ВОЛОКОННАЯ ЛЕНТА СОБИРАЮЩЕГО СРЕДСТВА ДЛЯ ТУМАНОУЛОВИТЕЛЯ
FIBER OPTIC TAPE OF FOG CATCHER COLLECTOR

Предпосылки изобретения
Настоящее изобретение относится, в основном, к туманоуловителям с волоконным слоем, а также к волоконным слоям и их собирающим средствам.
Туманоуловители с волоконным слоем имеют широкое промышленное применение при удалении аэрозолей из потоков газа. Образование аэрозолей («тумана») в потоках газа является обычным во время технологических процессов. Аэрозоли могут быть образованы, например, в результате действия механических сил (например, когда поток, содержащий жидкость, сталкивается с конструкцией), которые распыляют жидкость. Охлаждение потока газа может привести к конденсации пара с образованием тумана, и химические реакции между двумя или более газами могут происходить при температурах и давлениях, при которых продуктами реакции являются туманы. Однако аэрозоль проникает в поток газа, это может быть нежелательным для прохождения аэрозоля в другое технологическое оборудование, поскольку аэрозоль может быть коррозионной, или иначе, может привести к повреждению или загрязнению технологического оборудования. Кроме того, может быть нежелательным выпуск конкретных аэрозолей в окружающую среду. Некоторые из наиболее частых применений туманоуловителей с волоконным слоем включают удаление кислотных туманов, таких как сернокислотные туманы, при производстве кислот, удаление туманов пластификатора при производстве поливинилхлоридных покрытий для полов или стен и удаление водорастворимых твердых аэрозолей, выделяющихся при гранулировании нитрата аммония. В этих различных применениях туманоуловители с волоконным слоем могут достигать эффективности отделения 99% или выше в зависимости, среди прочего, от толщины волоконного слоя.
Обычно известно, что волокна, выполненные из различных материалов, могут использоваться для образования волоконных слоев для туманоуловителей с волоконным слоем. Волоконный слой предназначен для сбора тонкодисперсных туманов и растворимых твердых частиц, увлеченных в движущийся поток газа, и дренирования их через структуру слоя. Обычно слои из собирающих волокон соединены с металлическими проволочными ситами или подобными внешними опорными элементами. Комбинация слоя из собирающих волокон и внешнего опорного элемента известна как узел волоконного слоя. Как описано ниже, волоконный слой относится к той части узла волоконного слоя, которая не содержит опорного элемента. Волоконные слои могут быть образованы посредством укладывания волоконной массы между двумя противоположными опорными ситами (насыпные слои), предварительного формирования трубки из материала волоконного слоя, или намотки ровницы, выполненной из волокон вокруг цилиндрического опорного сита (намотанные слои). Хотя такая конфигурация не является ограничением, узлы волоконного слоя наиболее часто выполняются в виде вертикального цилиндра. Цилиндрические узлы волоконного слоя обеспечивают высокоэффективную площадь поверхности волоконного слоя в минимальном пространстве. С другой стороны, плоские узлы волоконного слоя находят конкретное применение для небольших потоков газа.
Во время работы горизонтальный поток газа, содержащий жидкую и/или увлажненную растворимую твердую аэрозоль, проходит через волоконный слой узла волоконного слоя. Волокна в волоконном слое захватывают аэрозоль из газа в результате соударения, задержания и броуновской диффузии. Захваченный аэрозоль коалесцирует на волокна и образует капли жидкости в волоконном слое. Движущийся газ заставляет капли перемещаться по направлению к поверхности волоконного слоя вниз по потоку, из которой захваченная жидкость выходит из волоконного слоя и дренирует вниз под действием силы тяжести.
3
3
3
3
Волокна, которые составляют волоконный слой, могут быть выполнены из разнообразных материалов. Материалы, используемые для образования волоконного слоя, включают, например, металлы, такие как нержавеющая сталь, титан и т.д., волокна из полимерных материалов, таких как сложные полиэфиры, поливинилхлорид, полиэтилен терфталат, нейлон, полиэтилен, полипропилен и т.д., и стекло. В применениях, в которых имеются коррозионные условия и/или высокие температуры, длинные штапельные, химические высококачественные стеклянные волокна нашли особенно широкое применение в волоконных слоях туманоуловителей с волоконным слоем. Волокна с диаметром от 5 микрон или меньше до 200 микрон, а также комбинации волокон с разными диаметрами используются в волоконных слоях. Объемная плотность волоконных слоев известного уровня техники колеблется приблизительно от 5 фунтов/фут (80 кг/м) до более чем 20 фунтов/фут (320 кг/м), в то время как толщина волоконного слоя колеблется приблизительно от 0,5 до 6 дюймов (1-15 см) или более, в зависимости от заданной эффективности отделения.
Чтобы волоконный слой функционировал эффективно, слой должен быть механически прочным. Механически прочным волоконным слоем является слой, который будет сохранять свою структурную целостность без значительного сдвига волокон относительно соседних волокон при воздействии сил, приложенных очищаемым газом и захваченной и дренирующей жидкостью во время сбора аэрозоли. Если механическая прочность не сохраняется, то рабочие характеристики слоя будут неблагоприятно изменяться. В волоконном слое, лишенном механической прочности, движущийся поток газа вынуждает волокна в значительной степени смещаться, заставляя волокна, насыщенные жидкостью, в некоторых частях волоконного слоя сбиваться или свойлачиваться при увеличении объема пустот между соседними волокнами в других частях волоконного слоя. Спутанные части волоконного слоя являются менее проходимыми как для газа, так и для захваченной жидкости. Захваченная жидкость, которая не способна дренировать, часто увлекается обратно движущимся потоком газа, что приводит к уменьшению эффективности отделения. Кроме того, увеличивается перепад давлений через спутанные части непрочного волоконного слоя. С другой стороны, в тех частях механически непрочного волоконного слоя, в котором смещение волокон привело к увеличению среднего объема пустот между соседними волокнами, образуются макроскопические поры или каналы, которые уменьшают эффективность отделения, обеспечивая прохождение газа, содержащего аэрозоль, через волоконный слой без достаточного контакта с собирающими волокнами. В узлах насыпного и намотанного волоконного слоя механическая прочность в значительной степени зависит от объемной плотности волоконного слоя. В этих образованных общепринятыми способами узлах волоконного слоя объемная плотность волоконного слоя в пределах диапазона, раскрытого в известном уровне техники, обеспечивает достаточный контакт между соседними волокнами и предотвращает значительное смещение волокон под воздействием сил, приложенных движущимся потоком газа. В насыпных волоконных слоях плотность волоконного слоя и сопротивление перемещению волокон поддерживаются реактивной сжимающей силой, приложенной к насыпным волокнам вдоль двух противоположных опорных сит. В заранее образованных трубках из волоконного слоя материалы могут быть образованы прокалыванием или нагреванием, в результате, волокна спутываются или соединяются, а слой в целом становится прочнее. Заранее образованные трубки из волоконного слоя должны повторно устанавливаться или дополнительно регулироваться, поскольку волокна смещаются внутри слоя. В намотанных волоконных слоях плотность волоконного слоя, необходимая для обеспечения механической прочности, является результатом нескольких факторов, включающих растяжение ровницы при ее намотке вокруг цилиндрического опорного сита и сжатия волоконного слоя при помощи проволочного сита или подобной конструкции, которая может наматываться на цилиндр, расположенный рядом с наружной поверхностью волоконной ровницы.
Однако объемная плотность не может быть увеличена без ограничения для достижения механической прочности. Если объемная плотность волоконного слоя увеличивается слишком сильно, слой будет подвержен затоплению. Эффективным волоконным слоем является относительно открытая структура, которая обеспечивает свободное прохождение газа и дренаж жидкости, даже когда собирающие волокна покрыты собранной жидкостью. Между соседними волокнами в слое должен быть достаточный объем пустот, чтобы собранная жидкость не смогла перекрывать пространство между соседними волокнами до такой степени, чтобы сцепление собранной жидкости с поверхностью волокон не препятствовало прохождению жидкости.
Критерием открытого пространства является доля пустот, которая определяется объемной плотностью волоконного слоя и средней плотностью волоконного материала в соответствии с нижеследующей формулой:
доля пустот в волоконном слое = 1-[объемная плотность волоконного слоя/средняя плотность волоконного материала].
Волоконные слои обычно имеют долю пустот приблизительно больше 0,89.
Обычно известно, что толщина волоконного слоя может уменьшаться без потери эффективности отделения в результате уменьшения среднего диаметра волокна волоконного материала, содержащего волоконный слой. Однако для насыпных и намотанных волоконных слоев, содержащих волокна со средним диаметром, меньшим приблизительно 5 микрон, когда объемная плотность является достаточно высокой для обеспечения механической прочности, результирующая доля пустот является настолько незначительной, что слой обычно затопляется при обычных рабочих условиях. Кроме того, установлено, что обычные тонкие намотанные слои являются внутренне менее равномерными. Затопленным слоем является волоконный слой, в котором захваченная жидкость в значительной степени заполняет объем пустот между соседними волокнами в волоконном слое. Затопленный волоконный слой очень похож на спутанные части непрочного волоконного слоя. Захваченная жидкость в затопленном волоконном слое не может должным образом дренировать и вместо этого может увлекаться обратно в движущийся поток газа на поверхности вниз по потоку волоконного слоя. Кроме того, перепад давлений через узел волоконного слоя увеличивается, когда волоконный слой затопляется. Если используется перепад давлений в волоконном слое, достаточный для преодоления силы сцепления и удаления собранных капель, то собранная жидкость выдувается из поверхности вниз по потоку волоконного слоя, где она увлекается обратно потоком газа, приводя к низкой эффективности отделения и увеличенным эксплуатационным затратам.
3
3
Для предотвращения затопления волоконного слоя, содержащего небольшие волокна со средним диаметром, удельная площадь поверхности волокна, выраженная как площадь волокна на единицу объема волоконного слоя, может уменьшаться в результате уменьшения объемной плотности слоя (т.е. в результате увеличения доли пустот). Однако, если объемная плотность насыпного или намотанного волоконного слоя, содержащего волокна со средним диаметром, меньшим приблизительно 5 микрон, уменьшается до величины, достаточной, чтобы предотвратить затопление, то такие волоконные слои не имеют механической прочности, необходимой для противостояния силам, приложенным движущимся потоком газа. В результате, движущийся поток газа заставляет волокна в значительной степени смещаться, приводя к спутыванию волоконного слоя и/или каналообразованию, как описано ранее. Следовательно, на практике образованные общепринятыми способами узлы высокоэффективного волоконного слоя содержат волоконные слои с толщиной от 2 до 6 дюймов (от 6 до 15 см), образованные из волокон со средним диаметром волокна от 5 до 15 микрон и объемной плотностью от 5 до 15 фунт/фут (от 80 до 240 кг/м).
В отличие от волоконных слоев, используемых в туманоуловителях, некоторые другие типы газовых фильтров, таких как рукавный фильтр, фильтры для особо чистых помещений и дыхательные фильтры, могут с успехом использовать стеклянные волокна со средним диаметром меньше 5 микрон и даже могут содержать волокна с диаметром менее 1 микрона. Однако эти типы газовых фильтров отличаются от туманоуловителей с волоконным слоем тем, что они обычно предназначены для обеспечения фильтрации в порах и поверхностной фильтрации при сборе твердых частиц, или только относительно небольших количеств жидких аэрозолей. Если их использовать для сбора жидких аэрозолей, то они легко затопляются при расходах жидкостями, обычно имеющих место в туманоуловителях с волоконным слоем. При сравнении туманоуловители с волоконным слоем предназначены для обеспечения проникновения сравнительно больших количеств жидкости, увлеченных движущимся потоком газа, в волоконный слой, в котором жидкость захватывается и непрерывно дренируется. Следовательно, решение проблем, связанных с использованием волокон с малым диаметром в волоконных слоях туманоуловителей с волоконным слоем, не показано и не предложено в известном уровне техники, имеющем отношение к таким другим газовым фильтрам.
Обратный захват собранной жидкости движущимся потоком газа с поверхности вниз по потоку волоконного слоя часто является проблемой, связанной с применениями туманоуловителя с волоконным слоем, особенно, при режимах, отличающихся высокими скоростями нагружения жидкости или высокими скоростями потока газа. Удовлетворительные решения данной проблемы включали комбинацию слоя волокон первичной фильтрации и слоя дренажных волокон для образования волоконного слоя. Дренажный слой расположен вниз по потоку от слоя первичной фильтрации и обычно содержит волокна с большим средним диаметром, чем волокна, содержащиеся в слое первичной фильтрации.
Несмотря на их преимущества, узлы волоконного слоя известного уровня техники имеют несколько недостатков, являющихся следствием дефектов в волоконном слое. Узлы намотанного волоконного слоя обычно образованы с использованием волоконной ровницы, которая имеет приблизительную цилиндрическую форму. Ровница наматывается вокруг цилиндрического формовочного сита взад и вперед вдоль длины сита. Данная операция требует навыка и соответствующего оборудования. Даже если намотка выполнена правильно, окончательный намотанный волоконный слой может иметь значительные неоднородности с точки зрения потока газа над площадью поверхности слоя. Эти отклонения являются результатом неустранимой трудности образования однородной поверхности на цилиндре с использованием цилиндрической ровницы. Обычные отклонения в материале ровницы заставляют ровницу разглаживаться с разными степенями, что оказывает влияние на равномерность волоконного слоя, образованного ровницей. Неравномерность, особенно, наблюдается в намотанных волоконных слоях с меньшими толщинами.
Другим недостатком, связанным с узлами насыпного и намотанного волоконного слоя, является необходимость в удалении узлов из туманоуловителя и возвращение их производителю, когда требуется замена волоконного слоя. Помимо неудобств, связанных с транспортировкой тяжелого опорного элемента, необходимо иметь в запасе сменный запасной узел волоконного слоя для туманоуловителя с волоконным слоем для того, чтобы его можно было вернуть для технического обслуживания и избежать длительного простоя. Замена во время эксплуатации волоконного слоя является трудновыполнимой операцией при сборке волоконного слоя. Для соответствующей укладки новой волоконной массы между противоположными опорными ситами требуются значительный опыт и время для того, чтобы минимизировать неоднородности в волоконном слое, в то время как намотка волокна на цилиндрический опорный элемент требует большого оборудования. Некоторыми производителями используются предварительно образованные части волоконного слоя, но они могут иметь утечку в соединениях или расслаиваться, требуя дополнительного эксплуатационного обслуживания и регулировки. Это уменьшает производительность установки, в которой используется волоконный слой, поскольку установку необходимо отключать для выполнения технического обслуживания и/или регулировок.
Третий недостаток заключается в том, что поскольку волокна со средним диаметром волокна, меньшим приблизительно 5 микрон, не могут использоваться эффективно при образовании обычного волоконного слоя без дополнительной обработки (например, прокалывания иглой), толщина волоконного слоя в применениях, требующих высокой эффективности отделения, не может быть уменьшена. Если бы более тонкие волоконные слои с высокой эффективностью были возможны в жестких условиях производственного процесса, волоконные слои могли бы быть сконфигурированы в формы, которые увеличивали бы площадь поверхности волоконного слоя в заданном объеме, пригодном для туманоуловителя с волоконным слоем. Это было бы аналогично сухому фильтру известного уровня техники, в котором тонкая фильтровальная бумага и войлок образуют фильтр с большой площадью поверхности посредством образования складок. Более тонкие высокоэффективные волоконные слои, имеющие увеличенную площадь поверхности волоконного слоя, позволили бы уменьшить эксплуатационные расходы туманоуловителей с волоконным слоем посредством уменьшения перепада давлений в волоконном слое.
Краткое описание изобретения
В одном аспекте настоящего изобретения узел волоконного слоя для туманоуловителя с волоконным слоем, используемого для удаления аэрозолей и/или увлажненных растворимых твердых частиц из движущегося потока газа, обычно содержит опору для волоконного слоя, имеющую стенку, образующую пространство вверх по потоку и пространство вниз по потоку. Данная стенка содержит отверстия, в основном, для свободного прохождения потока газа через стенку из пространства вверх по потоку в пространство вниз по потоку. Волоконный слой поддерживается опорой для волоконного слоя и обычно закрывает отверстия в стенке, так что поток газа проходит через волоконный слой, перемещаясь из пространства вверх по потоку в пространство вниз по потоку. Волоконный слой, содержащий многослойную ленту собирающего средства волоконного слоя, включающую наружный слой из волокон, проткнутых иглой, образованных для обеспечения структурной целостности волоконного слоя, и внутренний слой из волокон, проткнутых иглой, образованных для обеспечения структурной целостности волоконного слоя. Промежуточный слой, расположенный между наружным и внутренним слоями не протыкается иглой.
В другом аспекте настоящего изобретения лента собирающего средства волоконного слоя может быть использована для образования волоконного слоя туманоуловителя, используемого для удаления аэрозолей и/или увлажненных растворимых твердых частиц из движущегося потока газа. Волоконный слой обычно приспособлен для закрытия опорного элемента туманоуловителя, в основном, для блокировки прохождения потока газа через опорный элемент, за исключением прохождения через волоконный слой. Лента собирающего средства волоконного слоя имеет такую же структуру, как описано в предыдущем параграфе.
В еще одном аспекте настоящего изобретения лента собирающего средства волоконного слоя может быть использована для образования волоконного слоя для туманоуловителя с волоконным слоем, используемого для удаления аэрозолей и/или увлажненных растворимых твердых частиц из движущегося потока газа. Волоконный слой, обычно, приспособлен для закрытия опорного элемента узла волоконного слоя, в основном, для блокировки прохождения потока газа через опорный элемент, за исключением прохождения через волоконный слой. Многослойная лента собирающего средства волоконного слоя, обычно, содержит наружный слой из волокон, образованных для обеспечения структурной целостности многослойной ленты собирающего средства волоконного слоя. Внутренний слой из волокон образован для обеспечения структурной целостности многослойной ленты собирающего средства волоконного слоя. Промежуточный слой, расположенный между наружным и внутренним слоями, является более эффективным при удалении аэрозолей из потока газа, чем наружный и внутренний слои. По меньшей мере, наружный и внутренний слои образованы для разделения на полоски, включающие часть наружного слоя, а также части внутреннего слоя и части промежуточного слоя.
В еще одном аспекте настоящего изобретения узел волоконного слоя для туманоуловителя с волоконным слоем, используемого для удаления аэрозолей и/или увлажненных растворимых твердых частиц из движущегося потока газа, обычно содержит опору для волоконного слоя, имеющую стенку, образующую пространство вверх по потоку и пространство вниз по потоку. Данная стенка содержит отверстия, в основном, для свободного прохождения потока газа через стенку из пространства вверх по потоку в пространство вниз по потоку. Волоконный слой поддерживается опорой для волоконного слоя и обычно закрывает отверстия в стенке, так что поток газа проходит через волоконный слой, перемещаясь из пространства вверх по потоку в пространство вниз по потоку. Волоконный слой содержит удлиненную ленту собирающего средства волоконного слоя, обернутую вокруг опоры для волоконного слоя с множеством витков, по меньшей мере, с некоторыми витками, проходящими по спирали. Лента собирающего средства волоконного слоя, обычно, является плоской, и, по меньшей мере, некоторые витки перекрывают соседние витки.
В другом аспекте настоящего изобретения узел волоконного слоя для туманоуловителя с волоконным слоем, используемого для удаления аэрозолей и/или увлажненных растворимых твердых частиц из движущегося потока газа, обычно, содержит опору для волоконного слоя, имеющую стенку, образующую пространство вверх по потоку и пространство вниз по потоку. Данная стенка содержит отверстия, в основном, для свободного прохождения потока газа через стенку из пространства вверх по потоку в пространство вниз по потоку. Волоконный слой поддерживается опорой для волоконного слоя и, обычно, закрывает отверстия в стенке, так что поток газа проходит через волоконный слой, перемещаясь из пространства вверх по потоку в пространство вниз по потоку. Волоконный слой содержит удлиненную ленту собирающего средства волоконного слоя, обернутую вокруг опоры для волоконного слоя. По меньшей мере, некоторые витки проходят по спирали, и, по меньшей мере, некоторые витки перекрывают соседние витки. Промежуточный дренажный слой расположен между соседними витками ленты собирающего средства волоконного слоя.
Кроме того, еще в другом аспекте настоящего изобретения лента собирающего средства волоконного слоя может быть использована для образования волоконного слоя для туманоуловителя с волоконным слоем, используемого для удаления аэрозолей и/или увлажненных растворимых твердых частиц из движущегося потока газа. Волоконный слой, обычно, приспособлен для закрытия опорного элемента туманоуловителя с волоконным слоем, в основном, для блокировки прохождения потока газа через опорный элемент, за исключением прохождения через волоконный слой. Лента собирающего средства волоконного слоя, обычно, представляет собой удлиненную ленту, образованную из волокон, пригодных для удаления аэрозолей из движущегося потока газа. Лента имеет размеры для закрытия опорного элемента посредством намотки вокруг опорного элемента с множеством перекрывающихся витков. Лента содержит противоположные, обычно, плоские поверхности, причем, по меньшей мере, одна из поверхностей содержит знак совмещения, расположенный на ней для совмещения перекрытия соседнего витка ленты.
3
3
В другом аспекте настоящего изобретения волоконный слой, используемый для туманоуловителя с волоконным слоем, используемого для удаления аэрозолей и/или увлажненных растворимых твердых частиц из движущегося потока газа, обычно, приспособлен для закрытия опорного элемента туманоуловителя, в основном, для блокировки прохождения потока газа через опорный элемент, за исключением прохождения через волоконный слой. Волоконный слой имеет толщину в сжатом состоянии приблизительно 0,6 дюйма (1,5 см). Волоконный слой также содержит ленту собирающего средства, образованную для удаления, по меньшей мере приблизительно 99,09% частиц аэрозоля, имеющих размер 0,3 микрона, из потока газа с нагрузкой 2,7 мг/фут (95 мг/м) полиальфаолефинового масла и перемещающегося со скоростью приблизительно 59 футов в минуту (18,0 метров в минуту). Перепад давлений через волоконный слой меньше 11,1 дюйма воды (2,76 кПа) или равно приблизительно данному значению.
3
3
Волоконный слой для туманоуловителя с волоконным слоем, используемого для удаления аэрозолей и/или увлажненных растворимых твердых частиц из движущегося потока газа, обычно, приспособлен для закрытия опорного элемента туманоуловителя, в основном, для блокировки прохождения потока газа через опорный элемент, за исключением прохождения через волоконный слой. Волоконный слой имеет толщину в сжатом состоянии приблизительно 0,6 дюйма (1,5 см) и содержит ленту собирающего средства, образованную для удаления, по меньшей мере, приблизительно 99,65% частиц аэрозоля, имеющих размер 0,3 микрона, из потока газа с нагрузкой 1,8 мг/фут (64 мг/м) полиальфаолефинового масла и перемещающегося со скоростью приблизительно 23,4 фута в минуту (7,1 метра в минуту). Перепад давлений через волоконный слой меньше 2,4 дюйма воды (0,60 кПа) или равно приблизительно данному значению.
Узел волоконного слоя для туманоуловителя с волоконным слоем, используемого для удаления аэрозолей и/или увлажненных растворимых твердых частиц из движущегося потока газа, обычно, содержит опору для волоконного слоя, имеющую стенку, образующую пространство вверх по потоку и пространство вниз по потоку. Данная стенка содержит отверстия, в основном, для свободного прохождения потока газа через стенку из пространства вверх по потоку в пространство вниз по потоку. Волоконный слой поддерживается опорой для волоконного слоя и, обычно, закрывает отверстия в стенке, так что поток газа проходит через волоконный слой, перемещаясь из пространства вверх по потоку в пространство вниз по потоку. Волоконный слой содержит многослойную ленту собирающего средства волоконного слоя, включающую первый слой из волокон, проткнутых иглой, образованных для обеспечения структурной целостности волоконного слоя. Собирающий слой, поддерживаемый первым слоем, не протыкается иглой.
Другие задачи и отличительные особенности настоящего изобретения будут частично понятны и частично указаны ниже.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 изображен перспективный вид туманоуловителя с вырезанной частью его емкости для иллюстрации узла волоконного слоя туманоуловителя, образованного в соответствии с принципами настоящего изобретения.
На фиг.2 изображен перспективный вид в увеличенном масштабе узла волоконного слоя.
На фиг.3 изображен вертикальный вид в частичном разрезе в увеличенном масштабе узла волоконного слоя на фиг.2.
На фиг.4 изображен перспективный вид в увеличенном масштабе узла волоконного слоя с удаленным наружным ситом для иллюстрации волоконного слоя узла волоконного слоя.
На фиг.5A изображен вид в поперечном разрезе ленты собирающего средства волоконного слоя, используемой для образования волоконного слоя.
На фиг.5B изображен вид в поперечном разрезе модифицированной ленты собирающего средства волоконного слоя.
На фиг.5C изображен перспективный вид гофрированной ленты собирающего средства волоконного слоя.
На фиг.6A изображен частичный вид плоской стороны ленты собирающего средства волоконного слоя.
На фиг.6B изображен частичный вид конусообразного конца ленты собирающего средства волоконного слоя.
На фиг.7 изображен вертикальный частичный разрез в увеличенном масштабе узла волоконного слоя, подобного на фиг.3, но иллюстрирующего первый модифицированный волоконный слой для использования с туманоуловителем обратного потока.
На фиг.8 изображен вертикальный частичный разрез в увеличенном масштабе узла волоконного слоя, подобного на фиг.3, но иллюстрирующий второй модифицированный волоконный слой.
На фиг.9 изображен вертикальный частичный разрез в увеличенном масштабе узла волоконного слоя, подобного на фиг.3, но иллюстрирующий третий модифицированный волоконный слой.
На фиг.10 изображен вертикальный частичный разрез в увеличенном масштабе узла волоконного слоя, подобного на фиг.3, но иллюстрирующий четвертый модифицированный волоконный слой.
На фиг.11 изображен вертикальный частичный разрез в увеличенном масштабе узла волоконного слоя, подобного на фиг.3, но иллюстрирующий пятый модифицированный волоконный слой.
На фиг.12 изображен перспективный вид рулона ленты собирающего средства волоконного слоя.
На фиг.13 изображен перспективный частичный вид рулона листа, составленного из множества материалов волоконного слоя, соединенных вместе.
На фиг.14A показана таблица рабочих параметров обычного волоконного слоя.
На фиг.14B показана таблица рабочих параметров волоконного слоя настоящего изобретения.
На фиг.15 показана таблица рабочих параметров волоконных слоев настоящего изобретения.
Соответствующие ссылочные номера обозначают соответствующие элементы на нескольких видах чертежей.
Подробное описание
Как показано на чертежах и, в частности, на фиг.1, туманоуловитель (обозначенный 1) является типом, который может размещаться в поточной линии потока газа для удаления аэрозолей и/или увлажненных растворимых твердых частиц из потока газа. Туманоуловитель является типом, который имеет конкретное применение для использования в потоках газа, содержащих жидкую аэрозоль (особенно, когда частицы жидкого аэрозоля имеют субмикронный размер), которую необходимо удалить из потока газа. Туманоуловитель 1 включает емкость (обозначенную 3), содержащую съемную крышку 5, прикрепленную с возможностью уплотнения к емкости для закрытия и открытия верхней части емкости. Кольцевая монтажная пластина 7 внутри емкости 3 разделяет емкость на верхнюю камеру 9 и нижнюю камеру 11. Поток газа может проходить из нижней камеры 11 в верхнюю камеру 9 только через центральное отверстие 13 кольцевой монтажной пластины 7. Емкость 3 содержит отверстие 15 для впуска потока газа для приема потока газа, насыщенного аэрозолем и/или увлажненными растворимыми твердыми частицами, в нижнюю камеру 11 емкости, и отверстие 17 для выпуска потока отфильтрованного чистого газа, которое соединено с верхней камерой 9 в емкости для обеспечения выхода отфильтрованного чистого газа из туманоуловителя 1 в вытяжное или другое технологическое оборудование (не показано).
Узел волоконного слоя, обозначенный 19, расположен в нижней камере 11 емкости 3 и имеет, в основном, трубчатую форму с закрытой нижней частью и открытой верхней частью. Фильтрующий узел 19 слоя закреплен с возможностью уплотнения на монтажной пластине 7 таким образом, что открытая верхняя часть фильтрующего узла слоя совмещается с центральным отверстием 13 монтажной пластины. Газ не может проходить из нижней камеры 11 в верхнюю камеру 9 до тех пор, пока он не пройдет через фильтрующий узел 19 слоя. Монтажная пластина 7 поддерживает фильтрующий узел 19 слоя внутри емкости 3 таким образом, что фильтрующий узел слоя свисает вниз от монтажной пластины. Фильтрующий узел слоя удаляет очень большой процент аэрозоля и/или увлажненных растворимых твердых частиц из потока газа, которые проходят в нижнюю часть емкости 3. Сливная труба 21, расположенная рядом с нижней частью емкости 3, сливает жидкости и/или увлажненные растворимые и растворенные твердые частицы, которые собираются в нижней части емкости.
Показанный на фиг.1 туманоуловитель 1 является туманоуловителем прямого потока или «подвесного типа». Также известен туманоуловитель обратного потока (не показан). Структура волоконного слоя туманоуловителя обратного потока будет описана ниже со ссылкой на фиг.7, но, в сущности, прохождение потока газа является противоположным прохождению в туманоуловителе прямого потока, как показано на фиг.1. Таким образом, поток газа будет входить через отверстие, которое обозначено выпускным отверстием 17 туманоуловителя 1 на фиг.1. Газ будет проходить в узел 19 волоконного слоя через центральное отверстие 13 монтажной пластины 7 и открытую верхнюю часть узла волоконного слоя. Затем газ будет проходить в радиальном направлении наружу через узел 19 волоконного слоя и выходить через отверстие 15 для впуска потока газа. Жидкость и увлажненные растворенные растворимые твердые частицы, захваченные узлом 19 волоконного слоя, будут выходить с наружной стороны узла в нижнюю часть емкости 3 в туманоуловителе обратного потока и удаляться при помощи подобной сливной тубе 21 емкости. Будет понятно, что настоящее изобретение применяется для туманоуловителей как прямого потока, так и обратного потока.
Как показано на фиг.2-4, узел 19 волоконного слоя туманоуловителя 1 прямого потока содержит дренажную опору 25, которая расположена на расстоянии над нижней частью емкости 3. Дренажная опора 25 содержит дренажную трубу 25A, круглую нижнюю пластинy 25B и канал 25C, проходящий через дренажную трубу и отверстие в нижней пластине. Проход 25C открывается в емкость 3 для слива собранных жидкостей и частиц, удаленных из потока газа с помощью узла 19 волоконного слоя. Жидкость и увлажненные или растворенные растворимые твердые частицы, собранные в нижней части емкости 3, сливаются через сливную трубу 21. Внутреннее сито и наружное сито (обычно обозначенные соответственно 27 и 29) проходят вверх от нижней пластины 25B к монтажной пластине 7 и расположены концентрически в радиальном направлении на расстоянии друг от друга. Вместе, внутреннее и наружное сита 27, 29, образуют стенку в проиллюстрированном варианте осуществления, которая отделяет внутреннее (вниз по потоку) пространство 31 во внутреннем сите 27 от наружного (вверх по потоку) пространства 33 в емкости 3, но снаружи внутреннего сита 27. Будет понятно, что стенка может быть образована другими способами (например, имея только одно сито или без сита) без отхода от объема настоящего изобретения. Внутреннее и наружное сита 27 и 29 представляют собой, обычно, сетчатую конструкцию, так что каждое из них определяет относительно большие отверстия, которые обеспечивают, в основном, свободное прохождение потока газа через внутреннее и наружное сита между внутренним пространством 31 и наружным пространством 33. Сита 27, 29 соединены с кольцевым фланцем 34, который расположен на верхней стороне кольцевой монтажной пластины 7. Кольцевой фланец 34 прикреплен к монтажной пластине 7 и поддерживает сита 27, 29 и дренажную опору 25. В проиллюстрированном варианте осуществления внутреннее сито 27, наружное сито 29 и кольцевой фланец 34 образуют опору для волоконного слоя. Необходимо понимать, что могут быть использованы другие конструкции для поддержания волоконного слоя без отхода от объема настоящего изобретения.
Волоконный слой (обозначенный 35) узла 19 волоконного слоя расположен в радиальном пространстве между внутренним и наружным ситами 27, 29 и, по существу, заполняет пространство и закрывает отверстия в ситах, так что поток газа должен пройти через волоконный слой, чтобы переместиться из наружного пространства 33, окружающего узел волоконного слоя, во внутреннее пространство 31 в узле волоконного слоя (см. фиг.1). Волоконный слой 35, обычно, имеет трубчатую форму и эффективно уплотнен на противоположных концах в монтажной пластине 7 и в нижней пластине 25B сливной опоры 25 способом, известным специалистам в данной области техники, так что газ не обходит волоконный слой при перемещении из наружного пространства 33 в емкости 3 во внутреннее пространство 31. Удлиненная, обычно, плоская лента собирающего средства волоконного слоя, обычно обозначенная 37, используется для образования части волоконного слоя 35. Как лучше всего видно на фиг.4, лента 37 собирающего средства волоконного слоя (или «карманный ленточный фильтр») намотана по спирали вокруг внутреннего сита 27. Концы ленты 37 собирающего средства волоконного слоя сужаются по ширине, по существу, в точку. Край 38 конуса (см. фиг.6B) расположен для прохождения по окружности на одном конце внутреннего сита 27 и, таким образом, определяет угол спирали. Обертывание выполняется таким образом, что соседние витки 39 ленты 37 собирающего средства волоконного слоя перекрывают друг друга. Дополнительные части 36 ленты 37 волоконного слоя для сбора сред могут накладываться на концы волоконного слоя 35 или где-то в другом месте при необходимости для образования непрерывной поверхности волоконного слоя, полностью закрывающей внутреннее сито 27. Например, дополнительные части 36 ленты собирающего средства волоконного слоя могут наматываться по кругу (а не по спирали) рядом с концами внутреннего и наружного сит 27, 29 для полного закрытия концов. На концах волоконного слоя 35 также может быть использована стеклянная ровница (не показана) для обеспечения достаточного газонепроницаемого уплотнения. Будет понятно, что волоконный слой может быть образован иначе, чем посредством спиральной обмотки в объеме настоящего изобретения. Например, волоконный слой мог бы быть образован с помощью цилиндрической трубки ленты собирающего средства волоконного слоя с шириной, равной высоте внутреннего и наружного сит 27, 29.
Дренажный слой 41, расположенный между обернутой лентой 37 собирающего средства волоконного слоя и внутренним ситом 27 (фиг.3), принимает жидкость и увлажненные или растворенные растворимые твердые частицы из ленты собирающего средства волоконного слоя и переносит их в нижнюю часть волоконного слоя 35 для дренирования через канал 25C в дренажной трубе 25A в емкость 3 (фиг.1). Дренажный слой 41 закрывает всю наружную поверхность внутреннего сита 27. Любой пригодный материал, который свободно дренирует, обеспечивая также прохождение через него газа, может быть использован для дренажного слоя 41. В проиллюстрированном варианте осуществления дренажный слой 41 может быть подобен дренажным слоям, раскрытым в совместных переуступленных американских патентах № 4086070 и № 4249918, раскрытия которых включены здесь согласно ссылке.
Наружное сито 29 накладывается на намотанную ленту 37 собирающего средства волоконного слоя на внутреннем сите 27 и прижимает оберточный материал для уплотнения швов между соседними перекрывающимися витками 39 ленты собирающего средства волоконного слоя, как показано на фиг.3. Каждое из внутреннего и наружного сит 27, 29 образовано при помощи сетки из вертикальных проволок (соответственно 45 и 49) и горизонтальных проволок (соответственно 47 и 51), которые соединены вместе, где они перекрывают друг друга. Горизонтальные проволоки 47 внутреннего сита 27 расположены на внешних поверхностях вертикальных проволок 45 внутреннего сита. Горизонтальные проволоки 51 наружного сита 29 расположены на внутренних поверхностях вертикальных проволок 49 наружного сита. Местоположения горизонтальных проволок внутреннего сита 27 и наружного сита 29 образованы таким образом, что, когда внутреннее и наружное сита расположены в узле 19 волоконного слоя, горизонтальные проволоки 47 внутреннего сита смещены по вертикали от горизонтальных проволок 51 наружного сита. Следовательно, горизонтальные проволоки 47, 51 не образуют зоны защемления, которые могли бы уменьшить функциональные возможности волоконного слоя 35. Альтернативное расположение горизонтальных проволок 47, 51 вытесняет волоконный слой 35, который принимает до некоторой степени волнистую конфигурацию, которая действует таким образом, что зажимает волоконный слой и удерживает его надежно на месте и, особенно, от перемещения в осевом направлении волоконного слоя. На Фиг.3 показан волоконный слой 35 в его фактическом положении между внутренним и наружным ситами 27, 29. Наружное сито 29 прижимает волоконный слой 35 к внутреннему ситу 27 для обеспечения устойчивости волоконного слоя и уплотнения между соседними витками 39 ленты 37 собирающего средства волоконного слоя. Другие подобные виды (фиг.7-11) схематически изображают волоконный слой (как он мог бы выглядеть до прижима наружным ситом 29).
Предпочтительно, лента 37 собирающего средства волоконного слоя имеет многослойную структуру, включающую внутренний слой 57, а также наружный слой 59 и промежуточный слой 61, расположенный между внутренним и наружным слоями (фиг.5A). Внутренний и наружный слои 57, 59 образованы из волокнистого материала, который показывает оптимальные прочностные характеристики, но может быть менее эффективным при удалении аэрозолей и/или увлажненных растворимых твердых частиц из потока газа. Промежуточный слой 61 также образован из волокнистого материала, который является высокоэффективным при удалении аэрозолей и/или увлажненных растворимых твердых частиц из потока газа, но имеет меньшую прочность, чем внутренний и наружный слои 57, 59. Например, внутренний и наружный слои могут прокалываться иглой, в то время как промежуточный слой 61 не прокалывается иглой. Таким образом, промежуточный слой 61 не содержит разрывов (например, которые могут быть вызваны протыканием иглой), которые бы образовывали байпасные каналы для прохождения газа в слое. Внутренний и наружный слои 57, 59 могут быть образованы из любого пригодного волокнистого материала, такого как перфорированный иглой нетканый стекловолоконный мат ECOMAT 300, изготавливаемый в нашей стране фирмой Johns Manville Corporation of Denver, Colorado. Возможны другие материалы, такие как армированные стекловолокном маты из грубого холста ECOMAT 180, изготавливаемые фирмой Johns Manville. Маты ECOMAT 180, которые тоньше матов ECOMAT 300, предназначены для более компактного волоконного слоя 35. Промежуточным материалом, например, может быть стекловолоконный мат JM B015, также изготавливаемый фирмой Johns Manville Corporation. Мат JM B015 является нетканым стекловолоконным фетром, полученным выдуванием из расплава. В зависимости от конкретного применения, промежуточный слой может быть образован множеством стекловолоконных матов.
Волокна во внутреннем и наружном слоях 57, 59 ленты 37 собирающего средства волоконного слоя могут иметь, например, средние диаметры приблизительно от 6 до 8 микрон или больше. Предпочтительно, волокна в промежуточном слое меньше, например, со средним диаметром приблизительно 5 микрон или меньше. Более предпочтительно, волокна в промежуточном слое 61 имеют средний диаметр приблизительно 4 микрона или меньше. Однако необходимо понимать, что волокна в промежуточном слое 61, которые имеют тот же самый средний диаметр или больше по сравнению с волокнами, образующими внутренний и наружный слои 57, 59, могут быть использованы в объеме настоящего изобретения. Предпочтительно, используемыми волокнами являются длинные штапельные волокна (например, от 0,25 дюйма до 6 дюймов или от 0,6 см до 15 см), которые химически не связаны. Вместо этого, волокна, по существу, переплетены или закреплены и образуют прочный слой при закреплении в туманоуловителе. Волокна должны быть прочными в условиях обработки и, предпочтительно, не связанными химически вместе. Стеклянные волокна являются оптимальными в определенных высококоррозионных средах, например, когда поток газа содержит серную кислоту. Однако волокна могут быть выполнены из полимера или другого материала, пригодного для конкретных применений. При использовании в химически совместимом процессе волокна промежуточного слоя 61 могут быть обработаны таким образом, что они становятся устойчивыми к увлажнению аэрозолем в потоке газа. Внутренний и наружный слои 57, 59 также могут быть обработаны и быть устойчивыми к увлажнению аэрозолем. Влагоотталкивающая обработка внутреннего и наружного слоев 57, 59 и промежуточного слоя 61 дополнительно способствует удалению аэрозоля из потока газа посредством предотвращения удерживания этими слоями аэрозоля (а также увлажненных или растворенных растворимых твердых частиц) при удалении его из потока газа. Предпочтительно, дренажный слой 41 образован или обработан с возможностью увлажнения.
В другом варианте осуществления (не показан) промежуточный слой 61 образован более длинными волокнами с большим диаметром, а более короткие волокна с меньшим диаметром вплетены в больших волокнах. Например, меньшие волокна могут иметь средний диаметр приблизительно 3 микрона или меньше. В одном примере меньшие волокна имеют средний диаметр приблизительно от 0,01 микрона до 3 микрон. Меньшие волокна, как полагают, способствуют удержанию больших волокон отдельно для сохранения объемов пустот внутри промежуточного слоя 61, даже при сжатии.
Как показано на фиг.5A, внутренний и наружный слои 57, 59 соединены вместе посредством сшивания 65 вдоль противоположных продольных кромок внутреннего и наружного слоев. Сшивание 65 также проходит через промежуточный слой 61 по продольным кромкам. В проиллюстрированном варианте осуществления сшивание 65 выполнено при помощи нити, покрытой политетрафторэтиленом для сопротивления коррозионному аэрозолю в потоке газа, но могут использоваться и другие материалы. Кроме того, в объеме настоящего изобретения могут использоваться другие способы соединения вместе внутреннего слоя 57, наружного слоя 59 и промежуточного слоя 61. Например, слои могут соединяться посредством сшивания скобами, сплавления при нагревании и склеивания, или другим пригодным способом (не показано). Кроме того, сшивание или другое соединение могут выполняться только вдоль одной продольной кромки в объеме настоящего изобретения. Также подразумевается, что внутренний слой, наружный слой и промежуточный слой могут быть расположены, как показано на фиг.5A, без какого-либо крепежного соединения между слоями. Кроме того, еще собирающее средство (не показаны) волоконного слоя может быть образовано посредством расположения волокон для образования эквивалента промежуточного слоя с точки зрения его способности удалять аэрозоли и/или увлажненные растворимые твердые частицы из потока газа непосредственно в слой, перфорированного иглой или иначе армированного материала (например, подобно наружному или внутреннему слою). Например, стеклянные волокна, полученные выдуванием из расплава, уложенные непосредственно на стеклянные волокна армированного слоя, могут сплавляться с армированным слоем для того, чтобы постоянно быть прикрепленными и поддерживаться армированным слоем. В этом случае или внутренний, или наружный слой необязательно будут находиться в ленте собирающего средства волоконного слоя. В еще одном варианте ленты собирающего средства (не показана), по меньшей мере, или внутренний слой, или наружный слой могут быть заменены стеклянным холстом.
На Фиг.5B и 5C показаны два возможных варианта структуры ленты собирающего средства волоконного слоя, которые обозначены 37' и 37” соответственно. Лента 37' собирающего средства волоконного слоя включает дренажный слой 41' между внутренним и наружным слоями 57', 59' средства. Более конкретно, дренажный слой 41' расположен между промежуточным слоем 61' и внутренним слоем 57' для использования в туманоуловителе прямого потока. Лента 37' собирающего средства волоконного слоя может использоваться с другим дренажным слоем (не показан) или без него для закрытия внутреннего сита 27. Второй вариант ленты 37” собирающего средства волоконного слоя, изображенный на фиг.5C, может иметь ту же структуру, как ленты 37, 37' собирающего средства волоконного слоя, изображенные на фиг.5A или фиг.5B. На фиг.5C лента 37” собирающего средства является гофрированной для увеличения площади поверхности. Образованные проволочные сита 40” используются для удержания средства 37” в гофрированной конфигурации.
В проиллюстрированном варианте осуществления толщина ленты 37 собирающего средства волоконного слоя может отличаться для разных применений и отличаться допустимыми эффективностями. Однако в одном варианте осуществления, использующем маты ECOMAT 300 и три мата JM B015, лента 37 собирающего средства волоконного слоя имеет толщину не в зажатом состоянии приблизительно 1 дюйм (3 см). При зажатии между внутренним и наружным ситами 27, 29 толщина составляет приблизительно 0,5 дюймов (1 см). В другом варианте осуществления, использующем ECOMAT 180 и один мат JM B015, лента собирающего средства волоконного слоя имеет толщину не в зажатом состоянии приблизительно 0,5 дюйма (1 см). При зажатии между внутренним и наружным ситами 27, 29 толщина составляет приблизительно 0,25 дюйма (0,6 см). Для волоконного слоя 35 с высотой 6 футов (1,8 м) и толщиной в зажатом состоянии 0,5 дюйма (1см) диаметр внутреннего сита может быть таким, что волоконный слой 35 имеет большую общую площадь сечения потока по сравнению со слоями стеклянной ровницы, даже если оболочка, в которую вмещен узел 19 волоконного слоя, является неизмененной. Большая площадь сечения потока увеличивает пропускную способность узла 19 волоконного слоя без увеличения его общего размера.
Как указывалось выше, лента 37 собирающего средства волоконного слоя накладывается на внутреннее сито 27 посредством обматывания ленты по спирали от одного конца сита до другого. Обработки концов не по спирали (например, дополнительные части 36 и/или цилиндрические ровницы) также, предпочтительно, используются в комбинации со спиральной намоткой. Лента 37 собирающего средства волоконного слоя обматывается таким образом, что каждый виток 39 спирали перекрывает предыдущий виток. Как показано на фиг.3, часть каждого нижнего витка 39 при намотке перекрывает виток непосредственно над ним. В проиллюстрированном варианте осуществления ширина ленты 37 собирающего средства волоконного слоя составляет приблизительно 18 дюймов (46 см), но может использоваться другая ширина (например, 24 дюйма или 61 см) без отхода от объема настоящего изобретения, включающего ширину, равную высоте внутреннего сита 27. В этом случае лента 37 собирающего средства волоконного слоя не будет наматываться по спирали, а формируется в виде трубки для насаживания на сито. Там, где используются более узкая лента собирающего средства волоконного слоя и намотка по спирали, как в проиллюстрированном варианте осуществления, каждый виток 39 перекрывает предыдущий виток приблизительно на 2-6 дюйма (6-15 см) и, более предпочтительно, приблизительно на 2-3 дюйма (6-8 см). Перекрытие выбирается таким образом, что обеспечивается достаточный поверхностный контакт для предотвращения прохождения газа между витками 39, без прохождения через материал волоконного слоя (т.е. «обход газа»). Точное расстояние перекрытия может быть другим в отличие от описанного здесь без отхода от объема настоящего изобретения. Также предусматривается, что перекрытие может не использоваться. Лента 37 собирающего средства волоконного слоя схематически изображена в виде единичного элемента на фиг.3 для упрощения иллюстрации. Однако лента собирающего средства волоконного слоя, предпочтительно, имеет многослойную конфигурацию, изображенную на фиг.5. Кроме того, еще может использоваться множество лент (не показано) для образования спиральной намотки.
В одном варианте ленты 37 собирающего средства волоконного слоя, изображенной на фиг.6A, элемент отмечен на его наружном слое 59 пунктирной линией 69 для обозначения, где разместить край соседнего витка 39 при спиральной намотке элемента на внутреннем сите 27. Наличие линии 69 позволяет использовать относительно неквалифицированный труд для образования волоконного слоя 35 с использованием ленты 37 собирающего средства волоконного слоя. Например, когда необходимо заменить волоконный слой 35, узел 19 волоконного слоя не нужно отсылать в удаленное место для приведения в исправное состояние, и не нужно иметь второй узел волоконного слоя, готовый для установки, в то время как первый ремонтируется. Обматывание ленты 37 собирающего средства волоконного слоя может выполняться с незначительным усилием, прилагаемым к ленте собирающего средства волоконного слоя, или без него. Перекрытие в сочетании с давлением, приложенным к волоконному слою 35 внутренним и наружным ситами 27, 29, как было установлено, является достаточным для уплотнения между соседними витками 39 ленты 37 собирающего средства волоконного слоя при отсутствии значительного какого-либо усилия, прилагаемого к ленте собирающего средства волоконного слоя. Хотя на фиг.6A изображена пунктирная линия 69, могут использоваться сплошная линия или другие указатели, достаточные для обозначения величины перекрытия между соседними витками 39 ленты 37 собирающего средства волоконного слоя в объеме настоящего изобретения.
Как показано на фиг.3, лента 37 собирающего средства волоконного слоя наматывается таким образом, что каждый виток 39 элемента перекрывает виток непосредственно над ним, и нижний край верхнего витка, расположенного на расстоянии от материала нижнего витка, открывается в дренажный слой 41, лежащий непосредственно на внутреннем сите 27. Открытый нижний край верхнего витка 39 ленты 37 собирающего средства волоконного слоя образует дренажный нависающий край 71, который обеспечивает прохождение жидкостей из верхнего витка 39 и непосредственное беспрепятственное перемещение в дренажный слой 41. Будет понято, что сила тяжести заставляет жидкости, удаленные из потока газа, перемещаться внутри ленты 37 собирающего средства волоконного слоя по направлению к нижней части каждого витка 39. Если собирающий материал волоконного слоя выполнен одним элементом, или, если нижний край каждого витка намотанной ленты собирающего средства волоконного слоя был бы совмещен с верхним краем витка непосредственно под ним, то жидкость полностью проходила бы вниз в нижнюю часть волоконного слоя в материале ленты собирающего средства волоконного слоя. В результате, жидкость будет стремиться накапливаться в витках ленты собирающего средства волоконного слоя в нижней части волоконного слоя, поскольку лента собирающего средства волоконного слоя нелегко выделяет жидкость. Накопленная жидкость служит препятствием для прохождения газа через волоконный слой, так что не все части волоконного слоя имеют приблизительно один и тот же перепад давления (т.е. сопротивление прохождению газа через волоконный слой), уменьшая эффективную используемую площадь волоконного слоя и, таким образом, уменьшая пропускную способность узла волоконного слоя. Однако дренажный нависающий край 71 настоящего изобретения обеспечивает прохождение жидкости из одного витка 39 ленты 37 собирающего средства волоконного слоя непосредственно в дренажный слой 41 вместо прохождения в следующий виток ленты собирающего средства волоконного слоя. В дренажном слое 41 жидкость проходит более легко, так что ни один из витков 39 ленты 37 собирающего средства волоконного слоя не будет стремиться накапливать значительно больше жидкости, чем остальные, и перепад давлений через волоконный слой 35, по существу, является постоянным сверху донизу.
Первый модифицированный волоконный слой 135 для туманоуловителя обратного потока схематически изображен на фиг.7 в частичном поперечном разрезе, подобном на фиг.3. Реконфигурированные части модифицированного волоконного слоя 135 будут обозначаться теми же ссылочными номерами, как соответствующие части волоконного слоя 35, плюс «100». Как указывалось выше, в туманоуловителе обратного потока поток газа выходит из внутреннего сита 27 в радиальном направлении наружу через волоконный слой 135 за наружное сито 29. Структура волоконного слоя 135 подобна структуре волоконного слоя 35 туманоуловителя 1 стандартного потока (как изображено на фиг.3) за исключением того, что указывалось. Дренажный слой 141 расположен рядом с внутренней стороной наружного сита 29, а не рядом с внутренним ситом 27. Лента 137 собирающего средства волоконного слоя намотана по спирали, как раньше, но намотка выполнена таким образом, что каждый виток 139 перекрывает виток непосредственно под ним, образуя дренажное перекрытие 171, которое открыто непосредственно в дренажный слой 141 на наружном сите 29. Работа и преимущества дренажного перекрытия 171 являются такими же, как для дренажного перекрытия 71 в туманоуловителе 1 стандартного потока.
Второй модифицированный вариант волоконного слоя стандартного потока, схематически изображенный на фиг.8, в основном, подобен структуре в узле 19 волоконного слоя, изображенного на фиг.3. Реконфигурированные части модифицированного волоконного слоя 235 будут обозначаться теми же ссылочными номерами, как соответствующие части волоконного слоя 35, плюс «200». В дополнение к основному дренажному слою 241, подобному дренажному слою 41, дренажная лента 242 (обычно обозначенная как «промежуточный дренажный слой») намотана по спирали вместе с лентой 237 собирающего средства волоконного слоя таким образом, что дренажные ленты располагаются между соседними витками 239 ленты собирающего средства волоконного слоя, где они перекрываются. Материал дренажной ленты 242 может быть таким же, как основной дренажный слой 241. Дренажная лента 242 проходит наружу от перекрытия и к дренажному слою 241, проходящему, по существу, по всей высоте волоконного слоя 235. При этом дренажная лента 242 проходит под дренажным нависающим краем 271, образованным нижним краем верхнего витка 239 ленты 237 собирающего средства волоконного слоя и размещается всюду между дренажным нависающим краем и следующим нижним витком ленты собирающего средства волоконного слоя. Жидкость, выходящая из верхнего витка 239 в дренажный свисающий край 271, которая падает прямо вниз, ударяется о дренажную ленту 242 и перемещается в дренажной ленте к дренажному слою 241. Дренажная лента 241 увеличивает способность волоконного слоя 235 перемещать жидкость, захваченную лентой 237 собирающего средства волоконного слоя, в дренажный слой 241 посредством обеспечения барьера (т.е. дренажной ленты 242) между соседними витками 239 ленты собирающего средства волоконного слоя, препятствуя перемещению жидкости от одного витка к следующему витку. Дренажная лента 242 может быть намотана на внутреннем сите 27 вместе с лентой 237 собирающего средства волоконного слоя для образования волоконного слоя, проиллюстрированного на фиг.8. Дренажная лента 242 может быть образована в виде одной непрерывной ленты (как проиллюстрировано) или множества более коротких лент (не показано).
На Фиг.9 показан третий модифицированный вариант волоконного слоя 335, в котором три средства 337 волоконного слоя расположены поверх друг друга с их обычно совмещенными продольными краями и затем намотанными по спирали на внутреннее сито 27. Количество средств волоконного слоя, уложенных в штабель, может быть другим в отличие от трех в объеме настоящего изобретения. Реконфигурированные части модифицированного волоконного слоя 335 будут обозначаться теми же ссылочными номерами, как соответствующие части волоконного слоя 35, плюс «300». Обматывание наложенных друг на друга средств 337 волоконного слоя на внутреннее сито 27 во всем остальном может выполняться тем же самым способом, как для ленты 37 собирающего средства волоконного слоя. Лента 337 собирающего средства волоконного слоя может иметь ту же самую структуру, как лента 37 собирающего средства волоконного слоя, изображенная на фиг.5, или другую структуру, пригодную для удаления аэрозолей и/или увлажненных растворимых твердых частиц из потока газа.
Четвертый модифицированный вариант волоконного слоя 435 изображен на фиг.10, который (образуется двукратной оберткой по спирали) содержит два обертывания, выполненных по спирали, одно поверх другого на внутреннем сите 27. Реконфигурированные части модифицированного волоконного слоя 435 будут обозначаться теми же ссылочными номерами, как соответствующие части волоконного слоя 35, плюс «400». Каждое обертывание образовано соответственно при помощи своей собственной ленты 437', 437” собирающего средства волоконного слоя. В отличие от волоконного слоя 335 на фиг.9, ленты 437', 437” собирающего средства волоконного слоя не расположены друг над другом или не намотаны при одной операции. Первое обертывание может быть выполнено тем же способом, используемым для волоконного слоя на фиг.3. Лента 437' собирающего средства волоконного слоя лежит над дренажным слоем 441 на внутреннем сите 27. Второе обертывание образовано посредством намотки ленты 437” собирающего средства волоконного слоя на радиальную наружную поверхность обернутой ленты 437' собирающего средства волоконного слоя. Необходимо понимать, что количество обертываний может быть больше двух без отхода от объема настоящего изобретения. Кроме того, другой дренажный слой (не показан) может быть расположен между обертываниями. Одно преимущество многослойных структур волоконного слоя на фиг.9 и 10 заключается в том, что волоконные слои для разных применений могут быть образованы из одного и того же основного материала (например, ленты 37 собирающего средства волоконного слоя). Выбором количества слоев определяется структура волоконного слоя для конкретной операции, которую необходимо выполнить.
Пятый модифицированный вариант волоконного слоя 535 изображен на фиг.11. Части волоконного слоя 535, соответствующего волоконному слою 35, обозначаются теми же ссылочными номерами, плюс «500». Волоконный слой 535 образован с дополнительным материалом в швах, в которых соседние витки спирально намотанной ленты 537 собирающего средства волоконного слоя перекрываются. Полагают, что если бы имели место обходные пути прохождения газа, то эти швы внахлестку были бы наиболее вероятным местом. Следовательно, множество нитей 540 ровницы, выполненной из стекловолокна или другого пригодного материала, наматывается на радиальную наружную поверхность спирально намотанной ленты 537 собирающего средства волоконного слоя над швами для дополнительного уплотнения волоконного слоя 535 в швах. Также можно было бы намотать ровницу 540 на внутреннее сито 27 и ленту 537 собирающего средства волоконного слоя, намотанную на него таким образом, что швы внахлестку совмещаются с намотанными лентами из ровницы. Другой возможный вариант заключается в наложении уплотняющего состава или другого пригодного герметизирующего состава на швы. Предпочтительно, любая такая уплотняющая конструкция должна как можно меньше препятствовать прохождению газа через волоконный слой 535.
Лента 37 собирающего средства волоконного слоя настоящего изобретения может использоваться в полевых условиях и может быть упакована в виде, пригодном для отгрузки и использования в полевых условиях. Например, как показано на фиг.12, лента 37 собирающего средства волоконного слоя, свернутая, например, как показано на фиг.3, может быть намотана на шпиндель 75 с образованием рулона (обычно, обозначенный 77) для отгрузки. При необходимости, лента 37 собирающего средства волоконного слоя может быть развернута из рулона 77 для намотки на внутреннее сито 27 узла 19 волоконного слоя. Другой вид, изображенный на фиг.13, включает один лист материала волоконного слоя (обычно, обозначенный 81), содержащий множество (шесть) лент 37A-37F собирающего средства волоконного слоя, расположенных рядом и соединенных вместе. Материал волоконного слоя может быть упакован в рулон, обычно обозначенный 83. Материал волоконного слоя может быть образован с внутренним слоем, подобным внутреннему слою 57, но проходящим по всей ширине материала 81 волоконного слоя, наружным слоем, подобным наружному слою 59, но проходящим по всей ширине листа 81, и промежуточным слоем, подобным промежуточному слою 61, но проходящим по всей ширине листа. Промежуточный слой также может быть разделен на части перед сборкой с внутренним и наружным слоями. Сшивание 65A-65F, образованное посредством сшивания или другими пригодными способами, может быть выполнено вдоль краев каждых отдельных лент 37A-37F собирающего средства волоконного слоя для использования компонентов (т.е. части внутреннего слоя, части наружного слоя и части промежуточного слоя) каждого отдельного элемента. Однако предполагается, что стачивание 65A-65F может быть исключено. Линии 85 перфораций между соседними собирающими средствами 37A-37F волоконного слоя образуют ломкие части, которые позволяют отрывать соединенные ленты 37A-37F для индивидуального использования. Могут использоваться другие способы ослабления закрепления между соседними лентами 37A-37F. Кроме того, в материале волоконного слоя могут не выполняться линии с непрочным закреплением. Вместо этого, может быть использован режущий инструмент для отделения собирающего средства волоконного слоя при необходимости. Однако, предпочтительно, чтобы ширина каждого собирающего средства волоконного слоя была установлена до отгрузки в полевые условия.
Опытный узел 19 волоконного слоя, выполненный в соответствии с принципами настоящего изобретения, был испытан, и его рабочие характеристики сравниваются с рабочими характеристиками существующего узла волоконного слоя. Результаты испытаний для существующего узла волоконного слоя сведены в таблицу на фиг.14A, а результаты испытаний для опытного узла 19 волоконного слоя сведены в таблицу на фиг.14B. Существующим узлом волоконного слоя является узел волоконного слоя из стеклянной ровницы, изготавливаемый в промышленном масштабе фирмой Monsanto Enviro-Chem Systems, Inc. Of St. Louis, Missouri. Узел волоконного слоя из стеклянной ровницы образован посредством обматывания волоконной ровницы на цилиндрическое сито.
2
2
3
3
3
3
3
3
Опытный узел 19 волоконного слоя образован посредством обматывания ленты собирающего средства волоконного слоя на внутреннее сито 27 для получения, по существу, волоконного слоя 135, как показано на фиг.7 (т.е. для обратного потока). Испытываемая лента собирающего средства волоконного слоя имеет структуру, изображенную на фиг.5, за исключением того, что промежуточный слой образован из трех матов JM B015, расположенных в слоях, а внутренний и наружный слои были соединены вместе посредством сшивания скобами, а не сшиванием нитью. Внутренним и наружным слоями являются волоконные маты ECOMAT 300, как описывалось для иллюстрированного выше варианта осуществления. Перекрытие между соседними витками 39 ленты собирающего средства волоконного слоя в намотке составляет приблизительно 2 дюйма (6 см). Дренажный слой, подобный дренажному слою на фиг.7, был образован с использованием двух волоконных матов. Ширина ленты собирающего средства волоконного слоя равна 18 дюймам (46 см), а ее длина равна 35 футам (10,7 м). Наружный диаметр волоконного слоя 35 равен 23,2 дюйма (58,9 см), м), внутренний диаметр равен 22 дюймам (56 см), толщина сжатого волоконного слоя (включая дренажный слой) равна 0,6 дюйма (1,5 см) и высота волоконного слоя равна 6 футам (1,8 м). Площадь волоконного слоя равна 34, 5 фут (3,21 м) и объем волоконного слоя равен 1,8 фут (0,05 м). Общий вес волокна, используемого в ленте 37 собирающего средства, равен 10,9 фунтов (5,0 кг), а его объем равен приблизительно 1,5 фут (0,04 м). Общая плотность ленты собирающего средства равна 7,4 фунт/фут (118,5 кг/м). Общие количества учитывают площади перекрытия в волоконном слое.
2
2
3
3
3
2
2
3
3
3
3
Длина внутреннего и наружного слоев ленты собирающего средства волоконного слоя, образованной из мата ECOMAT 300, также равна 35 футам (10,6 м), а их ширина равна 18 дюймам (46 см). Толщина в сжатом состоянии обоих слоев вместе равна 0,25 дюйма (0,6 см). Общая площадь волоконного слоя слоев равна 42,5 фут (3,95 м) и общий объем слоев приблизительно равен 0,8 фут. Средний диаметр волокна внутреннего и наружного слоев равен 10,4 микрона. Общий вес используемого волокна равен 5,0 фунтов (2,3 кг), а общая плотность внутреннего и наружного слоев равна 6,8 фунт/фут (108,9 кг/м). Длина промежуточного слоя, образованного из мата JM B015, также равна 35 футам (10,7 м), а его ширина равна 18 дюймам (46 см). Толщина в сжатом состоянии промежуточного слоя равна 0,25 дюйма (0,8 см). Площадь волоконного слоя промежуточного слоя равна 42,5 фут (3,95 м) и объем приблизительно равен 0,8 фут (0,20 м). Общий вес используемого волокна равен 5,9 фунтов (2,67 кг), и плотность промежуточного слоя волоконного слоя равна 7,9 фунт/фут (126,5 кг/м).
Как показано в таблицах на фиг.14A и фиг.14B, испытания проводились для каждого из двух узлов волоконного слоя для четырех разных режимов: низкая скорость/низкая нагрузка (LVLL); низкая скорость/высокая нагрузка (LVHL); высокая скорость/ низкая нагрузка (HVLL); высокая скорость/ высокая нагрузка (HVHL). Дополнительное испытание для опытного узла 19 проводилось в условиях сверхвысокой скорости и низкой нагрузки (HHVLL). Первая колонка данных представляет измерение количества (или нагрузки) аэрозоля (т.е. полиальфаолефинового масленого тумана) в потоке газа. Вторая и третья колонки показывают скорость потока газа и объемный расход газа на единичную длину (высоту) волоконного слоя 35. Четвертая-седьмая колонки содержат данные относительно сопротивления потоку газа, обеспечиваемому волоконным слоем 35. Четвертая колонка показывает перепад давлений через волоконный слой 35. Пятая и шестая колонки показывают сопротивление (Co) потока, которое является отношением перепада давлений к скорости потока газа, когда волоконный слой 35 не содержит жидкости (пятая колонка), и когда волоконный слой содержит захваченную жидкость из потока газа (шестая колонка). Седьмая колонка (W/D) показывает отношение сопротивления влажного потока к сопротивлению сухого потока. Колонки 8-12 показывают эффективность волоконного слоя 35 при удалении частиц указанного размера (в микронах). Последняя колонка показывает общую эффективность волоконного слоя 35 при удалении содержащихся частиц всех размеров. Для получения данных был использован каскадный импактор Anderson Mark IV, предназначенный для гравиметрического измерения гранулометрического состава и нагрузки аэрозоля в потоках газа.
Данные показывают, что для одного и того же расхода потока газа и условий нагружения аэрозоля волоконный слой 135, образованный в соответствии с принципами настоящего изобретения, оказывает меньшее сопротивление прохождению газа через волоконный слой при достижении тех же самых или более высоких эффективностей при удалении частиц. Различия являются, особенно, заметными при низкой скорости и низком режиме нагрузки. При низкой скорости/низкой нагрузке (LVLL) сопротивления потока как во влажных, так и сухих условиях для опытного волоконного слоя 35 ниже, чем для волоконного слоя стеклянной ровницы. Однако эффективность удаления частиц выше для каждого измеренного размера частицы и в целом. Увеличение эффективности для каждой большой и каждой малой частиц является особенно заметным. Подобные результаты получены для сравнений высокой скорости/низкой нагрузки (HVLL) между опытным волоконным слоем 35 и волоконным слоем стеклянной ровницы. Можно видеть, что для всех измеренных параметров эффективность удаления частиц сохраняется постоянно высокой в диапазоне размеров частиц.
3
3
3
3
Как показано на фиг.15, приведены параметры волоконного слоя 35 настоящего изобретения при разных толщинах слоя в разных режимах. Данные эффективности волоконного слоя 35 при толщине в сжатом состоянии 0,6 дюйма (1,5 см) использованы для расчета результатов для волоконных слоев с другими толщинами. Первым режимом является низкая скорость и низкая нагрузка (LVLL). Как можно видеть, скорость потока газа и нагрузка аэрозоля являются теми же самыми, 23,4 фут/мин (7,1 м/мин) и 1,8 мг/фут (64 мг/м) соответственно. Как можно видеть, эффективность сбора частиц, содержащихся в потоке газа, с размером 0,3 микрона или больше составляет почти 100%, пока толщина волоконного слоя не ниже 0,3 дюйма (0,8 см). Существует много применений, в которых допускается более низкая эффективность. Хотя эффективность падает при толщине 0,3 дюйма (0,8 см), тем не менее, эффективность остается достаточно высокой для практического применения. Вторая группа параметров дана для низкой скорости, но высокой нагрузке (LVHL). Скорость является такой же, как для LVLL, но туман, который необходимо удалить, увеличен до 47,4 мг/фут (1,674 мг/м). Эффективность сбора частиц с размером 0,3 микрона для толщин волоконного слоя от 0,6 дюйма (1,5 см) до 1,2 дюйма (3,0 см) остается очень высокой. Эффективность незначительно падает для волоконного слоя с толщиной 0,3 дюйма (0,8 см) по сравнению с режимом LVLL.
Третья группа параметров дана для высокой скорости, но низкой нагрузке. Работа в условиях нагружения также является оптимальной для всех толщин. По существу, 100% частиц с размером 0,3 микрона собирается при всех толщинах слоя. Таблица на фиг.15 показывает данные для сбора частиц с размером 0,2 микрона, так что может быть наглядно показано некоторое отклонение по эффективности. Четвертая группа параметров дана для высокой скорости и высокой нагрузки. И снова, при более высоких нагрузках можно видеть большее различие по эффективности сбора между волоконными слоями с разными толщинами. Однако эффективности остаются в пределах уровней, которые имеют промышленное применение. В конечном счете, пятая группа параметров включает сверхвысокую скорость при низкой нагрузке. Даже в условиях очень высокой скорости волоконный слой настоящего изобретения способен удалять большой процент частиц аэрозоля из потока газа.
2
Волоконный слой и лента собирающего средства волоконного слоя настоящего изобретения обеспечивают несколько преимуществ. Он имеет высокую эффективность при низком нагружении и низкой скорости потока газа с очень низким перепадом давлений через волоконный слой. При толщинах возможно в два раза больше испытанных толщин (например, толщины в сжатом состоянии 1,2 дюйма или 3 см) могут быть достигнуты эффективности сбора в высокоэффективном диапазоне отделения частиц аэрозоля (99,997% при 5 дюймах HO или перепаде давлений 1,25 кПа). Кроме того, данные подтверждают использование ленты собирающего средства при высоких скоростях потока газа.
Ввиду вышеупомянутого, будет понятно, что некоторые цели настоящего изобретения достигнуты, и другие преимущественные результаты получены.
При использовании элементов настоящего изобретения или различных версий, варианта осуществления (вариантов осуществления) или его аспектов, подразумевается, что артикли и слова «указанный» означают, что имеются один или более элементов. Подразумевается, что термины «содержащий», «включающий» и «имеющий» включены и означают, что могут быть использованы дополнительные элементы, отличные от перечисленных элементов. Использование терминов, обозначающих конкретную ориентацию (например, «верхний», «нижний», «боковой» и т.д.), предусмотрено для удобства описания и не требует какой-либо конкретной ориентации описанного элемента.
Так как возможны различные изменения в настоящем изобретении без отхода от объема настоящего изобретения, подразумевается, что весь предмет изобретения, содержащийся в указанном описании и изображенный в сопроводительных чертежах, будет истолковываться как иллюстративный, а не ограничивающий.