устройство для приготовления и дозирования раствора реагентов

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ И ДОЗИРОВАНИЯ РАСТВОРА РЕАГЕНТОВ, содержащее растворный бак с колосниковой решеткой, бачок дозирования исходной воды и промежуточную емкость, связанные с ним, водоструйный насос и отводящий трубопровод, отличающееся тем, что устройство снабжено напорно-регулирующим резервуаром, всасывающий патрубок водоструйного насоса размещен в промежуточной емкости, а нагнетательный соединен с напорно-регулирующим резервуаром, устройство снабжено эрлифтным трубопроводом, соединяющим верхнюю часть напорно-регулирующего резервуара с верхней и нижней частями растворного бака, бачок дозирования исходной воды снабжен сифоном, а растворный бак соединен с промежуточной емкостью с помощью переливного трубопровода.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительным растворным баком, аналогичным имеющемуся, и соединенным с ним перепускным трубопроводом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области водоподготовки и может быть использовано в реагентном хозяйстве станций очистки природных и сточных вод, а также в химической и пищевой отраслях промышленности.

Известно устройство для приготовления раствора коагулянта, содержащее бак мокрого хранения, химический насос для откачки приготовленного раствора и перфорированный трубопровод для подачи сжатого воздуха или пара [1]

Недостатки устройства заключаются в следующем.

1. Баки мокрого хранения коагулянта, которые одновременно являются растворными баками, имеют большой объем, так как, кроме размещения коагулянта, они должны вмещать объем воды, необходимый для его растворения. Учитывая то обстоятельство, что концентрация насыщенного раствора коагулянта по чистому веществу составляет 17-24% то удельный объем растворных баков на одну тонну товарного продукта составляет 2,2-2,5 м³. Этот фактор обусловливает увеличение капитальных затрат и размера занимаемой площади.

2. Интенсификация растворения реагента осуществляется путем барботажа сжатым воздухом или паром, что связано с большими энергозатратами.

3. необходимость использования химически стойких насосов, что приводит к повышению капитальных затрат.

Известно устройство [2] содержащее напорный резервуар с дренажной решеткой, трубопроводы для подвода исходной воды, сжатого воздуха и отвода раствора реагента. К его недостаткам можно отнести недостатки по пунктам 1 и 2 рассмотренного устройства, а также необходимость полной герметичности резервуара, что существенно ограничивает применение данного устройства на станциях водоподготовки ввиду усложнения процесса загрузки реагента.

Наиболее близким к изобретению является техническое решение, приведенное в [3] Оно содержит открытый растворный бак с перфорированной перегородкой, бачок для поддержания постоянного уровня в растворном баке, мерник (дозатор) насыщенного раствора, трубопровод для подведения пара, предназначенный для подогрева раствора, и водоструйный насос, предназначенный для откачки шлама из растворного бака.

Устройство работает следующим образом.

В растворный бак загружают реагент и заливают его водой. В случае расположения бака вне помещения при отрицательной температуре наружного воздуха в него подают пар для подогрева. После насыщения раствора его порциями перепускают в мерник, при этом в растворный бак через бачок поддержания постоянного уровня поступает исходная вода. Насыщенный раствор из мерника подают самотеком к месту смешения или ввода в обрабатываемую воду, а вода, поступившая в бак, насыщается реагентом, причем процесс насыщения происходит в статических условиях. Такой режим приготовления и дозирования раствора продолжают до тех пор, пока в растворном баке имеется достаточный объем твердой фазы реагента, который обеспечивает насыщение исходной воды за время, в течение которого используется объем раствора, поступающего из мерника. Шлам из растворного бака удаляется при помощи водоструйного насоса, всасывающий патрубок которого размещен в приямке.

К недостаткам прототипа можно отнести следующее.

1. Низкая интенсивность растворения реагента ввиду отсутствия постоянного движения раствора относительно твердой фазы реагента, что приводит к увеличению времени насыщения, увеличению объема мерника и росту капитальных затрат.

2. Операции перепуска насыщенного раствора в мерник и из него осуществляются путем переключения запорных органов, что вызывает необходимость участия в них обслуживающего персонала и приводит к увеличению эксплуатационных затрат.

3. Подача приготовленного раствора может быть осуществлена в точку, расположенную не выше уровня в растворном баке, что ограничивает область применения данного устройства.

Техническим результатом изобретения является снижение капитальных и эксплуатационных затрат, а также автоматизация процесса дозирования раствора реагента.

Указанный эффект достигается путем дополнительного оборудования устройства эрлифтным трубопроводом, соединяющим нижнюю и верхнюю части растворного бака, напорно-регулирующим резервуаром, причем всасывающий патрубок водоструйного насоса размещен в промежуточной емкости, а нагнетательный соединен с напоpно-регулирующим резервуаром, верхняя часть которого связана с нижней частью эрлифтного трубопровода, бачок дозирования исходной воды оборудован сифоном, а растворный бак связан с промежуточной емкостью переливным трубопроводом. При этом образуется циркуляционный контур, включающий в себя растворный бак и эрлифтный трубопровод, рабочей средой которого является сжатый воздух, поступающий в нижнюю часть эрлифтной трубы из напорно-регулирующего резервуара. Вследствие циркуляции, обеспечивающей движение раствора относительно твердой фазы реагента, интенсифицируется процесс растворения и сокращается время насыщения исходной воды, что приводит к сокращению требуемого объема мерника, так как порции приготовленного насыщенного раствора могут отводиться чаще. Наличие бачка для дозирования исходной воды, оборудованного сифоном, обеспечивает автоматическое дозирование насыщенного раствора реагента с постоянным объемом и временным интервалом, так как при поступлении порции исходной воды в растворный бак равная ей объему порция насыщенного раствора перетекает через переливной трубопровод в промежуточную емкость, откуда она подается водоструйным насосом в напорно-регулирующий резервуар и далее к месту ввода. При этом происходит разбавление концентрированного раствора реагента до оптимальной концентрации, которая согласно [1, с.87] обеспечивает водородный показатель смеси 4,5-4,7, когда при гидролизе, например, сернокислого алюминия вместо его гидроксида образуются основные сульфаты, обладающие более высокой сорбционной способностью, что позволяет сократить расход реагента. С другой стороны, порционное (прерывистое) дозирование, которое согласно [4] также дает возможность уменьшить дозу реагента, осуществляется без непосредственного участия обслуживающего персонала.

Таким образом, данные признаки изобретения позволяют снизить эксплуатационные затраты по сравнению с прототипом. Наличие указанное взаимосвязи водоструйного насоса с промежуточной емкостью и напорно-регулирующим резервуаром, а последнего с эрлифтной трубой обеспечивает возможность одним устройством (водоструйным насосом) осуществлять предварительное смешение реагента с водой, транспортирование разбавленного раствора к месту ввода и постоянное перемешивание раствора в растворном баке. Это достигается за счет того, что производительность водоструйного насоса больше расхода, поступающего в бачок дозирования исходной воды. При этом имеются интервалы времени, когда промежуточная емкость опорожнена и водоструйный насос подсасывает атмосферный воздух и подает водовоздушную смесь в напорно-регулирующий резервуар, откуда вода отводится в обрабатываемый поток, а сжатый воздух в нижнюю часть эрлифтной трубы. При откачке водоструйным насосом раствора реагента расход смеси после него превышает расход, отводимый из напорно-регулирующего резервуара. Жидкость с расходом, равным разности указанных расходов, поступает в напорно-регулирующий резервуар, вытесняя при этом воздух в эрлифтную трубу растворного бака. Таким образом, обеспечивается непрерывная циркуляция в растворном баке.

С целью дальнейшего совершенствования изобретения, полного использования реагента и упрощения его эксплуатации, оно оборудовано аналогичным растворным баком. Баки связаны между собой перепускным трубопроводом. Технический эффект достигается следующим образом. При снижении объема твердой фазы реагента в первом растворном баке, когда не обеспечивается насыщение исходной воды за время наполнения дозирующего бачка, переливной трубопровод первого растворного бака закрывают, а открывают перепускной трубопровод во второй растворный бак. Обедненный раствор перетекает из первого растворного бака во второй, где происходит его донасыщение и одновременно производится промывка первого растворного бака до полного растворения твердой фазы реагента и снижения концентрации раствора в нем до нуля. После этого работает только второй растворный бак.

На фи. 1, 2 представлены варианты выполнения устройства по изобретению; на фиг.3 характер изменения массового расхода реагента на выходе установки.

Устройство для приготовления раствора реагентов (фиг.1) содержит растворный бак 1 с колосниковой решеткой 2 и размещенную в ней твердую фазу реагента 3, бачок 4 для дозирования исходной воды, расположенный выше уровня в растворном баке и оборудованный сифоном, выполненным по принципу известного (сифон дозирующего бака биофильтра), причем нижний конец сифона размещен относительно уровня в растворном баке с разрывом струи. Переливной трубопровод 5 сообщен с открытой промежуточной емкостью 6, расположенной ниже уровня в растворном баке, причем объем промежуточной емкости не меньше объема бачка для дозирования исходной воды. Всасывающий патрубок водоструйного насоса 7 сообщен с промежуточной емкостью, а нагнетательный соединен с нижней частью напорно-регулирующего резервуара 8, верхняя часть которого соединена трубопроводом сжатого воздуха 9 с нижней частью эрлифтной трубы 10 растворного бака. Напоpно-регулирующий резервуар оборудован отводящим трубопроводом 11, сообщенным с местом ввода реагента, а растворный бак промывным трубопроводом 12.

Устройство работает следующим образом.

Исходная вода подается в напорный патрубок водоструйного насоса 7 и бачок 4 дозирования исходной воды, причем расход, поступающий в последний, меньше производительности водоструйного насоса. В течение времени t₁, когда промежуточная емкость 6 полностью опорожнена, водоструйный насос 7 подсасывает воздух из атмосферы и подает водовоздушную смесь в напорно-регулирующий резервуар 8, откуда вода отводится через трубопровод 11 в обрабатываемый поток, а сжатый воздух через трубопровод 9 в нижнюю часть эрлифтной трубы 10, обеспечивая циркуляцию в контуре, включающем растворный бак и эрлифтную трубу. При этом расход воды, отводимый из напорно-регулирующего резервуара, превышает расход воды, подаваемый водоструйным насосом, что достигается путем соответствующего дросселирования на трубопроводах 9 и 11. Уровень воды в резервуаре 8 постепенно снижается и в момент заполнения промежуточной емкости очередной порцией насыщенного раствора становится минимальным (НУ). При откачке из промежуточной емкости раствора реагента водо- струйный насос 7 подает в течение времени t₂ расход смеси, превышающий расход, отводимый из напорно-регулирующего резервуара 8, вследствие чего уровень в нем повышается, а вытесняемый воздух поступает в эрлифтную трубу 10, осуществляя непрерывную циркуляцию в растворном баке. При этом время заполнения бачка 4 для дозирования исходной воды равно t₁ + t₂ и является временем цикла работы установки. Характер изменения массового расхода реагента на выходе из установки представлен на фиг.3, где t₃ время, за которое происходит разбавление раствора реагента в напорно-регулирующем резервуаре после прекращения его откачки водоструйным насосом из промежуточной емкости.

Устройство по пункту 2 приведено на фиг.2, оно дополнительно содержит аналогичный растворный бак, перепускной трубопровод 13 и запорную арматуру 14-20.

Особенность работы устройства по пункту 2 заключается в том, что при снижении концентрации раствора в растворном баке 1, что является следствием уменьшения объема твердой фазы реагента, осуществляют перепуск обедненного раствора из бака I в бак II, где происходит его донасыщение. При этом запорные устройства 15, 14, 18, 20 открыты, остальные закрыты. После полного растворения твердой фазы реагента в баке 1 и снижении концентрации раствора в нем до нуля закрывают запорные устройства 14, 15 и открывают 16. Аналогично производят переключение со второго растворного бака на первый.

Примеры конкретного выполнения.

1. Описываемая установка исследована на лабораторном стенде при следующих конструктивных и технологических параметрах: высота растворного бака 1000 мм диаметр растворного бака 105 мм диаметр эрлифтной трубы 20 мм

объем бачка для дозиро- вания исходной воды 0,8 л

высота напорно-регули- рующего резервуара 400 мм

диаметр напорно-регули- рующего резервуара 105 мм

рабочее давление водо- струйного насоса 0,2 МПа

расход исходной воды через водоструйный насос 360 л/ч

производительность во-

доструйного насоса по раствору 50 л/ч по воздуху 345 л/ч

расход исходной воды,

поступающей в дози- рующий бачок 19,2 л/ч

Работа установки осуществлялась на водопроводной воде без использования реагента. При этом время заполнения бачка для дозирования исходной воды (время цикла) Т 2,5 мин, время откачки раствора из промежуточной емкости t₂ 1 мин, время подсоса водоструйным насосом атмосферного воздуха t₁ 1,5 мин. Указанные параметры автоматически выдерживались в течение 30 циклов. Расход в циркуляционном контуре эрлифтная труба растворный бак составил 155 л/ч при t₁ и 120 л/ч при t₂. Расход на выходе из установки изменялся от 360 л/ч при t₁ до 330 л/ч при t₂. Это объясняется изменением потерь давления на всасывании водоструйного насоса при подсосе раствора или воздуха. Вследствие этого давление в напорно-регулирующем резервуаре также изменялось от 0,02 МПа при t₁ до 0,017 МПа при t₂.

По сравнению с прототипом устройство по изобретению обладает следующими преимуществами.

1. Интенсифицируется процесс растворения реагента за счет организации циркуляции в контуре, в который включен растворный бак. Вследствие этого уменьшается объем емкости для размещения приготовленного раствора. Необходимо также отметить тот факт, что циркуляция обеспечивается попутно основной функции водоструйного насоса, которая заключается в отведении реагента в обрабатываемый поток. Кроме того, водоструйный насос выполняет функцию предварительного смесителя, что в ряде случаев (например, в случае дозирования сернокислого алюминия, о чем шла речь выше) позволяет снизить расход реагента.

2. Установка обеспечивает автоматически прерывистое дозирование реагента, причем величина вводимой дозы, а также интервалы введения могут быть изменены "на ходу". Кроме того, данную установку можно рассматривать и как установку, обеспечивающую постоянную дозу, если значение интервала t₁ задавать минимальным.

3. В отличие от прототипа предлагаемое техническое решение обеспечивает подачу раствора реагента в любую точку технологической схемы обработки воды, так как подача раствора осуществляется под напором. Это pасшиpяет область применения установки без использования химически стойких насосов.