RU51013U1

RU51013U1 - LIQUID TREATMENT REACTOR

Info

Publication number: RU51013U1
Application number: RU2005124928/22U
Authority: RU
Inventors: Евгений Михайлович Силкин
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Электроника силовая"
Priority date: 2005-08-04
Filing date: 2005-08-04
Publication date: 2006-01-27

Abstract

Полезная модель относится к электротехнологии и может быть использована при проектировании новых установок для плазмохимической обработки жидкостей повышенной производительности, в том числе для очистки и обеззараживания воды. Полезная модель снижает энергозатраты на обработку жидкости. Реактор для обработки жидкости содержит герметичный цилиндрический корпус с патрубками для подвода исходной и отвода обработанной жидкости, внутри которого коаксиально укреплен цилиндрический электрод, патрубок для подвода кислородсодержащего газа, источник питания, один вывод которого подключен к цилиндрическому электроду. Цилиндрический корпус выполнен из проводящего электрический ток материала. Цилиндрический электрод выполнен в виде сетки, помещенной на внутренней поверхности пористой трубки из диэлектрического материала, соединенной с патрубком подвода кислородсодержащего газа. Кислородсодержащий газ поступает внутрь пористой трубки под избыточным давлением. Источник питания выполнен в виде генератора переменного тока, вырабатывающего переменный ток прямоугольной формы. Второй вывод источника питания соединен с цилиндрическим корпусом.The utility model relates to electrical technology and can be used in the design of new plants for plasma-chemical processing of liquids with increased productivity, including for the purification and disinfection of water. The utility model reduces energy costs for liquid processing. The liquid processing reactor contains a sealed cylindrical body with nozzles for supplying the source and discharge of the treated liquid, inside of which a cylindrical electrode is coaxially strengthened, a nozzle for supplying oxygen-containing gas, a power source, one output of which is connected to the cylindrical electrode. The cylindrical body is made of conductive material. The cylindrical electrode is made in the form of a grid placed on the inner surface of a porous tube of dielectric material connected to an oxygen-containing gas supply pipe. Oxygen-containing gas enters the porous tube under excessive pressure. The power source is made in the form of an alternating current generator generating rectangular alternating current. The second output of the power source is connected to a cylindrical body.

Description

Полезная модель относится к электротехнологии и может быть использована при проектировании новых установок для плазмохимической обработки жидкостей повышенной производительности с низкими энергозатратами на обработку, в том числе для очистки и обеззараживания воды.The utility model relates to electrical technology and can be used in the design of new plants for plasma-chemical processing of liquids with increased productivity with low energy consumption for processing, including for cleaning and disinfecting water.

Известен реактор для обработки жидкости содержащий герметичный цилиндрический корпус с патрубками для подвода исходной и отвода обработанной жидкости, внутри которого укреплены чередующиеся цилиндрические металлические электроды с диэлектрическим покрытием, патрубок для подвода кислородсодержащего газа, источник питания, выводы которого соединены с металлическими электродами, кислородсодержащий газ предварительно смешивается с обрабатываемой жидкостью, источник питания выполнен в виде импульсного источника (Барьерный разряд в водо-воздушной среде и его применение в технологии очистки воды \ Я.И.Корнев, Н.А.Яворский и др. \\ Тез. докл. конф. посвящ. озону и другим экологически чистым окислителям. М., 7-9 июня 2005 г. Изд. «Книжный дом Университет», 2005. - С.182).A known reactor for treating a fluid containing a sealed cylindrical body with nozzles for supplying the source and discharge of the treated fluid, inside of which alternating cylindrical metal electrodes with a dielectric coating are strengthened, a nozzle for supplying oxygen-containing gas, a power source whose terminals are connected to metal electrodes, the oxygen-containing gas is pre-mixed with the liquid being treated, the power source is made in the form of a pulse source (Barrier discharge in odo-air environment and its application in water purification technology \ Ya.I. Kornev, N.A. Yavorsky et al. \\ Abstract of the conference dedicated to ozone and other environmentally friendly oxidizing agents. M., June 7-9 2005. Publishing House "Book House University", 2005. - P.182).

Недостатком реактора для обработки жидкости являются высокие энергозатраты на обработку жидкости, что обусловлено возможным отрицательным шунтирующим влиянием электрических перемычек, периодически образующихся в разрядном промежутке, что приводит к значительным дополнительным потерям энергии, нестабильностью и неравномерностью электрического разряда в жидкости, высокими потерями энергии в импульсном источнике питания.The disadvantage of a liquid processing reactor is the high energy consumption for liquid processing, which is caused by the possible negative shunt effect of electric jumpers periodically formed in the discharge gap, which leads to significant additional energy losses, instability and unevenness of the electric discharge in the liquid, high energy losses in a switching power supply .

Известен реактор для обработки жидкости содержащий герметичный цилиндрический корпус, выполненный из диэлектрического материала, с патрубками для подвода исходной и отвода обработанной жидкости, на наружной поверхности которого размещен кольцевой металлический электрод, а внутри коаксиально укреплен второй цилиндрический A known reactor for processing liquid containing a sealed cylindrical body made of dielectric material, with nozzles for supplying the source and discharge of the treated liquid, on the outer surface of which is placed an annular metal electrode, and a second cylindrical one is coaxially strengthened inside

металлический электрод, патрубок для подвода кислородсодержащего газа, источник питания, выводы которого соединены с металлическими электродами, кислородсодержащий газ предварительно смешивается с обрабатываемой жидкостью, источник питания выполнен в виде импульсного источника (П. 2233244 РФ МКИ С 02 F 1\46 Реактор для обработки жидкостей \ Б.Г.Шубин., М.Б.Шубин \\ Заявл. 22.04.03., Опубл. 27.07.04. БИМП №35).a metal electrode, a nozzle for supplying oxygen-containing gas, a power source, the terminals of which are connected to metal electrodes, the oxygen-containing gas is pre-mixed with the liquid being treated, the power source is made in the form of a pulse source (P. 2233244 RF MKI C 02 F 1 \ 46 Liquid processing reactor \ B. G. Shubin., M. B. Shubin \\ Declaration. 04.22.03., Publish. 07.27.04. BIMP No. 35).

Указанный реактор для обработки жидкости является наиболее близким по технической сущности к полезной модели и рассматривается в качестве прототипа.The specified reactor for processing liquid is the closest in technical essence to a utility model and is considered as a prototype.

Полезная модель направлена на решение задачи снижения энергозатрат на обработку жидкости, что является целью изобретения.The utility model is aimed at solving the problem of reducing energy consumption for liquid processing, which is the purpose of the invention.

Указанная цель достигается тем, что в реакторе для обработки жидкости, содержащем герметичный цилиндрический корпус с патрубками для подвода исходной и отвода обработанной жидкости, внутри которого коаксиально укреплен цилиндрический электрод, патрубок для подвода кислородсодержащего газа, источник питания, один вывод которого подключен к цилиндрическому электроду, цилиндрический корпус выполнен из проводящего электрический ток материала, цилиндрический электрод выполнен в виде сетки, помещенной на внутренней поверхности пористой трубки из диэлектрического материала, соединенной с патрубком подвода кислородсодержащего газа, кислородсодержащий газ поступает внутрь пористой трубки под избыточным давлением, источник This goal is achieved by the fact that in a liquid processing reactor containing a sealed cylindrical body with nozzles for supplying the source and discharge of the treated liquid, inside of which a cylindrical electrode is coaxially strengthened, a nozzle for supplying an oxygen-containing gas, a power source, one output of which is connected to a cylindrical electrode, the cylindrical body is made of a material conducting electric current, the cylindrical electrode is made in the form of a grid placed on the inner surface of the porous a tube made of a dielectric material connected to an oxygen-containing gas supply pipe, oxygen-containing gas enters the porous tube under excessive pressure, source

питания выполнен в виде генератора переменного тока, вырабатывающего переменный ток прямоугольной формы, второй вывод источника питания соединен с цилиндрическим корпусом.The power supply is made in the form of an alternating current generator generating rectangular alternating current, the second output of the power source is connected to a cylindrical body.

Существенным отличием, характеризующим полезную модель, является снижение энергозатрат на обработку жидкости, что достигается существенным снижением дополнительных непроизводительных потерь энергии, исключением возможного шунтирующего влияния электрических перемычек, периодически образующихся в разрядном промежутке (что приводит к дополнительным потерям энергии), интенсификацией процессов синтеза химически активных веществ и радикалов, более полным использованием всех активных факторов электрического разряда при обработке жидкости, повышением стабильности и равномерности электрического разряда в жидкости, уменьшением потерь энергии в источнике питания.A significant difference characterizing the utility model is the reduction of energy consumption for liquid processing, which is achieved by a significant reduction in additional unproductive energy losses, with the exception of the possible shunting effect of electric jumpers periodically formed in the discharge gap (which leads to additional energy losses), and intensification of the synthesis of chemically active substances and radicals, a more complete use of all active factors of the electric discharge in the processing of liquids spine, increased stability and uniformity of the electric discharge in liquid, decreasing energy losses in the power supply.

Снижение энергозатрат на обработку жидкости является полученным техническим результатом, обусловленным заявляемой конструкцией реактора для обработки жидкости, новыми связями, выполнением элементов реактора для обработки жидкости, обеспечиваемой для заявляемой конструкции формой электрического разряда в смеси жидкости и кислородсодержащего газа, то есть отличительными признаками полезной модели. Таким образом, отличительные признаки заявляемого реактора для обработки жидкости являются существенными.Reducing the energy consumption for liquid processing is the technical result due to the claimed design of the reactor for processing liquid, new connections, the implementation of the elements of the reactor for processing liquid, provided for the claimed design by the form of an electric discharge in a mixture of liquid and oxygen-containing gas, that is, the distinguishing features of the utility model. Thus, the distinguishing features of the inventive liquid treatment reactor are essential.

На рисунке приведен чертеж реактора для обработки жидкости, поясняющий принципы соединения его элементов и работы, а также принцип осуществления новой формы электрического разряда в смеси жидкости и кислородсодержащего газа.The figure shows a drawing of a reactor for processing liquid, explaining the principles of connecting its elements and operation, as well as the principle of the implementation of a new form of electric discharge in a mixture of liquid and oxygen-containing gas.

Реактор содержит герметичный цилиндрический корпус 1 из проводящего электрический ток материала с патрубками 2, 3 соответственно для подвода исходной и отвода обработанной жидкости, внутри которого коаксиально укреплен цилиндрический электрод The reactor contains a sealed cylindrical housing 1 of a material conducting electric current with nozzles 2, 3, respectively, for supplying the source and discharge of the treated fluid, inside of which the cylindrical electrode is coaxially strengthened

4, выполненный в виде сетки, помещенной на внутренней поверхности пористой трубки из диэлектрического материала, соединенной с патрубком 5 для подвода кислородсодержащего газа, источник питания 6, выполненный в виде генератора переменного тока, вырабатывающего переменный ток прямоугольной формы, выводы которого соединены с цилиндрическим электродом и цилиндрическим корпусом реактора.4, made in the form of a grid placed on the inner surface of a porous tube of dielectric material connected to a pipe 5 for supplying oxygen-containing gas, a power source 6, made in the form of an alternating current generator that generates alternating current of a rectangular shape, the terminals of which are connected to a cylindrical electrode and cylindrical reactor vessel.

Обработка жидкости осуществляется следующим образом. Кислородсодержащий газ подвергается предварительной очистке и охлаждению. Подготовленный газ вводится в жидкость непосредственно в разрядном промежутке. Ввод газа осуществляется путем диспергирования через пористый электрод 4 с пористостью, размерами пор и при давлении кислородсодержащего газа, выбранными из условия образования около пористого электрода 4 тонкого газового слоя. Электрический разряд в форме барьерного развивается преимущественно в тонком газовом слое около пористого электрода 4. Обработка жидкости осуществляется путем воздействия совокупности факторов электрического барьерного разряда (химически активные вещества и радикалы, в том числе озон, образующиеся в электрическом барьерном разряде, электрическое поле, ультрафиолетовое излучение, давление, температура, ультразвук, кавитация) на полученную таким образом смесь обрабатываемой жидкости и кислородсодержащего газа.The processing of liquid is as follows. Oxygen-containing gas is subjected to pre-treatment and cooling. The prepared gas is introduced into the liquid directly in the discharge gap. The gas is introduced by dispersing through a porous electrode 4 with porosity, pore sizes and at an oxygen-containing gas pressure selected from the condition for the formation of a thin gas layer near the porous electrode 4. An electric discharge in the form of a barrier develops mainly in a thin gas layer near the porous electrode 4. The liquid is treated by a combination of factors of the electric barrier discharge (chemically active substances and radicals, including ozone, which are formed in the electric barrier discharge, electric field, ultraviolet radiation, pressure, temperature, ultrasound, cavitation) on the thus obtained mixture of the treated liquid and oxygen-containing gas.

Реактор для обработки жидкости работает следующим образом. Под действием внешнего напряжения источника питания 6, приложенного между цилиндрическим корпусом 1 и пористым электродом 4, в тонком газовом слое (показан на рисунке штриховой линией) около пористого электрода 4 возбуждается электрический барьерный разряд. Барьерный разряд имеет структуру отдельных микроразрядов, равномерно распределенных по поверхности пористого электрода 4. В микроразрядах происходит диссоциация молекул кислорода. Образующиеся в результате диссоциации атомы кислорода взаимодействуют с молекулами кислорода, в результате чего образуются молекулы озона. Одновременно The reactor for processing liquid operates as follows. Under the action of the external voltage of the power supply 6 applied between the cylindrical body 1 and the porous electrode 4, an electric barrier discharge is excited in the thin gas layer (shown by a dashed line) near the porous electrode 4. The barrier discharge has the structure of individual microdischarges uniformly distributed over the surface of the porous electrode 4. In microdischarges, oxygen molecules dissociate. Oxygen atoms formed as a result of dissociation interact with oxygen molecules, as a result of which ozone molecules are formed. At the same time

атомарный кислород сам является химически активным, и часть его участвует в окислительных реакциях самостоятельно, так как имеют место условия для оперативного смешивания жидкости с кислородсодержащим газом и осуществления окислительных реакций непосредственно в разрядном промежутке. Другим химически активным радикалом, который образуется в электрическом барьерном разряде, может быть гидроксильный радикал. Гидроксильный радикал один из самых сильных известных окислителей. Так как электрический барьерный разряд осуществляется непосредственно в смеси жидкости и кислородсодержащего газа, и имеют место интенсивные массообменные процессы, возможен быстрый перевод всех химически активных веществ и радикалов, способных участвовать в реакциях с примесями, в обрабатываемую жидкость. Преимущественное развитие электрического барьерного разряда в тонком газовом слое около пористого электрода 4 существенно повышает эффективность синтеза химически активных веществ и радикалов, в том числе озона, способных участвовать в реакциях с примесями в обрабатываемой жидкости, а также эффективность их смешивания с жидкостью и проведения окислительных химических реакций. Электрический барьерный разряд является источником интенсивного ультрафиолетового излучения. Осуществление электрического барьерного разряда непосредственно в смеси жидкости и кислородсодержащего газа позволяет эффективно использовать ультрафиолетовое излучение для интенсификации синтеза химически активных веществ и радикалов, в том числе озона, а также проведения окислительных реакций в обрабатываемой жидкости. Электрический барьерный разряд характеризуется высокой стабильностью. Предварительная очистка и охлаждение кислородсодержащего газа повышают равномерность и стабильность электрического барьерного разряда в смеси жидкости и кислородсодержащего газа. Использование в качестве источника питания генератора переменного тока, вырабатывающего переменный ток прямоугольной формы, также повышают равномерность и стабильность электрического барьерного atomic oxygen itself is chemically active, and part of it participates in oxidative reactions on its own, since there are conditions for the operative mixing of a liquid with an oxygen-containing gas and the implementation of oxidative reactions directly in the discharge gap. Another chemically active radical that forms in an electric barrier discharge may be a hydroxyl radical. The hydroxyl radical is one of the most powerful oxidizing agents known. Since an electric barrier discharge is carried out directly in a mixture of a liquid and an oxygen-containing gas, and intense mass transfer processes take place, it is possible to quickly transfer all chemically active substances and radicals that can participate in impurity reactions into the processed liquid. The predominant development of an electric barrier discharge in a thin gas layer near the porous electrode 4 significantly increases the efficiency of the synthesis of chemically active substances and radicals, including ozone, capable of participating in reactions with impurities in the liquid being treated, as well as the efficiency of their mixing with the liquid and carrying out oxidative chemical reactions . An electric barrier discharge is a source of intense ultraviolet radiation. The implementation of the electric barrier discharge directly in a mixture of a liquid and an oxygen-containing gas allows the efficient use of ultraviolet radiation to intensify the synthesis of chemically active substances and radicals, including ozone, as well as oxidative reactions in the treated liquid. The electric barrier discharge is characterized by high stability. Preliminary cleaning and cooling of oxygen-containing gas increase the uniformity and stability of the electric barrier discharge in a mixture of liquid and oxygen-containing gas. The use of a generator of alternating current as a power source, generating alternating current of a rectangular shape, also increase the uniformity and stability of the electric barrier

разряда в смеси жидкости и кислородсодержащего газа. Источник питания такого типа может иметь достаточно высокий коэффициент полезного действия, что обеспечивает снижение энергозатрат на обработку жидкости.discharge in a mixture of liquid and oxygen-containing gas. A power source of this type can have a sufficiently high coefficient of performance, which ensures a reduction in energy consumption for processing the liquid.

Кислородсодержащий газ поступает в разрядный промежуток через поры в структуре пористого электрода 4 (пористой трубки из диэлектрического материала). Кислородсодержащий газ внутрь пористого электрода 4 подается под избыточным давлением через патрубок 5. Изменением величины избыточного давления кислородсодержащего газа возможны стабилизация и регулирование процесса обработки жидкости и параметров электрического барьерного разряда. Пористый электрод 4 выполнен с пористостью и размерами пор, обеспечивающими при номинальном избыточном давлении кислородсодержащего газа и номинальном давлении обрабатываемой жидкости образование около пористого электрода 4 квазиравномерного тонкого газового слоя. Ввод в реактор и вывод из реактора обрабатываемой жидкости осуществляется через патрубки 2, 3 соответственно.Oxygen-containing gas enters the discharge gap through the pores in the structure of the porous electrode 4 (porous tube of a dielectric material). Oxygen-containing gas inside the porous electrode 4 is supplied under excessive pressure through the nozzle 5. By changing the value of the excess pressure of the oxygen-containing gas, stabilization and regulation of the liquid processing and the parameters of the electric barrier discharge are possible. The porous electrode 4 is made with porosity and pore size, providing at a nominal excess pressure of an oxygen-containing gas and a nominal pressure of the treated fluid, a quasi-uniform thin gas layer forms near the porous electrode 4. The input into the reactor and the output from the reactor of the processed fluid is carried out through pipes 2, 3, respectively.

По сравнению с прототипом имеет место существенное снижение энергозатрат на обработку жидкости, что достигается снижением дополнительных непроизводительных потерь энергии, исключением возможного шунтирующего влияния электрических перемычек, периодически образующихся в разрядном промежутке (что приводит к дополнительным потерям энергии), интенсификацией процессов синтеза химически активных веществ и радикалов, более полным использованием всех активных факторов электрического барьерного разряда (химически активные вещества и радикалы, в том числе озон, образующиеся в электрическом барьерном разряде, электрическое поле, ультрафиолетовое излучение, давление, температура, ультразвук, кавитация) при обработке жидкости, стабильностью и равномерностью новой формы электрического барьерного разряда в смеси жидкости и кислородсодержащего газа, снижением потерь энергии в источнике питания. Compared with the prototype, there is a significant reduction in energy consumption for liquid processing, which is achieved by reducing additional unproductive energy losses, with the exception of the possible shunting effect of electric jumpers periodically formed in the discharge gap (which leads to additional energy losses), intensification of the synthesis of chemically active substances and radicals , a more complete use of all active factors of the electric barrier discharge (chemically active substances and rad feces, including ozone generated in an electric barrier discharge, electric field, ultraviolet radiation, pressure, temperature, ultrasound, cavitation) during liquid processing, stability and uniformity of a new form of electric barrier discharge in a mixture of liquid and oxygen-containing gas, reduction of energy losses in power source.

Энергозатраты на обработку жидкости (по сравнению с прототипом) могут быть снижены 7÷8 раз.The energy consumption for liquid processing (compared with the prototype) can be reduced 7 ÷ 8 times.

Claims

A liquid processing reactor comprising a sealed cylindrical body with nozzles for supplying the source and discharge of the treated liquid, inside of which a cylindrical electrode is coaxially mounted, a nozzle for supplying an oxygen-containing gas, a power source, one output of which is connected to a cylindrical electrode, characterized in that the cylindrical body is made from a material conducting electric current, a cylindrical electrode is made in the form of a grid placed on the inner surface of a porous dielectric tube of tertiary material connected to the pipe for supplying oxygen-containing gas, oxygen-containing gas enters the porous tube under excessive pressure, the power source is made in the form of an alternating current generator that generates alternating current of a rectangular shape, the second output of the power source is connected to a cylindrical body.