СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА В РАЗНОТЕМПЕРАТУРНОЙ КОНДЕНСАЦИОННОЙ КАМЕРЕ
AIR CLEANING IN DIFFERENT-TEMPERATURE CONDENSATION CHAMBER

Изобретение относится к процессам пылеулавливания и может быть использовано в любой отрасли народного хозяйства, где требуется улавливание высокодисперсных аэрозолей из воздушного протока, в частности в пищевой промышленности.
Известен способ улавливания высокодисперсных аэрозолей путем насыщения запыленного воздушного потока водяными парами с последующим конденсационным укрупнением и улавливанием аэрозольных частиц из паровоздушного потока (а.с. СССР №546364, МПК B01D 47/00,1975).
Основным недостатком известного способа является то, что поток газа встречает на своем пути значительное гидравлическое сопротивление, возникающее в узких каналах насадки, что приводит к значительным потерям энергии.
Известен способ улавливания высокодисперсных аэрозолей, заключающийся в охлаждении и пересыщении очищаемого потока водяными парами при пропускании его через увлажнитель и разнотемпературную конденсационную камеру с газовым трактом преимущественно прямоугольного сечения, противоположные соседние стенки которого имеют разную температуру, с последующим отделением из потока твердой и конденсированной фаз, при этом разность температур между входной горячей и выходной холодной частями каждой стенки обеспечивают в пределах 20-35°C, между соседними стенками тракта - в диапазоне 35-55°C, причем изменение температуры обеспечивают по линейному закону, время пребывания частиц в тракте разнотемпературной конденсационной камеры выбирают в пределах 0,3-6 с, а после разнотемпературной конденсационной камеры очищаемый поток воздуха дополнительно пропускают через влагоотделитель (Патент РФ №2323033, МПК: B01D 47/05 - прототип).
Указанный способ реализуется следующим образом.
Очищаемый воздух предварительно увлажняется в увлажнителе и поступает в компрессор, где происходит его сжатие до заданных параметров. Из компрессора сжатый очищаемый воздух подается в увлажнитель сжатого воздуха и далее в подогреватель, где ему придается требуемая влажность и температура.
Далее сжатый воздух, вырабатываемый компрессором, прошедший через увлажнитель сжатого воздуха и подогреватель, подается в разнотемпературную камеру, в которой происходит конденсация водяных паров на ядрах конденсации, например, механических примесях, газовых ионах и на поверхности самопроизвольно образующихся зародышей и их рост до размеров капель.
За счет выполнения начальной части стенок более горячей, чем остальные части, происходит значительное уменьшение на входе метастабильного пересыщения и, соответственно, увеличивается зона устойчивого пересыщения, однородного по сечению как вдоль, так и поперек потока.
Одна часть конденсата улавливается в камере, а другая, оставшаяся, в расположенном за ней водоотделителе. Комплект, состоящий из увлажнителей и подогревателя, позволяет изменять влажность и температуру воздушного потока в широком диапазоне.
Основным недостатками данного способа является неоптимально подобранный температурный режим нагрева стенок, что приводит к снижению эффективности очистки и, соответственно, увеличению времени очистки газового потока от загрязнений.
Технической задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков и создание способа очистки воздуха, применение которого позволит обеспечить более полное отделение конденсата и механических примесей от потока газа, подвергаемого очистке.
Решение поставленной задачи достигается за счет того, что в предложенном способе очистки воздуха, согласно изобретению, очищаемый поток воздуха охлаждают и пересыщают водяными парами путем пропускания его через увлажнитель и разнотемпературную конденсационную камеру с газовым трактом преимущественно прямоугольного сечения, при этом температуру стенок тракта по всей их длине поддерживают равной, причем разность температур между соседними стенками тракта обеспечивают в диапазоне 50-70°C, при этом обеспечивают турбулентное перемешивание слоев газового потока от периферии к центру путем создания интенсивного свободно-конвективного движения газа, при помощи которого закручивают очищаемый поток, движущийся в продольном направлении по каналу, после чего осуществляют конденсацию водяных паров на ядрах конденсации и обеспечивают их рост до размеров капель с последующим отделением из очищаемого потока воздуха твердой и конденсированной фаз.
Проведенные экспериментальные работы на модельных камерах показали, что для наиболее интенсивного ведения процесса газоочистки в разнотемпературном тракте перепад температур между «холодной» и «горячей» стенками необходимо поддерживать в диапазоне 50-70°C.
Меньший перепад температур приводит к недостаточному перемешиванию газового потока по тракту, в результате не обеспечивается максимальная интенсификация процессов тепломассообмена, которая только будет сравнима с процессами в «холодном» тракте. Больший перепад оказывает негативное влияние на формирующуюся зону устойчивого пресыщения в разнотемпературном тракте, в которой происходит укрупнение частиц примеси до размеров крупных капель и выпадение их в осадок. При слишком интенсивном перемешивании слоев газа происходит ее разрушение, что резко снижает степень очистки газового потока.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показана принципиальная схема установки для очистки воздуха.
Установка для очистки воздуха содержит увлажнитель всасываемого воздуха 1, компрессор 2, увлажнитель сжатого воздуха 3, подогреватель 4, разнотемпературную конденсационную камеру 5 с газовым трактом 6 преимущественно прямоугольного сечения, соединенные последовательно между собой. Тракт конденсационной камеры выполнен с соотношением длины к высоте более 20, исходя из того, что при меньшей величине не успевает произойти конденсационный рост частиц.
Продольная стенка 7 выполнена с возможностью радиального перемещения. Выходная часть газового тракта 6 разнотемпературной конденсационной камеры соединена с влагоотделителем 8, работающим по принципу трубы Вентури.
Указанный способ реализуется следующим образом.
Очищаемый воздух предварительно увлажняется в увлажнителе 1 и поступает в компрессор 2, где происходит его сжатие до заданных параметров.
Из компрессора 2 сжатый очищаемый воздух подается в увлажнитель сжатого воздуха 3, и далее в подогреватель 4, где ему придается требуемая влажность и температура.
Далее сжатый воздух, вырабатываемый компрессором 2 и прошедший через увлажнитель сжатого воздуха 3 и подогреватель 4, подается в разнотемпературную камеру 5, в которой происходит конденсация водяных паров на ядрах конденсации, например, механических примесях, газовых ионах и на поверхности самопроизвольно образующихся зародышей и их рост до размеров капель.
При очистке загрязненный газовый поток подается в рабочий тракт прямоугольного сечения, стенки которого имеют разную температуру. При такой организации температурного поля по поперечному сечению рабочего тракта наблюдается интенсивное свободно-конвективное движение газа, которое закручивает поток, движущийся в продольном направлении по тракту. Такое продольно-винтовое движение способствует интенсивному перемешиванию слоев газового потока, в результате чего наблюдается интенсификация тепло- и массообменных процессов в газовом потоке, что приводит к более интенсивному отделению вредных примесей. В частности, коэффициенты теплоотдачи и массоотдачи увеличиваются при этом в среднем в 2-3 раза. Такой положительный эффект, вносимый свободной конвекцией в процесс газоочистки, доказывается серией сравнительных экспериментов на пилотной установке. Происходило сравнение объема выделившейся примеси при газоочистке в «холодном» рабочем тракте, стенки которого имеют одинаковую температуру, порядка 20°C, и в «разнотемпературном» рабочем канале, когда температура более холодной стенки поддерживалась около 20°C, а более горячей стенки - около 90°C. Эксперименты показали, что при разнотемпературной организации рабочего тракта происходит в 2 раза большее выделение примесей из газового потока.
Предлагаемый способ газоочистки обеспечивает осаждение вредных примесей в объеме вблизи и на поверхности «холодной» стенки, поэтому дополнительное преимущество применения «разнотемпературного» рабочего канала будет наблюдаться в случае выделения из потока таких агрессивных веществ, как кислоты и т.д. В результате вредного воздействия на рабочую поверхность по истечении некоторого времени, замене подлежит всего лишь одна «холодная» стенка, в отличие, если бы рабочий канал был полностью «холодным». Экономия будет достигаться на материале «холодной» стенки при обслуживании. За счет того, что одна из стенок камеры выполнена с возможностью радиального перемещения, обеспечиваются требуемые условия прохождения очищаемого потока через газовый тракт разнотемпературной камеры путем изменения площади проходного сечения тракта.
Далее, по ходу движения потока одна часть конденсата улавливается в камере 5, а другая, оставшаяся, в расположенном за ней водоотделителе. Комплект, состоящий из увлажнителей и подогревателя, позволяет изменять влажность и температуру воздушного потока в широком диапазоне.
Использование предложенного технического решения позволит обеспечить более полное отделение конденсата и механических примесей от потока газа, подвергаемого очистке при меньших затратах энергии.