[1]Полезная модель относится к водоочистительным сооружениям, а именно к установкам для реагентного умягчения воды с псевдоожиженным слоем носителя, и может использоваться в установках умягчения воды для подготовки питьевой воды, воды для энергетики, в химической и других отраслях промышленности.
[2]Для реагентного умягчения воды используются ряд технологических приемов и конструкций аппаратов. Наиболее распространенным способом является обработка воды известковым молоком с железным коагулянтом и органическим флокулянтом в горизонтальных и вертикальных осветлителях разного типа.
[3]Другим способом является обработка воды известковым молоком в присутствии специальной затравки, как правило это песок заданной крупности.
[4]Са(НСО3)2 +2NaOH = СаСО3↓ + Na2CO3+2Н2О.
[5]Известен реализующий названный способ вихревой реактор для декарбонизации воды. Он состоит из трех размещенных одна над другой цилиндрических камер с последовательно увеличивающимся диаметром, соединенных усеченными конусами, нижней камеры быстрого смешения, оснащенным тангенциальным патрубком ввода исходной воды и патрубками ввода щелочного реагента и вывода гранул затравочного материала. Камера быстрого смешения снабжена конгруэнтной вставкой, оснащенной спиралевидной направляющей, с увеличивающимся по высоте шагом и углом нарезки 30-35°. Средняя камера собственно кристаллизации со слоем затравочного материала соединена с верхней камерой стабилизации, которая снабжена патрубком для ввода частиц затравочного материала и патрубком вывода декарбонизированной воды. В камере быстрого смешения организовано интенсивное перемешивание реагента и воды так, что она близка к аппарату идеального смешения. В процессе подъема жидкости по колонне происходит описанная химическая реакция с осаждением осадка карбоната кальция на частицах затравки и, соответственно, ее умягчение. Частицы затравки постепенно увеличиваются в размере и оседают в нижнюю часть аппарата, откуда они периодически выгружаются (RU 2156747 С1, МПК C02F 5/06, опубл. 27.09.2000).
[6]Достоинством названного устройства является высокая производительность и малая занимаемая площадь и строительный объем, а также стабильность работы при изменении ряда входных параметров и получение минимального объема отходов в твердом виде. Недостаток известного устройства состоит в том, что жидкие реагенты вводятся в конусную часть устройства снизу в одной точке, что происходит только за счет энергии входного потока и ограничивает диапазон устойчивой работы устройства по расходу воды и возможность масштабирования установки. Кроме того, названный реактор требует периодической остановки для выгрузки гранул полученных отходов и достаточно металлоемок и сложен в изготовлении.
[7]В качестве прототипа принят реактор для реагентного умягчения воды, который представляет собой вертикальную цилиндрическую колонну с помещенным в нее псевдоожиженным слоем мелкозернистого материала, с расширением в верхней части и размещенным в ней лотком для сбора очищенной воды и расположенной в нижней части колонны распределительной системой для очищаемой воды, состоящей из распределительной тарелки с дренажными колпачками, системы подачи реагентов, трубопроводов для подачи очищаемой воды и вывода очищенной воды, трубопроводов для подачи свежей затравки и вывода конечного продукта. Трубопровод для подачи воды соединен с распределительной тарелкой, снабженной дренажными колпачками через буферную емкость, а система подачи реагентов выполнена таким образом, что реагенты вводятся над поверхностью распределительной тарелки на расстоянии, не менее высоты дренажных колпачков (RU 198959 U1, МПК C01F 1/00, опубл. 05.08.2020).
[8]Недостатком прототипа является трудность очистки устройства распределения реагентов в псевдоожиженном слое при его зарастании солями карбоната кальция. Для этого требуется не только останавливать работу реактора, но и выгружать из него образовавшиеся гранулы и песок. Другим недостатком прототипа является выгрузка полученного продукта - гранул в одной точке по центру реактора, что дает возможность собираться крупным гранулам на периферии колонны и образовывать там крупные скопления.
[9]Техническая проблема, решаемая полезной моделью, заключается в улучшении эксплуатационных свойств названного устройства, позволяющих устранить выявленные в процессе его эксплуатации недостатки, при сохранении положительных качеств прототипа, обеспечивающих надлежащее качество умягченной воды.
[10]Технический результат, направленный на решение названной технической проблемы, состоит в исключении возможности попадания песка в линии подачи реагентов и воды.
[11]Названный технический результат достигнут в полезной модели благодаря следующей совокупности признаков.
[12]Также как в прототипе реактор для реагентного умягчения воды содержит корпус в виде цилиндрической колонны с расширенной верхней частью, соединенной с лотком для сбора и патрубком для отвода умягченной воды. В нижней части корпуса расположены устройство распределения реагента, выполненное в виде коллектора из труб с направленными вниз патрубками, а под ним расположено устройство распределения воды. Корпус заполнен мелкозернистым материалом и снабжен патрубками подачи нового и отвода отработанного мелкозернистого материала.
[13]В отличие от прототипа устройство распределения воды выполнено подобно устройству распределения реагента в виде коллектора из труб с направленными вниз патрубками, причем патрубки обоих устройств имеют сечения меньше, чем сечения труб коллекторов. Устройство распределения реагента расположено над устройством распределения воды на расстоянии, превышающем длину патрубков устройства распределения реагента.
[14]Патрубки обоих устройств могут быть расположены вертикально или под углом к вертикали до 60° в одну или в разные стороны.
[15]В нижней части корпуса под устройством распределения воды может быть расположена воронка, соединенная с указанным патрубком для отвода отработанного мелкозернистого материала.
[16]Полезная модель поясняется чертежами.
[17]На фиг. 1 схематично изображена конструкция реактора для реагентного умягчения воды;
[18]на фиг. 2 схематично изображен коллектор (вид сверху);
[19]на фиг. 3-5 схематично изображены варианты расположения патрубков распределительных устройств.
[20]Реактор (фиг. 1) содержит корпус 1, имеющий форму цилиндрической колонны. В верхней части корпуса 1 образовано конусное расширение 2 с лотком для сбора умягченной воды и отвода ее по назначению в трубопровод через патрубок 3. Расширение 2 предназначено для снижения скорости воды и предотвращения уноса мелкого песка.
[21]Внутри нижней части корпуса 1 образована воронка 4. Благодаря ее форме обеспечена полная выгрузка всех фракций отработанного мелкозернистого материала. Над воронкой 4 расположено устройство 5 распределения воды, выполненное в виде коллектора (фиг. 2), соединенного с линией подачи воды и состоящего из труб 6.1, с сечением большего диаметра, и отходящих от них вниз множества патрубков 7.1, с сечением меньшего диаметра, чем трубы (фиг. 3). Устройство 5 предназначено для распределения исходной воды по всему сечению корпуса 1 реактора. Суммарное сечение патрубков 7.1 устройства 5 должно обеспечивать пропуск большого расхода жидкости, подаваемого в реактор.
[22]Над устройством 5 распределения воды расположено устройство 8 распределения реагента, аналогичное по конструкции устройству 5, также выполненное в виде коллектора, состоящего из труб 6.2, с сечением большего диаметра, и отходящих от них вниз множества патрубков 7.2, с сечением меньшего диаметра, чем трубы (фиг. 3).
[23]Длина патрубков 7.2 выбирается из условия, при котором обеспечена невозможность попадания в этот коллектор песка при остановке реактора, а сечение этих патрубков 7.2 выбирается из условия, при котором обеспечена возможность равномерного распределения незначительного расхода реагента по сечению корпуса 1 реактора, притом, чтобы реагент не попадал на устройство 5. В соответствии с проведенными экспериментами расстояние от концов патрубков 7.2 до устройства 5 для реакторов, диаметром более 1000 мм, должно составлять не менее 500 мм.
[24]Такое расположение верхнего устройства 8 распределения реагента обеспечивает протекание реакции образования карбоната кальция в пространстве, свободном от частей нижнего устройства 5 распределения воды.
[25]Корпус 1 реактора на 50-80% его высоты (объема) заполнен мелкозернистым материалом, преимущественно песком 9. Для заполнения корпуса 1 новой партией свежего песка предусмотрен патрубок 10, встроенный в цилиндрическую часть корпуса 1. Для отвода отработанного песка в виде гранул, состоящих из налипшего на песок слоя карбоната кальция, служит воронка 4 и патрубок 11.
[26]В процессе эксплуатации реактора в устройство 5 распределения воды подается вода, со скоростью ее прохождения в корпусе 1 реактора 50-100 м/ч, что обеспечивает псевдоожижение слоя загрузки из мелкозернистого материала, например, песка. Указанная скорость потока из патрубков 7.1 гарантирует отсутствие застойных зон в нижней части корпуса 1 реактора.
[27]Исходная вода, проходя через направленные вниз многочисленные патрубки 7.1, с большой скоростью вводится в слой затравка (обычно - песка) и ожижает его.
[28]Благодаря интенсивному перемешиванию псевдоожиженного слоя реагенты, вводимые через устройство 8, достаточно быстро распределяются по сечению корпуса 1 реактора.
[29]В устройство 8 распределения реагента насосом подается раствор щелочи, кальцинированной соды или известковой воды. Реакция образования карбоната кальция происходит в слое песка 9, карбонат откладывается на его частицах, обволакивая их и образуя твердый слой. По мере увеличения размеров образующихся частиц, последние превращаются в гранулы, которые образуют более тяжелый слой, осаждающийся в нижней части реактора. По мере накопления крупных гранул, они заполняют воронку 4 реактора и периодически выгружаются из нее через соединенный с трубопроводом патрубок 11, а сверху через патрубок 10 вводится порция свежей загрузки, например в виде песка.
[30]Для получения более равномерного распределения воды по сечению реакторов большого диаметра патрубки 7.1 устройства 5 распределения воды могут быть расположены вертикально либо под углом к вертикали до 60° (фиг. 3, 4), что обеспечивает закрутку псевдоожиженного слоя песка и устранение возникающих в нем каналов.
[31]При этом патрубки 7.2 устройства 8 распределения реагента могут быть установлены как вертикально, так и иметь наклон под углом до 60° в том же или в противоположном направлении по сравнению с патрубками 7.1 распределительного устройства для воды 5 (фиг. 4, 5). Во втором случае ускоряется смешение реагента с водой и уменьшается риск образования отложений на устройстве 8.
[32]Проведенные длительные испытания модели реактора с псевдоожиженным слоем производительностью 3 м3/ч показали его эффективную и устойчивую работу на скоростях 45-110 м/ч. При этом образование отложений на узлах распределительной системы и стенках корпуса не обнаружено. Степень умягчения полученной воды соответствовала концентрации временной жесткости.
