Установка очистки воздуха
AIR CLEANING UNIT

Изобретение относится к устройствам мокрой очистки загрязненного воздуха от пыли и токсичных газов.
Оно может быть использовано во всех отраслях промышленности для высокоэффективной очистки вентиляционных выбросов технологических участков воздуха производственных помещений от пыли любого типа (полимеров, металла, композиционных материалов и т.д.) и от газовых вредных выбросов при производстве, изготовлении и переработке различных материалов.
Известно устройство - газопромыватель насадочный (Родионов А.И. др. Технологические процессы экологической безопасности. Из-во Калуга, Н. Бочкарева, г., с. 42-44), содержащий корпус, в котором установлена шаровая насадка, шары в которой ограничены в перемещении опорными решетками, оросительное устройство размещено над шаровой насадкой, брызгоулавливатель, расположенный над оросительным устройством под вентиляционной системой для вывода очищенного газа в атмосферу, входной патрубок для подачи запыленного газа в корпус и выходной патрубок для вывода шлама - в нижней части переменного сечения корпуса.
Недостатки устройства:
- устройство ограничено функционально - это газопромыватель от пыли в газах, которые после очистки необходимо вернуть в производство. Загрязненный воздух не очищается от газовой составляющей, полученной в результате проведения сварочных работ, работ, связанных с покрытием поверхностей составами, содержащими вредные выбросы (растворители, масляные эмульсии, аэрозоли), а закрытая поверхность шаров легко пропускает загрязняющие воздух газы в атмосферу;
- оросительное устройство создает противоток жидкости движению газа и пыли через насадку, неравномерно охватывая поверхность ограничительной решетки и, следовательно, шаров насадки, что снижает эффект очистки устройства от пыли (в основном миллиметрового и нано - размера). Ухудшается за счет этого и смачиваемость поверхности пыли;
- плотная укладка шаров при неравномерном смачивании из одного сопла над ограничительной решеткой насадки должна привести к неупорядоченному распределению жидкости между шарами и разной скорости их вращения, что снижает функциональные возможности устройства;
- ограничена применимость насадки в виде шаров для улавливания веществ смолистых и склонных к образованию отложений;
- плотная упаковка шаров, но с возможностью их быть подвижными не гарантирует эффективность смачивания пыли и поверхности шаров жидкостью из-за появления воздушной пробки в насадке.
Известно устройство - скруббер с подвижной шаровой насадкой конической формы (Родионов А.И. и др. Технологические процессы экологической безопасности. Изд-во Н. Бочкарева, Калуга, 2000 г., с. 45-46), содержащий опорные решетки для ограничения подвижности шаров, слой шаров, размещенный в конусной части корпуса, форсунку над слоем шаров - в корпусе, емкость для приема воды - под корпусом, брызгоулавливатель, входной патрубок - для ввода запыленного газа, вывод для шлама - в нижней части корпуса.
Известное устройство в качестве насадки, применяют полиэтиленовые шары ∅ 30-40 мм с малой насыпной плотностью.
Недостатки устройства:
- устройство ограничено функционально - для улавливания пыли, то есть, газ очищается от пыли;
- загрязненный воздух с газовыми выбросами проходит ускоренно в атмосферу. Подвижность шаров обеспечена большим зазором между опорной решеткой для шаров и брызгоулавливателем, что гарантирует значительный унос газа и пыли микрометрового и нано - размера. Тем более, что шары выполнены со сплошной поверхностью.
Известно устройство для очистки газа (а.с. №578989, МПК В01Д 47/06, от 02.06.1975 г). Оно включает бункер - осадитель шлама, скоростной скруббер, нижняя часть которого размещена в бункере, форсунки для подачи жидкости. Нижний конец скоростного скруббера располагается ниже уровня жидкости в бункере. Снаружи скоростного скруббера установлена труба Вентури. Нижний срез трубы не доходит до уровня жидкости в бункере. Снаружи трубы Вентури коаксиально размещен корпус устройства, нижний срез которого размещен ниже уровня жидкости в бункере. В зазоре между трубой Вентури и корпусом натянута горизонтальная сетка, на которой расположены свободно пластмассовые полые шары или полиэтиленовые кольца. Между шарами размещены форсунки для подачи жидкости. В верхней части корпуса имеется патрубок для выпуска очищенного воздуха. Этот патрубок связан с вытяжной вентиляционной установкой, создающей тягу для прохода газа через установку. На входной кромке контура трубы Вентури установлена крышка. Между крышкой и верхним срезом скоростного скруббера оставлен зазор для прохода очищаемых газов. В зазоре между скоростным скруббером и трубой Вентури помещен ороситель. Для подачи загрязняемых пылью газов в скоростной скруббер имеется патрубок. Для выпуска шлама в нижней части бункера имеется люк.
Недостатки устройства:
- эффективность очистки воздуха от пыли и газов - выбросов газовой составляющей производства обеспечена сложно - многостадийным распылом и обязательным наличием адсорбера в составе подаваемой жидкости, что усложняет процесс, как конструктивно, так и функционально;
- образование пены при орошении насадок в режиме непрерывной работы устройства должно ухудшать процесс очистки воздуха от загрязняющего его газа, так как с пеной, а она легка и всепроникающа, дисперсная часть пыли свободно выйдет в атмосферу через вентиляционную установку как и уловленный загрязняемый газ из воздуха. Поэтому степень очистки от пыли - 60-80%;
- шары насадки имеют сплошную поверхность, что снижает их функциональные возможности по очистке воздуха от газовых выбросов;
- подача ко второму слою шаров постоянно чистой воды под грубым напором на них не приведет к исчезновению пены, но приведет к удорожанию процесса фильтрации и усложнению устройства;
- очистка происходит в большей степени за счет оседания пыли на стенках и трубах, и скруббере, и корпусе устройства (проверено экспериментально);
- еще более низкий процент очистки пыли несмачивающейся, а газа - нерастворимого в воде (до 5%);
- устройство функционально усложнено и рассчитано для очистки горячих газов от пыли.
Наиболее близким по технической сущности, направлению и положительному эффекту выбрано устройство для очистки воздуха (пат. №2417820, МПК В01Д 47/06, от 21.08.2008 г.), которое состоит из корпуса, двух оросительных камер в корпусе. Первая из них имеет вид замкнутого сверху купола и размещена над контактной емкостью, частично заполненной уксусной кислотой, которая подпитывает форсунки на коллекторе. Вторая оросительная камера размещается в корпусе над частью емкости, частично заполненной масляной щелочной эмульсией, которая также подпитывает форсунки на другом коллекторе. Нижняя часть корпуса устройства разделена перегородкой на две контактные емкости. Вторая оросительная камера имеет на против форсунок отражатели ударов распыляемой из форсунок жидкости. Причем, форсунки размещены на коллекторах по центру оросительных камер с возможностью подпитывающей жидкости сверху - вниз, противотоком поступать в камеру пыли - газовоздушной смеси из зазора, образованного в контактной емкости между потолком емкости и уровнем жидкости в контактной емкости. Верхний ряд форсунок во второй камере орошения дополнительно имеет подпитку водой, не содержащей хлор. К обеим оросительным камерам подсоединена ультрафиолетовая установка. Над форсунками второй оросительной камеры размещен сепаратор - брызгоулавливатель и обводной вентиляционный канал. Для более интенсивного движения проходящего в первой камере загрязненного потока воздуха, турбулизации его и получение гомогенного раствора по центру вдоль оси корпуса размещена разделительная стенка, имеющая аэродинамический эффект.
Недостатками устройства являются:
- устройство функционально ограничено улавливанием пыли миллиметрового и микрометрового размера - 100%, но не аэрозолей, частиц нано - размера;
- устройство усложнено жидкостями, обеспечивающими улавливание пыли и газов, установкой облучения УФ и конструктивно - двумя модулями, двумя корпусами с разветвленной сетью отдельных коллекторов;
- усложнение не позволяет эффективно использовать оба модуля в случае не смачиваемой пыли и не смачиваемой газовой составляющей,
- для получения эффекта очистки воздуха от любых типов и размеров частиц пыли или газообразных выбросов большой концентрации, дефицит время контакта с разрушающими или перехватывающими загрязнения элементами устройства, так как сложно оптимизировать скорость перехвата загрязнений - малая скорость улавливания не производительна, а большая - не обеспечивает времени, достаточного для универсализации процесса улавливания любого загрязнителя по размерам, смачиваемости, свойствам;
- ограничено эффектом улавливания пыли и вредных газовых выбросов в атмосферу малой концентрации. При больших объемах загрязнений - большая их часть, особенно нано - размеров, выйдет в атмосферу;
- недостаточно эффективно устройство для очистки от загрязнений, сочетающих свойства: гидрофобность, малые размеры (нано) и малую концентрацию в общей массе, так как они проскакивают "навылет" по зазору между потолком контактной емкости и уровнем жидкости в ней и между капельками жидкости во второй камере, так как масло уменьшает коэффициент трения и работает, в этом случае, как антифрикционный материал.
Техническое решение направлено на разработку устройства и более простого в конструкторском плане универсального действия по очистке загрязненного воздух как от пыли любого размера и происхождения, свойств, так и вредной газовой составляющей в воздухе.
Задача изобретения - упрощение устройства с одновременным получением эффекта - 100% очистки от загрязняющих воздух пылевидных и газообразных выбросов в более широком диапазоне охвата загрязняющих воздух токсичных компонентов и их размерности и, соответственно, в более широком охвате областей применения.
Технический результат достигается тем, что установка очистки воздуха, содержащая контактную емкость, частично заполненную жидкостью с образованием зазора между потолком этой емкости и уровнем жидкости в ней, воздуховод для попадания загрязненного воздуха в установку, над контактной емкостью размещена оросительная камера с форсунками на коллекторах, установленных по центру в вертикальной плоскости относительно друг друга, отражатели ударов распыляемой жидкости из форсунок, установленных с возможностью подачи жидкости в корпус сверху - вниз, противотоком поступающей в установку пыле - газовоздушной среды из зазора в контактной емкости, сепаратор - брызгоулавливатель и отводной вентиляционный канал - над сепаратором, согласно изобретению подающий воздуховод выполнен с зауженным входом и введен непосредственно в контактную емкость вертикально, оросительная камера выполнена одна, трехуровневая: над контактной емкостью размещен нижний уровень, в котором размещены форсунки, установленные по центру на коллекторе в вертикальной плоскости относительно друг друга и отражатели ударов распыляемой жидкости из этих форсунок, над нижним размещен средний уровень оросительной камеры, в котором размещены опорная и ограничительная решетки, а между ними - плотно уложены шарообразные элементы, выполненные из набора, параллельно закрепленных на перемычке, пластин зигзагообразной формы с зазором между ними, при этом, шарообразные элементы выполнены из ударопрочного, антифрикционного материала, а над ограничительной решеткой размещены форсунки в горизонтальной плоскости на расстоянии друг от друга на том же коллекторе, что и форсунки первого-нижнего уровня в оросительной камере, над вторым - средним уровнем размещен третий - верхний уровень оросительной камеры, в котором размещены брызгоулавливатель - сепаратор и отводной вентиляционный канал, над средним уровнем оросительной камеры размещен третий уровень, в котором размещены брызгоулавливатель - сепаратор и отводной вентиляционный канал, на корпусе оросительной камеры в средней ее части выполнена откидная створка.
Сопоставительный анализ заявляемого устройства с прототипом показал, что заявляемое обладает новизной, имеет существенные отличия во взаимосвязи элементов в их функциональных возможностях. А ранее известные элементы, введенные в устройство, по форме заявлены с новыми свойствами и с новой функцией.
В отличие от прототипа заявленное устройство имеет одну оросительную камеру, но трехуровневую, сочетающую новый набор узлов для решения поставленной задачи.
Практическая применимость: установка очистки воздуха прошла испытание, получен устойчивый результат.
Отличительные признаки функционируют следующим образом.
- Признак "подающий воздуховод выполнен с зауженным входом и введен непосредственно в контактную емкость вертикально" обеспечивает концентрацию ввода пыле - газовоздушной смеси под напором в контактную емкость и возможность минимизировать прохождение смеси по зазору между потолком и уровнем жидкости в контактной емкости. Тем самым, интенсифицируется процесс очистки уже на первом этапе очистки, так как жидкость в контактной емкости может, в зависимости от состава, перехватывать не только гидрофильные, но и гидрофобные частицы пыли или газа;
- признак "оросительная камера выполнена одна, трехуровневая", обеспечивает упрощение конструкции, с возможностью усиления эффекта очистки воздуха до 99,99-100% любых загрязнений, с возможностью достижения универсальности при очистке воздуха от любых вредных выбросов в нем, или эффекта 99,99-100% улавливания выбросов при их использовании в дальнейшем - при обработке ценных, дорогостоящих материалов;
- признак "над контактной емкостью размещен первый - нижний уровень оросительной камеры, в котором размещены форсунки, установленные по центру на коллекторе в вертикальной плоскости относительно друг друга и отражатели ударов распыляемой жидкости из этих форсунок", обеспечивает первый перехват загрязнений воздуха, которые прошли по зазору в контактной емкости и их сброс в контактную емкость и вторичный перехват загрязнений, сброшенных из второго - среднего и третьего - верхнего уровней оросительной камеры, что позволяет достичь максимального эффекта очистки любых размеров и типов загрязнений;
- признак «над нижним размещен средний уровень оросительной камеры, в котором размещены опорная и ограничительная решетки, а между ними - плотно уложены шарообразные элементы, выполненные из набора, параллельно закрепленных на перемычке, пластин зигзагообразной формы с зазором между ними» обеспечивает усиление эффекта перехвата загрязнений из воздуха за счет получения многоразвитой поверхности шарообразных элементов, увеличения контактов во времени и в зазорах между зигзагообразной формы пластинами, образующими лабиринт, с противотоком жидкости из форсунок над ограничительной решеткой;
- признак «при этом, шарообразные элементы выполнены из ударопрочного, антифрикционного материала, а над ограничительной решеткой размещены форсунки горизонтальной плоскости на расстоянии друг от друга на том же коллекторе, что и форсунки первого-нижнего уровня в оросительной камере» обеспечивает полноценный охват всего объема шаровой насадки жидкостью, подаваемую под напором в многопластинчатый лабиринт повышенной работоспособности шарообразных элементов и усиленную активность перехвата загрязнений из воздуха любого размера, состава и концентрации, так как обеспечено плотное взаимодействие без задержек, скольжение (как по маслу) в зазорах жидкости и загрязнений вниз в первый-нижний уровень оросительной камеры, а далее в контактную емкость;
- признак "над вторым - средним уровнем размещен третий - верхний уровень оросительной камеры, в котором размещены брызгоулавливатель - сепаратор и отводной вентиляционный канал", обеспечивает окончательное освобождение воздуха от избытка жидкости - по максимуму, задерживая ту часть загрязнений, которая, маловероятно, но оказалась с жидкостью над форсунками среднего уровня оросительной камеры. За счет конденсации на сепараторе и укрупнения капель жидкости, не допускается их выход в вентиляционный канал и, соответственно, в атмосферу или в помещение, которое обрабатывается устройством;
- признак "на корпусе в средней части оросительной камеры выполнена откидная створка", обеспечивает возможность контроля за состоянием шарообразной насадки в целом, за состоянием внутреннего объема шарообразных элементов и их работоспособностью. Обеспечивает возможность их быстрой замены.
Устройство состоит из корпуса (фиг. 1-2), в котором имеется подающий вентиляционный патрубок 1, контактная емкость 2, жидкость 3 в контактной емкости, частично заполняющая контактную емкость - с зазором 4 между потолком 5 контактной емкости и уровнем жидкости (фиг. 2). Над контактной емкостью 2 (фиг. 2) имеется оросительная камера 6, по центру которой вдоль вертикальной оси размещены форсунки 7' и 7'' на коллекторе 8, подающие жидкость 3 противотоком в нижнюю часть -1 (фиг. 1) оросительной камеры 6 и отражатели 9' и 9'' ударов распыляемой из форсунок 7' и 7'' жидкости. В средней части - II (фиг. 1) - над нижней частью оросительной камеры 6 размещена шаровая насадка (фиг. 2), она представлена из плотно уложенных шарообразных элементов 10 (фиг. 3, 4), которые выполнены из набора, параллельно закрепленных на перемычке 11, пластин 12 зигзагообразной формы со сквозным зазором 13 между пластинами 12. Шарообразные элементы размещены между опорной 14 и ограничительной решеткой 15. Над ограничительной решеткой 15 на коллекторе 8 размещены в горизонтальной плоскости, относительно вертикальной оси оросительной камеры на одинаковом расстоянии форсунки 16' и 16''. В верхней части (фиг. 1-III) оросительной камеры 6 - над шаровой насадкой размещен сепаратор - брызгоулавливатель 17. Над сепаратором 17 размещен вентиляционный канал 18. В средней части (фиг. 1, фиг. 2) оросительной камеры 6 имеется откидная створка 19.
Гидравлическое сопротивление шарообразной насадки, опорной и ограничительной решеток, рассчитывают исходя из обеспечения оптимальной скорости прохождения загрязненного воздуха, не дообработанного в первой - нижней части оросительной камеры, и встречно жидкости из форсунок, размещенных над ограничительной решеткой.
На фиг. 1 схематично представлено устройство, общий вид.
На фиг. 2 схематично представлено устройство, разрез.
На фиг. 3 схематично представлен шарообразный элемент, разрез.
На фиг. 4 схематично представлен шарообразный элемент, общий вид.
Устройство работает следующем образом.
Контактную емкость 2 (фиг. 2), в которой имеется входной патрубок 1 для поступающего загрязненного воздуха, предварительно заполняют жидкостью 3 (вода или раствор, нейтрализующий газовую составляющую воздуха) с образованием воздушного зазора 4 между потолком 5 контактной емкости и уровнем заполняемой жидкости. Включают вытяжную вентиляционную систему 18 и загрязненный воздух поступает в патрубок 1, проходит частично по воздушному зазору 4, а частично контактирует с жидкостью 3 в контактной емкости 2, частично растворяясь (газ) или смачиваясь (пыль). В основном, в контактной емкости с жидкостью перехватываются и остаются в ней крупные частицы, хорошо смачивающиеся и, легко растворимые (микромиллиметровые, миллиметровые).
Более мелкие частицы (газ, пыль) загрязненной части воздуха из помещений или из атмосферы проходят по зазору 4 в нижнюю часть оросительной камеры 6 (фиг. 1 и фиг. 2-I уровень очистки), где они подвергаются обработке водой или жидкостью 3, нейтрализующей их агрессивное состояние, которая противотоком из форсунок 7' и 7'' поступают рециркуляцией по коллектору 8, интенсивно распыленной отражателями 9, в контактную емкость 2 захватывая с собой часть загрязняющей воздух составляющей. Часть же, микронного и наноразмера пыле- и газовых загрязнений проходит в средний уровень (фиг. 1 и фиг. 2-II уровень очистки) для многократной очистки оросительной камере 6 через опорную решетку 14 в шаровую насадку - плотноупакованных шарообразных элементов 10 - по многочисленным зазорам 13 между зигзагообразной формы пластинами 12, закрепленными на перемычке 11, в каждом шарообразном элементе. При этом над ограничительной решеткой 15 противотоком загрязняющей части под напором поступает эта же жидкость 3 рециркуляцией по форсункам 16' и 16'', поступающая по коллектору 8 из контактной емкости 2. Поскольку форсунки 16' и 16'' на равном удалении от вертикальной оси оросительной камеры в горизонтальной плоскости размещены, с возможностью под напором полного перекрытия жидкостью без зазоров по поверхности ограничительной решетки 15, то шарообразные элементы в насадке многократно перехватывают одни и те же загрязнения, что и приводит к эффекту очищения воздуха от любых размеров загрязнений, независимо от их свойств. Завершает процесс очистки верхний - III уровень очистки в оросительной камере 6 (фиг. 1 и фиг. 2-III), где над форсунками 16' и 16'' размещен сепаратор - брызгоулавливатель 17, конденсирующий капли жидкости на своей поверхности и сбрасывающий жидкость вниз. В вентиляционный канал 18 при таком интенсивном процессе очистки в устройстве выпускается чистый, гарантированно чистый воздух в то же помещение или в атмосферу (Таблица). При необходимости открывают створку 19 в период остановки устройства и проводят очередной контроль состояния шарообразных элементов.
По сравнению с прототипом заявляемое устройство имеет преимущества:
- устройство функционально расширяет свои возможности, значительно повышая эффект очистки.
- устройство существенно изменило порядок, принцип функционирования уже известных узлов, используемых в нем (см. аналоги и прототип).
- устройство конструктивно упрощено без ущерба достигаемых результатов, так как конструктивно и функционально выполнено на более высоком уровне (Таблица).
- устройство ново, имеет существенные отличия как от прототипа, так и известных изобретений, использующих шаровые насадки.
Практическая применимость подтверждена экспериментально.