Дегазация воды: химические и физические способы дегазации. Дегазация воды
это... Как проводится дегазация воды. Способы дегазации
Дегазация – это процесс удаления откуда-либо (обычно из воздуха или жидкостей) вредных газов и отравляющих веществ. Может производиться как химическими, так и механическими способами. В первом случае, обычно, применяются растворы разного рода дегазирующих веществ. Так могут быть улучшены качества питьевой воды, технического масла и т. д. Этим методом часто проводится обработка помещений после аварий на промышленных предприятиях и очищается воздух в шахтах.
Для чего дегазируют питьевую воду
Удалив из воды разного рода вредные газы можно не только сделать ее безвредной для здоровья, но и целебной: например, при частых ангинах стоит время от времени просто полоскать ею горло. Заодно при этом можно подлечить десны и очистить зубы. Считается, что дегазированная вода полезна для тех, кто хочет похудеть. Также ее используют для полива растений, причем урожаи получают более высокие.
Метод Алексея Лабазы
Дегазация воды в наше время чаще всего производится по методу Алексея Лабазы, изобретенному ним в 1989 г. При этом процесс состоит из следующих этапов:
- Воду нагревают до тех пор, пока не начнут выделяться пузырьки воздуха (84–86 оС.), и не доводят ее до кипения.
- Далее кастрюлю снимают с огня и резко охлаждают жидкость под проточной струей холодной воды. При этом попадания последней в сосуд не допускают.
В результате всех этих манипуляций получается вода особой кристаллической структуры. По своим полезным свойствам она чем-то напоминает природную талую. Разработано несколько способов улучшения ее качеств.
Способы улучшения характеристик дегазированной воды
Итак, дегазация – это процесс, в результате которого из воды удаляется определенное количество газов, и она приобретает особые свойства. Улучшают целебные качества такой воды несколькими способами:
- Используются особые свойства серебра. Какой-либо предмет из этого металла на длительное время помещается в емкость с уже подготовленной по вышеизложенному способу водой. Конечно же, для повседневного употребления она не годится. Пьют «серебряную» воду курсами по 7 дней с перерывом в 2–3 недели.
- Дегазация воды может производиться также с предварительной заморозкой. В результате получается целебная жидкость, используемая для лечения заболеваний ЖКТ. При этом берут водопроводную воду и отстаивают ее в течение 3 дней. Затем она фильтруется и помещается в холодильник для заморозки. После того как вода полностью превратится в лед, ее вынимают, нагревают и резко охлаждают.
Дегазация жидкостей ультразвуком
Поскольку дегазация – это прежде всего удаление из жидкости вредных летучих веществ, данная процедура может быть выполнена и посредством воздействия ультразвука. Подобный способ благодаря его дешевизне и быстроте используется очень часто. Суть его заключается в следующем.
В любой жидкости всегда имеются небольшие зародышевые пузырьки газа. Под воздействием ультразвука, они начинают вибрировать. При этом пузырьки увеличиваются в размерах, так как вбирают в себя весь растворенный в воде газ. Этот процесс заставляет их подниматься на поверхность и растворяться в окружающем воздухе. На настоящий момент существуют следующие способы дегазации ультразвуком:
- Наиболее эффективный кавитационный. При этом способе используются крупногабаритные преобразователи, потребляющие достаточно много электроэнергии (до 10кВт).
- Предкавитационный способ осуществляется с использованием более простого оборудования (неохлаждаемых преобразователей), потребляющего минимум электричества (примерно 0,1 кВт).
Дегазация масел
Сначала добиваются вспенивания масла (под воздействие вакуума). По окончании этой процедуры определенная часть воздуха остается на месте. Для его удаления дегазацию продолжают. Дегазация масла используется для удаления из него воздуха и предотвращения быстрого окисления. Операция эта считается достаточно важной. Подобный способ применяется, например, для улучшения эксплуатационных характеристик трансформаторного масла. В этом случае содержание пузырьков воздуха приводит к снижению электрической прочности изоляции установок, поскольку в них образуются электрические разряды. Для обработки масел, обычно, используется вакуумно-дегазационная установка. Процесс в этом случае состоит из двух стадий:
- На втором этапе масло разливается тонким слоем для дополнительной диффузии под воздействием вакуума.
- На третьей стадии выполняется нагрев изоляционного средства и используется более высокое вакуумное давление.
Дегазация шахт
Дегазацией шахт называют особый процесс вывода на поверхность рудничного газа и воздушно-газовой смеси путем сбора и отсоса. При этом используется система трубопроводов и буровые скважины. Так снижается поступление метана из угольных пластов в рудники. Помимо труб, дегазационные системы шахт состоят из регулирующей, защитной и регистрирующей аппаратуры, дегазационных установок, контролирующих аппаратов и приводов.
Усовершенствование методов удаления вредных летучих веществ позволило создавать новые приемы и способы разработки угольных пластов. Появилась возможность попутной добычи метана. На настоящий момент используется в три способа дегазации шахт:
- Удаление метана из пластов, находящихся в разработке. Параллельные скважины бурятся и подсоединяются к сети газопроводов, проложенных в шахтах.
- Дегазация смежных пластов с предварительной их разгрузкой от горного давления. При этом часть метана переходит в свободное состояние.
- Очистка выработанных полостей. Такие пространства предварительно огораживаются воздухонепроницаемыми пластинами и перемычками. Далее при помощи газопроводов производится вывод на поверхность насыщенного метаном воздуха.
Дегазация – это процесс необыкновенно важный, будь то приготовление целебной воды, улучшение свойств масла или удаление вредных веществ из рудников. В последнем случае от того, насколько тщательно будет проведена операция, зависит производительность шахты, а иногда жизнь и здоровье рабочих.
fb.ru
химические и физические способы дегазации
Дегазацию воды можно позиционировать как устранение растворенных в ней газов, а также удаление газов, которые образовались в результате ее обработки. Наиболее часто из воды приходится устранять углекислоту, кислород и сероводород, более редко встречаются случаи, требующие использования методов по устранению из жидкости метана.
Углекислота, сероводород и другие коррозионно-активные газы создают благоприятные условия для образования коррозии металла, а также выступают в качестве катализаторов коррозионных процессов. Диоксид углерода способствует образованию коррозии бетона.
Газ метан, который может выделяться в процессе обработки воды, вступая в контакт с воздухом, способен образовывать взрывоопасную смесь. Все это свидетельствует о том, что дегазация воды является обязательной, причем не только для питьевой воды, но и жидкостей, которые используются в промышленных или же в хозяйственных целях.
Дегазация используется в системах горячего водоснабжения, а также при подготовке питательных вод для котлов, как среднего, так и высокого давления, кроме того, она необходима при ионитовом умягчении воды, обезжелезивании воды. Кроме того дегазация является обязательным процессом в случае применения подземных вод, которые отличаются высоким содержанием сероводорода.
В настоящее время, для дегазации воды используют физические, а также химические способы. Под химическими способами, которые предназначены для дегазации воды, понимают добавление в жидкость специальных реагентов, которые имеют способность связывать растворенные в жидкости газы.
Примером данного способа может послужить обескислороживание (устранение кислорода) воды путем добавления в нее гидразин-гидрата. Такая процедура обескислораживания также может проходить путем фильтрации с использованием фильтров, которые загружены стальными стружками. И в первом, и во втором случае осуществляется связывание растворенного в воде кислорода, в результате чего он утрачивает свои коррозионные свойства.
Стоит отметить, что используемые для дегазации воды после водоочистки физические методы имеют более доступную стоимость по сравнению со стоимостью химических методов. Это обстоятельство, пожалуй, служит основной причиной, по которой физические методы применяются на практике гораздо чаще.
Все дело в том, что парциальное давление сероводорода и углекислоты в атмосферном воздухе ничтожно мало и приравнивается к нулю, а это в свою очередь значит, что создаются идеальные условия для процесса диффузии растворенного в воде газа и пропускаемого через эту жидкость воздуха. Для осуществления аэрации необходимо использовать специальное оборудование, которое предназначено непосредственно для дегазации, и носит соответствующее название – дегазаторы. Хотя не исключены случаи, когда с этой же целью применяются так называемые брызгальные бассейны, в основном подобные устройства нужны, когда требуется провести обезжелезивание воды.
Среди различного оборудования, которое применяется при водоподготовке для дегазации воды, наиболее распространены пленочные дегазаторы. Эти устройства в целом представляют собой колонны, которые наполнены насадкой. Вода, которая проходит процедуру аэрации, стекает по насадке и при этом омывается встречным потоком воздуха, который подается довольно мощным вентилятором.
Физическая дегазация воды проводится также при необходимости обескислороживании жидкости. Для удаления кислорода из воды, ее доводят до кипения. В процессе кипения растворимость каждого из присутствующих в воде газов приближается к нулю. Для этой процедуры используются либо термические, либо вакуумные дегазаторы. Термические дегазаторы повышают температуру воды, доводя ее до кипения, в то время как вакуумные дегазаторы снижают давление жидкости, тем самым провоцируя кипение воды без изменения ее температуры.
Смотрите также:
www.bwt.ru
Дегазация воды
1. Классификация методов дегазации воды, теоретические основы процесса
Удаление из воды растворенных в ней или образующихся в процессе ее обработки газов называют ее дегазацией. Обычно из воды приходится удалять углекислоту, сероводород, кислород и реже метан. Первые три коррозионно-активных газа обусловливают либо катализируют процессы коррозии металла, а диоксид углерода(IV) вызывает коррозию бетона. Метан, выделяющийся из воды в процессе ее обработки, образует с воздухом в помещении водоочистного комплекса взрывоопасную смесь, а сероводород придает воде неприятный запах. Кроме того, при водород-катионитовом умягчении и ионитовом обессоливании воды, а также при обезжелезивании и деманганации подземных бикарбонатных вод приходится решать задачу удаления свободной углекислоты. При подготовке питательной воды, а также воды теплоцентралей необходимо удалять из нее кислород в целях предотвращения коррозии металла. Отсюда становится очевидной необходимость возможно полного удаления из воды растворенных в ней газов. Существующие методы дегазации воды подразделяют на физические и химические. Сущность физических методов дегазации заключается в следующем: вода, содержащая удаляемый газ, приводится в соприкосновение с воздухом, если парциальное давление этого газа в воздухе близко к нулю; создаются условия, при которых растворимость газа в воде становится ничтожно малой. С помощью первого приема, аэрации воды, обычно удаляют свободную углекислоту и сероводород, поскольку парциальное давление этих газов в атмосферном воздухе близко к нулю. Ко второму приему обычно прибегают при обескислороживании воды. В этом случае ввиду значителнього парциального давления кислорода в атмосферном воздухе аэрацией воды кислород удалить нельзя, поэтому воду доводят до кипения, тогда растворимость всех газов в ней падает до нуля. Для этого применяют либо нагревание воды, либо понижение давления до величины, при которой вода кипит без дополнительного подогрева в вакуумных дегазаторах. В настоящее время наиболее распространенной теорией, объясняющей механизм передачи вещества между жидкой и газообразной фазами в процессе десорбции, является теория двухслойного поглощения, согласно которой десорбция сводится к последовательной диффузии удаляемого газа через два пограничных слоя — жидкостный и газовый. При диффузии газа из жидкой фазы в газообразную концентрация его и парциальное давление изменяются в диффузионных пленках. Концентрация газа в жидкой фазе равна концентрации его на границе между жидкостной пленкой и основной массой жидкости; в жидкостной пленке происходит снижение концентрации от величины С1 до С2 , отвечающей парциальному давлению р2 диффундирующего газа на границе раздела фаз; в газовой пленке парциальное давление диффундирующего газа изменяется от величины р2 до величины р1 имеющей место на границе газовой пленки и основной массы газа, в которой парциальное давление диффундирующегго газа также равно величине р1 .
Рис. 19.1. Схема изменения давлений и концентраций газа на границе раздела фаз: 1,4 — газообразная и жидкостная фазы; 2, 3 — газовая и жидкостная диффузионная пленка
По теории двухслойного поглощения, общее сопротивление десорбции Rравно сумме сопротивлений, оказываемых пограничными диффузионными слоями:
R = R1 + R2 (19.1)
где R1 — сопротивление жидкостного пограничного слоя; R2 — сопротивление газового пограничного слоя.
Величины, обратные сопротивлениям в пограничных слоях, называют частными или пленочными коэффициентами десорбции:
(19.2) Численно частный коэффициент десорбции равен количеству удаляемого (десорбируемого) газа, передаваемого через единицу площади соприкосновения фаз в единицу времени при движущей силе в диффузионной пленке, равной единице.
Скорость процесса десорбции растворенного в воде газа в воздух определяется из выражения
(19.3) где Т — время, ч; А — площадь соприкосновения жидкой и газообразной фаз, м2 ; G— количество десорбируемого газа, кг/ч.
При малой концентрации десорбируемого газа в воде скорость процесса десорбции определяется средней движущей силой ΔСср и сопротивлением процессу диффузии в пленке жидкости Кж
(19.4) Согласно теории двухслойного поглощения, количество десорбируемого газа
(19.5) где Ко — общий коэффициент десорбции, м/ч, который для случая десорбции труднорастворимых газов может быть приравнен к пленочному коэффициенту в жидкостной пленке Кж , А — площадь соприкосновения жидкой и газообразной фаз, м2 ; ΔСср — средняя движущая сила процесса десорбции, кг/м3, которую для случаев десорбции из малоконцентрированных растворов газов подсчитывают по уравнению
здесь Свх и Свых — концентрации удаляемого газа в воде соответственно на входе ее в аппарат и на выходе из него; Ср.Вх и Ср.вых — равновесные концентрации удаляемого газа в воде соответственно при входе ее в аппарат и на выходе из него.
Таким образом, величина ΔСср зависит от разности концентраций удаляемого газа в воде и воздухе.
Основное расчетное уравнение аппаратов для извлечения из воды растворенных газов десорбцией записывается в следующем виде:
(19.7) 
где q— производительность аппарата, м3 /ч.
Коэффициент сопротивления процессу диффузии в пленке жидкости Kmвозрастает с увеличением относительной скорости движения воды и воздуха в десорбере, с повышением температуры и увеличением коэффициента диффузии удаляемого газа.
Из величин, входящих в общее уравнение десорбции, Gи ΔССр , могут быть подсчитаны по заданным условиям работы дегазатора, величина Km вычислена опытным путем или с помощью теории подобия. Это уравнение является основным для расчета десорбционных аппаратов. Из него находят необходимую поверхность соприкосновения жидкой и газообразной фаз для обеспечения заданного эффекта дегазации, а, следовательно, и размер проектируемых аппаратов.
Для удаления из воды растворенных газов применяют несколько типов дегазаторов: пленочные с различного рода насадками, работающие в условиях противотока дегазируемой воды и воздуха, подаваемого вентилятором, барботажные, пенные, вакуумно-эжекционные, вакуумные.
2. Химические методы дегазации воды
В основе химических методов удаления из воды, растворенных газов лежит их химическое связывание, достигаемое введением реагентов или фильтрованием через специальные загрузки. Для удаления из воды кислорода применяют ее фильтрование через легко окисляющиеся вещества, например, через стальные стружки, и обработку сульфитом натрия или оксидом серы(1У).
При использовании стальных стружек их обезжиривают и загружают в специальный фильтр. Содержание марганца в них не должно превышать 0,3%.
В процессе фильтрования железо, окисляясь, связывает кислород
4Fe+ 302 = 2Fe3 03 .
Оксид железа (III) и гидроксид железа (III), образовавшиеся в результате коррозии стружек, удаляют обратной промывкой. Продолжительность контакта воды со стружками зависит от температуры и уменьшается от 25 до 3 мин при увеличении температуры от 20 до 80 °С.
Чаще всего применяют обработку воды сульфитом натрия
2Na2 S03 + 02 = 2Na2 S04 , или оксидом серы (IV)
S02 + h3 0=h3 S03 ,
Образующаяся сернистая кислота окисляется кислородом, содержащимся в воде, до серной кислоты:
2h3 S03 + 02 = 2h3 S04 .
В качестве катализатора применяют соли меди(II) или кобальта (II) в виде 0,01%-ного раствора. Для удаления 1 мг кислорода расходуется 4 мг оксида серы(IV) или 7,9 мг сульфита натрия. Кроме того, для удаления кислорода воду обрабатывают также гидразином N2 h5 .
Гидразин является сильным обескислороживающим реагентом:
02 + N2 h5 → N2 + 2Н2 0.
Эта реакция протекает значительно быстрее, чем реакция окисления сульфита натрия. Катализаторами в данном случае являются металлическая медь, стекло и активированный уголь. Реакция обескислороживания воды гидразином каталитически ускоряется материалом стенок котла.
Гидразин применяют для обработки воды, идущей на питание прямоточных котлов, поскольку он не увеличивает количества сухого остатка питательной воды и не образует вредных летучих продуктов разложения. Недостатком метода обескислороживания воды гидразином является его высокая стоимость.
Процесс связывания кислорода восстановителями идет быстро при температуре 95 ... 100°С и заканчивается за 1 ... 2 мин, даже при минимальном против, стехиометрического избытке (5%) восстановителя.
Необходимую дозу сульфата натрия или оксида серы (IV), мг/л, рассчитывают по формуле
Д=1,1β[02 ],
где [О2 ] — концентрация растворенного кислорода в воде, мг/л; Р — теоретический расход реагента на связывание 1 мг растворенного кислорода, мг.
Удаление растворенного кислорода без подогрева воды может быть достигнуто фильтрованием ее через электронно-обменные (ЭО) и электронно-ионообменные смолы (продукты конденсации пирогаллола, гидрохинона или пирокатехина с фенолом и формальдегидом). Восстановительная способность отечественных электрообменников следующая: ЭО-6 — 450; ЭО-7 — 600 ... 800; ЭО-8 — 5000 г-экв/м3. При использовании ЭО смол для обескислороживания воды высота слоя смолы в фильтре принимается равной 2 м, скорость фильтрования —20 м/ч. Регенерируются фильтры 1... 2%-ным раствором сульфита или тиосульфита натрия.
mirznanii.com
Способ дегазации воды и дегазатор
Изобретение может быть использовано для дегазации подпиточной воды тепловых сетей и сетей горячего водоснабжения, питательной воды паровых котлов низкого давления, а также для дегазации других жидкостей. Для дегазации используют кавитационные пузырьки, создаваемые ультразвуковыми колебаниями, мощность которых создает акустический затвор для предотвращения их попадания в дегазированную воду. Дегазатор содержит реактор в виде трубы, верхний конец которой открыт. Патрубок подачи воды установлен таким образом, что его ось симметрии не пересекается с осью симметрии реактора. На стенке трубы соосно с ней установлен диффузор. Ультразвуковой излучатель установлен в трубе соосно с ней. Излучающий торец излучателя направлен в сторону открытого конца трубы. Ультразвуковой излучатель закреплен в трубе устройством фиксации в виде шайбы. Излучающий торец излучателя установлен в части диффузора, расширяющейся в сторону закрытого конца трубы. Технический результат состоит в повышении эффективности дегазации. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение может быть использовано для дегазации подпиточной воды тепловых сетей и сетей горячего водоснабжения, питательной воды паровых котлов низкого давления, а также для дегазации других жидкостей.
Известен способ дегазации воды, по которому воду пропускают самотеком через насадку дегазатора, навстречу потоку воды через насадку пропускают атмосферный воздух, нагнетаемый в дегазатор под насадку вентилятором. Образовавшийся при дегазации выпар (влажный воздух с выделившимися в него из воды газами) отводят из дегазатора в атмосферу) (Кульский Л.А. Технология очистки природных вод. - Киев: Вища школа, 1986, с.226-227).
Недостатком известного способа является пониженное качество и экономичность дегазации воды из-за работы дегазатора с избыточным давлением воздуха в дегазаторе и постоянным его расходом на дегазацию. Дегазацию воды производят под избыточным давлением, которое обусловлено нагнетанием воздуха под насадку дегазатора и наличием гидравлического сопротивления насадки и трубопровода отводу выпара. Избыточное давление воздуха в дегазаторе ухудшает условия десорбции растворенных в воде газов, т.к. повышение давления приводит к увеличению поверхностного натяжения и вязкости жидкости, а значит, и к соответствующему снижению десорбции. Кроме того, при десорбции некоторых растворенных в воде газов, которые присутствуют и в нагнетаемом в дегазатор воздухе, повышение давления воздуха приводит к повышения парциального давления этого газа в воздухе и к соответствующему снижению качества дегазации из-за увеличения равновесной концентрации удаляемого газа в воде. Для достижения требуемого качества дегазации повышают расход воздуха, нагнетаемого в дегазатор, что приводит к понижению экономичности способа, поскольку требуются дополнительные энергетические затраты. Устройства, реализующие этот способ, требуют большого количества оборудования.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому, является способ дегазации жидкости, изложенный в Авторском свидетельстве №1431799 (SU).
Известный способ заключается в том, что на пути движения жидкости создают кавитационную зону. Газ из кавитационной зоны отводится в вакуумную систему.
В известном способе жидкость под давлением движется в дегазаторе между его стенкой и объемным телом. При обтекании этого тела возникают вихревые явления и происходит образование кавитационных пузырьков. Для обеспечения необходимой десорбции увеличивают поверхность раздела фаз. При приемлемых по условиям эффективности дегазации скоростях движения потока требуется существенное увеличение габаритов установки. Увеличение скорости движения потока приводит к снижению эффективности дегазации. Использование вакуумной системы усложняет использование известного способа.
Известен термический дегазатор, содержащий теплообменники, деаэрационную колонку, соединенную с патрубками подачи воды, теплоносителя, отвода паровоздушной смеси и дегазированной воды, многоступенчатый парогенератор, установленный в одном корпусе с деаэрационной колонкой и состоящий из последовательно установленных по ходу движения воды, подаваемой на дегазацию, циркуляционных контуров, имеющих теплообменники, к которым подводится теплоноситель (SU, А.С. №89164, С 02 F 1/20).
Недостатками термического дегазатора являются высокое содержание кислорода в дегазируемой воде, большие потери тепла с выпаром в атмосферу, потери конденсата греющего пара, а также то, что система регулирования расходом пара и расходом воды на дегазацию сложна и ненадежна в работе. К тому же в устройстве используется большое количество оборудования.
Известны также вакуумные дегазаторы, укомплектованные охладителями выпара, подогревателями химически очищенной воды и системами автоматического регулирования, использующие пар или перегретую воду (Белан Ф.И., Сутоцкий Г.П. Водоподготовка промышленных котельных установок, 1969, с 209-212).
Недостатками вакуумных дегазаторов является то, что охладители выпара и подогреватели химически очищенной воды работают в агрессивной среде, подвергаются интенсивной коррозии и быстро выходят из строя. Система автоматического регулирования сложна в настройке и ненадежна в работе, а в котельных с водогрейными котлами пара нет и перегретая вода бывает только в зимние месяцы.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому является дегазатор (RU 2171230, МПК C 02 F 1/20), который можно отнести к классу вакуумных. Он содержит цилиндрический корпус с патрубком подачи воды, патрубки отвода парогаза, коллектора отвода распыленной воды, снабженного перфорированной винтовой плоскостью, емкостью для накопления деаэрируемой воды, снабженной патрубком для ее отвода. В верхней части деаэратора размещен завихритель распыленной воды, состоящий из отражателя и системы пластинчатых направляющих, выполненных по винтовой линии на внутренней поверхности корпуса. Вода в цилиндрический корпус поступает через форсунку, установленную на патрубке, соединенном с пятой, размещенной в ванне, в которой расположен источник ультразвуковых колебаний. Таким образом, в известном решении сделана попытка увеличить степень дегазации жидкости за счет увеличения площади соприкосновения воды с разряженной атмосферой при колебаниях форсунки.
Известный дегазатор имеет те же недостатки, которые свойственны другим вакуумным дегазаторам, причем стоимость его значительно увеличена за счет использования ванны, в которой размещен источник ультразвуковых колебаний. При этом эффективность использования ультразвуковых колебаний чрезвычайно мала, так как при передаче ультразвуковых колебаний от пяты на форсунку они практически затухают. Таким образом, в известном дегазаторе так же, как и в остальных вакуумных дегазаторах, используется много вспомогательного оборудования, которое занимает большой объем.
Задачей, решаемой предлагаемым способом, является создание способа дегазации, не требующего ни вакуумирования, ни нагрева, на базе которого можно создавать компактные дегазаторы.
Задачей, решаемой предлагаемым изобретением (дегазатором), является создание компактного дегазатора, не требующего ни вакуумирования, ни нагрева.
Поставленная задача решается в предлагаемом способе дегазации за счет того, что в нем, как и в известном способе, воду пропускают через кавитационную зону. Но, в отличие от известного, в предлагаемом способе реактор открыт сверху, вода в него поступает под давлением, равным атмосферному, и поступает самотеком в кавитационную зону, которую создают с помощью ультразвуковых колебаний, мощность которых обеспечивает создание в ней акустического затвора для газовых пузырьков, причем направление распространения ультразвуковых колебаний совпадает с направлением к открытому концу реактора.
В предлагаемом способе кавитационная зона образуется под воздействием на жидкость ультразвуковых колебаний, вызывающих акустическую кавитацию. Известно, что при низких интенсивностях акустического поля (около 0,3·104 Вт/м2) образуются маленькие пузырьки диаметром около 0,1 мм, скапливающиеся обычно в узлах стоячей волны и сохраняющиеся здесь некоторое время. Ими являются выделившиеся газы, которые коагулировали в пузырьки. При повышении интенсивности ультразвукового поля в жидкости растворенные в ней газы начинают выделяться, сливаясь в пузырьки, которые под действием звукового давления поднимаются к поверхности жидкости. Зародышами кавитации также могут быть всегда присутствующие в жидкости недостаточно смоченные частицы, мелкие газовые полости. Газовые полости заполнены воздухом, растворенным газом или парами жидкости. Полости, образовавшиеся около ядер кавитации, увеличиваются в объеме, и возникают крупные газовые пузырьки, которые поднимаются к поверхности жидкости под действием гидростатических сил и акустического давления. Происходит дегазация жидкости. Акустическое давление дополнительно выполняет функцию акустического затвора, предотвращая попадание в дегазированную воду вместе с током воды небольших пузырьков, на которые действует небольшая подъемная сила.
Для реализации предлагаемого способа не требуется использования обычных приемов дегазации - вакуумирования, нагрева.
Поставленная задача решается в предлагаемом дегазаторе, реализующем охарактеризованный выше способ, за счет того, что он, так же, как и известный, содержит цилиндрический корпус с патрубком подачи воды, патрубком отвода воды, источник ультразвуковых колебаний. Но, в отличие от известного, в предлагаемом дегазаторе реактор выполнен в виде открытой с одного конца трубы, на участке внутренней стенки которой, соосно с ней установлен диффузор, проходное сечение которого расширяется к его торцам. Ультразвуковой излучатель установлен в трубе соосно с ней, с помощью устройства фиксации его положения, расположенным в области нулевых колебаний излучателя, излучающий конец которого направлен в сторону открытого конца трубы и помещен в часть диффузора, расширяющуюся в сторону закрытого конца трубы, образуя зазоры с его поверхностью. Патрубок подачи воды установлен между открытым концом трубы и диффузором с возможностью создания завихрения поступающей жидкости, а патрубок отвода воды установлен в области между плоскостью фиксации ультразвукового излучателя и диффузором, а второй его конец расположен не ниже уровня излучающего торца ультразвукового излучателя.
Конструкция дегазатора обеспечивает образование газовых пузырьков и выделение их в атмосферу, поэтому не требуется использования ни устройств нагрева жидкости, ни устройств для вакуумирования.
Совокупность признаков, изложенных в пункте 3 формулы изобретения, характеризует дегазатор, в котором патрубок подачи воды установлен таким образом, что его ось симметрии не пересекается с осью симметрии реактора.
Такое расположение патрубка дает возможность поступления воды по касательной к внутренней стенке реактора, а это, в свою очередь, разделяет пути поступления воды в реактор и газовых пузырьков в атмосферу. Также такой прием приводит к замедлению скорости прохождения воды через область расположения излучателя. Следствием является увеличение эффективности дегазации.
Совокупность признаков, изложенных в пункте 4 формулы изобретения, характеризует дегазатор, в котором ультразвуковой излучатель выполнен в виде магнитострикционного преобразователя, соединенного с волноводной системой, снабженной нулевым буртом.
Использование конструкции ультразвукового излучателя на основе магнитострикционного преобразователя дает возможность получить значения мощности ультразвуковых колебаний до нескольких кВт.
Совокупность признаков, изложенных в пункте 5 формулы изобретения, характеризует дегазатор, в котором ультразвуковой излучатель выполнен в виде пьезокерамического преобразователя, соединенного с волноводной системой, снабженной нулевым буртом.
Мощность излучателя на основе пьезокерамического преобразователя меньше, чем на основе магнитострикционного, поэтому его следует использовать для дегазации малых объемов воды.
Совокупность признаков, изложенных в пункте 6 формулы изобретения, характеризует дегазатор, в котором устройство фиксации преобразователя выполнено в виде шайбы, диаметр которой меньше внутреннего диаметра трубы, закрепленной на стенке трубы и снабженной выемкой для установки в ней нулевого бурта ультразвукового преобразователя, обращенной в сторону открытого конца трубы.
Такая конструкция устройства фиксации позволяет "вывесить" ультразвуковой излучатель в реакторе с помощью нулевого бурта, помещенного в выемку шайбы. При такой установке излучателя потери ультразвуковой энергии будут минимальны.
Совокупность признаков, изложенных в пункте 7 формулы изобретения, характеризует дегазатор, в котором излучающий конец ультразвукового преобразователя выполнен в виде усеченного конуса, причем основание конуса является торцом излучателя.
Широкий торец излучателя позволяет расширить зону кавитации.
Изобретение поясняется фиг.1, на которой схематически изображен пример выполнения дегазатора.
Дегазатор состоит из реактора 1, выполненного в виде трубы, верхний конец которой отрыт, и снабженного патрубком 2 подачи воды и патрубком 3 отвода воды. Патрубок подачи воды установлен таким образом, что его ось симметрии не пересекается с осью симметрии реактора. Такое расположение обеспечивает подачу воды в направлении по окружности и вниз самотеком. На участке между патрубками 2 и 3 на стенке трубы соосно с ней установлен диффузор 4. Ультразвуковой излучатель установлен в трубе соосно с ней. Он содержит магнитострикционный преобразователь 5, соединенный с волноводной системой 6, снабженной нулевым буртом 7 (фиг.2). Излучающий конец 8 волноводной системы выполнен в виде усеченного конуса, причем основание конуса является торцом излучателя. Излучающий торец излучателя направлен в сторону открытого конца трубы 1. Ультразвуковой излучатель закреплен в трубе устройством фиксации, выполненным в виде шайбы 9, диаметр которой меньше внутреннего диаметра трубы, установленной на стенке трубы и снабженной выемкой для установки в ней нулевого бурта 7 ультразвукового излучателя. Излучающий торец излучателя установлен в части диффузора 4, расширяющейся в сторону закрытого конца трубы, причем он не соприкасается с его поверхностями для того, чтобы не препятствовать току воды. Патрубок 3 отвода воды установлен выше уровня расположения устройства фиксации ультразвукового преобразователя, обеспечивая постоянное нахождение в воде магнитострикционного преобразователя, даже при прекращении подачи воды. Это дает возможность использовать ультразвуковой преобразователь без специальной системы охлаждения, с которыми такие типы преобразователей обычно работают. Второй конец патрубка 3 отвода воды расположен не ниже уровне излучающего торца преобразователя. При выполнении этого условия при работе дегазатора весь ультразвуковой излучатель находится в воде, а это является необходимым условием сохранения постоянства параметров работы ультразвуковой системы.
Рассмотрим реализацию способа дегазации воды на примере работы дегазатора.
Вода поступает в реактор 1 через патрубок 2. Ее давление равно давлению в реакторе, который открыт сверху. Это давление равно одной атмосфере. Вода в реакторе начинает движение по касательной к стенке, проливается вниз и проходит через диффузор 4, в котором установлен излучающий конец ультразвукового излучателя. Мощность ультразвукового излучателя обеспечивает не только появление кавитационных пузырьков, и их подъем вверх совместно с гидростатическими силами к границе раздела вода-воздух, но также обеспечивает создание акустического затвора, препятствующего попаданию пузырьков вместе с током падающей воды в дегазированную воду. Диффузор 4 с переменным сечением позволяет, во-первых, использовать излучатель, размер торца которого не меньше, чем диаметр потока; во-вторых, при прохождении воды через переменное сечение появляются дополнительные газовые полости, вызванные завихрениями воды, и, в-третьих, увеличивается гидростатическое давление, которое также усиливает эффективность кавитации. При прохождении воды через ультразвуковое поле появляются кавитационные пузырьки. При расширении пузырька концентрация газа в нем падает, и газ диффундирует из жидкости в пузырек. При повышении звукового давления пузырек сжимается, и происходит диффузия газа из пузырька в жидкость. Количество продиффундировавшего газа пропорционально площади поверхности пузырька, которая в стадии расширения больше, чем в стадии сжатия. В силу этого полной компенсации потоков не происходит; масса газа, заполнившая пузырек в процессе его расширения, превышает массу газа, ушедшего из пузырька при его сжатии, так что в целом за период ультразвуковой волны количество газа в пузырьке возрастает. Но ультразвуковая волна не только создает периодически чередующиеся области сжатий и разряжении, которые распространяются в среде с постоянной скоростью. Она оказывает и постоянное давление (радиационное давление) на встречающиеся на ее пути препятствия, в данном случае на газовые пузырьки, поднимая их вверх.
Таким образом видно, что использование предлагаемого способа значительно сокращает количество требуемого для его реализации оборудования. Дегазатор, реализующий предложенный способ, очень компактен, и не требует ни нагрева, ни вакуумирования.
1. Способ дегазации воды путем пропускания воды в реакторе через кавитационную зону, отличающийся тем, что реактор открыт сверху, вода в него поступает под давлением, равным атмосферному, и поступает самотеком в кавитационную зону, которую создают с помощью ультразвуковых колебаний, мощность которых обеспечивает создание в ней акустического затвора для кавитационных пузырьков, причем направление распространения ультразвуковых колебаний совпадает с направлением к открытому концу реактора.
2. Дегазатор, содержащий реактор с патрубком подачи воды, патрубком отвода воды и ультразвуковой излучатель, отличающийся тем, что реактор выполнен в виде открытой с одного конца трубы, на участке внутренней стенки которой соосно с ней установлена вставка, внутренняя полость которой выполнена в виде двух воронок, расширенные части которых образуют торцы вставки, ультразвуковой излучатель установлен в трубе соосно с ней с помощью устройства фиксации его положения, расположенного в области нулевых колебаний излучателя, излучающий конец которого направлен в сторону открытого конца трубы и помещен в полость вставки, обращенную в сторону закрытого конца трубы, образуя зазоры с ее стенками, причем патрубок подачи воды установлен между открытым концом трубы и диффузором с возможностью создания завихрения поступающей жидкости, а патрубок отвода жидкости установлен в области между плоскостью фиксации ультразвукового излучателя и вставкой, а второй его конец расположен не ниже уровня излучающего торца ультразвукового излучателя.
3. Дегазатор по п.2, отличающийся тем, что патрубок подачи воды установлен таким образом, что его ось симметрии не пересекается с осью симметрии реактора.
4. Дегазатор по п.2, отличающийся тем, что ультразвуковой излучатель выполнен в виде магнитострикционного преобразователя, соединенного с волноводной системой, снабженного нулевым буртом.
5. Дегазатор по п.2, отличающийся тем, что ультразвуковой излучатель выполнен в виде пьезокерамического преобразователя, соединенного с волноводной системой, снабженного нулевым буртом.
6. Дегазатор по п.2, отличающийся тем, что устройство фиксации ультразвукового преобразователя выполнено в виде шайбы, установленной на стенке трубы и снабженной выемкой для установки в ней нулевого бурта ультразвукового преобразователя, обращенной в сторону открытого конца трубы.
7. Дегазатор по п.2, отличающийся тем, что излучающий конец ультразвукового преобразователя выполнен в виде усеченного конуса, причем основание конуса является торцом излучателя.
www.findpatent.ru
