ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Группа изобретений относится к технике очистки жидкостей и газов от загрязняющих поликомпонентных ингредиентов и может быть применено в различных отраслях промышленности, например, таких, как: мукомольная или строительная при очистке различных выбросов.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В промышленно развитых странах загрязнение окружающей среды возрастает пропорционально росту производства.

Для улавливания из жидкостей и газов (далее текучих сред) отдельных загрязняющих ингредиентов в зависимости от их свойств и свойств очищаемой текучей среды используют разные по конструкции и принципу действия аппараты. В большинстве случаев не удаётся добиться требуемой степени очистки в одном аппарате. Приходится очищать текучую среду в двух и более аппаратах, устанавливаемых по ходу текучей среды. Несмотря на это, средствами очистки газа улавливается лишь часть загрязняющих атмосферу веществ, которые содержатся в газах, отводимых от технологических агрегатов в системе газоочистки.

Установлено, что в атмосферу во всем мире ежегодно выбрасывается более 200 миллионов тонн окиси углерода, более 50 млн.т различных углеводородов, около 148 млн.т двуокиси серы, 53 млн.т окислов азота и другие вредные вещества. (М.Я. Юдашкин, «Пылеулавливание и очистка газов в черной металлургии», Москва «Металлургия», 1984г. 320с). Подобная картина складывается с промышленными и бытовыми сточными водами.

Известен сепаратор-уловитель, содержащий сепарационный канал, состоящий из двух противоколен. Первое снабжено регулируемой щелью, через которую под действием центробежных сил отделяется грубая фракция, возвращаемая на помол, Во втором колене происходит доочистка газового потока и дополнительное разделение фракций по крупности (описание изобретения к а. с. SU JY ^O 1369764, кл. В 01 Д 45/12, опубликовано 30.01.1988).

Однако указанный сепаратор-пылеуловитель характеризуется очень узким диапазоном твердых фракций, улавливаемых им из газового потока, что сильно снижает полноту очистки газов.

Наиболее близким к предложенному изобретению является спиральный сепаратор, содержащий корпус, спиральный сепарационный канал, на наружной поверхности стенки которого установлены продольные ребра, межу которыми размещён пористый экран в виде трубок из пористого материала, (описание изобретения к а.с. SU N° 1264963, кл. В 01 Д 45/12, опубликовано 23.10.1986).

Известный спиральный сепаратор предназначен в основном для сепарации жидкости из газового потока.

При движении сепарируемого потока по сепарационному каналу известного сепаратора отделенная под действием центробежных сил жидкость попадает на стенки трубок, проникает как вовнутрь них, так и на наружную поверхность, обращенную к стенке сепарационного канала, и по наружной и внутренней поверхности, а также по капиллярам пористого материала трубок удаляется из зоны сепарации. Продольные трубки обеспечивают равномерное распределение потока по сечению сепарационного канала и сглаживают поперечные пульсации.

Основным недостатком указанного спирального сепаратора является узкий диапазон извлечения загрязнителей из газового потока, в данном случае только жидкости, который ограничивается размером капилляров пористого экрана.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в максимально полной очистке текучих сред (жидкости или газа) от загрязняющих поликомпонентных ингредиентов.

Поставленная задача решена в изобретении благодаря первому объекту патентования, а именно: использованию устройства для очистки текучих сред от загрязняющих поликомпонентных ингредиентов, которое содержит корпус, состоящий по меньшей мере из одного полого спирального элемента, имеющего коническую форму.

По крайней мере в части витков спирального элемента образованы сепарационные отверстия, каждое из которых выполнено сообщающимся с соответствующей сепарационной камерой. Напротив сепарационного отверстия расположено сопло, предназначенное для компенсации массы и центробежного момента текучей среды, при этом на стенке сопла установлен обтекаемый направляющий элемент. Площадь сечения и радиус каждого последующего витка по меньшей мере одного спирального элемента выбраны из условия сохранения расчётной величины центробежного момента очищаемого вещества. Упомянутый направляющий элемент преимущественно выполнен из эластичного материала, а в поперечном сечении имеет, например, чечевицеобразную форму и одним своим концом может быть шарнирно соединен со стенкой упомянутого сопла.

Сепарационная камера может быть снабжена абсорбентом, нейтрализующим загрязняющий компонент, а виток с сепарационной камерой оснащен комплексным приспособлением для контроля и активации сепарационных процессов.

По крайней мере часть витков по меньшей мере одного спирального элемента может быть выполнена с проточными приспособлениями для контроля и активации сепарационных процессов.

Указанные приспособления могут быть выбраны из ряда: электрохимические, кавитационные, электромагнитные, химические, виброзвуковые или любое их сочетание между собой.

Поперечное сечение каждого витка по меньшей мере одного спирального элемента может иметь прямоугольную, треугольную, или ромбовидную форму.

Также возможен вариант устройства, при котором поперечные сечения витков одного спирального элемента имеют разную форму. Так, например, поперечное сечение витков спирального элемента меняется от витка к витку с прямоугольного ( на входе текучей среды в устройство) на треугольное или ромбовидное, или сечение другой формы (по мере прохождения текучей среды по этому устройству) в зависимости от решаемых в процессе очистки задач.

Согласно варианту выполнения очистного устройства его корпус может содержать два и более спиральных элемента, которые установлены параллельно-последовательно относительно друг друга.

В соответствии с другим объектом патентования техническая задача решена благодаря осуществлению способа очистки текучих сред от загрязняющих поликомпонентных ингредиентов, заключающемуся в том, что поток текучей среды с загрязняющими поликомпонентными ингредиентами раскручивают вышеописанным устройством до достижения центробежного момента очищаемого вещества расчётной величины, при котором загрязняющие компоненты располагаются в каждом витке по меньшей мере одного спирального элемента коаксиальными слоями.

Следует сделать оговорку, что при характеристике расположения загрязняющих компонентов в каждом витке по меньшей мере одного спирального элемента коаксиальными слоями, виток спирали приравнивается к кольцу.

Расстояние каждого из вышеназванных слоев до центра по меньшей мере одного спирального элемента прямо пропорционально средней молекулярной (атомно-молекулярной) массе загрязняющих компонентов соответствующего слоя. После этого производят послойное удаление загрязняющих компонентов через сепарационные отверстия устройства путем смещения равновесия центробежного момента всего потока в сторону сепарационных камер устройства. Уменьшение центробежного момента очищаемого потока компенсируют нагнетанием чистого слоя текучей среды взамен удалённого слоя загрязняющего компонента. Сепарационно-седиментационные свойства потока текучей среды в процессе его движения по очистному устройству могут подвергать электрохимической, кавитационная, электромагнитная, химическая, виброзвуковая активации или любому их сочетанию между собой.

ПЕРЕЧЕНЬ ЧЕРТЕЖЕЙ

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 схематично изображено устройство для очистки текучих сред от загрязняющих поликомпонентных ингредиентов; на фиг.2 - разрез А- А на фиг.1 ; на фиг.З - разрез В-В на фиг.2; на фиг.4 - разрез С-С на фиг.2; на фиг.5 - вариант выполнения корпуса очистного устройства; на фиг.6 - вид Б на фиг.5; на фиг.7 - другой вариант выполнения корпуса очистного устройства; на фиг.8 - вид Д на фиг.7.

ПРИМЕРЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Как показано на фиг.1 устройство для очистки текучих сред от загрязняющих поликомпонентных ингредиентов содержит корпус, состоящий по меньшей мере из одного полого спирального элемента 1, каждый виток которого имеет, например, прямоугольное сечение и через расположенное с наружной его стороны сепарационное отверстие 2 (фиг.З, 4) сообщен с соответствующей сепарационной камерой 3. Сопло 4, предназначенное для компенсации массы и центробежного момента текучей среды расположено с внутренней стороны каждого витка спирального элемента против соответствующего сепарационного отверстия 2.

На стенке сопла 4 установлен, например, с помощью шарнира направляющий поток текучей среды в сторону сепарационного отверстия 2 элемент 5, имеющий обтекаемую форму, например, такую, как показано на фиг.З и 4. Размеры элемента 5, совместно с размерами сепарационного отверстия 2 могут быть выбраны в соответствии с заданными параметрами конкретного технологического процесса очистки, а площадь сечения и радиус каждого последующего витка спирального элемента 1 рассчитываются из условия сохранения расчётной величины центробежного момента очищаемого вещества.

Каждый виток спирального элемента 1, имеющий сепарационную камеру 3, выполнен с проточным приспособлением 6 контроля и активации сепарационных процессов, который в зависимости от состава загрязняющих ингредиентов может быть электрохимическим, кавитационным, электромагнитным, химическим или виброзвуковым. Также возможно любое сочетание из вышеперечисленных вариантов между собой.

На фиг.5,6 и 7,8 показано два возможных варианта выполнения корпуса очистного устройства. Согласно варианту устройства по фиг.5 и 6 каждый спиральный элемент насчитывает только один виток, а по фиг.7 и 8 - несколько витков, при этом все они расположены параллельно-последовательно относительно друг друга.

Изображенный на фиг.5 и 6 вариант устройства может использоваться для очистки одно- или двухкомпонентных текучих, преимущественно газовых, сред, например, цементной пыли, а вариант устройства по фиг.7 и 8 больше подходит для очистки жидких сред.

Стрелкой Е на фиг.5-8 показано направление движения потока текучей среды, загрязненной поликомпонентными ингредиентами на входе в устройство, а стрелкой Ж на этих фигурах показано направление движения потока очищенной текучей среды на выходе из этого устройства. Так, на фиг. 5 и 6 диаметр витков корпуса уменьшается по ходу движения текучей среды, а на фиг. 7 и 8 корпус устройства состоит из спиральных элементов, имеющих коническую форму, при этом виток одного спирального элемента, имеющий наименьший диаметр, связан с витком другого спирального элемента, имеющего наибольший диаметр.

Это объясняется тем обстоятельством, что при супер-тонкой сепарации текучих сред, с большим количеством поликомпонентов, очень незначительно отличающихся друг от друга атомно- молекулярными массами, требуется создание значительного по величине центробежного момента, который согласно законам физики достигается как раз в конце устройства - на витке с наименьшим диаметром, однако, вследствие того, что виток всего один, основной поток проскакивает мимо сепарационной камеры.

При разработке устройства существовало два варианта достижения требуемого результата: первый - продолжать спиральный элемент с витками наименьшего диаметра дальше и на достигнутом центробежном моменте завершить полную сепарацию, но это требует значительных энергетических затрат вследствие резкого возрастания гидравлического сопротивления, второй - вышедший из спирального элемента поток завести снова в разгоняющее устройство, тем самым «сломать» достигнутый центробежный момент и смешать коаксиально расположенные слои, т.е. начать всё сначала, что экономически также не целесообразно.

Для исключения возникающих противоречий, достигнутый наивысший центробежный момент с коаксиально- структурированными потоками, практически без потерь передаётся в следующий спиральный элемент, который продолжает цикл очистки, то есть происходит плавное наращивание степени очистки текучей среды, не нарушая достигнутого порядка, коаксиально расположенных слоев поликомнонентных ингредиентов.

Устройство работает следующим образом.

Как видно на фиг. 1,3 и 4 римскими цифрами I;II;III;IV условно обозначены потоки загрязняющих поликомпонентных ингредиентов на входе в устройство. При входе очищаемой текучей среды с заданной скоростью в устройство вышеназванные загрязняющие поликомпонентные ингредиенты в общем потоке располагаются хаотично.

При вращательном движении потока очищаемой текучей среды по спиральному элементу 1 корпуса устройства, возникает центробежная сила, расчётной величины, при которой загрязняющие поликомпонентные ингредиенты располагаются в каждом витке устройства коаксиальными слоями I;II;III;IV согласно своим средним молекулярным массам и стремятся занять положение, соответствующее наибольшему радиусу витка устройства.

Однако центробежные силы коаксиальных слоёв загрязняющих поликомпонентных ингредиентов I;II;III;IV, уравновешиваются реактивной силой стенок спирального элемента 1 корпуса устройства, создавая тем самым центробежный момент потока очищаемой текучей среды.

Достигнув сепарационного отверстия 2, поток очищаемой текучей среды на время теряет воздействие реактивной силы стенок спирального элемента 1 корпуса, в результате чего центробежный момент потока очищаемой текучей среды меняет равновесие и смещается в сторону сепарационной камеры 3, вследствие чего прилегающий к внешней стенке витка спирального элемента 1 коаксиальны слой загрязняющего поликомпонентного ингредиента, обозначенный на чертеже позицией IV, выдавливается в сепарационную камеру 3.

Однако, ввиду того, что поток очищаемой текучей среды обладает значительной инерцией, то, лишь незначительная часть загрязняющих компонентов перемещается в сепарационную камеру 3.

Поэтому, степень смещения равновесия центробежного момента потока очищаемой текучей среды в сторону сепарационной камеры 3, регулируют положением и размерами направляющего элемента 5, а также размерами сепарационного отверстия 2.

В зависимости от физико-химических свойств загрязняющего поликомпонентного ингредиента, в сепарационной камере 3, располагают соответствующий вид адсорбента, абсорбента или реагента нейтрализующего загрязняющий поликомпонентный ингредиент и который непрерывно обновляют через гидрозатвор серийной конструкции (не показан).

При удалении слоя загрязняющего поликомпонентного ингредиента и его нейтрализации, теряется определённая часть количества движения и количества текучей среды, что снижает величину центробежного момента потока очищаемой текучей среды. Для восстановления центробежного момента потока очищаемой текучей среды до расчётной величины, через сопло 4, расположенное на входе в виток спирального элемента с внутренней его стороны, нагнетают чистый слой текучей среды, обозначенный на чертеже позицией 0, придающий дополнительный импульс потоку загрязняющих поликомпонентных ингредиентов (фиг.З).

То же самое повторяется с потоком текучей среды в следующем витке спирального элемента 1 корпуса устройства. Только в этом случае в следующую сепарационную камеру 3 поступает слой III загрязняющего ингредиента, заместивший удаленный на предыдущем этапе стой IV загрязняющего ингредиента. Взамен удаленного слоя III, через соответствующее сопло 5 в этот виток спирального элемента 1 нагнетают чистый слой текучей среды, обозначенный на чертеже позицией О ¹ , и также придающий дополнительный импульс потоку загрязняющих поликомпонентных ингредиентов (фиг.4).

Далее процесс идет до полного извлечения из потока текучей среды всех загрязняющих его поликомпонентных ингредиентов.

Кроме этого, для сохранения расчётной величины центробежного момента очищаемой текучей среды, площадь сечения и радиус каждого последующего витка рассчитывают в зависимости от состава загрязнителей. При этом количество витков устройства не ограничивается и зависит также от состава загрязнителей и требуемой степени очистки.