ФИЛЬТР-СОРБЕР
FILTER-SORBER

Изобретение относится к фильтрам-сорберам для очистки технологических воздушных сред от газовых примесей и может быть использовано в атомной, химической, медицинской и металлургической промышленности.
Известен адсорбер [А.с. СССР на изобретение №1581357. Адсорбер. Заявлено 13.08.1987. Опубликовано 30.07.1990].
Адсорбер состоит из вертикального цилиндрического корпуса с размещенными в нем на опорной плите коаксиальными слоями адсорбента: наружным и внутренним. Слои адсорбента отделены друг от друга межслоевым пространством адсорбера и ограничены соответственно цилиндрическим корпусом и перфорированным цилиндром (наружный слой) и перфорированными цилиндрами (внутренний слой). Для подвода газового потока, содержащего сорбируемый компонент, в межслоевое пространство в нижней части корпуса адсорбера над опорной плитой тангенциально расположен штуцер, а для подвода десорбирующего потока в верхнюю часть межслоевого пространства тангенциально установлен штуцер.
Недостатком известного устройства является неравномерный профиль скорости газового потока по высоте слоя сорбента.
Наиболее близким техническим решением является адсорбер, рассмотренный в следующем авторском свидетельстве [А.с. СССР на изобретение РФ №1353478. Адсорбер. Заявлено 25.05.1985. Опубликовано 23.11.1987]. Адсорбер содержит корпус, трубчатку, состоящую из трубок, выполненных из эластичного материала, внутреннюю полость корпуса (межтрубная полость), сообщенную с источником избыточного давления рабочей среды и с источником создания разрежения, дополнительную кольцевую сорбционную полость с каналами, выполненную со стенками из упругоэластичного материала, и снабженную контактирующим с ним ограничительными кольцевыми перегородками, обеспечивающими заранее заданные предельные значения колебаний расстояния между ними и придающими требуемую конфигурацию.
Недостатком известного устройства является неравномерный профиль скорости газового потока на входе в слой сорбента и на выходе из него, что приводит к исключению в процессе очистки от примесей части сорбента.
Задача изобретения состоит в устранении указанного недостатка, а именно в обеспечении относительно равномерного профиля скорости газового потока на входе в сорбент и на выходе из него.
Для решения указанной задачи в фильтре-сорбере, состоящем из цилиндрического корпуса, днища, крышки, нижней и верхней кассетных плит, входного и выходного патрубков, по меньшей мере, одной цилиндрической обечайки, снаряженной сорбентом, размещенной вертикально внутри цилиндрического корпуса, установленной между нижней и верхней кассетными плитами с упором в них торцевыми частями, предлагается:
- в верхней и нижней кассетных плитах выполнить, по меньшей мере, по одному каналу, соответствующему положению сорбента в цилиндрической обечайке;
- входной и выходной патрубки установить на цилиндрическом корпусе соответственно над верхней и нижней кассетными плитами;
- во входной камере, образованной верхней кассетной плитой, верхней частью цилиндрического корпуса и крышкой, на верхней кассетной плите установить верхнюю цилиндрическую вставку;
- в выходной камере, образованной нижней кассетной плитой, нижней частью цилиндрического корпуса и днищем, на нижней кассетной плите установить нижнюю цилиндрическую вставку;
- верхнюю цилиндрическую вставку установить симметрично продольных осей входного и выходного патрубков и сместить в направлении выходного патрубка;
- нижнюю цилиндрическую вставку установить коаксиально с цилиндрическим корпусом;
- расстояние между крышкой и верхней цилиндрической вставкой выполнить с возрастанием по мере удаления по ее периметру от входного патрубка;
- расстояние между днищем и нижней цилиндрической вставкой выполнить с возрастанием по ее периметру по мере удаления от выходного патрубка;
- максимальную высоту верхней цилиндрической вставки обеспечить, по меньшей мере, равной расстоянию между верхней кассетной плитой и верхней частью входного патрубка;
- максимальную высоту нижней цилиндрической вставки обеспечить, по меньшей мере, равной расстоянию между нижней кассетной плитой и нижней частью выходного патрубка.
В частных случаях исполнения устройства предлагается следующее:
- во-первых, в качестве сорбента использовать гранулированный органический материал марки СКТ-3 и (или) силикагель марки типа КСКГ;
- во-вторых, в верхнем и нижнем слоях сорбента использовать силикагель типа КСКГ, а в промежуточном слое сорбента - гранулированный органический материал марки СКТ-3.
Технический результат изобретения состоит в повышении эффективности очистки газового потока от примесей.
Принципиальная схема одного из вариантов исполнения фильтра-сорбера представлена на фиг.1-3, на которых изображены соответственно продольное, осевое и поперечные сечения фильтра-сорбера. На фигурах приняты следующие обозначения: 1 - верхняя кассетная плита; 2 - входной патрубок; 3 - выходной патрубок; 4 - днище; 5 - канал верхней кассетной плиты; 6 - канал нижней кассетной плиты; 7 - цилиндрическая обечайка; 8 - цилиндрический корпус; 9 - крышка; 10 - нижняя кассетная плита; 11 - сорбент; 12 - верхняя цилиндрическая вставка; 13 - нижняя цилиндрическая вставка.
Фильтр-сорбер состоит из цилиндрического корпуса 8, днища 4, крышки 9, нижней 10 и верхней 1 кассетных плит, входного 2 и выходного 3 патрубков, по меньшей мере, одной цилиндрической обечайки 7.
Цилиндрическая обечайка 7 снаряжена сорбентом 11, размещена вертикально внутри цилиндрического корпуса 8, установлена между нижней 10 и верхней 1 кассетными плитами с упором в них торцевыми частями.
В верхней 1 и нижней 10 кассетных плитах выполнено, по меньшей мере, по одному каналу 5, 6, соответствующему положению сорбента 11 в цилиндрической обечайке 7.
Входной 2 и выходной 3 патрубки установлены на цилиндрическом корпусе 8 соответственно над верхней 1 и нижней 10 кассетными плитами.
Во входной камере, образованной верхней кассетной плитой 1, верхней частью цилиндрического корпуса 8 и крышкой 9, на верхней кассетной плите 1 установлена верхняя цилиндрическая вставка 12.
В выходной камере, образованной нижней кассетной плитой 10, нижней частью цилиндрического корпуса 8 и днищем 4, на нижней кассетной плите 10 установлена нижняя цилиндрическая вставка 13.
Верхняя цилиндрическая вставка 12 установлена симметрично продольных осей входного 2 и выходного 3 патрубков и смещена в направлении выходного патрубка 3.
Нижняя цилиндрическая вставка 13 установлена коаксиально с цилиндрическим корпусом 8.
Расстояние между крышкой 9 и верхней цилиндрической вставкой 12 возрастает по мере удаления по ее периметру от входного патрубка 2.
Расстояние между днищем 4 и нижней цилиндрической вставкой 13 возрастает по ее периметру по мере удаления от выходного патрубка 3.
Максимальная высота верхней цилиндрической вставки 12, по меньшей мере, равна расстоянию между верхней кассетной плитой 1 и верхней частью входного патрубка 2.
Максимальная высота нижней цилиндрической вставки 13, по меньшей мере, равна расстоянию между нижней кассетной плитой 10 и нижней частью выходного патрубка 3.
Предложенные конструкции входной и выходной камер фильтра-сорбера с размещенными в них соответственно верхней 12 и нижней 13 цилиндрическими вставками позволяет обеспечить относительно равномерный профиль скорости потока воздуха на входе в цилиндрическую обечайку 7 и в слое сорбента 11, что, соответственно, приводит к обеспечению эффективной работы сорбента 11 во всем объеме цилиндрической обечайки 7.
В частных случаях выполнения устройства, во-первых, в качестве сорбента 11 используется гранулированный органический материал марки СКТ-3 и (или) силикагель марки типа КСКГ и, во-вторых, верхний и нижний слои сорбента 11 представляют собой силикагель типа КСКГ, а промежуточный слой сорбента 11 - гранулированный органический материал марки СКТ-3.
Фильтр-сорбер работает следующим образом. Очищаемый поток воздуха из входного патрубка 2 попадает на верхнюю цилиндрическую вставку 12, движется в кольцевом канале, образованном верхней частью цилиндрического корпуса 8 и верхней цилиндрической вставкой 12, с изменением расхода по пути за счет постепенного отвода потока воздуха через торцевую часть верхней цилиндрической вставки 12 и через ее перфорацию 14. При этом поток воздуха из кольцевого канала относительно равномерно поступает в каналы 5 в верхней кассетной плите 1, попадает в цилиндрическую обечайку 7, движется сверху вниз в каналах, образованных гранулами сорбента 11, и очищается в них, взаимодействуя с сорбентом 11. Очищенный поток воздуха выходит из цилиндрической обечайки 7 через каналы 6 в нижней кассетной плите 10, движется в кольцевом канале, образованном нижней частью цилиндрического корпуса 8 и нижней цилиндрической вставкой 12, и выходит из проточной части фильтра-сорбера через выходной патрубок 3.
Смещение верхней цилиндрической вставки 12 в направлении выходного патрубка 3 позволяет обеспечить относительно равномерную раздачу потока воздуха и снизить пульсации в потоке по ходу его движения вдоль верхней цилиндрической вставки 12. Изменение ширины зазора между цилиндрическим корпусом 8 и цилиндрической вставкой 7 компенсирует отвод потока воздуха по пути через торцевую часть верхней цилиндрической вставки 12.
Изменение высоты кольцевых зазоров соответственно между верхней цилиндрической вставкой 12 и крышкой 9 и между нижней цилиндрической вставкой 10 и днищем 4 сопровождается изменением гидравлического сопротивления указанных зазоров и, соответственно, перераспределением профиля скорости потока воздуха на входе в цилиндрическую обечайку 7 и на выходе из нее.
Предложенные конструктивные решения позволяют исключить максимальные скорости потока воздуха в верхней части цилиндрической обечайки 7 в районе входного патрубка 2 и в нижней части цилиндрической обечайки 7 в районе выходного патрубка 3.
Кроме того, рассмотренная схема движения очищаемого потока воздуха в результате динамического напора исключает возникновение псевдоожиженного слоя сорбента 11, что также способствует более эффективной очистке воздушного потока.
При эксплуатации фильтра-сорбера осуществляется относительно простая процедура замены отработанного сорбента 11 при сохранении комплектующих конструктивных элементов фильтра-сорбера, например цилиндрической обечайки, нижней 10 и верхней 1 кассетных плит.
Пример конкретного выполнения фильтра-сорбера
Изготовлен опытный образец фильтра-сорбера и проведены его испытания.
Фильтр-сорбер имеет следующие характеристики:
Номинальная производительность по воздуху (газу), м<sup>3</sup>/ч
1500
Эффективность очистки по метилиодиду, %
не менее 99,0
Потери избыточного давления на прокачку
потока воздуха, Па
не более 2200
Относительная влажность очищаемого воздушного потока, %
до 95
Максимальная рабочая температура, °С
150
Габариты, мм
1300×800
Масса, кг
300
Количество кассет, шт
1
Комплектующие элементы фильтра-сорбера имеют следующие характеристики:
- цилиндрическая обечайка 7: наружный диаметр - 1020 мм, внутренний диаметр - 1016 мм, высота - 600 мм;
- цилиндрический корпус 8: внутренний диаметр - 1094 мм, высота - 800 мм;
2
- сорбент 11: максимальный размер гранул из угля типа СКТ-3 - 1-2 мм; объемная пористость - не менее 70%; эффективная поверхность - не менее 1000 м/г; упаковка гранул в цилиндрической обечайке 7 - плотная.
Диаметр входного 2 и выходного 3 патрубков - 150 мм.
Верхний и нижний слои сорбента 11 - силикагель типа КСКГ, а промежуточный слой сорбента 11 - гранулированный органический материал марки СКТ-3.
Толщина слоев сорбента 11 в цилиндрической обечайке - идентична.
Часть площади нижней 10 и верхней 1 кассетных плит, расположенных соответственно над и под сорбентом 11, выполнена в виде сеток из проволоки диаметром 0,8 мм из нержавеющей стали с размером ячейки сетки - 0,6 × 0,6 мм.
Проведенные испытания опытного образца фильтра-сорбера подтвердили его работоспособность и технические характеристики, в том числе относительно эффективную очистку потока от примесей.