Термическая дегазация воды — полное удаление растворенных газов. Дегазатор воды
Физические методы дегазации воды - часть 2
Очевидно, что остаточное содержание свободной углекислоты после дегазатора будет:
При этом вопрос о достаточном насыщении воды кислородом воздуха может не рассматриваться, так как при удалении из воды необходимого количества свободной углекислоты всегда обеспечивается ее насыщение кислородом, вполне достаточное для полного окисления железа (И).
Рис. 19.5. Графики для нахождения ΔСср в зависимости от Свх и Свых .
Площадь поперечного сечения дегазатора, работающего с принудительной подачей воздуха, определяется исходя из плотности орошения насадки 90 м3/(м2 *ч) (для насадки из пластмассовых или керамических колец). Удельную подачу воздуха следует принимать равной 4 м3 /м3 .
Значение ДСср при расчете дегазаторов, применяемых для обезжелезивания воды аэрацией, можно определять по формуле А. А. Кастальского:
(19-7) в кг/м3; величина Кж находится по графикам рис. 19.6.
Рис. 19.6. Графики Kж =f(t) для различных насадок при плотности орошения 90 м3 /(м2 *ч)
1 — для колец Рашига размером 25*25*3 мм; 2 — для гравия средним размером 42 мм; 3 — для кокса средним размером 43 мм; 4 — для кокса средним размером 41 мм
В гл. 1 указывалось, что сероводородные соединения, содержащиеся в воде, могут состоять из свободного сероводорода (h3 S), гидросульфидного иона (HS~) и сульфидного иона (S2 ~). При рН воды <5 все сульфидные соединения в воде присутствуют в виде свободного сероводорода. Поэтому практически полное их удаление возможно лишь при предварительном подкислении исходной воды или в том случае, когда удаление сероводорода объединяется с удалением свободной углекислоты в цикле Н—Na-кэтионитового умягчения или ионитового обессоливания воды. Без подкисления воды из нее можно удалить лишь то количество сульфидных соединений, которое присутствует в виде свободного сероводорода при данном значении рН воды. Это обеспечивает дезодорацию воды, но не устраняет ее коррозионные свойства.
Расчет дегазаторов для удаления из воды свободного сероводорода следует производить исходя из следующих данных. Площадь сечения дегазатора следует определять с учетом плотности орошения насадки (кольца размером 25*25*3 мм) 60 м3 /(м2 *ч). Удельная подача воздуха — 12 м3/м3. Значение ΔСср следует определять по формуле (19.7), а значение Kж — по формуле (19.8)
(19.8) где А — площадь поперечного сечения дегазатора, м2 ; z— растворимость сероводорода в воде, кг/м3, при данной температуре и парциональном давлении сероводорода 0,1 МПа (по рис. 19.7). Значения А и А0,324 приведены в табл. 19.3.
Формула (19.8) действительна при плотности орошения насадки 60 м3/(м2 *ч), удельном расходе воздуха 12 м3/м3 и при насадке из колец Рашига размером 25X25X3 мм.
Исследованиями С. Н. Линевича установлено, что при использовании пенной дегазации и закрытой аэрации можно повысить эффект удаления сероводорода из воды на 20 ... ...25%.
На рис. 19.2, б приведена схема вакуумного дегазатора.
При дегазации воды барботированием воздуха через слой воды также создается большая поверхность соприкосновения жидкой и газообразной фаз; тем самым ускоряется выделение газа. Воздух подается компрессорами обычно через дырчатые трубы или пористые плиты. В зависимости от требуемой степени дегазации воды барботажные дегазаторы применяют одно- или двухсекционные с последовательным пропусканием воды.
Разновидностью барботажных дегазаторов являются дегагаторы пенноготипа (рис. 19.2,в).
Рис. 19.7. Растворимость сероводорода в воде в зависимости от ее температуры при его парциальном давлении 0,1 МПа.
пленочный дегазатор вода деаэратор
Основным конструктивным элементом аппаратов служит перфорированная пластина (решетка). Вода тонким слоем протекает вдоль решетки и под действием поперечного тока воздуха, подаваемого через ее отверстия, вспенивается. В пенном слое газы из воды десорбируются интенсивно. При удалении диоксида углерода(IV) и расходе воды около 100 м3/ч дегазаторы пенного типа наиболее экономичны. При использовании аппаратов этого типа степень десорбции целесообразно ограничить 96... 97% с тем, чтобы количество полок не превышало четырех-пяти. При этом для подачи воздуха можно применять центробежные вентиляторы среднего давления.
Таблица 19.3
Вакуумные дегазаторы выполняют стальными круглыми (в плане), с конусным днищем (рис. 19.2,6). Над конусным днищем располагается дырчатый лист (с отверстиями диаметром 15... 20 мм) или решетка, которая является опорой для колец Рашига. Вода внутрь дегазатора подается устройством, обеспечивающим тонкое распыление и равномерное распределение ее по поверхности насадки. В качестве такого распределителя воды рекомендуется устройство, аналогичное распределителю соляного раствора в стандартных натрий-катионитовых фильтрах.
Для наблюдения за уровнем воды в дегазаторе устанавливают водомерное стекло. Парогазовая смесь отводится из дегазатора вакуумным устройством, в качестве которого могут быть использованы вакуум-насосы, паро- и водоструйные эжекторы.
Наиболее полная дегазация достигается разбрызгиванием в вакууме с одновременным подогревом воды. На рис. 19.8 изображена схема установки для дегазации в вакууме с подогревом и без подогрева воды.
Выбор типа дегазатора определяется производительностью установки, необходимой полнотой дегазации, начальной концентрацией удаляемого газа и другими условиями.
Рис. 19.8. Установки дегазации воды под вакуумом без подогрева ( и с подогревом (б)
1,5 — подача исходной и отвод дегазированной воды; 2 — воздухоотделитель; 3 — котел; 4 — вакуум-насос; 6 — насос; 7 — подача пара; 8 — теплообменник; 9 — сборный бак
Для глубокого или частичного удаления оксида углерода (IV) (независимо от его начальной концентрации и производительности установки) и свободного сероводорода применяют дегазаторы с насадкой из колец Рашига и противотоком воды и воздуха.
Для удаления оксида углерода (IV) при производительности установки до 150 м3/ч и начальном его содержании не более 150 мг/л используют дегазаторы с деревянной хордовой насадкой или дегазаторы пенного типа. При глубоком удалении оксида углерода (IV) и производительности до 20 м3 /ч применяют барботажные дегазаторы.
В случае частичного удаления оксида углерода(IV) при производительности установки до 50 м3 /ч используют струйно- пленочные (контактные) градирни, а для глубокого или частичного обескислороживания воды — вакуумные установки с насадкой из колец Рашига с подогревом или без него.
При проектировании дегазаторов должны быть определены: площадь поперечного сечения дегазатора; необходимый расход воздуха и поверхность насадки для достижения требуемой степени дегазации. Площадь поперечного сечения дегазаторов вычисляют по допускаемой плотности орошения насадки, т. е. по расходу воды, приходящемуся на 1 м2 площади поперечного сечения дегазатора.
По А. А. Кастальскому, допустимые плотности орошения насадок и удельные расходы воздуха составляют: при глубоком удалении из воды оксида углерода (IV) — до 2... 3 мг/л; на дегазаторах, загруженных кольцами Рашига (25X25X3 мм), — 60 м3/(м2 *ч) и 15 м3 /м3 ; на дегазаторах с деревянной насадкой — соответственно 40 м3/(м2 *ч) и 20 м3 /м3 ; при глубоком удалении из воды сероводорода на дегазаторах загруженных кольцами Рашига, — 40 м3 /(м2 *ч) и 20 м3 /м3 ; при обескислороживании воды на вакуумных дегазаторах плотность орошения насадки равна 50 м3/(м2-ч).
Остаточное содержание оксида углерода(IV) после вентиляторной градирни при температуре 5...8°С можно принимать 3...5 мг/л, после контактной градирни — 5... 8 мг/л.
Полное обескислороживание воды может быть достигнуто методом, предложенным П. А. Акользиным. Сущность его заключается в том, что эжектор, подающий воду, из которой необходимо удалить кислород, подсасывает предварительно обескислороженный воздух. Под влиянием разности концентрации растворенный в воде кислород переходит из жидкой фазы в газообразную. Газ отделяется от воды в специальном десорбере и затем в сепараторе. Обескислороживание воздуха происходит в герметичном реакторе, загруженном древесным углем и омываемом топочными газами с температурой 500... 800 °С. Однако применение этого метода ограничивается тем, что для обескислороживания воздуха, подсасываемого эжектором, необходимы топочные газы высокой температуры, т. е. наличие котельной. Кроме того, в дегазаторе не удается одновременно с обескислороживанием воды обеспечить необходимую степень удаления оксида углерода (IV).
mirznanii.com
Вакуумные дегазаторы Физические методы удаления из воды растворенных газов.
Комплекс мероприятий, связанных с удалением из воды растворенных газов называется дегазацией воды.
Приемы удаления газа:
Вода, содержащая углекислый газ приводится в соприкосновение с воздухом, если парциальное давление удаляемого газа в воздухе близко к нулю.
С помощью этого приёма, т.е. аэрации воды, обычно удаляют свободную углекислоту и сероводород, поскольку парциальное давление этих газов в атмосферном воздухе близко к нулю.
Создаются условия, при которых растворимость газа в воде становится близкой к нулю(к этому приему прибегают при обескислороживании воды)
В этом случае парциальное давление кислорода велико по отношению к атмосферному воздуху, аэрацией в этом случае кислород не удалить, поэтому воду доводят до кипения, тогда растворимость газов в ней падает до нуля. Воду нагревают в термических деаэраторах, либо с помощью понижения давления до величины при которой вода кипит без дополнительного подогрева в вакуумных деаэраторах.
Основные расчетные уравнения.
Согласно теории двухслойного поглощения, количество десорбирующего газа выражается формулой:
, [кг]
Где Кж - плёночный коэффициент десорбции в жидкостной плёнке, [м/час]
Основные расчетные формулы для аппаратов извлекающих из воды растворимый газ:
, [м2]
А - площадь соприкосновения жидкой и газообразной фаз, [м2]
К0 – общий коэффициент десорбции, [м/час]
Для получения десорбции с труднорастворимыми частицами К0= Кж
, [кг/час]
G – количество удаляемого газа, [кг/час]
q – производительность аппарата, [м3/час]
Свх – количество удаляемого газа при входе в аппарат, [мг/л]
Свых – количество удаляемого газа при выходе из аппарата, [мг/л]
ΔСср – средняя движущая сила процесса десорбции, которую для случая десорбции из малоконцентрированных растворов газов подсчитывают по уравнению, [кг/м3]
Свх, Свых – концентрации удаляемого газа в воде, соответственно на входе в его аппарат и на выходе из него.
Ср.вх, Ср.вых – равновесные концентрации удаляемого газа в воздухе, соответственно при входе в его аппарат и на выходе из него.
Т.о. величина ΔСср зависит от разности концентраций удаляемого газа в воде и в воздухе.
Плёночный коэффициент Кж возрастает с увеличением относительной скорости движения воды и воздуха в десорбере, с повышением температуры.
Величины G и ΔСср могут быть подсчитаны по заданным условиям работы дегазатора, величина Кж вычислена опытным путём.
Эти уравнения являются основными для расчета аппаратов, а следовательно и размеров проектированного аппарата.
1.2 Обескислороживание воды
Работа вакуумных дегазаторов заключается в следующем: дегазируемая вода подается в верхнюю часть дегазатора с помощью устройств разбрызгивания по всей площади поперечного сечения аппарата. Внутри дегазатора располагается насадка (кольца Рашига или деревянная насадка и т. д.) по которой дегазируемая вода стекает вниз в виде пленки. От корпуса дегазатора отходит трубопровод к устройству, создающему вакуум в нутрии аппарата. Для этой цели используют вакуум-насосы, водоструйные или пароструйные эжекторы. Вакуум в дегазаторе должен соответствовать точке кипения дегазируемой воды или быть близким к ним.
Известно, что растворимость газов в кипящей воде падает до нуля, поэтому, чем ближе создаваемый вакуум в точке кипения воды, тем выше возможность эффекта дегазации. Для того чтобы вода при наличии вакуума в дегазаторе беспрепятственно стекала в резервуар, дегазатор располагают на высоте над приемным резервуаром, чтобы давление столба, воды в отводящем трубопроводе превышало величину вакуума в дегазаторе.
Для уменьшения этой высоты, возможно, отсасывать воду из дегазатора насосом.
studfiles.net
способ дегазации воды и дегазатор - патент РФ 2278718
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. 
Рисунки к патенту РФ 2278718
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.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
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.freepatent.ru
Термическая дегазация воды — полное удаление растворенных газов
Растворенные двуокись углерода и кислород являются активными коррозирующими элементами, разрушительно воздействующими на оборудование. Следовательно, необходимо их удалять, для чего применяется термическая дегазация воды. Термическая дегазация осуществляется двумя способами: химическим, при котором удаляется только кислород, и физическим — данный способ позволяет удалять практически все растворенные в воде газы.
Для дегазации можно использовать термический деаэратор, с помощью которого удается получить воду высокой степени очистки, содержание кислорода в которой будет очень низкое, после чего использовать ее для работы остального оборудования. Конструкция деаэраторов такова, что благодаря своим физико-химическим параметрам оптимизирует процесс дегазации. А это позволяет получить питательную воду высокого качества.
Проведенные исследования показывают, что в воде присутствуют в больших количествах кислород, углеводород и углекислота. Данные газы относятся к коррозийно-агрессивным веществам, которые провоцируют и даже усиливают процесс коррозии оборудования. Помимо металлов углекислота разрушительно воздействует и на бетон. Таким образ, свойства данных газов усиливать и провоцировать коррозионные процессы, а также очень неприятный запах, который появляется в воде вследствие присутствия сероводорода, обуславливают необходимость в проведении дегазации, чтобы полностью удалить их из воды.
Термическая дегазация воды и проводится с целью полного удаления из нее этих вредных растворенных газов.
Сущность химического метода дегазации состоит в том, что используются определенные реагенты, с помощью которых можно удалять растворенные в воде газы. Например, для удаления кислорода можно ввести в воду сульфита натрия, гидразина или сернистого газа. Причем, после введения гидразина удается полностью удалить кислород
Но вместе с эффективностью данный способ водоподготовки является также очень дорогостоящим в виду большой стоимости гидразина. Поэтому он применяется после применения физических и термических методов дегазации.
Физическая дегазация осуществляется с помощью двух методов:
- Воде с большим содержанием газа сообщается непосредственный контакт с воздухом, в случае, если парциальное давление газа в ней приближено к нулю.
- Искусственно создаются такие условия, при которых растворимость в воде газов близится к нулю.
Первый способ в основном применяется для удаления сероводорода и свободной углекислоты, так как их парциальное давление в атмосферном воздухе близится к нулю.
Второй способ применяется в основном для выведения из воды кислорода, поскольку его парциальное давление довольно значительно, что затрудняет его выведение первым методом. При этом используется термическая обработка — вода доводится до кипения в термических деаэраторах.
Для дегазации воды используется специальное оборудование, которое различается по своим конструктивным особенностям. Например, существуют следующие виды устройств для дегазации:
- Пленочные дегазаторы, выполненные в виде колонн, оснащенных какой-либо насадкой — кольцами Рашига, деревянными и другими, по которым тонкой пленкой стекает вода. Насадка служит для увеличения площади соприкосновения воздуха и воды, причем воздух нагнетается специальным вентилятором.
- Барботажные устройства для дегазации, в которых сжатый воздух медленно продувается сквозь воду.
- Вакуумные устройства, в которых посредством водоструйных эжекторов или вакуумных насосов создается давление, при котором вода закипает при определенной температуре (термическая дегазация воды).
В технике водоочистки и водообработки обычно применяются пленочные дегазаторы, а также термические или вакуумные (для обескислороживания воды). Барботажные устройства применяются довольно редко, так как у них слишком высокие эксплуатационные расходы, что выражается, в частности, в большом расходе электроэнергии, требуемой для сжатия воздуха.
При проектировании систем водоочистки и водоподготовки, в том числе устройств дегазации необходимо учитывать следующие параметры — площадь поперечного сечения, нужное количество воздуха, площадь насадок.
Смотрите также:
www.bwt.ru
