способ дегазации жидкости и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ дегазации жидкости путем подачи ее под давлением через распылительную головку в вакуумную камеру, отличающийся тем, что образующийся на выходе вакуумной камеры поток газожидкостной смеси падают в замкнутую коническую зону по касательной к боковой поверхности замкнутой зоны и под углом к оси замкнутой зоны так, что поток образует спиральный вихрь с вертикальной осью и уменьшающимся книзу радиусом закрутки вихря, разделяют поток под действием центробежной силы на жидкую и газовую фазы и отводят жидкую фазу вниз, а газовую фазу - вверх замкнутой зоны.

2. Устройство для дегазации жидкости, содержащее патрубок подачи дегазируемый жидкости, распылительную головку, состоящую из сопла и закрепленной на его конце насадки, вакуумную камеру, патрубки отвода дегазированной жидкости и газов, отличающееся тем, что выход вакуумной камеры соединен с циклоном так, что ось вакуумной камеры направлена по касательной к боковой поверхности циклона и под углом к оси циклона.

Описание изобретения к патенту

Изобретения относятся к теплотехнике и водоснабжению и могут быть использованы в системах тепловых электростанций и отопительных котельных для дегазации подпиточной воды, а также в системах хозяйственного питьевого и технологического водоснабжения для глубокого удаления агрессивных газов (O₂, CO₂, H₂S и др.).

Известен способ термической деаэрации воды путем нагревания ее греющим паром до температуры кипения. При этом увеличение поверхности раздела вода-пар, через которую происходит удаление газа, достигается путем барботирования через воду греющего пара, подаваемого под давлением через сопло. (В. Ф. Вихров, М.С. Широв, "Водоподготовка", М.: Энергия, 1973 г., с. 69-170.)

Недостатком этого способа является большой расход пара для нагрева воды до кипения и большая длительность процесса, а также необходимость регулирования подвода греющего пара для поддержания температуры кипения воды. Процесс удаления агрессивных газов таким способом малоэффективен.

Известно устройство для деаэрации, содержащее корпус с входным и выходным патрубками для жидкости, патрубок отвода выпара и патрубок подачи греющей среды, причем внутри корпуса размещены струйные тарелки (авт. св. СССР N 257511 кл. C 02 F 1/20, 1968 г.)

Недостатком этого устройства является то, что в нем не обеспечивается достаточно полное удаление из воды углекислоты и кислорода из-за малой интенсивности процесса теплообмена путем обработки струй деаэрируемой воды паром.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению, относящемуся к способу дегазации жидкости, является способ деаэрации воды по авт. св. СССР N 1011540 (кл. C 02 F 1/20, опубл. 1982 г.). Способ заключается в подаче потока воды в зону пониженного давления при разгоне воды в специальном сопле, а выделившиеся газы отсасываются из вакуумной зоны. Недостатком данного способа является также малоэффективный процесс выделения агрессивных газов, так как данным способом идет выделение в основном O₂, остальные агрессивные газы (CO₂, H₂S и др.) удаляются малоэффективно.

В том же патенте описано устройство для деаэрации жидкости, наиболее близкое к предлагаемому. Это устройство содержит сообщающиеся между собой вакуумные камеры, сопло подвода деаэрируемой жидкости, патрубки подвода и отвода жидкости и отвода выпара. Камеры выполнены в виде ряда вертикальных коаксиально установленных цилиндров с увеличением их длины по ходу движения среды от внутреннего цилиндра к внешнему.

Недостатком данного устройства также является малая эффективность процесса выделения агрессивных газов.

Предлагаемыми изобретениями решается задача повышения эффективности удаления агрессивных газов.

Для получения такого технического результата в предлагаемом способе жидкость сначала подают под давлением через вакуумную распылительную головку в зону пониженного давления.

При истечении из распылительной головки происходит объемное вскипание газов, растворенных в струе, за счет разности парциального давления газов в струе и разреженном пространстве (в частности O₂, CO₂, H₂S и др.)

В процессе объемного вскипания газов происходит объемно-вакуумное дробление и распыление струи и разрушение ее целостности. Далее газожидкостный поток поступает в вакуумную камеру, где продолжается процесс объемного вакуумного вскипания растворенных газов и их разделение на жидкую и газообразную фазы.

Отличительные признаки предлагаемого способа заключаются в том, что образующийся на выходе вакуумной камеры поток газожидкостной смеси подают в замкнутую зону по касательной к боковой поверхности замкнутой зоны и под углом к оси замкнутой зоны и придают потоку вращательное и поступательное движение таким образом, что поток образует спиральный вихрь с вертикальной осью и уменьшающимся книзу радиусом закрутки вихря. Вследствие уменьшения радиуса вращения потока происходит увеличение центростремительного ускорения и центробежной силы. Вблизи оси центробежная сила становится настолько большой, что под действием архимедовой силы газовая фаза отделяется от жидкой фазы. Таким образом, возникает два основных вращающихся в одну сторону потока: внешний (жидкостный), имеющий поступательное движение по спирали вниз, и внутренний (газовый), движущийся по спирали вверх.

Перечисленные процессы позволяют глубоко выделить и отделить агрессивные газы из потока жидкости.

Для достижения названного технического результата предлагается устройство, содержащее патрубок подачи дегазируемой жидкости, распылительную головку, состоящую из сопла и закрепленной на его конце насадки, вакуумную камеру, патрубки отвода дегазированной жидкости и пара. В отличие от известного в предлагаемом устройстве на выходе вакуумной камеры установлен циклон таким образом, что ось вакуумной камеры направлена по касательной к боковой поверхности циклона и под углом к оси циклона.

Предлагаемая конструкция позволяет создать внутри циклона спиральный газожидкостный вихрь с вертикальной осью и уменьшающимся книзу диаметром закрутки вихря и отделить газовую фазу от жидкой фазы. Газовая фаза отводится через верхний патрубок (отвода газов), а жидкая фаза - через нижний патрубок (отвода жидкости).

Предлагаемые изобретения поясняются чертежом.

Предлагаемый способ осуществляется в следующей последовательности.

Жидкость под давлением подается в распылительную головку, а затем в вакуумную камеру, на выходе из которой создается струя, обладающая большой удельной кинетической энергией. При истечении из вакуумной камеры происходит объемное вскипание газов, растворенных в жидкости, за счет разности парциального давления газов в струе жидкости и разреженном пространстве (в частности О₂, CO₂, H₂S и др.) В процессе объемного вскипания газов происходит объемно-вакуумное дробление и распыление струи и разрушение ее целостности. Далее поток продолжает свое транзитное движение двумя фазами (жидкость-газ) и подается по касательной к боковой поверхности в замкнутую зону и под углом к оси замкнутой зоны.

Поступательное движение внешнего потока от места подачи к вершине конуса обуславливает уменьшение радиуса вращения потока и, как следствие, увеличение центростремительного ускорения и центробежной силы. Вблизи оси центробежная сила становится настолько большой, что жидкость разрывается, образуя воздушное ядро (вихревой шнур), имеющее вид воздушного столба.

Таким образом, возникает два основных вращающихся в одну сторону потока: внешний (жидкостный), имеющий поступательное движение по спирали вниз, и внутренний (газовый), движущийся по спирали вверх к газоотводящему патрубку.

Перечисленные процессы обеспечивают отделение агрессивных газов из потока жидкости до 95-98%.

Предлагаемое устройство для дегазации жидкости содержит распылительную головку 1, состоящую из конусного сопла 2 и закрепленной на его конце насадки 3, патрубок подвода дегазируемой жидкости 4, вакуумную камеру 5. Вакуумная камера 5 соединена с циклоном 7 через питающую насадку 6, установленную по касательной к боковой поверхности цилиндрической части циклона и под углом к его оси. Циклон 7 имеет патрубок отвода дегазированной жидкости 8 и патрубок отвода газов 9.

Устройство работает следующим образом.

Исходная жидкость через патрубок подвода дегазируемой жидкости 4 подается в конусное сопло 2, где происходит увеличение скорости истечения жидкости, что приводит к увеличению скоростного напора и понижению давления в струе. При истечении из сопла 2 происходит объемное вскипание жидкости и выделение растворимых в ней газов. Далее газожидкостная смесь поступает в вакуумную камеру 5, где продолжается процесс понижения давления и, как следствие, объемно-вакуумного вскипания растворенных газов. Газожидкостная смесь, продолжая свое движение, поступает в циклон 7 через питающую насадку 6, где под действием центробежных сил, вызванных остаточным давлением струи, происходит дальнейший процесс отделения газов из жидкости. Отделенные газы направляются вверх и через патрубок 9 удаляются. Очищенная от газов жидкость по патрубку 8 поступает к потребителю.