СПОСОБ НАСЫЩЕНИЯ ВОДЫ ГАЗОМ

СПОСОБ НАСЫЩЕНИЯ ВОДЫ ГАЗОМ


RU (11) 2030363 (13) C1

(51) 6 C02F7/00, C02F1/72 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 15.01.2008 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 4926520/26 
(22) Дата подачи заявки: 1991.04.08 
(45) Опубликовано: 1995.03.10 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1. Авторское свидетельство СССР N 412866, кл. A 01K 63/00, опублик.31.01.1974. 2. Авторское свидетельство СССР N 797747, кл. B 01F 3/04, опублик.14.01.81. 3. Авторское свидетельство СССР N 191258, кл. A 01K 63/00, опублик.14.01.61. 4. Авторское свидетельство СССР N 168073, кл. A 01K 63/00, опублик.05.11.65. 5. Уитон Ф. Техническое обеспечение аквакультуры. М.: Агропромиздат, 1985. 
(71) Заявитель(и): Челябинский научно-технический центр рыбного хозяйства 
(72) Автор(ы): Ежов В.Г.; Ефимов А.Н.; Терехов В.И. 
(73) Патентообладатель(и): Челябинский научно-технический центр рыбного хозяйства 

(54) СПОСОБ НАСЫЩЕНИЯ ВОДЫ ГАЗОМ 

Использование: обработка природных и промышленных вод. Сущность изобретения: способ насыщения воды газом осуществляется путем подачи в нее жидкости, насыщенной этим газом при парциальном давлении его выше парциального давления в насыщаемой воде. В качестве упомянутой жидкости используют фторорганические соединения, которые перемешивают с водой, а затем собирают и используют повторно. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к обработке природных и промышленных вод и может быть использовано для ведения водного и рыбного хозяйств естественных и искусственных водоемов и водохранилищ.

Известен способ насыщения воды газом, в частности кислородом, основанный на подаче кислорода или воздуха в воду через ряд последовательно соединенных штуцеров, установленных в воде вдоль рыбоводной емкости [1].

Недостатком этого способа является низкая эффективность насыщения воды вследствие того, что в воде растворяется лишь 10-18% подаваемого кислорода или воздуха, в то время как остальная часть подаваемого газа выделяется в виде пузырьков в окружающую атмосферу.

Известен также способ насыщения воды газом, например кислородом, путем диспергирования газа в воде с помощью ультразвуковых колебаний и пористых мембран [2, 3].

Этот способ повышает эффективность процесса растворения газа в воде до 25-35% , однако его осуществление требует сложных устройств с большой энергоемкостью, что ведет к удорожанию процесса.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ насыщения воды кислородом путем подачи в нее воды, насыщенной кислородом под избыточным давлением [4].

Насыщение воды кислородом под избыточным давлением, точнее говоря при парциальном давлении кислорода выше парциального давления его в насыщаемой воде, обеспечивает концентрацию растворенного в воде кислорода выше, чем при атмосферном давлении. Однако при снижении давления до атмосферного происходит бурное выделение растворенного таким образом кислорода из воды в виде газообразных пузырьков. Часть кислорода при этом успевает раствориться в насыщаемой воде, но около 60% кислорода теряется в окружающей атмосфере. Таким образом, недостатками этого способа являются низкие эффективность и экономичность.

Целью изобретения является повышение эффективности и экономичности процесса насыщения воды газом.

Поставленная цель достигается тем, что насыщение воды газом осуществляют путем подачи в нее жидкости, насыщенной этим газом при парциальном давлении этого газа выше парциального давления его в насыщаемой воде.

При этом в качестве упомянутой жидкости используют жидкое фторорганическое соединение.

Кроме того, жидкое фторорганическое соединение перемешивают в воде. После насыщения воды газом жидкое фторорганическое соединение собирают и используют повторно.

Использование жидкого фторорганического соединения в качестве жидкости, насыщенной газом, обеспечивает переход растворенного газа из фторорганического соединения в воду в молекулярном виде без образования газообразных пузырьков. Такой переход газа полностью исключают его потери в атмосферу, что повышает одновременно и эффективность и экономичность способа.

Перемешивание фторорганического соединения с водой повышает интенсивность массообменных процессов за счет увеличения поверхности контакта двух сред.

Жидкие фторорганические соединения не смешиваются с водой и тяжелее ее, поэтому после насыщения воды газом их собирают и используют повторно, что также повышает эффективность и экономичность способа.

На чертеже представлена установка для осуществления предлагаемого способа.

Способ насыщения воды газом осуществляется следующим образом.

Жидкое фторорганическое соединение, например перфтордекалин, перфтортрипропиламин или другое, насыщается нужным газом, например кислородом, в оксигенаторе 1 или аналогичном устройстве, конструкции которых широко известны [5] . При парциальном давлении кислорода в насыщаемой воде, равном (0,1-0,12)105 Па насыщение фторорганического соединения осуществляют при парциальном давлении кислорода в газовой смеси, равном или выше 0,13105 Па, с учетом потерь на местное сопротивление газовой магистрали.

Насыщенный кислородом перфтордекалин или перфтортрипропиламин по трубопроводу 2 подается в водоем 3, непосредственно в воду. При соприкосновении с водой, обедненной кислородом, указанная насыщенная кислородом жидкость начинает отдавать растворенный в ней кислород. Переход кислорода от фторорганического соединения в воду протекает без образования газовой фазы путем молекулярной диффузии.

Скорость насыщения воды кислородом в этом случае не ниже чем в известном способе.

Для увеличения скорости насыщения и эффективности массообменных процессов жидкое фторорганическое соединение, насыщенное кислородом, перемешивают в воде с помощью мешалки 4 любой известной конструкции. При этом происходит увеличение площади поверхности соприкосновения двух сред, а также активное перемещение масс воды и жидкого фторорганического соединения, вследствие чего и происходит повышение эффективности процесса. Количество кислорода, переходящего из жидкого фторорганического соединения увеличивается в несколько раз по сравнению со статической поверхностью жидкого фторорганического соединения, а количество ПФС сокращается, что ведет к повышению экономичности процесса.

П р и м е р 1. Оценка эффективности предлагаемого способа проводилась в лабораторных условиях с использованием изображенной установки. Установка содержит оксигенатор 1, емкость с водой, насыщаемой кислородом, объем 150 л, трубопроводов 2, 5 и 6, насоса лабораторного, максимальной производительностью 500 мл/мин, редуктором и манометром.

В качестве жидкости, переносящей и отдающей кислород в воду, использовалось жидкое перфторсоединение - перфтордекалин (ПФД). Испытания проводились при комнатной температуре 24оС. Объем насыщаемой воды в емкости равен 150 л, объем используемого ПФД равен 0,25 л.

Насыщение ПФД чистым кислородом осуществлялось в оксигенаторе 1 под давлением (1,1-1,2) 105 Па. Насыщенный кислородом ПФД насосом 7 подавался в емкость с водой с расходом 3,3-510-3 л/с. При этом непосредственно в емкости с водой постоянно находилось около 1210-2 л ПФД.

Поскольку плотность ПФД составляет (1,8-1,9) 103 кг/м3, то он скапливается в придонном пространстве, не смешиваясь с водой, что позволяет подавать его по трубопроводам 5 и 6 при помощи насоса 7 вновь в оксигенатор 1. Данный процесс протекает непрерывно.

Контроль за процессом насыщения воды кислородом осуществлялся по изменению средней концентрации его во времени. Концентрация растворенного в воде кислорода определялась стандартным методом Винклера.

Результаты испытаний представлены в таблице. Испытания проводились на установке. Для получения более достоверных результатов процесс насыщения перфтордекалина (ПФД) и воды согласно прототипу проводился с помощью одинаковых оксигенаторов при равных парциальных давлениях кислорода и равных расходах газообразного кислорода. Эффективность Е(%) предлагаемого способа оценивалась по общепринятой формуле

F = 1 - 100 % ,

где Gфос, и G - расходы жидкого носителя кислорода соответственно ФОС и воды;

Ср' и Ср'' - равновесные концентрации кислорода в воде при температурах проведения насыщения соответственно с использованием в качестве носителя кислорода воды и ФОС;

С1' и С1'' - безразмерное начальное значение концентрации кислорода в воде до начала ее насыщения кислородом соответственно с использованием воды и ФОС;

t и tфос - продолжительность процесса насыщения с использованием в качестве носителя кислорода соответственно воды и ФОС. После подстановки данных таблицы в выражение получим значение эффективности в пределах

F= 8292,2% . Данный показатель характеризует в комплексе экономию энергоресурсов и интенсификацию массообменных процессов предлагаемого способа в сравнении с прототипом.

П р и м е р 2. Насыщение воды кислородом без циркуляции жидкого фторорганического соединения. В качестве жидкости, переносящей и отдающей кислород в воду, использовался перфторметилдекалин (ПФМД). Испытания проводились при комнатной температуре. Процесс насыщения воды кислородом контролировался по изменению средней концентрации кислорода во времени, определяемой методом Винклера. Процесс насыщения воды кислородом осуществлялся в лабораторной стеклянной емкости, в которую последовательно заливались 500 мл воды с известной начальной концентрацией кислорода, равной 11,0 мг/л и 100 мл ПФМД, насыщенного предварительно кислородом до равновесной концентрации при его парциальном давлении, равном 1105 Па. Этот процесс осуществлялся при температуре окружающей среды, равной 22оС. Через 5 мин значение средней концентрации возросло до 12,5 мг/л. Образования газовой фазы кислорода не наблюдалось. Данный пример показывает отсутствие влияния способа ввода фторорганического соединения в емкость с водой и способа его насыщения кислородом на эффективность предлагаемого способа.

П р и м е р 3. Исследование влияния перемешивания насыщенного кислородом фторорганического соединения на эффективность предлагаемого способа проводилось в лабораторных условиях с помощью лабораторной стеклянной посуды, магнитной мешалки, обеспечивающей частоту вращения 120-150 об/мин. Этот процесс насыщения воды кислородом осуществлялся при комнатной температуре, равной 22оС, путем ряда последовательных операций: заливки воды объемом 500 мл с известной концентрацией кислорода, равной 10,5 мг/л, определяемой методом Винклера; заливки ПФМД, предварительно насыщенного кислородом при парциальном давлении 1105 Па; перемешиванием с помощью магнитной мешалки объема стеклянной емкости.

После 5 мин перемешивания средняя концентрация кислорода в воде составила 27,0 мг/л. Выделения газовой фазы не наблюдалось.

Все жидкие фторорганические соединения имеют плотность, почти в 2 раза и более превышающую плотность воды. Кроме того, эти соединения не смешиваются с водой. Благодаря этим физическим свойствам указанные соединения легко отделяются от воды естественным путем и опускаются на дно емкости, откуда по трубопроводам 5 и 6 с помощью насоса 7 подают повторно в оксигенатор 1.

При осуществлении процесса в открытом естественном водоеме через емкость прокачивается вода из водоема или емкость погружается непосредственно в водоем.

Все жидкие фторорганические соединения являются биологически и экологически чистыми веществами. Случайная утечка этих соединений в водоем абсолютно безвредна для его экологического состояния.

Использование изобретения в природных водоемах обеспечит экологическую чистоту процесса насыщения воды кислородом или другим газом для улучшения экологического состояния водоема.

Предлагаемый способ может быть использован для насыщения воды любым газом, например в целях очистки ее, а также в других технологических целях. Процесс насыщения имеет высокую эффективность и осуществляется практически без потерь газа.

Кроме очистки воды предлагаемый способ может быть использован для насыщения воды кислородом в рыбоводных водоемах, что улучшит условия обитания живых организмов в воде, в том числе и рыбы, и приведет к повышению производительности. Кроме того, этот способ может быть использован при перевозке и хранении живой рыбы в емкости. Способ может быть осуществлен в открытом водоеме в любое время года. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. СПОСОБ НАСЫЩЕНИЯ ВОДЫ ГАЗОМ путем подачи в нее жидкости, насыщенной этим газом при парциальном давлении газа выше парциального давления его в насыщаемой воде, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности и экономичности способа, в качестве жидкости используют жидкое фторорганическое соединение.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что жидкое фторорганическое соединение перемешивают в воде.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что после насыщения воды газом жидкое фторорганическое соединение собирают и используют повторно.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Воздухо- и водоочистка. Опреснительные установки






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "и" означает, что будут найдены только те страницы, где встречается каждое из ключевых слов. Например, при запросе "очистка воды" будет найдено словосочетание "очистка воды". При использовании режима "или" результатом поиска будут все страницы, где встречается хотя бы одно ключевое слово ("очистка" или "воды").

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+очистка -воды".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "сток" будут найдены слова "стоков", "стоки" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу "сток!".


Устройства и способы водоочистки | Опреснительные установки. Дистилляторы | Устройства и способы воздухоочистки


Рейтинг@Mail.ru