устройство для умягчения воды

Формула изобретения

1. Устройство для умягчения воды, содержащее вертикальную емкость с конусным днищем и с патрубками входа и выхода воды, контактную массу - песок, рециркулятор в виде двух соосно установленных вертикально одна в другой труб, паровое сопло, установленное в нижней части внутренней трубы соосно с ней, патрубок отвода углекислого газа и несконденсировавшегося пара, отличающееся тем, что в верхней части рециркулятора под крышкой наружной трубы соосно с ней установлен турбулизатор, представляющий собой каркас, на котором закреплены винт, размещенный во внутренней трубе, и пластины, размещенные в межтрубном пространстве, при этом винт и пластины выполнены из алюминия или железа.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на турбулизатор подается положительный потенциал относительно емкости и рециркулятора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области обработки воды, в частности к умягчению воды осаждением солей жесткости с помощью затравочного материала, и может быть использовано на химических и нефтехимических предприятиях, тепловых, геотермальных, атомных энергоустановках.

Известны устройства [1], позволяющие снизить величину бикарбонатной кальциевой жесткости питательной воды путем ввода в нее контактной массы (песок) и вещества (реагент), вызывающего выделение солей жесткости из воды, например известь.

Устройство содержит вертикальную емкость с конусным днищем и с патрубками входа и выхода воды, контактную массу (песок) и вещество (реагент), вызывающее выделение солей жесткости из воды, например известь.

Контактная масса взвешивается в объеме устройства в восходящем потоке воды, и в результате взаимодействия реагента с солью жесткости (бикарбонатом кальция) на поверхности частиц контактной массы происходит интенсивная кристаллизация карбоната кальция.

Недостатком этого решения является использование реагентов, например извести, что приводит к капитальным затратам на организацию реагентного хозяйства и к увеличению трудозатрат в связи с необходимостью эксплуатации этого хозяйства.

Наиболее близким решением к заявленному изобретению является устройство для умягчения воды [2], в котором в качестве вещества, вызывающего выделение солей жесткости, предлагается применить пар, а устройство дополнительно снабжено рециркулятором. Рециркулятор включает в себя две размещенные одна в другой вертикальные трубы - внутреннюю и наружную - и паровое сопло, расположенное под этими трубами. Трубы и сопло размещены внутри вертикальной цилиндрической емкости с конусным днищем соосно с ней.

Исходная вода подается в нижнюю часть внутренней трубы через патрубок к паровому соплу, смешивается с паром и перемещается вверх по внутренней трубе. При этом вода нагревается, и соли жесткости осаждаются на песке, увлекаемом струей воды и пара в нижней конусной части устройства. В дальнейшем вода перемещается в межтрубном пространстве и поступает в отстойную зону цилиндрической емкости.

Недостатками данного решения являются недостаточная скорость выделения солей жесткости на частицах песка и возможность образования твердых отложений карбоната кальция на стенках при перемещении воды в межтрубном пространстве, а также низкая скорость осаждения мелкой фракции частиц взвеси, присутствующая в большом количестве в отстойной зоне.

Задачей изобретения является повышение эффективности процесса очистки воды от солей жесткости в устройстве по умягчению воды.

Указанная задача решается тем, что известное устройство для умягчения воды, содержащее вертикальную емкость с конусным днищем и с патрубками входа и выхода воды, контактную массу - песок, рециркулятор в виде двух соосно установленных вертикально одна в другой труб, паровое сопло, установленное в нижней части внутренней трубы соосно с ней, патрубок отвода углекислого газа и несконденсировавшегося пара, снабжено установленным в верхней части рециркулятора турбулизатором, на который подается положительный потенциал относительно емкости и рециркулятора.

На фиг.1 представлена схема заявляемого устройства для умягчения воды.

Устройство содержит цилиндрическую емкость 1 с конусным днищем. К нижней части конусного днища емкости 1 присоединены патрубки 7 и 9 ввода исходной воды и пара соответственно, а к верхней части емкости 1 - патрубок 13 отвода умягченной воды. В емкости 1 размещается рециркулятор. Рециркулятор включает в себя: паровое сопло 2, которое расположено в нижней части емкости 1 и присоединено к патрубку 9; внутреннюю трубу 3 и наружную трубу 4, которые соединены между собой крепежными пластинами 12. В верхней части наружной трубы 4 размещается патрубок 10 отвода углекислого газа и несконденсировавшегося пара. Наружная труба 4 крепится к крышке 11 емкости 1. Верхняя часть емкости 1 и верхняя часть наружной трубы 4 соединены между собой через крышку 11 газоперепускной трубой 5. В верхней части емкости 1 под крышкой 11 находится кольцевой сборный трубопровод 6, который соединен с патрубком 13. В верхней части рециркулятора под крышкой наружной трубы 4 установлен турбулизатор 14. Турбулизатор 14 установлен на валу 16 и закреплен на крышке внутренней трубы 4 с помощью втулки 15. Турбулизатор 14 электроизолирован от корпуса емкости 1 и трубопроводов 3 и 4. В нижней части конусного днища емкости 1 установлен патрубок 17 отвода отработанного шлама. На турбулизатор 14 через вал 16 подается положительный потенциал (по отношению к корпусу емкости 1) от внешнего источника постоянного напряжения (на схеме не показан).

На фиг.2 дается схема устройства турбулизатора 14.

Турбулизатор 14 состоит из каркаса 18, на котором крепятся алюминиевый или железный винт 19, расположенный внутри трубы 3, и пластины 20, установленные в межтрубном пространстве и выполненные также из алюминия или железа. Каркас 18 крепится на валу 16, который выводится наружу через втулку 15 на крышке трубы 4.

Турбулизатор приводится в движение через редуктор электродвигателем небольшой мощности (0,2-0,5 кВт).

Устройство для умягчения воды работает следующим образом.

Исходная вода подается в емкость 1 через патрубок 7 в нижней части внутренней трубы 3. Одновременно в эту же область трубы 3 через патрубок 9 и паровое сопло 2 подается пар. Поток воды и пара устремляется вверх внутри трубы 3 и увлекает за собой контактную массу (песок) из нижней конусной части емкости 1. Пар конденсируется в объеме умягчаемой воды и нагревает ее. Образованная смесь нагретой воды и контактной массы в верхней части трубы 3 дополнительно увлекается винтом 19 и попадает в пространство между внутренней и наружной трубами 3 и 4 рециркулятора. При этом винт 19 турбулизирует поток воды с паром и контактной массой, тем самым активизируя процессы нагрева воды и кристаллизации карбоната кальция на частицах песка. При выходе из трубы 3 контактная масса и вода дополнительно перемешиваются пластинами 20 и двигаются вниз по пространству между внутренней и наружной трубой, а углекислый газ вместе с несконденсировавшимся паром отводится из верхней части наружной трубы 4 через патрубок 10. Турбулизация потока воды пластинами 20 в межтрубном пространстве также активизирует процессы кристаллизации карбоната кальция на частицах песка и уменьшает при этом отложения взвешенных частиц карбоната кальция на стенках труб 3 и 4. От нижней части центральной трубы 4 вода, через отстойную часть 8, движется к кольцевому сборному трубопроводу 6 и через патрубок 13 отводится из устройства, а контактная масса возвращается к соплу 2 и опять вовлекается в циркуляционное движение. Углекислый газ и пар, выделяющийся из воды в отстойной части 8, отводятся по газоперепускной трубе 5 в верхнюю часть наружной трубы 4.

С целью интенсификации процесса выделения СО ₂ над поверхностью воды в наружной трубе поддерживается разрежение, необходимое для кипения воды при температуре 80-90°С.

Подача положительного потенциала на турбулизатор 14 относительно корпуса емкости 1 и рециркулятора приводит к переходу ионов алюминия Al³⁺ (или железа Fe²⁺ ) в раствор умягчаемой воды, тем самым увеличивая коагулирующую способность раствора. При этом в отстойной зоне 8 емкости 1 увеличивается процесс осаждаемости частиц взвеси. Подбор напряжения между турбулизатором и емкостью, расстояния пластин 20 от наружной стенки трубы 3 и скорости вращения турбулизатора производится из расчета производительности устройства и экономии электроэнергии [3].

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет увеличить эффективность процесса очистки воды от солей жесткости за счет того, что в верхней части рециркулятора под крышкой наружной трубы установлен турбулизатор, на который подается положительный потенциал относительно емкости и рециркулятора. При этом винт, расположенный во внутренней трубе, и пластины, расположенные в межтрубном пространстве, выполнены из алюминия или железа.

Вышеизложенное позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию "промышленная применимость".

Источники информации

1. Апельцин И.Э., Клячко В.А., Миркис И.Э., Павлов Г.Д. Подготовка воды для промышленного и городского водоснабжения. - М.: Госстройиздат, 1962, с.486.

2. (PN) RU 02166690 C1 20010510. F22B 37/48, C02F 5/02. Устройство для умягчения воды / Болдырев В.В., Рожков С.И.

3. Клячко В.А., Апельцин И.Э. Очистка природных вод. М.: Госстройиздат. - 1971. - с.129-132.