Способ механоэлектрической активации жидкостей и кавитационно-струйное устройство для его осуществления

(51) 21 37/08 (2006.01) 01 5/00 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ процессов тепломассообменных процессов за счет комбинирования кавитационной и струйной технологии обработки жидкости с последующим импульсным воздействием электрическим полем высокого разряда на газо-жидкостную смесь после гидродинамической обработки, при которой усиливаются эффекты активации жидкости. Кавитационно-струйное устройство активации жидкостей в гидросистемах, содержащая кавитатор со сквозными отверстиями с выходной частью,выполненной в виде диффузора, между которыми находится цилиндрическая часть с активным элементом, отличающаяся тем, что к диффузорной части кавитатора с помощью резьбового соединения крепится струйная камера, выполненная в форме трубки Вентури, состоящая из конфузора,проточной камеры и диффузора снабженного патрубком для эжекции газа или жидкости, в проточной части которого находится активный элемент выполненный в виде усеченной пирамиды или трехгранной призмы,крепящийся в коифузорной части с помощью крыльчатки.(54) СПОСОБ МЕХАНОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ АКТИВАЦИИ ЖИДКОСТЕЙ И КАВИТАЦИОННО-СТРУЙНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится кавитационноструйным технологиям для активации жидкости в напорных гидросистемах, а также может быть использовано в качестве смесителей различных жидкостей, дисперсий, деструкции химических связей, изменения физико-химических свойств жидкостей,раскольматации технологических скважин,интенсификации процессов выщелачивания и т.д. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности молекулярной деструкции растворенных в жидкой фазе веществ, в том числе эмульсий и суспензий, интенсификация Изобретение относится к кавитационноструйным технологиям для активации жидкости в напорных гидросистемах, а также может быть использовано в качестве смесителей различных жидкостей, дисперсий, деструкции химических связей, изменения физико-химических свойств жидкостей,раскольматации технологических скважин,интенсификации процессов выщелачивания и т.д. Известно устройство для холодного опреснения горько-соленых вод, содержащее источник распыла исходной воды (ИВ) под регулируемым давлением,генератор озона, систему барботажа и контур озонолиза, аппаратуру отстоя и регулирования ионного числа (Пат. РФ 2136600). Однако этот метод позволяет очищать воду при суммарной концентрации солей в ИВ только до 5 г/л, имеет низкий КПД, громоздкое оборудование (высота реактора более 5 м при диаметре около 0,7 м) и требует специфичного оборудования. Известно устройство кавитатора (прототип),содержащий полый цилиндрический корпус переменного сечения,включающий плавно сужающийся участок-конфузор, цилиндирический участок и диффузор, активный элемент, состоящий из двух частей и имеющий тангенциальные каналы и сквозные отверстия, при этом одна из частей активного элемента расположена в цилиндрическом участке корпуса, а другая часть в виде усеченного обратного конуса - в диффузоре (Патент 23206). Недостатком устройства является низкие теплогенерация устройства и степень деструкции молекул жидкости и растворенных в ней веществ на молекулярном уровне. Аналогов для способа механоэлектрической активации жидкостей и кавитационное-струйное устройство для его осуществления не было обнаружено. Задачей изобретения является расширение области применения гидродинамического кавитационного устройства путем совмещения его со струйной камерой, предусматривающим эжекцию жидкости или газа в жидкостный поток с целью изменения физико-химических свойств обрабатываемой жидкости (, окислительновосстановительный потенциал, электропроводность) за счет дополнительного воздействия импульсным электрическим полем высокого разряда на парожидкостную смесь выходящего из кавитационно-струйного аппарата и увеличения ее температуры. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности теплогенерации и молекулярной деструкции растворенных в жидкой фазе веществ, в том числе эмульсий и суспензий,интенсификация тепломассообменных процессов за счет комбинирования кавитационной и струйной технологии обработки жидкости, при которой усиливаются акустические эффекты и кумулятивность гидроударных волн за счет приложения импульсного электрического поля высокого разряда. 2 Указанный технический результат достигается тем, что в конструкции кавитационно-струйного устройства, кавитатор которого содержит полый цилиндрический корпус переменного сечения,включающий плавно сужающийся участок конфузор, цилиндрический участок и диффузор,активный элемент, состоящий из двух частей и имеющий тангенциальные каналы и сквозные отверстия, при этом одна из частей активного элемента расположена в цилиндрическом участке корпуса, а другая часть в виде усеченного обратного конуса - в диффузоре. Согласно изобретению диффузор кавитатора соединен с помощью резьбы со струйной камерой,выполненную в виде трубки Вентури, состоящего из конфузора, проточной камеры, которая может содержать активный элемент в виде усеченного конуса или усеченной трехгранной призмы, и диффузора, причем в диффузорной части имеется боковой патрубок для всасывания газа (например,кислорода или озона) или жидкости (например,пероксид водорода). Сущность изобретения заключается в следующем. В предлагаемой конструкции после диффузорной части кавитатора устанавливается струйная камера. Это обеспечивает создание избыточного градиента давления после выхода потока жидкости из диффузорной части кавитатора с последующим его распылением в полой части струйного аппарата, выполненного в виде трубки Вентури за счет активного элемента, выполненного в виде усеченной пирамиды или трехгранной призмы из нержавеющей стали. Технологическая жидкость подается из центробежного насоса в конфузор и далее проходит через активный элемент с последующим переходом в диффузор, где за счет кавитации создается гидромониторная струя жидкости высокого давления, которая на выходе из диффузора переводит ее в струйную камеру, состоящего из конфузора, поточной камеры, снабженной с активным элементом, выполненным в виде усеченной пирамиды или трехгранной призмы с последующим расширением в диффузорной части. Создание кавитационного потока жидкости в первой кавитационной камере и последующее его распыление во второй струйной камере с последующим импульсным воздействием электрическим полем высокого разряда приводит к заметному росту температуры жидкости до 70 С от начальной его температуры, при этом происходит интенсификация процессов деструкции растворителя (например, вода) и растворенных в ней веществ на ионно-молекулярном уровне с образованием активных частиц ионно-радикального типа. На фиг.1 схематически изображено кавитационно-струйное устройство. На фиг.1 изображено кавитационно-струйное устройство в продольном разрезе, которое представляет собой совмещенное устройство,состоящее из двух частей (А-кавитатор, Б - струйная камера). Кавитатор А содержит полый цилиндрический корпус переменного сечения,включающий плавно сужающийся участок конфузор 1, цилиндрический участок 2 и диффузор 3, активный элемент 4 для дополнительного ускорения потока жидкости, посредством шнековых или тангенциально-направленных каналов 5 и имеет одно сквозное отверстие 6. Активный элемент 4 установлен внутри корпуса и закреплен на входной части и выполнен в виде полой трубки с расширяющимся выходным сечением, диаметркоторого меньше диаметравыходной части диффузора 3 в 4 -4,7 раза, а отношение расстояния сквозного участка между активным элементом и цилиндрическим участком 2 к выходной части диффузора 3 составляет не менее 4,5. Активный элемент 4 с тангенциально направленными шнеками на поверхности и внутренней полостью диаметром 4 мм крепится в корпусе кавитатора с помощью крыльчатки 7 (фиг. 1) и может быть стационарным или вращающимся. Угол раскрытия диффузора 3 может изменяться от 7 до 30, угол сужения конфузора 1 составляет 30, а длина цилиндрического 2 участка 2 может изменяться от 25 мм до 100 мм. Струйная камера Б выполнена в виде трубки Вентури, состоящий из конфузора 8, проточного канала 9 и диффузора 10, крепится к кавитационной камере А с помощью резьбового соединения 11. Угол сжатия конфузора 8 и расширения диффузора 10) может меняться от 20 до 30. Диффузор 10 содержит патрубок 12 с выходом в диффузор по направлению течения потока жидкости для эжекции газа (кислород, озон) или другой жидкости(пероксид водорода, жидкое топливо, масла и т.д.). В проточном канале 9 струйной камеры Б через крыльчатку 13 крепится активный элемент 14,выполненный в виде усеченной пирамиды или трехгранной призмы из нержавеющей стали. Длина проточного канала 9 камеры Б может изменяться от 10) до 25 мм. Устройство работает следующим образом. Технологическая жидкость (например, вода или водные растворы неорганических или органических веществ) с помощью центробежного насоса (на чертеже не показано) поступает в кавитатор А. Жидкость проходит через конфузор кавитатора и направляется в диффузор 3, обтекая активный элемент 4, при этом образуется суперкаверна, при смыкании которой создается зона схлопывающихся микропузырьков, образуя газо(паро)-жидкостную смесь, которая далее переходит в струйную камеру Б, где происходит распыление потока на усеченной пирамиде или трехгранной призме 14 в проточной части трубки Вентури с ростом количества пузырьков. При выходе из диффузора 10 парожидкостная смесь дополнительно подвергается воздействию импульсного электрического поля высокого разряда за счет разрядного устройства 15,после чего происходит схлопывание микропузырьков с образованием жидкой фазы, при которой выделяется большое количество теплоты в виде пара с температурой до 70 С в течении короткого времени в зависимости от объема обрабатываемой жидкости,сопровождаемое изменением физико-химических характеристик системы,таких как,окислительновосстановительный потенциал и электропроводность. Для более активного протекания процессов деструкции молекул растворителя и растворенных в пей веществ через патрубок 12, расположенный в диффузоре 10) струйной камеры можно осуществлять подачу газообразных (кислород, озон) и жидких (пероксид водорода, органические жидкости) веществ. Применение предлагаемого гидродинамического кавитационно-струйного устройства, создающего знакопеременные перепады давления с образованием зон кавитации и с последующим их движением в режиме распыления в струйной камере, предусматривающая эжекторную подачу газообразных и жидких веществ, в частности,кислорода,через патрубок,встроенный в диффузорную часть струйную часть струйной камеры с последующим воздействием импульсным электрическим полем высокого разряда позволяет увеличить теплотворную способность среды, а также интенсифицировать физико-химические процессы за счет протекания деструкции растворенного в жидкости вещества на молекулярном уровне и образование новых стабильных и метастабильных(радикалы) соединений в жидкой или паровой фазе. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ механоэлектрической активации жидкостей в напорных гидросистемах отличающийся тем,что проводят гидродинамическую обработку жидкости в кавитационно-струйном устройстве, после чего поток (газо)паро-жидкостной смеси подвергают импульсному электрическому воздействию от источника высокого напряжения. 2. Кавитационно-струйное устройство активации жидкостей в напорных гидросистемах, содержащее кавитатор со сквозными отверстиями с выходной частью, выполненной в виде диффузора, между которыми находится цилиндрическая часть с активным элементом, диффузорная часть кавитатора соединена со струйной камерой с помощью резьбового соединения и выполнена в форме трубки Вентури, состоящей из конфузора, проточной камеры и диффузора, отличающееся тем, что проточная часть содержит активный элемент,выполненный в виде усеченной пирамиды или трехгранной призмы, закрепленной к конфузорной части с помощью крыльчатки. 3. Кавитационно-струйное устройство по п.2,отличающееся тем, что диффузорная часть струйной камеры содержит патрубок для эжекции в систему газа или любой жидкости органического и неорганического происхождения.