Центробежно-абсорбционное устройство
CENTRIFUGAL ABSORPTION APPARATUS

Изобретение относится к области очистки воздуха от взвешенных веществ и газообразных загрязнителей и может быть использовано в нефтехимической промышленности, предприятиях энергетики, машиностроении.
Известны устройства для очистки воздуха от промышленных технологических выбросов в виде сложных систем, включающих физические методы улавливания взвешенных веществ (осаждение, центробежная сепарация, фильтрация) и физико-химические методы улавливания газообразных компонентов (абсорбция, адсорбция, термокаталитические методы). Реализация газоулавливания осуществляется в различных насадочных и полых колоннах и скрубберах Вентури. Например, в кн. («Техника и технология защиты воздушной среды». Учебн. пособие для вузов. В.В. Ошин, В.В. Попов, П.П. Кукин и др. М. Высш. шк. 2005 - 391 с.) на рис. 5.70 (стр. 226) приведена схема насадочного скруббера. насадочные аппараты создают большое гидравлическое сопротивление и вызывают значительные энергетические затраты.
Большое распространение получили полые аппараты и скрубберы Вентури. В кн. («Техника и технология защиты воздушной среды». Учебн. пособие для вузов. В.В. Ошин, В.В. Попов, П.П. Кукин и др. М. Высш. шк. 2005 - 391 с.) на рис. 5.67 (стр. 223) приведены схемы полых скрубберов. Гидравлическое сопротивление таких аппаратов незначительно, но серьезной проблемой является низкое качество очистки, связанное с малой эффективностью контакта орошения жидкости с газом.
Известно устройство для очистки газа (а.с. №712111, бюл. №4 от 30.01.1980), в котором реализуется сочетание центробежного процесса с трубой Вентури. Данное устройство принято нами за прототип. Недостатки прототипа следующие. Во-первых, сложность устройства, т.к. требуется дополнительный циклон (поз. №5). Во-вторых, недостаточное качество очистки, т.к. некачественное орошение не обеспечивает хорошего контакта газа с жидкостью. Кроме того, в очищенном воздухе содержится большое количество орошаемой жидкости.
Для устранения отмеченных недостатков, с целью повышения качества очищаемого воздуха, предложено центробежно-абсорбционное устройство для очистки воздуха от взвешенных частиц и газообразных загрязнителей, содержащее циклон, трубу Вентури, патрубки подвода очищаемого воздуха, подвода жидкости, отвода очищенного воздуха, отвода жидкости, отвода шлама, в котором циклон расположен в нижней части устройства, центральный газоход выполнен конфузорным, содержит завихритель, над завихрителем в горловине имеется кольцевой коллектор подачи абсорбента, содержащий разбрызгивающие форсунки, а в верхней части диффузора трубы Вентури установлен лабиринтный каплеуловитель с патрубком отвода жидкости, при этом, внутри диффузора трубы Вентури имеются винтовые козырьки сбора абсорбента с отверстием в нижней части диффузора, а коллектор содержит разбрызгивающие форсунки, которые выполнены ударного действия с наклонным отражателем. Разработанное устройство представлено на фиг. 1, 2, 3, 4.
Здесь: фиг. 1 - общий вид устройства,
фиг. 2 - кольцевой коллектор с форсунками,
фиг. 3 - форсунка с отражателем,
фиг. 4 - боковые козырьки.
где 1 - корпус, 2 - верхнее днище, 3 - центральный газоход, 4 - устройство закрутки, 5 - патрубки отвода абсорбента, 6 - корпус лабиринтного каплеуловителя, 7 - отводной патрубок чистого воздуха, 8 - лабиринтный каплеуловитель, 9 - диффузор трубы Вентури, 10 - козырьки сбора абсорбента, 11 - форсунка, 12 - кольцевой коллектор, 13 - патрубок подвода абсорбента, 14 - патрубок подвода исходящего воздуха, 15 - патрубок отвода шлама, 16 - нижнее днище, 17 - отражатель.
Устройство представляет собой цилиндро-конический корпус 1 с конфузорной верхней частью 2 и коническим днищем 16. В конфузоре 2 имеется патрубок 14 для тангенциального подвода исходящего загрязненного воздуха, а в нижнем коническом днище 16 расположен патрубок отвода шлама 15. В верхней части корпуса 1, коаксиально расположен центральный газоход 3, выполненный конфузорным. В самой узкой его части установлено устройство закрутки 4. Над устройством закрутки 4 расположен кольцевой коллектор 12 с установленными в нем форсунками 11. Кольцевой коллектор 11 имеет патрубок подвода абсорбента 13. Кольцевой коллектор 12 является горловиной трубы Вентури, которая состоит из конфузорной части - это центральный газоход 3, горловины 12 и диффузора 9. Выше коллектора 12 расположен диффузор трубы Вентури 9. На боковой внутренней поверхности диффузора 9 имеются наклонные козырьки 10 в виде одно- или многозаходного винта, который оканчивается в нижней части над коллектором 12 патрубком отвода абсорбента 5. в верхней части диффузора 9 расположен корпус лабиринтного каплеуловителя 6, внутри которого установлены элементы лабиринтного каплеуловителя 8. В нижней части корпуса каплеуловителя 6 имеется патрубок отвода абсорбента 5, соединенный с патрубком 5 в нижней части диффузора 9. Верхняя часть корпуса каплеуловителя 6 оканчивается отводным патрубком чистого воздуха 7. Форсунки 11 расположены симметрично по окружности коллектора 12. Форсунки 11 выполнены в виде цилиндра с центральным или тангенциальным (боковым) подводом жидкости и имеют отражатель 17 во внутренней полости. Отражатель 17 установлен так, чтобы вектор направления отражения капель совпадал с направлением воздушного потока в горловине коллектора 12.
Предложенное устройство работает следующим образом. Исходный загрязненный воздух подается в патрубок 14. установленный тангенциально и под некоторым уклоном α (3°-5°) к верхнему днищу 2. Тангенциальный подвод воздуха обеспечивает его интенсивную закрутку и движение по винтовой траектории в нижнюю часть корпуса 1. Возникающая центробежная сила отбрасывает крупные частицы взвешенных загрязнителей к стенкам корпуса 1 и образующийся слой шлама сползает к нижнему днищу 16 и удаляется через патрубок 15. Основная часть воздуха, содержащие средние и мелкие частицы загрязнителей и газообразные вещества, поступает в центральный газоход 3, являющийся конфузором трубы Вентури. Резкий поворот направления движения воздуха обеспечивает возникновение сил инерции, воздействующие на взвешенные частицы и происходит дополнительная сепарация частиц загрязнителей к нижнему днищу 16. Воздух, поступающий в центральный газоход 3 за счет конфузорности приобретает большую скорость. Далее воздух, проходя через устройство закрутки 4, выполненное в виде пропеллера или поворотных лопаток, приобретает дополнительное вращение и попадает в зону кольцевого коллектора. Одновременно с поступление воздуха в патрубок 14 начинает подаваться абсорбент в патрубок 13. Абсорбент, заполняя весь коллектор 12, под значительным давлением поступает в форсунки 11, где, ударяясь в отражатель 17, в виде мелкодисперсной капельной структуры заполняет горловину и, встречаясь с высокоскоростным воздушным потоком, происходит интенсивное дробление и перемешивание. Эти процессы обеспечивают массообмен между жидкостью и газообразными загрязняющими веществами. В зависимости от вида газообразного загрязнителя и выбора абсорбента может протекать физическая или химическая абсорбция. Кроме того, жидкий абсорбент обеспечивает и коагуляцию оставшихся средних и мелких взвешенных частиц. Движение воздуха вместе с диспергированным абсорбентом в диффузоре 9 происходит с замедлением скорости потока, и за время пребывания в диффузоре 9 более полно протекают все физико-химические процессы. Наличие устройства закрутки 4 обеспечивает и вращательное движение потока в диффузоре 9. За счет этого вращательного движения капли жидкого абсорбента отбрасываются к стенкам диффузора 9, где стекают по стенкам, попадают в козырьки 10 и по винтовым каналам отводятся через патрубок 5. Основная масса воздушного потока вместе с оставшимися каплями абсорбента поступает в корпус лабиринтного каплеуловителя 6, где в лопастях лабиринтного каплеуловителя 8, резко меняя направление движения, освобождается от остатков абсорбента и удаляется через отводной патрубок чистого воздуха 7. жидкий абсорбент, стекая по поверхности лопастей лабиринтного каплеуловителя8, удаляется через патрубок 5.
Таким образом, используя в предлагаемом устройстве физические методы центробежного и инерциального разделения и физико-химические методы абсорбции с интенсивным каплеулавливанием, можно существенно повысить качество очистки загрязненного воздуха.