RU2050331C1 - Liquid mediums treatment apparatus - Google Patents

Abstract

FIELD: electrochemical industry. SUBSTANCE: to increase productivity of liquid mediums treatment apparatus they use coaxially mounted in provided with inlet and outlet branch-pipes body electrodes. The electrodes are made monopolar and their length L and inner diameter of body D are in ratio 10^-4< L/D < 10⁴ and inner diameter of body D and inner diameter of inlet and outlet branch-pipes d are in ratio 10^-1< D/d < 10³. EFFECT: apparatus allows to change physical and chemical properties of liquid mediums after treatment by electrical field. 6 cl, 6 dwg, 2 tbl

Description

Изобретение относится к устройствам, позволяющим с помощью обработки в электрическом поле изменить физико-химические свойства жидких сред, в частности водных сред, а также нефти и нефтепродуктов, и может использоваться в нефтеперерабатывающей, нефтехимической промышленности и других отраслях. The invention relates to devices that allow using processing in an electric field to change the physicochemical properties of liquid media, in particular aqueous media, as well as oil and petroleum products, and can be used in the refining, petrochemical industry and other industries.

Наиболее близким к заявляемому устройству по совокупности существенных признаков является устройство, содержащее корпус с входным и выходным патрубками, внутри которого установлены электроды, подключенные к источнику тока. Closest to the claimed device in terms of essential features is a device containing a housing with inlet and outlet nozzles, inside which electrodes are installed, connected to a current source.

Электроды расположены коаксиально в корпусе, и межэлектродное расстояние между ними удовлетворяет условию 0,1-1000 мм. The electrodes are located coaxially in the housing, and the interelectrode distance between them satisfies the condition of 0.1-1000 mm.

Недостатком известного устройства является низкая производительность, обусловленная следующими причинами. A disadvantage of the known device is the low productivity due to the following reasons.

Неэффективно используется рабочий объем аппарата, т.к. между корпусом и наружным электродом существуют застойные зоны, в которых жидкость не подвергается обработке. The working volume of the device is inefficiently used, as between the housing and the outer electrode there are stagnant zones in which the liquid is not processed.

В рабочем объеме аппарата существуют зоны, проходя через которые, жидкая среда не подвергается обработке в связи с отсутствием в них электрического поля (между корпусом и боковой поверхностью наружного электрода, а также между корпусом и нижними торцевыми поверхностями электродов). In the working volume of the apparatus there are zones through which the liquid medium is not subjected to processing due to the absence of an electric field in them (between the housing and the side surface of the outer electrode, and also between the housing and the lower end surfaces of the electrodes).

Большое гидравлическое сопротивление устройства. High hydraulic resistance of the device.

При увеличении количества электродов больше двух с целью повышения производительности устройства и повышения эффективности его работы отрицательное влияние вышеперечисленных недостатков данного аппарата увеличивается. With an increase in the number of electrodes of more than two, in order to increase the productivity of the device and increase the efficiency of its operation, the negative effect of the above disadvantages of this apparatus increases.

Таким образом, объем аппарата используется неэффективно, жидкая среда обрабатывается неравномерно, следовательно, различна и глубина ее превращения. Для завершения физико-химических преобразований необходимо или увеличить время обработки, или повторить цикл обработки, что снижает производительность установки. Thus, the volume of the apparatus is used inefficiently, the liquid medium is treated unevenly, therefore, the depth of its transformation is different. To complete the physicochemical transformations, it is necessary either to increase the processing time or to repeat the processing cycle, which reduces the productivity of the installation.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение производительности устройства для обработки жидких сред. The technical result of the invention is to increase the productivity of a device for processing liquid media.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в известном устройстве, содержащем снабженный входным и выходным патрубками корпус, в котором размещены коаксиально установленные электроды с межэлектродным расстоянием между ними 0,1-1000 мм, согласно изобретения электроды выполнены монополярными, отношение длины электродов к внутреннему диаметру корпуса D удовлетворяет условию 10^-4 <

< 10⁴, а отношение внутреннего диаметра корпуса D к внутреннему D диаметру входного и выходного патрубка удовлетворяет условию 10^-1 <

<10³.The specified technical result is achieved due to the fact that in the known device containing a housing equipped with inlet and outlet nozzles, in which coaxially mounted electrodes with an interelectrode distance between them of 0.1-1000 mm are placed, according to the invention, the electrodes are made monopolar, the ratio of the length of the electrodes to the internal the diameter of the housing D satisfies the condition 10 ^-4 <

<10 ⁴ , and the ratio of the inner diameter of the housing D to the inner D diameter of the inlet and outlet pipe satisfies the condition 10 ^-1 <

<10 ³ .

Корпус дополнительно снабжен диффузором и конфузором соединенным с входным и выходным патрубками. The housing is additionally equipped with a diffuser and a confuser connected to the inlet and outlet nozzles.

Наружная поверхность каждого из двух соседних электродов выполнена рифленой. The outer surface of each of two adjacent electrodes is made corrugated.

Внутренняя поверхность каждого из двух соседних электродов выполнена рифленой. The inner surface of each of two adjacent electrodes is made corrugated.

Электроды выполнены сетчатыми и/или перфорированными. The electrodes are mesh and / or perforated.

Выступы рифлений выполнены с радиусом скругления 2-5

.The protrusions of the corrugations are made with a rounding radius of 2-5

.

Такое конструктивное решение позволяет использовать для обработки жидких сред в электрическом поле с одинаковой эффективностью весь рабочий объем устройства и всю поверхность электродов. При этом заявленные отношения конструктивных элементов устройства (длин электродов, внутренних диаметров корпуса, входного и выходного патрубков) позволяют создать оптимальные гидродинамические условия и условия для полного проведения электрохимических преобразований. На выходе из аппарата глубина превращения всего объема жидкости одинакова, и однократная обработка позволяет получить продукт требуемого качества, и повторная его обработка не требуется. Таким образом, использование совокупности отличительных признаков предлагаемого устройства в сравнении с прототипом позволят обработать большее количество жидких сред (при прочих равных условиях). This design solution allows you to use the entire working volume of the device and the entire surface of the electrodes to process liquid media in an electric field with equal efficiency. At the same time, the declared relations of the structural elements of the device (electrode lengths, inner diameters of the housing, inlet and outlet pipes) allow creating optimal hydrodynamic conditions and conditions for the complete implementation of electrochemical transformations. At the outlet of the apparatus, the depth of conversion of the entire volume of liquid is the same, and a single treatment allows to obtain a product of the required quality, and its repeated processing is not required. Thus, the use of the combination of distinctive features of the proposed device in comparison with the prototype will allow you to process a larger number of liquid media (ceteris paribus).

Не известны из уровня техники технические решения, аналогичные заявляемому, обеспечивающие такой же технический результат. Not known from the prior art technical solutions similar to the claimed, providing the same technical result.

На фиг. 1 изображено устройство для обработки жидких сред; на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1, показывающее рифленые наружные поверхности охватываемых электродов; на фиг. 3 сечение Б-Б на фиг. 1, показывающее рифленые поверхности охватывающих и охватываемых электродов; на фиг. 4 конструктивное выполнение электродов в виде сетки, вид по стрелке В на фиг. 1; на фиг. 5 конструктивное выполнение электродов перфорированными, вид по стрелке Г на фиг. 1; на фиг. 6 увеличенный фрагмент сечения электрода, разрез Д-Д на фиг. 1. In FIG. 1 shows a device for processing liquid media; in FIG. 2, section AA in FIG. 1 showing the corrugated outer surfaces of male electrodes; in FIG. 3 section BB in FIG. 1 showing corrugated surfaces of female and male electrodes; in FIG. 4 is a structural embodiment of the electrodes in the form of a grid, view along arrow B in FIG. 1; in FIG. 5, the embodiment of the perforated electrodes, view along arrow D in FIG. 1; in FIG. 6 is an enlarged fragment of the cross section of the electrode, section DD in FIG. 1.

Устройство для обработки жидких сред состоит из корпуса 1, входного 2 и выходного 3 патрубков, коаксиально установленных монополярных электродов 4 (например, стальных), зазор между которыми лежит в пределах 0,1-1000 мм. Электроды 4 попарно подключены к разным полюсам источника 5 тока (например, ВС-23). Центральный электрод расположен по оси устройства. Между наружным электродом и корпусом 1 размещен изолятор 6 (например, из фторопласта), исключающий попадание потенциала на корпус 1. A device for processing liquid media consists of a housing 1, input 2 and output 3 nozzles, coaxially mounted monopolar electrodes 4 (for example, steel), the gap between which lies in the range of 0.1-1000 mm The electrodes 4 are connected in pairs to different poles of the current source 5 (for example, VS-23). The central electrode is located on the axis of the device. Between the outer electrode and the housing 1, an insulator 6 is placed (for example, from fluoroplastic), preventing the potential from entering the housing 1.

Предложенное устройство может быть врезано в трубопровод с обрабатываемой жидкой средой. The proposed device can be embedded in the pipeline with the processed liquid medium.

Дополнительно корпус может быть снабжен диффузором 7 и конфузором 8, соединенными с входным 2 и выходным 3 патрубками, что позволяет обеспечить улучшение гидродинамического течения обрабатываемой жидкости внутри корпуса 1. Additionally, the housing can be equipped with a diffuser 7 and a confuser 8 connected to the input 2 and output 3 nozzles, which allows to improve the hydrodynamic flow of the processed fluid inside the housing 1.

Наружные поверхности охватываемых электродов 4 выполнены рифлеными (фиг. 2), что позволяет увеличить скорость проведения реакции (повысить количество выделяемого вещества в единицу времени) на охватываемых электродах. The outer surfaces of the covered electrodes 4 are made corrugated (Fig. 2), which allows to increase the reaction rate (to increase the amount of emitted substance per unit time) on the covered electrodes.

Дополнительно может быть выполнено рифление на внутренних поверхностях охватывающих электродов 4 (фиг. 3), что позволит увеличить скорость массообмена регистрирующей жидкой среды на электродах. Additionally, corrugation can be performed on the inner surfaces of the enclosing electrodes 4 (Fig. 3), which will increase the mass transfer rate of the recording liquid medium on the electrodes.

Электроды 4, в частном случае, могут быть выполнены сетчатыми или перфорированными (фиг. 4, 5), что позволяет в случае обработки вязких жидких сред улучшить гидродинамические условия их обработки. The electrodes 4, in the particular case, can be made mesh or perforated (Fig. 4, 5), which allows in the case of processing viscous liquid media to improve the hydrodynamic conditions of their processing.

Выступы рифлений могут быть выполнены, в частном случае, с радиусом скругления 2-5

(фиг. 6), что позволяет достичь глубоких изменений в физико-химических показателях обрабатываемой жидкости, происходящих за счет создания резко неоднородного электрического поля в зонах выступов рифлений. При этом достигается напряженность поля порядка Е 1 В/

, при которой происходит ионизация молекул вещества с последующими химическими превращениями.The protrusions of the corrugations can be performed, in a particular case, with a radius of rounding 2-5

(Fig. 6), which allows you to achieve profound changes in the physico-chemical characteristics of the processed fluid, occurring due to the creation of a sharply inhomogeneous electric field in the zones of the corrugations. This achieves a field strength of the order of E 1 V /

at which the ionization of the molecules of the substance occurs with subsequent chemical transformations.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Жидкая среда через патрубок 2 поступает в корпус 1 устройства. В корпусе 1 жидкость проходит между электродами 4 по образованным между ними зазорам, где подвергается воздействию электрического поля. Окислительно-восстановительные реакции, происходящие на электродах, а также воздействие электрического поля в межэлектродном пространстве обеспечивают целенаправленное превращение исходной жидкой среды в требуемый целевой продукт. The liquid medium through the pipe 2 enters the housing 1 of the device. In the housing 1, the liquid passes between the electrodes 4 along the gaps formed between them, where it is exposed to an electric field. The redox reactions that occur on the electrodes, as well as the effect of an electric field in the interelectrode space, provide a targeted transformation of the initial liquid medium into the desired target product.

При использовании электродов с развитой поверхностью (рифления, местные неровности и т.п.) создаются локальные неоднородности электрического поля, способствующие ослаблению межмолекулярных связей структуры жидкости, более интенсивному протеканию окислительно-восстановительных реакций на электродах за счет перевода электрических реакций с диффузорной в кинетическую область, и в межэлектродном пространстве появляются условия для возникновения конвективных потоков ("электрический ветер"), способствующие интенсификации массообмена. When using electrodes with a developed surface (corrugation, local irregularities, etc.), local inhomogeneities of the electric field are created, which contribute to the weakening of intermolecular bonds of the liquid structure, more intense redox reactions on the electrodes due to the transfer of electrical reactions from the diffuser to the kinetic region, and in the interelectrode space there are conditions for the emergence of convective flows ("electric wind"), contributing to the intensification of mass transfer.

А так как электроды равномерно расположены по сечению корпуса аппарата, и зазоры между ними постоянны, то жидкость беспрепятственно протекает по всей длине зоны обработки, и в межэлектродном пространстве исключено образование застойных зон, а также зон, в которых отсутствует электрическое поле, т.е. эффективно используется весь рабочий объем аппарата. При этом в обработке в равной степени участвует вся активная поверхность электродов. В результате протекания окислительно-восстановительных реакций обрабатываемая жидкая среда претерпевает необратимые изменения физико-химических показателей (плотность, вязкость и др.). При этом достигается требуемое качество целевого продукта. Полученный в результате обработки продукт выходит из аппарата через патрубок 3. And since the electrodes are uniformly located over the cross section of the apparatus body, and the gaps between them are constant, the liquid flows freely along the entire length of the treatment zone, and the formation of stagnant zones, as well as zones in which there is no electric field, is excluded in the interelectrode space effectively uses the entire working volume of the apparatus. Moreover, the entire active surface of the electrodes is equally involved in the treatment. As a result of the occurrence of redox reactions, the processed liquid medium undergoes irreversible changes in physicochemical parameters (density, viscosity, etc.). This achieves the required quality of the target product. The product obtained as a result of processing leaves the apparatus through pipe 3.

Проведенные испытания показали преимущества предлагаемого устройства. Результаты испытаний приведены в табл. 1, 2. The tests showed the advantages of the proposed device. The test results are given in table. 12.

В качестве примера в табл. 1 приведены результаты сравнительных испытаний, полученных при обработке в электрическом поле водного раствора Na₂SO₄.As an example, in table. 1 shows the results of comparative tests obtained by processing in an electric field an aqueous solution of Na ₂ SO ₄ .

При сравнительных испытаниях было соблюдено равенство следующих показателей:
рН водного раствора исходной жидкости, прокачиваемой через устройство;
соотношение

соотношение

рН жидкости на выходе из устройства.In comparative tests, the following indicators were observed equal:
the pH of the aqueous solution of the original fluid pumped through the device;
ratio

ratio

The pH of the fluid leaving the device.

Из приведенных экспериментальных данных видно, что за счет предложенного конструктивного решения эффективность работы предлагаемого устройства при прочих равных условиях для получения продукта требуемого качества выше не менее чем в 3,5 раза. From the above experimental data, it can be seen that due to the proposed constructive solution, the efficiency of the proposed device, ceteris paribus, to obtain a product of the required quality is not less than 3.5 times higher.

В качестве примера в табл. 2 приведены результаты сравнительных испытаний, полученные при обработке в электрическом поле нефти, мазута и гудрона в устройствах по прототипу и предлагаемому. As an example, in table. 2 shows the results of comparative tests obtained during processing in an electric field of oil, fuel oil and tar in devices of the prototype and proposed.

При сравнительных испытаниях было соблюдено равенство следующих показателей:
характеризующие параметры на выходе установок;
средняя величина создаваемой в аппарате напряженности электрического поля;
площадь рабочей (боковой) поверхности электродов;
температура и давление в аппарате.In comparative tests, the following indicators were observed equal:
characterizing the parameters at the output of the installations;
the average value of the electric field created in the apparatus;
the area of the working (side) surface of the electrodes;
temperature and pressure in the device.

Характеристика исходной нефти: Содержание фракций, выкипающих до 350^оС, мас. 36,0 Плотность при 20^оС, кг/м³ 882 Вязкость кинемати- ческая при 20^оС, сСт 24,62
В качестве характеризующего параметра выбрано содержание фракций, выкипающих до 350^оС, т.е. светлых дистиллятов (фракций).Characteristics of the original oil: The content of fractions boiling up to 350 ^about C, wt. 36.0 Density at 20 ^о С, kg / m ³ 882 Kinematic viscosity at 20 ^о С, cSt 24.62
The content of fractions boiling up to 350 ^о С, i.e. light distillates (fractions).

Характеристика исходного мазута (с установки термического крекинга ТК-1 Рязанского НПЗ): Плотность при 20^оС, кг/м³ 948 Вязкость услов- ная при 80^оС, ВУ₈₀ 6,59 Температура застывания, ^оС 12 Температура вспышки, ^оС 122
В качестве характеризующего параметра была выбрана вязкость один из важнейших качественных показателей мазутов, а также других остаточных нефтепродуктов, определяющий возможность и условия их применения (в частности, в качестве котельного топлива или его компонента); слив из железнодорожных цистерн; транспортировку по трубопроводам; качество распыливания форсунками.Characterization of the initial fuel oil (from the thermal cracking unit TK-1 of the Ryazan oil refinery): Density at 20 ^о С, kg / m ³ 948 Viscosity conditional at 80 ^о С, ВУ ₈₀ 6,59 Freezing point, ^о С 12 Flash point, ^о C 122
As a characterizing parameter, viscosity was chosen as one of the most important qualitative indicators of fuel oils, as well as other residual oil products, which determines the possibility and conditions of their use (in particular, as boiler fuel or its component); discharge from railway tanks; pipeline transportation; spray quality of nozzles.

Характеристика гудрона (с установки атмосферно-вакуумной перегонки нефти АВТ-3 Рязанского НПЗ): Плотность при 20^оС, кг/м³ 958 Вязкость условная при 80^оС, ВУ₈₀ 13,27 Температура застывания, ^оС 16 Температура вспышки, ^оС 118
Характеризующий параметр вязкость.Characteristics of sludge (from the atmospheric-vacuum distillation ABT-3 Ryazansky NPZ): Density ^at 20 C kg / m ³ 958 Viscosity at 80 ° ^C, RT ₈₀ 13.27 Pour Point, ^{° C} 16 Flash Point, ^about C 118
Characterizing viscosity parameter.

Из приведенных экспериментальных данных видно, что за счет предложенного конструктивного выполнения эффективность работы предлагаемого устройства при прочих равных условиях для получения продукта требуемого качества выше. From the above experimental data, it is seen that due to the proposed constructive implementation, the efficiency of the proposed device, ceteris paribus, to obtain a product of the required quality is higher.

Claims (6)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЖИДКИХ СРЕД, содержащее снабженный входным и выходным патрубками корпус, в котором размещены коаксиально установленные электроды с межэлектродным расстоянием между ними 0,1-1000,0 мм, отличающееся тем, что электроды выполнены монополярными, отношение длины L электродов к внутреннему диаметру D корпуса удовлетворяет условию 10^{- 4} < L/D < 10⁴, а отношение внутреннего диаметра D корпуса к внутреннему диаметру d входного или выходного патрубка удовлетворяет условию 10^{- 1} < D/d < 10³.1. DEVICE FOR PROCESSING LIQUID MEDIA, comprising a housing equipped with inlet and outlet nozzles, in which coaxially mounted electrodes with an interelectrode distance between them of 0.1-1000.0 mm are located, characterized in that the electrodes are made monopolar, the ratio of the length L of the electrodes to the internal the diameter D of the casing satisfies the condition 10 ^{- 4} <L / D <10 ⁴ , and the ratio of the inner diameter D of the casing to the inner diameter d of the inlet or outlet pipe satisfies the condition 10 ^{- 1} <D / d <10 ³ . 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что корпус дополнительно снабжен диффузором и конфузором, соединенными с входным и выходным патрубками. 2. The device according to claim 1, characterized in that the housing is additionally equipped with a diffuser and a confuser connected to the inlet and outlet pipes. 3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что поверхность каждого из двух соседних электродов выполнена рифленой. 3. The device according to claims 1 and 2, characterized in that the surface of each of two adjacent electrodes is made corrugated. 4. Устройство по пп.1-3, отличающееся тем, что внутренняя поверхность каждого из двух соседних электродов выполнена рифленой. 4. The device according to claims 1 to 3, characterized in that the inner surface of each of two adjacent electrodes is made corrugated. 5. Устройство по пп. 1-4, отличающееся тем, что электроды выполнены сетчатыми и/или перфорированными. 5. The device according to paragraphs. 1-4, characterized in that the electrodes are mesh and / or perforated. 6. Устройство по пп. 3 и 4, отличающееся тем, что выступы рифлений выполнены с радиусом округления 2-5 А^o.6. The device according to paragraphs. 3 and 4, characterized in that the protrusions of the corrugations are made with a rounding radius of 2-5 A ^o .

Images