АДСОРБЕР

Полезная модель относится к технике осушки газов, адсорбентами, а именно к железнодорожному транспорту при производстве сжатого воздуха для тормозной магистрали и может найти применение в промышленности, особенно для осуществления процесса осушки газов при вибрационном воздействии на адсорберы.
Известен адсорбер преимущественно для осушки воздуха (см. а.с. №1357055, МКИ В01Д 53/26 Бюл.45. 1987), содержащий полый барабан с сыпучим слоем сорбента, установленный с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси, распределительные камеры с золотниками и внутренними перфорированными торцевыми стенками, центральную трубу, снабженную размещенным внутри нее нагревателем.
Недостатком является высокая металлоемкость и значительные энергозатраты, обусловленные тем, что конструктивное выполнение устройства предполагает 15-20% объема адсорбента не занятого влагопоглощением, а в практике эксплуатации это увеличивается до 25-30% за счет истирания и механического разрушения сыпучего материала.
Известен адсорбер, предназначенный для осушки воздуха (см. патент РФ №2146554 МПК В01Д 53/26, 53/06. 2000. Бюл. №8), содержащий вращающийся относительно горизонтальной оси полый барабан, разделенный на секции с сыпучим слоем сорбента, в каждой секции размещен гибкий плоский шланг, соединенный с источником избыточного давления, другой конец его заглушен, распределительные камеры с внутренними перфорированными торцевыми стенками, центральную трубу с нагревателем.
Недостатком является снижение качества осушки обрабатываемого потока из-за повышения температуры адсорбента в месте контакта его с наружной поверхностью центральной трубы с нагревателем, осуществляющим нагрев части осушенного воздуха, поступающего на регенерацию влагопоглотителя.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение качества адсорбционной осушки сжатого воздуха путем поддержания равномерного температурного режима адсорбции по объему секции за счет устранения зоны перегрева в месте контакта сыпучего слоя сорбента с наружной поверхностью центральной трубы адсорбера.
Технический результат, обеспечивающий качественный процесс адсорбции в условиях равномерности температурного распределения по объему сыпучего сорбента достигается тем, что адсорбер, содержащий полый барабан с возможностью вращения относительно горизонтальной оси, разделенный на секции с сыпучим слоем адсорбента, в каждой секции размещен гибкий плоский шланг, соединенный с источником избыточного давления, другой его конец заглушен, распределительные камеры с внутренними перфорированными торцевыми стенками, центральную трубу с нагревателем, при этом центральная труба относительно вращающегося барабана неподвижна и выполнена из биметалла таким образом, что в сечении она представляет полукольца - верхнее и нижнее, при чем биметалл верхнего полукольца состоит из элемента материала внутренней поверхности с коэффициентом теплопроводности в 2,5-3,0 раза превышающим коэффициент теплопроводности материала наружной поверхности, а биметалл нижнего полукольца состоит из элемента материала внутренней поверхности с коэффициентом теплопроводности в 2,5-3,0 раза меньшим, чем коэффициент теплопроводности материала наружной поверхности.
На фиг.1 изображена принципиальная схема адсорбера, на фиг.2 изображено сечение А-А на фиг.1, на фиг.3 изображено сечение Б-Б на фиг.1, на фиг.4 изображено сечение центральной трубы.
Адсорбер состоит из полого барабана 1 с крышкой 2, центральной трубы 3 с нагревателем 4, патрубками для ввода осушаемого 5 и ввода осушенного 6 воздуха, полукольцевых распределительных камер 7 и 8 с секторообразными секциями 9, соединенных с обоих торцов с барабаном через внутренние секторообразные перфорированные стенки 10.
В каждой секторообразной секции 9 уложен на твердый сыпучий влагопоглотитель по всей дугообразной части вдоль центральной трубы 3 плоский гибкий шланг 11, при этом его один конец 12 соединен с отверстием 13, находящимся в золотнике 14, а другой конец 15 плоского гибкого шланга 11 заглушен. Золотниковое отверстие 13 соединено посредством трубы 16 с источником избыточного давления (на фиг. не показано) через блок управления 18, перерабатывающий информацию, поступающую от датчика давления 19 и датчика влажности 20.
В центральной трубе 3 выполнены дроссельные устройства для ввода регенерирующего воздуха 21 и для его вывода 22. В полукольцевой распределительной камере 8 выполнено отверстие 23 для выброса воздуха после регенерации в атмосферу. Центральная труба 3 выполнена из биметалла таким образом, что в сечении она представляет полукольца - верхнее и нижнее, причем биметалл верхнего полукольца 24 состоит из элемента 25 материала внутренней поверхности с коэффициентом теплопроводности в 2,5-3,0 раза превышающим коэффициент теплопроводности материала наружной поверхности 26, а биметалл нижнего полукольца 27 состоит из элемента 28 материала внутренней поверхности с коэффициентом теплопроводности в 2,5-3,0 раза меньшим, чем коэффициент теплопроводности материала наружной поверхности 29.
Адсорбер работает следующим образом.
Твердый сыпучий влагопоглотитель загружают в секторообразные секции 9 барабана 1 через крышку 2 в объеме, обеспечивающем качественную осушку. Сверху на влагопоглотитель укладывается гибкий шланг 11 с возможностью вращения барабана 1 вокруг горизонтальной оси, при этом его конец 12 устанавливается таким образом, чтобы осуществлялся его контакт с отверстием 13 золотника 14, находящегося в нижней части перфорированной стенки 10 при вращении барабана 1 вокруг центральной трубы 3 посредством привода (на фиг. не показано).
Осушенный воздух через патрубок 5 поступает в полукольцевую распределительную камеру 7 и далее через внутренние перфорированные стенки
10 в секторообразные секции 9, где проходит слой влагопоглотителя и осушается до заданной степени осушки, которую контролируют датчиками давления 19 и влажности 20, и направляется к потребителю через патрубок 6. Блок управления 18 перерабатывает информацию, поступающую от датчика давления 19 и датчика влажности 20. Часть осушенного воздуха через дроссельное устройство 21 поступает во внутреннюю полость центральной трубы 3, проходит через включенный электрический нагреватель 4, где нагревается до температуры регенерации (например, 220-240°С).
При нагреве воздуха на регенерацию тепло равномерно распространяется по внутренней поверхности центральной трубы 3 и нагревает ее до температуры близкой к температуре воздуха регенерации. В результате в известных конструкциях адсорбент, (материал влагопоглотителя) контактирующий с наружной поверхностью центральной трубы 3 так же нагревается, а это в процессе осушки недопустимо т.к. приводит к резкому снижению качества осушаемого воздуха (см. например, Серпионова Е.Н. Промышленная адсорбция газов и паров. М. 1969-388 с.) Выполнение предлагаемой полезной модели материала центробежной трубы 3 из биметалла таким образом, что в сечении она представляет полукольца - верхнее и нижнее, приводит к тому, что тепловой поток, контактируя с верхним полукольцом 24, проходит через элемент 25 материала внутренней поверхности, быстро его нагревает, практически не отдавая основное количество тепла т.к. этот элемент 25 имеет коэффициент теплопроводности в 2,5-3,0 раза превышающий коэффициент теплопроводности материала элемента 26 наружной поверхности полукольца 24. Оставшееся основное количество тепла, проходя элемент 26 полукольца 24 дополнительно (помимо воздуха регенерации с температурой около 220-240°С) подогревает адсорбент, контактирующий с элементом 26 материала наружной поверхности, что в конечном итоге улучшает процесс регенерации влагопоглотителя.
В то же время, тепловой поток, контактируя с нижним полукольцом 27, проходит через элемент 28 материала его внутренней поверхности, отдавая основную часть количества тепла т.к. этот элемент 28 имеет коэффициент
теплопроводности в 2,5-3,0 раза, чем коэффициент теплопроводности материала элемента 29 наружной поверхности полукольца 27 и адсорбент, контактирующий с данной поверхностью, практически не нагревается (т.к. лишь часть тепла проходит через элемент 29, а основная часть тепла осталась в элементе 28) т.е. процесс осушки воздуха идет в оптимальном температурном режиме. Данное конструктивное выполнение полуколец 24 и 27, представляющих сечение центральной трубы 3 из биметалла с коэффициентами теплопроводности материала, различающимися в 2,5-3,0 раза, что обеспечивает регулирование путем поступления или практического прекращения подачи количества тепла на слои адсорбента (см. например, А.П.Дмитриев. Биметалл. Пермь 1991 - 462 стр.) Нагретый регенерирующий воздух из полости трубы 3 через дроссельное устройство 22 поступает в полукольцевую распределительную камеру 8 верхней части барабана 1 и далее через перфорированную стенку 10 в секторообразные секции 9, где и осуществляет регенерацию влагопоглотителя. Насыщенный влагой воздух поступает через перфорированную стенку 10, находящуюся с противоположного торца барабана 1, в распределительную полукольцевую камеру 8 и далее через отверстие 23 выбрасывается в атмосферу.
Пространственное размещение по высоте секторообразных секций 9 датчиков давления 19 и влажности 20 обусловлено тем, что в результате вибрационного воздействия на гранулы твердого сыпучего влагополготителя осуществляется процесс его истирания (превращения в пылеобразную массу). Особенно это наблюдается в вершине секторообразной секции 9, т.е. в зоне центральной трубы 3, в результате снижается эффективность осушки, т.е. изменяется влажность осушаемого воздуха. Данный процесс регистрируется датчиком влажности 19. По этой же причине, т.е. за счет истирания зерен сыпучего материала, плотность его в нижней части барабана 1 увеличивается. В результате, при прохождении осушаемого воздуха данной части барабана 1 возрастает гидравлическое сопротивление адсорбера, что и фиксируется датчиком давления 20.
Блок управления 18 перерабатывает поступающую информацию и подает сигнал на управляющий клапан 17, который обеспечивает подачу избыточного
давления воздуха через трубу 16 в отверстие 13 золотника 14 и открытому концу 12 плоского гибкого шланга 11. Воздух избыточного давления, поступающий в плоский гибкий шланг 11, изменяет его объем и шланг 11 из положения «плоской фигуры» переходит в положение, осуществляющее поджатие сыпучего влагопоглотителя в местах истирания, тем самым вновь равномерно рассредоточивая адсорбент по всему объему секторообразных секций 9, восстанавливая их нормированное гидравлическое сопротивление и влагопоглощение, т.е. качество осушки, что регистрируется датчиками 19 и 20, при этом гибкий шланг так уложен в секторообразной секции, что он не препятствует вращательному движению барабана 1.
При вращении секторообразных секций 9 барабана 1 свободный конец 12 шланга 11 каждой сектороообразной секции 9, контактируя с золотником 14, переходит из режима подачи воздуха избыточного давления в режим отсутствия подачи воздуха. Золотник поддерживает уровень заданного давления в шланге 11 в момент нахождения секторобразных секций 9 в нижнем положении барабана 1.
Оригинальность предлагаемого устройства заключается в том, что использование в качестве материала центральной трубы биметалла и выполнение ее неподвижной относительно вращающегося барабана обеспечивает качественную осушку обрабатываемого воздуха, достигаемую путем устранения дополнительного нагрева сыпучего влагопоглотителя в месте контакта с внешней поверхностью центральной трубы в процессе осушки и осуществления дополнительного подогрева слоя влагопоглотителя, в месте его контакта с внешней поверхностью трубы в процессе регенерации, за счет выполнения элементов материала биметалла с коэффициентом теплопроводности внутренней и внешней поверхностей различающихся 2,5-3,0 раза.