Адсорбционный аппарат

Предложенное устройство предназначено для очистки выбросов в атмосферу различных газообразных загрязняющих компонентов и может найти применение в теплоэнергетике, химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающих отраслях.
Известны адсорберы с использованием кипящего (взвешенного) слоя адсорбента. Применяются однокамерные и многокамерные аппараты, например, на рис. 6.9, стр. 293 (в кн. «Техника и технология защиты воздушной среды», Учебн. пособие для вузов. В.В. Юшин, В.М. Попов, П.П. Кукин и др., М.: Высш. шк. 2005, 319 с.). Недостатками подобных аппаратов являются истирание адсорбента и попадание этой пыли в очищенный воздух, необходимость строгого соблюдения всех гидродинамических параметров для достижения условий «псевдосжижения» адсорбента. Известно устройство (патент №2268771, бюл. №03 от 27.01.2006 г.), в котором имеется многокамерная конструкция с дополнительной конической воронкой в верхней части аппарата. Недостатки аппарата следующие: все конструктивные элементы (зазоры, проходные сечения и размеры переточных устройств) строго зафиксированы. При изменении исходного расхода очищаемого газа требуется пересчет всех размеров и параметров процесса для обеспечения процесса «псевдосжижения» адсорбента. Кроме того, не исключается проблема истирания адсорбента и попадание пыли в очищенный воздух. Известна установка для очистки газов, в котором внутри фильтровальной камеры установлены наклонные плоские пластины в два ряда с возвратом фильтрующего материала после регенерации (патент №2326718 бюл. №17 от 20.06.2006 г.). Данное устройство принято нами за прототип. Недостатки прототипа следующие: регулирование подачи фильтрующего материала заслонками 11 и 12 производится исходя из режима процесса очистки (расход загрязненных газов, состав и концентрация загрязнителей, сорбционная емкость фильтрующего материала и др.), при этом установленные углы наклона пластин 17 и 18 остаются постоянными, что ухудшает качество очистки, так как может меняться время контакта адсорбента с загрязненным воздухом. Присутствует также попадание продуктов истирания адсорбента в очищенный воздух.
Задачей предлагаемого устройства является повышение эффективности очистки воздуха при расширении диапазона регулирования процесса обеспечения кипящего (взвешенного) слоя адсорбента. Поставленная задача достигается тем, что в адсорбционном аппарате для очистки воздуха, содержащем газоход загрязненного воздуха, адсорбционную камеру, патрубки подвода и отвода очищенного воздуха, бункер свежего адсорбента, пластинчатого шибера, в котором адсорбционная камера имеет наклонную многосекционную колосниковую непровальную решетку, выполненную в виде шарнирного параллелограмма, между каждой шарнирной секцией имеется перегородка из непровальной сетки, нижняя решетка содержит сплошную непровальную сетку, а верхняя решетка содержит фильтровальную сетку, многосекционная колосниковая решетка выполнена подвижной и имеет блок регулирования угла наклона шарнирного параллелепипеда и решетка в подвижной части связана гибкой перегородкой с боковой стенкой аппарата и нижним днищем, патрубок подвода адсорбционного материала содержит шиберную заслонку и плунжерный дозатор, а газоход загрязненного воздуха имеет регулятор расхода, связанный с блоком регулирования угла наклона шарнирного параллелограмма.
На фиг. 1, 2, 3, 4, 5, 6 представлены чертежи предложенного адсорбера. Здесь фиг.1 – продольный разрез,
фиг.2 – плунжерный дозатор адсорбента,
фиг.3 – регулятор расхода загрязненного воздуха (продольный разрез),
фиг.4 – регулятор расхода загрязненного воздуха (сечение А-А),
фиг.5 – кинематическая схема регулирования устройства,
фиг.6 – пространственная схема шарнирного параллелепипеда,
где 1 – корпус, 2 – шарниры А, Б, С, Д, 3 – адсорбент (гранулы), 4 – магистраль подвода адсорбента, 5 – шибер, 6 – бункер, 7 – дозатор, 8 – патрубок отвода чистого воздуха, 9 – верхнее днище, 10 – гидроцилиндр, 11 – фильтровальная сетка, 12 – подвижный шток, 13 – коромысло с шарниром Г, 14 – промежуточные шарниры (M, N, K, T), 15 –шарниры нижние (Е, Ж), 16 – приемник использованного адсорбента, 17 – патрубок отвода адсорбента, 18 – гибкий пружинный элемент, 19 – непровальная сетка, 20 – нижнее днище, 21 – регулятор расхода загрязненного воздуха, 22 – патрубок подвода загрязненного воздуха, 23 – ротор, 24 – магистраль подвода исходного адсорбента, 25 – статор, 26 – поршень, 27 – цилиндр, 28 – магистраль подачи адсорбента в бункер, 29 – зубчатая рейка, 30 – ирисовая диафрагма, 31 – упругая манжета, 32 – гибкая пружинистая перегородка.
Предложенный аппарат состоит из корпуса 1, выполненного в виде четырехгранного короба, к которому примыкает магистраль подвода адсорбента 4, в верхней части которой имеется регулировочный шибер 5, над которым установлен бункер 6 с дозатором 7. В верхней части корпуса 1 расположено верхнее днище 9 с патрубком отвода чистого воздуха 8. В нижней части корпуса 1 установлено нижнее днище 20 с патрубком подвода исходного загрязненного воздуха 22 и патрубком отвода использованного адсорбента 17.
Внутри корпуса 1 расположен многозвенный агрегат в виде параллелепипеда, образованный шарнирами А, Б, С, Д (и, соответственно А’, Б’, С’, Д’ на противоположной стенке корпуса 1). Все шарниры А-А’, Б-Б’, С-С’, Д-Д’ соединены силовыми шпангоутами (не показаны) и образуют подвижный силовой каркас. Шарниры А-А’ и Б-Б’ прикреплены к стенке, примыкающей к магистрали подвода адсорбента 4. Пространство между верхними шарнирами Б-Б’и С-С’ покрыто фильтровальной сеткой 11, и для исключения провисания сетки 11 расположены промежуточные шарниры M-M’и N-N’ с соответствующими шпангоутами (не показаны). В нижней части параллелепипеда, между шарнирами А-А’ и Д-Д’ установлены промежуточные шарниры Т-Т’ и К-К’ с соответствующими шпангоутами (не показаны). Пространство между шарнирами М-Т и М’-Т’, N-К и N’-К’, С-Д и С’-Д’ закрыто вертикальными перегородками, которые образуют секции. Под подвижным параллелепипедом АБСДА’Б’С’Д’ между точками Е и Ж, и соответственно Е’ и Ж’, установлена непровальная сетка 19, которая исключает просыпание гранул адсорбента. Между шарнирами Ж и Ж’ и нижним днищем 20 установлены гибкие пружинные элементы 18, а пространство между ними открыто и позволяет гранулам истекать в приемник использованного адсорбента 16 и патрубок отвода адсорбента 17. В нижней части корпуса 1 находится нижнее днище 20, к которому примыкает патрубок подвода загрязненного воздуха 22 и регулятор расхода поступающего загрязненного воздуха 21.
Дозатор 7 содержит статор 25, к которому подходит магистраль подвода исходного адсорбента 24 и отходит магистраль подачи адсорбента 28 в бункер. Между этими магистралями 24 и 28 имеется цилиндр 27, в котором расположен поршень 26. В роторе 23, который вращается в статоре 25, имеется полость, поочередно соединяющая магистраль 24 с цилиндром 27, а затем цилиндр с магистралью 28.
Регулятор расхода поступающего загрязненного воздуха 21 состоит из кольцевого корпуса с кольцевыми зубцами, которые обеспечивают вращение лепестков ирисовой диафрагмы 30. Перемещение лепестков ирисовой диафрагмы 30 давит на упругую манжету 31, изменяя диаметр проходного сечения патрубка 22.
Перемещение кольцевого зубчатого колеса 21 обеспечивается перемещением зубчатой рейки 29, находящейся в зацеплении с зубцами колеса 21. Перемещение рейки 29 может обеспечиваться по сигналу от гидроцилиндра 10.
Перемещение многозвенного параллелепипеда АБСДА’Б’С’Д’ осуществляется гидроцилиндром 10, перемещая подвижный шток 12, соединенный через шарнир Г с коромыслом 13. Коромысло 13 выполнено в виде перевернутой буквы «Т», где вертикальная часть соединена с шарниром Г, а плечи соединены с шарнирами С и С’. Пространство между шарнирами С, Д, С’, Д’ закрыто перегородками так же, как и пространство между шарнирами М, Т, М’, Т’ и шарнирами N, К, N’, К’. Все пространство между шарнирами С и С’ и верхним днищем 9 закрыто гибкой пружинистой перегородкой 32, которая препятствует попаданию очищенного воздуха в приемник 16.
3
3
Предложенный аппарат работает следующим образом. Предварительно рассчитанный для номинального режима объема очищаемого воздуха устанавливается заслонка шибера 5 и в бункер 6 поступает необходимое количество свежего адсорбента из дозатора 7 через патрубок 28. Количество адсорбента устанавливается объемом цилиндра 27, которое задается положением поршня 26. Это количество обеспечивается поступлением адсорбента из магистрали 24 при вращении ротора 23 внутри статора 25. Далее необходимый адсорбент по магистрали подвода 4 заполняет все пространство под многозвенным параллелепипедом (АБСДСА’Б’С’Д’), над непровальной сеткой 19 (ЕЕ’ЖЖ’). Одновременно начинает через патрубок 22 и отрегулированный регулятор расхода 21 поступать загрязненный воздух объема G [м/ч], содержащий загрязнитель с концентрацией q [мг/м]. Скорость воздуха и давление под непровальной сеткой 19 обеспечивают возникновение в каждой секции аппарата процесс псевдосжижения. Подобная схема движения воздуха и адсорбента 3 обеспечивает устойчивое движение дисперсного адсорбента из секции АБМТ в секцию MNKТ и далее в секцию NCДК, откуда в магистраль приемника адсорбента 16 на регенерацию. Реализация устойчивого псевдосжижения во всех секциях аппарата достигается за счет выбора угла наклона всего многосекционного параллелепипеда, близкого к углу естественного откоса дисперсионного адсорбента, что определяется сыпучей характеристикой частиц адсорбента и геометрическими соотношениями секций аппарата. Очищенный от загрязнителей воздух проходит через фильтрующую сетку 11 и удаляется через патрубок 8, находящийся в верхнем днище 9, в атмосферу.
3
3
При изменении исходного расхода G [м/ч] проводится корректировка угла наклона многосекционного параллелепипеда, используя гидроцилиндр 10, изменяя положение штока 12 (вверх, вниз), которое, воздействуя на коромысло 13, поворачивает весь параллелепипед в шарнирах АБА’Б’, при этом гибкие пружинные элементы 18 и гибкая пружинная перегородка 32 обеспечивают необходимую герметичность аппарата. При изменении концентрации загрязнителей q [мг/м] или вида и состава адсорбента необходима дополнительная корректировка расхода адсорбента, используя дозатор 7.
Таким образом, использование предложенного аппарата с реализацией псевдосжиженного слоя адсорбента и расширением диапазона использования за счет регулирования позволяет повысить качество очистки воздуха.