эффективности дегазации рабочей жидкости сравнительно невысокого удельного веса при обеспечении ее фильтрации. Рабочую жидкость (РЖ) предварительно частично дегазируют и фильтруют в камере фильтрации, откуда РЖ подают в виде струй в сепарационную камеру дегазатора (КД) с вращающимся ротором, при этом периодически сообщают камеру фильтрации через КД с камерой разрежения, одновременно герметизируют КД периферийным кольцевым слоем РЖ, к которой прикладывают вакуум, фильтруют через боковую стенку ротора и выводят из него. Устройство выполнено с дополнительной камерой фильтрации. Ротор выполнен с радиальными лопатками и боковой стенкой с проходными фильтрующими элементами и размещен внутри корпуса. В турбосепарационном варианте КД к внутренним концам лопаток прикреплены турбинные лопатки, а к наружным концам лопаток - винтовой шнек по образующей ротора.The invention according to the patent RU 2001653 (B01D 19/00, publication date 10/30/1993) is aimed at increasing the efficiency of degassing a working fluid of a relatively low specific gravity while ensuring its filtration. The working fluid (RH) is preliminarily partially degassed and filtered in the filtration chamber, from where the RJ is supplied in the form of jets to the separation chamber of the degasser (KD) with a rotating rotor, while the filtration chamber is periodically informed through the KD with the rarefaction chamber, and the KD is sealed with a peripheral ring layer , to which a vacuum is applied, is filtered through the side wall of the rotor and removed from it. The device is made with an additional filtering chamber. The rotor is made with radial blades and a side wall with pass-through filtering elements and placed inside the housing. In the turbo separation version of the turbine blades, turbine blades are attached to the inner ends of the blades, and a screw auger along the generatrix of the rotor is attached to the outer ends of the blades.
Все указанные изобретения направлены на повышение эффективности дегазации разными способами и устройствами. Между тем, эта задача не решена известными решениями.All of these inventions are aimed at improving the degassing efficiency in various ways and devices. Meanwhile, this problem has not been solved by known solutions.
Из уровня техники известен способ дегазации жидкости и устройство для его осуществления (RU 2166349, B01D 19/00, дата публикации 10.05.2001 г) в котором жидкость подают под давлением через распылительную головку в вакуумную камеру. Образующийся на выходе камеры поток газожидкостной смеси подают в замкнутую коническую зону по касательной к боковой поверхности замкнутой зоны и под углом к оси замкнутой зоны и придают потоку вращательное и поступательное движение. Поток образует спиральный вихрь с вертикальной осью и уменьшающимся книзу радиусом закрутки вихря. Поток разделяют под действием центробежной силы на жидкую и газовую фазы. Устройство, позволяющее реализовать способ, содержит патрубок подачи дегазируемой жидкости, распылительную головку, состоящую из сопла и закрепленной на его конце насадки, вакуумную камеру. На выходе вакуумной камеры установлен циклон. Ось вакуумной камеры направлена по касательной к боковой поверхности циклона и под углом к оси циклона. Изобретение обеспечивает глубокое выделение и отделение агрессивных газов из потока жидкости.The prior art method for degassing a liquid and a device for its implementation (RU 2166349, B01D 19/00, publication date 05/10/2001) in which the liquid is supplied under pressure through a spray head into a vacuum chamber. The gas-liquid mixture flow formed at the outlet of the chamber is fed into a closed conical zone tangentially to the lateral surface of the closed zone and at an angle to the axis of the closed zone and gives the flow a rotational and translational motion. The flow forms a spiral vortex with a vertical axis and a swirl radius decreasing downward. The flow is separated by centrifugal force into the liquid and gas phases. A device that allows to implement the method includes a nozzle for supplying a degassed liquid, a spray head consisting of a nozzle and a nozzle fixed to its end, a vacuum chamber. A cyclone is installed at the outlet of the vacuum chamber. The axis of the vacuum chamber is directed tangentially to the side surface of the cyclone and at an angle to the axis of the cyclone. The invention provides for the deep release and separation of aggressive gases from a fluid stream.
Недостатками способа и устройства является наличие вакуумной камеры, что усложняет и удорожает процесс. Кроме того, в способе используется только три физических процесса: увеличение площади поверхности раздела сред «вода-воздух» (распыление), отдувка, отделение газов под действием центробежной силы, что не позволяет эффективно очистить воду.The disadvantages of the method and device is the presence of a vacuum chamber, which complicates and increases the cost of the process. In addition, the method uses only three physical processes: increasing the surface area of the water-air interface (spraying), blowing, gas separation under the action of centrifugal force, which does not allow for effective water purification.
На эффективное проведение процессов дегазации жидкости и упрощение конструкции направлены также способ дегазации жидкости и устройство для его осуществления, известные из патента РФ №2315646 (B01D 19/00, C02F 1/36, дата публикации 27.01.2008 г.), принятые в качестве ближайшего аналога для соответствующего объекта. Дегазация жидкости заключается в том, что массе жидкости сообщают вращательное движение, воздействуя на нее акустическим полем в тангенциальном или тангенциально-продольном направлении относительно оси вращения объема жидкости, посредством которого осуществляют разделение газовой фазы и жидкой. Дегазация осуществляется в устройстве, содержащем камеру для дегазируемой жидкости, патрубки подвода газожидкостной смеси и отвода жидкости, при этом камера снабжена акустическими излучателями, активная поверхность которых установлена в тангенциальном или тангенциально-продольном направлении со смещением относительно друг друга в осевом направлении камеры. Также дегазационная камера снабжена дополнительным акустическим излучателем, активная поверхность которого установлена в продольном направлении относительно оси дегазационной камеры.A method for degassing a liquid and a device for its implementation, known from RF patent No. 2315646 (B01D 19/00, C02F 1/36, publication date 01/27/2008), adopted as the nearest analogue for the corresponding object. The degassing of a liquid consists in the fact that a rotational motion is imparted to the liquid mass by acting on it with an acoustic field in a tangential or tangential longitudinal direction with respect to the axis of rotation of the liquid volume, by means of which the gas phase and the liquid are separated. Degassing is carried out in a device containing a chamber for a degassed liquid, nozzles for supplying a gas-liquid mixture and drainage of liquid, while the chamber is equipped with acoustic emitters, the active surface of which is installed in a tangential or tangential longitudinal direction with an offset relative to each other in the axial direction of the chamber. Also, the degassing chamber is equipped with an additional acoustic emitter, the active surface of which is installed in the longitudinal direction relative to the axis of the degassing chamber.
Недостатком способа и устройства является техническая сложность реализации, что удорожает процесс. Другим недостатком является использование для чистки только одного физического эффекта - кавитации, что снижает эффективность очистки воды.The disadvantage of this method and device is the technical complexity of the implementation, which increases the cost of the process. Another disadvantage is the use of only one physical effect for cleaning - cavitation, which reduces the effectiveness of water treatment.
Настоящее изобретение направлено на повышение эффективности очистки питьевых, технических, сточных вод и различных жидкостей от содержащихся в них газов более простым в реализации способом и устройством, позволяющим уменьшить затраты энергии и увеличить объем очищенной жидкости с высоким содержанием растворенных газов. Решение указанных задач обеспечивает возможность получения совокупностью существенных признаков технического результата, заключающегося в повышении эффективности очистки жидкости за счет насыщения обрабатываемой воды кислородом воздуха, окисления загрязняющих веществ, содержащихся в воде, отделения и удаления растворенных газов, активирования воды. При реализации изобретений также достигается еще один результат - повышенный теплообмен между рабочей жидкостью и воздушной средой.The present invention is aimed at improving the efficiency of purification of drinking, industrial, wastewater and various liquids from the gases contained in them in a simpler way and device to reduce energy costs and increase the volume of purified liquid with a high content of dissolved gases. The solution of these problems makes it possible to obtain a combination of essential features of a technical result, which consists in increasing the efficiency of liquid purification by saturating the water being treated with oxygen in the air, oxidizing pollutants contained in the water, separating and removing dissolved gases, and activating water. When implementing the inventions, one more result is also achieved - increased heat transfer between the working fluid and the air.
Решение поставленных задач и достижение технических результатов достигается тем, что, согласно предлагаемому способу в камере устройства для дегазации проводят аэрацию жидкости в потоке в процессе которой обрабатываемая вода насыщается воздухом и создаются кавитационные пузырьки, затем осуществляют гидродинамическую кавитацию путем снижения давления в потоке жидкости до значения равного давлению насыщенных паров этой жидкости при данной температуре или давлению, при котором начинается выделение из нее растворенных газов (газовая кавитация) за счет повышения скорости потока в струях, поступления рабочей жидкости в зону пониженного давления, увеличения давления поступающей рабочей жидкости перед зоной низкого давления, расширения потока вслед за его сужением, создания очагов кавитации пузырьками нерастворенного воздуха, поступившего в жидкость в процессе предварительной аэрации; после чего обеспечивают отдувку выделившихся газов потоком воздуха с одновременным механическим распылением жидкости в результате удара струи о стенку, обеспечивающее отделение и удаление растворенных газов.The solution of the tasks and the achievement of technical results is achieved by the fact that, according to the proposed method, in the chamber of the degassing device, aeration of the liquid is carried out in a stream during which the water being treated is saturated with air and cavitation bubbles are created, then hydrodynamic cavitation is carried out by reducing the pressure in the liquid stream to a value equal to the saturated vapor pressure of this liquid at a given temperature or the pressure at which the evolution of dissolved gases from it begins (gas avitatsiya) by increasing the flow velocity in the jets, the working fluid entering the zone of lower pressure, increasing the pressure supplied working fluid to the low pressure zone, expanding the flow after its contraction, creating cavitation pockets of bubbles of undissolved air aspirated into the liquid during the pre-aeration; after which they provide a blow-off of the released gases by an air flow with simultaneous mechanical spraying of the liquid as a result of the impact of the jet against the wall, which ensures the separation and removal of dissolved gases.
Технический результат достигается также предлагаемым устройством дегазации для осуществления способа, содержащим камеру (4) для дегазируемой жидкости, снабженную аэратором (1); нагнетательные патрубки (2) в которых увеличивается давление с душирующими отверстиями (3), обеспечивающими эффект кавитации и образование струй; воздушные патрубки (6) для подвода воздуха и отвода выделившихся газов, выполненных с противоположных сторон, при этом патрубок подвода воздуха снабжен вентилятором (5); по меньшей мере одним гидрозатвором, препятствующим попаданию отделенных газов в дегазированную жидкость и повторное их растворение (7). Для увеличения эффекта кавитации профили сечений душирующих отверстий могут соответствовать профилю сечений диффузорного насадка.The technical result is also achieved by the proposed degassing device for implementing the method, comprising a chamber (4) for a degassed liquid provided with an aerator (1); discharge nozzles (2) in which the pressure increases with choking holes (3), providing the effect of cavitation and the formation of jets; air nozzles (6) for supplying air and exhausting evolved gases made from opposite sides, while the air supply nozzle is equipped with a fan (5); at least one water seal that prevents separated gases from entering the degassed liquid and re-dissolving them (7). To increase the effect of cavitation, the cross-sectional profiles of the choking holes can correspond to the cross-sectional profile of the diffuser nozzle.
Сущность технических решений поясняется чертежом, где представлен общий вид устройства дегазации.The essence of the technical solutions is illustrated by the drawing, which presents a General view of the degassing device.
Для устранения вышеуказанных недостатков предлагается способ дегазации жидкости и устройство для его осуществления, включающие четыре физических процесса: предварительную аэрацию жидкости, последующую гидродинамическую кавитацию, механическое распыление жидкости в результате удара струи о стенку, отдувку выделившихся газов потоком воздуха.To eliminate the above drawbacks, a method of liquid degassing and a device for its implementation are proposed, including four physical processes: preliminary aeration of the liquid, subsequent hydrodynamic cavitation, mechanical spraying of the liquid as a result of the impact of the jet against the wall, and blowing off of the gases released by the air stream.
Устройство представляет собой дегазационную камеру (4), снабженную аэратором (1) в виде компрессора или эжектора, нагнетающего воздух в поток жидкости, нагнетательных патрубков (2), в которых увеличивается давление и снабженных душирующими отверстиями (3), которые обеспечивают образование струй. Профили сечений душирующих отверстий 3 предпочтительнее выполнять в форме сечений диффузорных насадков. В дегазационной камере (4) происходит кавитация, увеличение поверхности раздела сред «вода-воздух» и отдувка выделившихся газов. Камера (4) содержит, по крайней мере, два воздушных патрубка (6), по которым осуществляется подвод воздуха и отвод выделившихся газов. Патрубок подвода воздуха (6) содержит вентилятор (5), создающий поток воздуха в дегазационной камере (4). Гидрозатвор (7) препятствует поступлению газов в поток очищенной жидкости.The device is a degassing chamber (4), equipped with an aerator (1) in the form of a compressor or ejector, forcing air into the fluid stream, discharge pipes (2), in which the pressure increases and equipped with choking holes (3) that provide the formation of jets. It is preferable to carry out cross-sectional profiles of scented holes 3 in the form of cross-sections of diffuser nozzles. In the degassing chamber (4), cavitation occurs, an increase in the interface between the water-air media and the blowing of the evolved gases. The chamber (4) contains at least two air nozzles (6), through which air is supplied and exhaust gases are vented. The air supply pipe (6) contains a fan (5) that creates an air flow in the degassing chamber (4). A water seal (7) prevents the entry of gases into the stream of purified liquid.
Конструкция устройства дегазации обеспечивает реализацию способа, включающего следующие действия.The design of the degassing device provides an implementation of the method, including the following steps.
Аэрация жидкости в потоке, в процессе которой обрабатываемая вода насыщается воздухом. При этом совершается окисление растворенных газов и органических веществ, содержащихся в жидкости, вытеснение растворяемым воздухом газов из рабочей жидкости, образование ядер, в которых впоследствии зарождаются и растут кавитационные пузырьки. Аэрация жидкости в потоке может быть, как напорной, посредством компрессора, так и инжекционной, с использованием узла Вентури.Aeration of the liquid in the stream, during which the treated water is saturated with air. In this case, the oxidation of dissolved gases and organic substances contained in the liquid, the displacement of dissolved gases by the dissolved air from the working fluid, the formation of nuclei, in which cavitation bubbles subsequently nucleate and grow, take place. Aeration of the liquid in the stream can be either pressure through a compressor or injection using a venturi unit.
Гидродинамическая кавитация достигается путем повышения давления в потоке жидкости в нагнетательных патрубках перед душирующими отверстиями за счет уменьшения сечения с резким понижением давления после них вследствие повышения скорости потока и пониженного давления в дегазационной камере при отдувке. Целесообразно выполнение душирующих отверстий в форме сечений диффузорных насадков, что усиливает эффект кавитации. На данном этапе происходит усиленное окисление загрязняющих веществ, содержащихся в воде, таких как железо, сероводород, органические соединения и т.п.за счет повышения температуры внутри кавитационных пузырьков, разрушение кластеров воды (активация), улучшенное смешение жидкостей и коллоидных составов. Граничные условия кавитации могут уничтожать загрязняющие вещества и органические молекулы.Hydrodynamic cavitation is achieved by increasing the pressure in the fluid flow in the discharge pipes in front of the choking holes by reducing the cross section with a sharp decrease in pressure after them due to an increase in the flow rate and reduced pressure in the degassing chamber during blowing. It is advisable to make choking holes in the form of sections of diffuser nozzles, which enhances the effect of cavitation. At this stage, there is increased oxidation of pollutants contained in water, such as iron, hydrogen sulfide, organic compounds, etc. due to an increase in temperature inside cavitation bubbles, destruction of water clusters (activation), improved mixing of liquids and colloidal compositions. The boundary conditions of cavitation can destroy pollutants and organic molecules.
Гидродинамическая кавитация в устройстве происходит вследствие:Hydrodynamic cavitation in the device is due to:
- снижения давления в потоке жидкости до значения равного давлению насыщенных паров этой жидкости при данной температуре или давлению, при котором начинается выделение из нее растворенных газов (газовая кавитация) за счет повышения скорости потока в струях, поступления рабочей жидкости в зону пониженного давления;- reducing the pressure in the fluid flow to a value equal to the saturated vapor pressure of this fluid at a given temperature or pressure at which the release of dissolved gases from it (gas cavitation) begins by increasing the flow rate in the jets, the flow of the working fluid into the zone of reduced pressure;
- увеличения давления поступающей рабочей жидкости перед зоной низкого давления;- increasing the pressure of the incoming working fluid in front of the low pressure zone;
- расширения потока вслед за его сужением;- expansion of the stream after its narrowing;
- создания очагов кавитации пузырьками нерастворенного воздуха, поступившего в жидкость в процессе предварительной аэрации;- creating foci of cavitation with bubbles of undissolved air entering the liquid during preliminary aeration;
- наличия в рабочей жидкости растворенных газов.- the presence of dissolved gases in the working fluid.
Далее подробно описаны условия возникновения кавитация и их достижение в предлагаемом решении.The following describes in detail the conditions for the occurrence of cavitation and their achievement in the proposed solution.
1. Когда жидкость подвергается давлению ниже порогового (напряжению растяжения), тогда целостность ее потока нарушается, и образуются парообразные полости. Когда местное давление жидкости в некоторой точке падает ниже величины, соответствующей давлению насыщения при данной окружающей температуре, тогда жидкость переходит в другое состояние, образуя, в основном, фазовые пустоты, которые называются кавитационными пузырями. Ведущую роль в образовании пузырьков при кавитации играют газы, выделяющиеся внутрь образовывающихся пузырьков.1. When the fluid is subjected to pressure below the threshold (tensile stress), then the integrity of its flow is violated, and vaporous cavities are formed. When the local fluid pressure at a certain point drops below the value corresponding to the saturation pressure at a given ambient temperature, then the fluid goes into a different state, forming mainly phase voids, which are called cavitation bubbles. The leading role in the formation of bubbles during cavitation is played by gases released into the resulting bubbles.
Кавитация возникает при достижении давления жидкости, равного давлению насыщенных паров этой жидкости при данной температуре или давлению, при котором начинается выделение из нее растворенных газов (газовая кавитация).Cavitation occurs when the liquid pressure is equal to the saturated vapor pressure of this liquid at a given temperature or pressure at which the release of dissolved gases from it begins (gas cavitation).
В заявленном изобретении в потоке жидкости падение давления происходит в области повышенных скоростей. Причиной кавитации является возникновение больших местных скоростей, ведущих к понижению давления. Если при этом давление оказывается меньше упругости паров, в соответствующих местах потока начинается бурное выделение растворенных газов и испарение жидкости, она начинает кипеть и в ней образуются кавитационные полости, состоящие из пузырьков, заполненных паром.In the claimed invention, in a liquid stream, a pressure drop occurs in the region of increased velocities. The reason for cavitation is the occurrence of large local velocities leading to a decrease in pressure. If the pressure turns out to be less than the vapor pressure, vigorous evolution of dissolved gases and evaporation of the liquid begin in the corresponding places of the flow, it begins to boil and cavitation cavities are formed in it, consisting of bubbles filled with steam.
По мере увеличения скорости потока давление падает. Оно может стать ниже давления насыщения. В итоге в ней возникают пузырьки, содержащие смесь пара и газа, растворенного в жидкости. При скоростях потока 14 м/с (при температуре 20°С и отсутствии в жидкости пузырьков воздуха, а также растворенных газов) создаются условия для возникновения кавитационных режимов. При повышении скорости эффект кавитации увеличивается.As the flow rate increases, pressure drops. It may become lower than the saturation pressure. As a result, bubbles appear in it containing a mixture of vapor and gas dissolved in a liquid. At a flow rate of 14 m / s (at a temperature of 20 ° C and in the absence of air bubbles, as well as dissolved gases), conditions are created for the occurrence of cavitation regimes. With increasing speed, the effect of cavitation increases.
Установка душирующих отверстий, имеющих сечение намного меньше сечений нагнетательных патрубков, обеспечивает повышение давления потока перед ними и увеличение скорости жидкости в струях. Скорость увеличивается прямо пропорционально отношению площади сечений нагнетательных патрубков к площади сечений душирующих отверстий. Эффект кавитации возрастает пропорционально квадрату скорости потока.The installation of choking holes having a cross section much smaller than the cross sections of the discharge nozzles provides an increase in the flow pressure in front of them and an increase in the fluid velocity in the jets. The speed increases in direct proportion to the ratio of the cross-sectional area of the discharge pipes to the cross-sectional area of the choke holes. The cavitation effect increases in proportion to the square of the flow velocity.
2. Увеличение давления поступающей рабочей жидкости перед зоной низкого давления (зоной кавитации) выше 4 м (при температуре 20°С и отсутствии в жидкости пузырьков воздуха, а также растворенных газов).2. The increase in pressure of the incoming working fluid in front of the low pressure zone (cavitation zone) above 4 m (at a temperature of 20 ° C and in the absence of air bubbles, as well as dissolved gases).
Повышение давления в потоке жидкости в нагнетательных патрубках в предлагаемом способе происходит за счет сужения сечения потока в душирующих отверстиях. При наличии в рабочей жидкости растворенных газов и зародышевых ядер, а также повышением температуры, напор может быть ниже 4 м.The increase in pressure in the fluid flow in the discharge pipes in the proposed method occurs due to the narrowing of the flow cross section in the choking holes. In the presence of dissolved gases and germinal nuclei in the working fluid, as well as an increase in temperature, the pressure may be lower than 4 m.
3. Возникновение кавитации в результате расширения потока вслед за его сужением.3. The occurrence of cavitation as a result of the expansion of the stream after its narrowing.
В заявленном решении при течении жидкости через местное сужение трубы, увеличивается скорость и падает давление, что обусловливает возникновение кавитационной зоны.In the claimed solution, when the fluid flows through the local narrowing of the pipe, the speed increases and the pressure drops, which causes the appearance of a cavitation zone.
При прохождении жидкости через душирующее отверстие происходит ее мгновенное сжатие с повышением местного давления и последующим расширением в струе с понижением давления и образованием зоны кавитации.When the fluid passes through the choking hole, it instantly compresses with an increase in local pressure and subsequent expansion in the stream with a decrease in pressure and the formation of a cavitation zone.
Площадь узких сечений душирующих отверстий значительно меньше площади нагнетательных патрубков, за этими сечениями основная масса жидкости движется в виде свободной струи, сопровождаемой по бокам пенообразной смесью, состоящей из пузырьков газа и жидкости. А, поскольку струи жидкости из душирующих отверстий попадают непосредственно в зону отдувки, кавитационная зона располагается в зоне дегазации.The area of narrow sections of the choking holes is much smaller than the area of the discharge pipes, behind these sections the bulk of the liquid moves in the form of a free stream, accompanied by a foamy mixture consisting of gas and liquid bubbles on the sides. And, since jets of liquid from the choking holes fall directly into the blow-off zone, the cavitation zone is located in the degassing zone.
При обтекании любого тела образуется область пониженного давления. В некоторых случаях падение давления достаточно для возникновения эффекта кавитации. Особенно ярко это явление наблюдается при истечении жидкости через диффузорный насадок. Для увеличения эффекта кавитации целесообразно профили душирующих отверстий исполнять в соответствии с профилем диффузорного насадка, т.к. именно этот профиль предполагает наличие зоны кавитации.When flowing around any body, a region of low pressure is formed. In some cases, the pressure drop is sufficient for the effect of cavitation. This phenomenon is especially pronounced when the fluid flows through the diffuser nozzles. To increase the effect of cavitation, it is advisable to perform profiles of choking holes in accordance with the profile of the diffuser nozzle, because this profile assumes the presence of a cavitation zone.
4. Понижение внешнего давления.4. Lowering external pressure.
Поскольку поток рабочей жидкости после душирующих отверстий поступает в воздушную среду, имеющую более низкое давление, чем давление жидкости в нагнетательных патрубках, то это создает дополнительные условия для возникновения кавитации. Кроме того, пониженное давление в зоне дегазации создается за счет потока воздуха, отдувающего отделенные газы.Since the flow of the working fluid after the choking holes enters the air, which has a lower pressure than the pressure of the fluid in the discharge pipes, this creates additional conditions for the occurrence of cavitation. In addition, a reduced pressure in the degassing zone is created due to the flow of air blowing off the separated gases.
5. Давление при возникновении кавитации не всегда равно давлению насыщенных паров. Это объясняется наличием своего рода ядер, в которых зарождаются и растут кавитационные пузырьки. Такими ядрами могут служить микроскопические пузырьки газа, твердые примеси (пыль) и т.п. Кавитация наступает тем раньше, чем больше в жидкости нерастворенного воздуха, пузырьки которого служат активными очагами кавитации. Возникновение кавитации значительно облегчается при наличии в жидкости пузырьков воздуха, а также растворенных газов.5. The pressure upon cavitation does not always equal the saturated vapor pressure. This is due to the presence of a kind of nuclei in which cavitation bubbles nucleate and grow. Such nuclei can be microscopic gas bubbles, solid impurities (dust), etc. Cavitation occurs earlier, the more undissolved air in the liquid, the bubbles of which serve as active centers of cavitation. The occurrence of cavitation is greatly facilitated by the presence of air bubbles in the liquid, as well as dissolved gases.
По условиям решаемой задачи в рабочей жидкости содержатся растворенные газы, что обеспечивает образование кавитационных пузырьков при более высоком давлении. Кроме того, предварительная аэрация снабжает рабочую жидкость зародышевыми ядрами, что способствует облегчению этого процесса и делает возможным возникновение эффекта кавитации при меньших перепадах давлений в потоке.According to the conditions of the problem being solved, dissolved gases are contained in the working fluid, which ensures the formation of cavitation bubbles at a higher pressure. In addition, pre-aeration supplies the working fluid with germinal nuclei, which facilitates this process and makes it possible for the cavitation effect to occur at lower pressure drops in the flow.
6. При повышении температуры жидкости.6. With increasing temperature of the liquid.
Чем выше температура жидкости, тем при больших значениях давления начинается образование кавитационных пузырьков.The higher the temperature of the liquid, the higher the pressure begins to form cavitation bubbles.
В нашем случае это явление учитывается при использовании заявленного способа и устройства для охлаждения рабочей жидкости.In our case, this phenomenon is taken into account when using the claimed method and device for cooling the working fluid.
Отдувка выделившихся газов - завершающий этап дегазации жидкости осуществляется потоком воздуха с одновременным механическим распылением жидкости в результате удара струи о стенку, обеспечивающее отделение и удаление растворенных газов.Blowing off the evolved gases - the final stage of degassing the liquid is carried out by a stream of air with simultaneous mechanical spraying of the liquid as a result of the impact of the jet against the wall, providing separation and removal of dissolved gases.
В предлагаемом устройстве технический результат достигается предварительной аэрацией и применением душирующих отверстий (3), обеспечивающих повышение давления перед ними и увеличение скорости потока после них за счет уменьшения сечения. При прохождении жидкости через душирующее отверстие происходит ее мгновенное сжатие с повышением местного давления и последующим расширением в струе с понижением давления и образованием зоны кавитации. Сразу за срезом душирующих отверстий появляются волнообразные колебания струи, приводящие к ее распаду. С увеличением скорости на струю начинают действовать аэродинамические силы, ускоряющие распад струи и приводящие к дополнительному дроблению частичек жидкостиIn the proposed device, the technical result is achieved by preliminary aeration and the use of choking holes (3), which increase the pressure in front of them and increase the flow rate after them by reducing the cross section. When the fluid passes through the choking hole, it instantly compresses with an increase in local pressure and subsequent expansion in the stream with a decrease in pressure and the formation of a cavitation zone. Immediately after the cut of the choking holes, wave-like oscillations of the jet appear, leading to its decay. With increasing speed, aerodynamic forces begin to act on the jet, accelerating the decay of the jet and leading to additional fragmentation of the fluid particles
Струи жидкости с большой скоростью ударяются о стенку дегазационной камеры (4). При этом происходит механическое распыление жидкости с увеличением площади поверхности раздела сред «вода-воздух» и резкое снижение давления, что вызывает дополнительный кавитационный эффект.The jets of liquid with high speed hit the wall of the degassing chamber (4). In this case, mechanical spraying of the liquid occurs with an increase in the surface area of the water-air interface and a sharp decrease in pressure, which causes an additional cavitation effect.
Поток воздуха, проходящий через дегазационную камеру (4), обеспечивает отдувку выделившихся газов.The air flow passing through the degassing chamber (4) provides a blow-off of the released gases.
Данная последовательность применения физических эффектов значительно повышает эффективность очистки жидкости от растворенных газов, т.к. предварительная аэрация позволяет обеспечить перенасыщение жидкости воздухом, что способствует вытеснению растворенных газов и образованию кавитационных пузырей. Увеличение поверхности раздела сред «вода-воздух» содействует выделению находящихся в жидкости газов. Поскольку газы выделяются в поток воздуха, происходит их эффективная отдувка, что препятствует их вторичному растворению.This sequence of application of physical effects significantly increases the efficiency of cleaning liquids from dissolved gases, because preliminary aeration allows for the supersaturation of the liquid with air, which contributes to the displacement of dissolved gases and the formation of cavitation bubbles. The increase in the interface between the water-air media facilitates the release of gases in the liquid. Since gases are released into the air stream, they are effectively blown off, which prevents their secondary dissolution.
При применении устройства насыщение обрабатываемой воды кислородом воздуха производится в усиленном режиме, окисление загрязняющих веществ, содержащихся в воде, таких как железо, сероводород и т.п.значительно ускоряется, предельно увеличивается площадь поверхности раздела сред «вода-воздух», что обеспечивает интенсивную отдувку и окисление загрязняющих веществ, обезжелезивание воды происходит без применения реагентов. В процессе работы устройства происходит активирование обрабатываемой воды, имеется возможность проводить усиленное смешение жидких и коллоидных реагентов, обеспечивается повышенный теплообмен между потоками рабочей жидкости и воздуха, достигается высокая эффективность. Устройство имеет небольшие габариты и невысокую стоимость. Его преимуществами является простота монтажа и пусконаладки, обслуживание не требует высокой квалификации, вследствие отсутствия высоких давлений повышается безопасность эксплуатации.When using the device, the saturation of the treated water with oxygen in the air is performed in an enhanced mode, the oxidation of pollutants contained in the water, such as iron, hydrogen sulfide, etc. is significantly accelerated, the surface area of the water-air interface increases extremely, which provides intensive blowing and oxidation of pollutants, water deferrization occurs without the use of reagents. During the operation of the device, the treated water is activated, it is possible to carry out enhanced mixing of liquid and colloidal reagents, provides increased heat transfer between the flows of the working fluid and air, and high efficiency is achieved. The device has small dimensions and low cost. Its advantages are ease of installation and commissioning, maintenance does not require high qualifications, due to the absence of high pressures, the operation safety is increased.
Способ очистки воды от растворенных газов с использованием устройства для его осуществления осуществляли согласно примерам 1, 2.The method of purifying water from dissolved gases using a device for its implementation was carried out according to examples 1, 2.
Пример 1. Испытания способа очистки воды производили с питьевой водой подземного источника водоснабжения с повышенным содержанием радона. Эксперимент проводили следующим образом. Вода из артезианской скважины насосом подавалась на аэрирующий узел, в котором аэрация производилась при помощи компрессора. Затем аэрированная вода поступала по нагнетательным патрубкам к душирующим отверстиям. Образовавшиеся струи питьевой воды разбивались о стенки дегазационной камеры. Вентилятором создавался поток воздуха, проходящий по воздушным патрубкам и рабочей зоне дегазационной камеры. Поскольку радон тяжелее воздуха, в целях предотвращения поступления радона в поток очищенной воды, был установлен гидрозатвор. Степень очистки сточных вод от радона составила 99,67%.Example 1. Tests of the method of water purification were performed with drinking water from an underground water supply source with a high content of radon. The experiment was carried out as follows. Water from an artesian well was pumped to an aeration unit, in which aeration was carried out using a compressor. Then, aerated water flowed through the discharge pipes to the choking holes. The resulting stream of drinking water was broken on the walls of the degassing chamber. A fan created a stream of air passing through the air pipes and the working area of the degassing chamber. Since radon is heavier than air, a water seal was installed to prevent radon from entering the stream of purified water. The degree of wastewater treatment from radon was 99.67%.
Пример 2. Испытания проводили со сточной водой с высоким содержанием аммиака. Вода насосом подавалась через эжектор, через который в поток воды поступал воздух, в нагнетательные патрубки, и, далее, к душирующим отверстиям. Образовавшиеся струи сточной воды разбивались о стенки дегазационной камеры. Вентилятором создавался поток воздуха, проходящий по воздушным патрубкам и рабочей зоне дегазационной камеры, в которой был установлен гидрозатвор. В результате обработки концентрация аммиака в сточной воде снизилась на 5022 мг/л (66,2%).Example 2. Tests were carried out with high ammonia wastewater. Water was pumped through the ejector, through which air entered the water stream, into the discharge pipes, and then to the choking holes. The resulting stream of wastewater was broken on the walls of the degassing chamber. A fan created an air flow passing through the air nozzles and the working area of the degassing chamber, in which a water seal was installed. As a result of treatment, the concentration of ammonia in wastewater decreased by 5022 mg / l (66.2%).
В таблице приведены результаты очистки воды, осуществляемые согласно приведенным примерам 1-2The table shows the results of water purification carried out according to examples 1-2
Из анализа данных таблицы следует, что применение способа дегазации жидкости, заключающегося в последовательной аэрации, кавитации, увеличении площади поверхности раздела сред «вода-воздух» распылением и отдувке с помощью устройства для его осуществления значительно повышает эффективность очистки, позволяет проводить очистку жидкостей с большим содержанием газов. Заявляемый способ и устройство имеют невысокие затраты на осуществление, просты в применении, позволяют эффективно очищать большие объемы жидкости с высоким содержанием растворенных газов. Устройство является простым и обеспечивает снижение трудоемкости и повышение качества очистки жидкости от газовых включений. Кроме того, поскольку в устройстве происходит активное перемешивание рабочей жидкости, оно может быть использовано в качестве химического реактора путем введения жидких химических реагентов или коллоидных составов, в частности для изменения уровня рН.From the analysis of the data of the table it follows that the application of the method of degassing liquids, consisting in sequential aeration, cavitation, increasing the surface area of the interface between water-air by spraying and blowing using a device for its implementation significantly increases the cleaning efficiency, allows cleaning liquids with a high content gases. The inventive method and device have low implementation costs, are easy to use, can effectively clean large volumes of liquid with a high content of dissolved gases. The device is simple and provides a reduction in labor intensity and an increase in the quality of liquid purification from gas inclusions. In addition, since the device is actively mixing the working fluid, it can be used as a chemical reactor by introducing liquid chemicals or colloidal compositions, in particular for changing the pH level.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016113328A RU2627369C1 (en) | 2016-04-07 | 2016-04-07 | Method of liquid degasation and device for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016113328A RU2627369C1 (en) | 2016-04-07 | 2016-04-07 | Method of liquid degasation and device for its implementation |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2627369C1 true RU2627369C1 (en) | 2017-08-08 |
Family
ID=59632772
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016113328A RU2627369C1 (en) | 2016-04-07 | 2016-04-07 | Method of liquid degasation and device for its implementation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2627369C1 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1542567A1 (en) * | 1988-01-21 | 1990-02-15 | Львовский политехнический институт им.Ленинского комсомола | Apparatus for degassing liquids |
SU1608609A2 (en) * | 1988-07-19 | 1990-11-23 | Grigorenko Yulij M | Deaerator for hydrogas survey |
JP2003285049A (en) * | 2002-03-28 | 2003-10-07 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Deaerator |
EP2357318A1 (en) * | 2010-02-15 | 2011-08-17 | Data Environnement | System for the obtention of a gas dissolved in water at a great depth |
EA017976B1 (en) * | 2011-09-09 | 2013-04-30 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Адт Передовые Технологии Деаэрации" | Process of deaeration, deaerator, sprayer therefor (embodiments) and use thereof |
WO2015044079A1 (en) * | 2013-09-30 | 2015-04-02 | Tetra Laval Holdings & Finance S.A. | Deaeration system and method for deaeration |
-
2016
- 2016-04-07 RU RU2016113328A patent/RU2627369C1/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1542567A1 (en) * | 1988-01-21 | 1990-02-15 | Львовский политехнический институт им.Ленинского комсомола | Apparatus for degassing liquids |
SU1608609A2 (en) * | 1988-07-19 | 1990-11-23 | Grigorenko Yulij M | Deaerator for hydrogas survey |
JP2003285049A (en) * | 2002-03-28 | 2003-10-07 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Deaerator |
EP2357318A1 (en) * | 2010-02-15 | 2011-08-17 | Data Environnement | System for the obtention of a gas dissolved in water at a great depth |
EA017976B1 (en) * | 2011-09-09 | 2013-04-30 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Адт Передовые Технологии Деаэрации" | Process of deaeration, deaerator, sprayer therefor (embodiments) and use thereof |
WO2015044079A1 (en) * | 2013-09-30 | 2015-04-02 | Tetra Laval Holdings & Finance S.A. | Deaeration system and method for deaeration |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100843970B1 (en) | Apparatus of generating microbubble | |
US7832714B2 (en) | Desalination system | |
US8622225B2 (en) | Fluid purification using hydraulic vortex system | |
KR100694191B1 (en) | Apparatus for watertreatment | |
JP2001502962A (en) | Method and apparatus for mixing gas and fluid | |
US20060283805A1 (en) | Advanced separator system | |
RU2627369C1 (en) | Method of liquid degasation and device for its implementation | |
US20060283788A1 (en) | Tri-clone system | |
KR200396223Y1 (en) | Dissolved airfloatation system | |
RU2524601C1 (en) | Apparatus for reagentless purification and disinfection of water | |
CN1251783C (en) | Foam separating and eliminating technology and production line of surface activator | |
RU2453506C1 (en) | Method of removing impurities from water and apparatus for realising said method | |
RU2576056C2 (en) | Mass-transfer apparatus | |
RU2367622C2 (en) | Multistage device for floatation water decontamination | |
US5792363A (en) | Method for removing solids from a contaminated liquid | |
PL243000B1 (en) | System for saturating a liquid with a gas and method for saturating a liquid with a gas using the system | |
CN207193072U (en) | Activated sludge degassing equipment | |
JP6429827B2 (en) | Raw water treatment equipment | |
RU94564U1 (en) | DEVICE FOR CLEANING INDUSTRIAL WASTE WATERS | |
KR200199585Y1 (en) | A microbuble generator | |
RU2328449C2 (en) | Method and device for disinfecting drinking and sewage water | |
KR100377020B1 (en) | a microbuble generator | |
CA2494201A1 (en) | Gas eductors and gas eductors flotation separators | |
RU2366619C2 (en) | Method of active sludge treatment and device thereof | |
RU2454265C1 (en) | Method of cleaning fluid from dissolved and dispersed dirt and device to this end |