АДСОРБЕР
ADSORBER

Изобретение относится к технике очистки газов адсорбентами, а именно к газоочистному оборудованию, и может найти применение в химической, металлургической и других отраслях промышленности для очистки газовых смесей.
Известен адсорбер (см. а.с. №1662642, МКИ B01D 53/04, бюл. №26, 1991), включающий вертикальный корпус, разделенный перфорированными зигзагообразными перегородками на секции с образованием чередующихся в шахматном порядке конфузоров и диффузоров, верхние и нижние решетки и патрубки подвода и отвода газа.
Недостатком является неравномерность распределения газа по поверхности начального контакта очищаемого газа и адсорбента, а так как порозность слоя выше у стенок корпуса, чем в его центральной части, то здесь проходит и большее количество газа, т.е. адсорбент у стенок корпуса быстрее насыщается улавливаемым компонентом, чем в центре, что и приводит к ухудшению качества осушки. Кроме того, смещенные по вертикали в корпусе адсорбера дополнительные решетки уменьшают его полезный объем, т.е. объем, занимаемый адсорбентом, что также увеличивает металлоемкость конструкции.
Известен адсорбер (см. патент РФ №2146167, МПК B01D 53/04, опубл. 10.03.2000), включающий вертикальный корпус, разделенный перфорированными зигзагообразными перегородками на секции с образованием чередующихся в шахматном порядке конфузоров и диффузоров, верхние и нижние решетки и патрубки отвода и подвода газа, при этом патрубок подвода газа представляет собой суживающийся усеченный конус из упругоэластичного материала, на внутренней поверхности которого имеются винтообразные продольно расположенные канавки, причем канавки конструктивно выполнены в виде «ласточкина хвоста», при этом по направлению от большего основания патрубка подвода газа к меньшему его основанию равномерно на горизонтальном уровне между винтообразными продольно расположенными канавками размещены выпускные окна, имеющие одинаковый диаметр на одном горизонтальном уровне и возрастающий на последующих горизонтальных уровнях по мере движения очищаемого газа от большего основания патрубка подвода газа к его меньшему основанию, кроме того, меньшее основание патрубка подвода газа заглушено упругоэластичным материалом.
Недостатком является пульсирующий выход осушенного газа из патрубка отвода из-за контакта с верхней решеткой зигзагообразных перегородок, образованных чередующимися в шахматном порядке конфузорами и диффузорами, в которых скорость перемещения газового потока существенно отличается, создавая эффект струйного истечения, а это приводит к нестабильности работы потребителей газа, особенно пневмоустройств и пневмоаппаратуры.
Технической задачей предлагаемого изобретения является стабилизация потока газа на выходе из патрубка отвода путем устранения струйного движения газа после верхней решетки за счет перемещения по винтообразным канавкам, имеющим противоположное направление касательной по отношению к направлению касательной винтообразных канавок на внутренней поверхности патрубка подвода в виде суживающегося усеченного конуса.
Технический результат достигается тем, что адсорбер включает вертикальный корпус, разделенный перфорированными зигзагообразными перегородками на секции с образованием чередующихся в шахматном порядке конфузоров и диффузоров, верхние и нижние решетки и патрубки отвода и подвода газа, при этом патрубок подвода газа представляет собой суживающийся усеченный конус из упругоэластичного материала, на внутренней поверхности которого имеются винтообразные продольно расположенные канавки. Причем канавки конструктивно выполнены в виде «ласточкина хвоста», при этом по направлению от большего основания выполнены в виде «ласточкина хвоста», при этом по направлению от большего основания патрубка подвода газа к меньшему его основанию равномерно на горизонтальном уровне между винтообразными продольно расположенными канавками размещены выпускные окна, имеющие одинаковый диаметр на одном горизонтальном уровне и возрастающий на последующих горизонтальных уровнях по мере движения очищаемого газа от большего основания патрубка подвода газа к его меньшему основанию, кроме того, меньшее основание патрубка подвода газа заглушено упругоэластичным материалом. При этом на внутренней поверхности патрубка отвода газа выполнены винтообразные продольно расположенные канавки, касательная которых имеет направление по ходу движения часовой стрелки, а на внутренней поверхности патрубка подвода газа, представляющего собой суживающийся усеченный конус, касательная винтообразных продольно расположенных канавок имеет направление против хода часовой стрелки.
На фиг.1 изображен общий вид адсорбера; на фиг.2 изображен патрубок подвода газа в виде суживающего усеченного конуса; на фиг.3 - развертка внутренней поверхности патрубка подвода газа с направлением касательных винтообразных канавок против хода часовой стрелки; на фиг.4 - горизонтальные уровни в виде концентрических окружностей размещения выпускных окон; на фиг.5 - сечение винтообразной продольно расположенной канавки в виде «ласточкина хвоста»; на фиг.6 - развертка внутренней поверхности патрубка отвода газа с направлением касательных винтообразных канавок по ходу часовой стрелки.
Адсорбер (фиг.1) включает вертикальный корпус 1, боковые стенки 2 которого и установленные в нем секционные перегородки 3 выполнены зигзагообразными и образуют в каждой секции 4 диффузоры 5 и конфузоры 6, расположенные относительно соседних секций в шахматном порядке. Секции снабжены верхними выходными 7 и нижними входными 8 решетками. Отвод очищенного газа осуществляется через патрубок 9, а вход очищаемого газа осуществляется через патрубок ввода газа 10, выполненный в виде суживающего усеченного конуса.
На внутренней поверхности патрубка ввода газа 10 (фиг.2 и 3), состоящего из упругоэластичного материала, имеются винтообразные продольно расположенные канавки 11, между которыми по направлению от большего основания 12 патрубка ввода газа 10 к меньшему его основанию 13 на различных горизонтальных уровнях по периметру в виде концентрических окружностей 14, 15, 16 (фиг.4) выполнены выпускные окна 17, 18, 19 (фиг.2, 3, 4).
Выпускные окна 17 имеют одинаковый диаметр на одном горизонтальном уровне по периметру в виде концентрической окружности 14, выпускные окна 18 имеют одинаковый, но несколько больший, чем окна 17, диаметр на одном горизонтальном уровне по периметру патрубка ввода газа 10 в виде концентрической окружности 15. Та же самая пропорциональность наблюдается с окнами 19 на окружности 16.
При этом меньшее основание 13 патрубка ввода газа 10 закрыто упругоэластичным материалом, а винтообразные продольно расположенные канавки 11 выполнены в виде «ласточника хвоста (фиг.5).
Адсорбер работает следующим образом.
Газ, подлежащий очистке, подается через патрубок ввода газа 10 в корпус 1 адсорбера. В результате уменьшения проходного сечения патрубка ввода газа 10, выполненного в виде суживающего усеченного конуса с находящимися на внутренней его поверхности винтообразными продольно расположенными канавками 11, происходит возрастание скорости движущегося очищаемого газа. Периферийные слои очищаемого газа, перемещаясь по винтообразным продольно расположенным канавкам 11, закручиваются, что приводит при движении очищаемого газа от большего 12 к меньшему 13 основанию патрубка ввода газа 10 к вращению всей массы очищаемого газа.
По мере вращения газа в патрубке ввода газа 10 осуществляется выпуск его через выпускные окна 17, 18 и 19. Известно, что скорость движения вращающегося очищаемого газа за счет сужения патрубка ввода газа 10, выполненного в виде суживающего усеченного конуса, увеличивается по мере перехода потока с уровней концентрических окружностей с 14 к 15, с 15 к 16. Поэтому возрастание диаметра выпускных окон 18 относительно окон 17 и окон 19 относительно окон 18 приводит к рациональному перераспределению очищаемого газа, поступающего на нижнюю входную решетку 8.
Равномерная эпюра скоростей газового потока в поперечном сечении корпуса 1 адсорбера на выходе из нижней входной решетки 8 поддерживается за счет живого сечения выпускных окон 17, 18 и 19, что особенно важно для периферийной зоны корпуса 1 адсорбера, где порозность слоя адсорбента выше, чем в его центральной части.
Одновременно повышение расхода очищаемого газа через центральную часть адсорбера приводит к эжектированию газа из пристенной зоны корпуса 1, вследствие чего эффективность процесса осушки повышается как за счет равномерного насыщения слоя адсорбента по сечению корпуса 1, так и за счет повышения степени очистки газа.
Очищенный газ с оптимальной эпюрой скоростей после входной нижней решетки 8, обеспечивающей рациональный контакт с адсорбером по поперечному сечению корпуса 1, поступает в секции 4 и, проходя последовательно участки диффузоров 5 и конфузоров 6, непрерывно меняет свою скорость, что приводит к турбулизации потока и повышению массообмена, а также к перераспределению в секциях 4 давления газа. Это выравнивает гидравлическое сопротивление газа в секциях 4 и обеспечивает равномерное смывание газом всего объема адсорбента.
Очищенный до заданных параметров газ выходит из секций 4 через верхнюю решетку 7, перемещаясь как в диффузоре 5, так и в конфузоре 6, что приводит к образованию струй с различными скоростями, вызывая пульсирующий характер движения всего потока в парубке отвода 9.
Выполнение на внутренней поверхности парубка отвода 9 винтообразных канавок 20, продольно расположенных от большего основания 21 к меньшему основанию 22, приводит к поступательно вращательному движению струй газа, выходящих из верхней решетки 7, что сглаживает пульсирующий характер перемещения всего очищенного потока перед поступлением его к потребителю. Кроме того, выполнение винтообразных канавок 11 на внутренней поверхности патрубка ввода газа 10 с направлением касательной против хода часовой стрелки, а винтообразных канавок 20 на внутренней поверхности парубка отвода 9 с направлением касательной по ходу часовой стрелки приводит к обеспечению динамического устойчивого состояния корпуса адсорбера с закручиваемым вихреобразным перемещением обрабатываемого потока газа (см., например, стр.62, Меркулов. А.П. Вихревой поток и его применение в технике. / ОПТИМА, Самара. 1997, 317 с.).
Если по условиям эксплуатации возникает необходимость увеличить количество очищаемого газа, поступающего в адсорбер, то тогда возрастает газовая нагрузка и, соответственно, напор газа, воздействующего на закрытое меньшее основание 13 патрубка ввода газа 10. В этом случае под воздействием возросшего напора газа на закрытое меньшее основание 13 это основание перемещается вверх вследствие того, что материал патрубка ввода газа 10 упругоэластичный, при этом перемещение осуществляется до достижения динамического равновесия между упругостью материала и величиной напора очищаемого газа.
Одновременно с перемещением меньшего основания 13 растягиваются винтообразные продольно расположенные канавки 11, сохраняя свою форму в виде «ласточкина хвоста», и увеличиваются сечения выпускных окон 17, 18 и 19 прямо пропорционально на каждом горизонтальном уровне и равномерно по концентрическим окружностям 14, 15 и 16.
Следовательно, в процессе изменения газовой нагрузки обеспечивается независимость получения равномерной эпюры скоростей газового потока, контактирующего с адсорбентом по всему поперечному сечению корпуса 1 адсорбера на выходе из нижней входной решетки 8.
Оригинальность предлагаемого технического решения заключается в том, что выполнение винтообразных канавок на внутренней поверхности патрубка отвода газа устраняет пульсирующий режим перемещения очищенного газа к потребителю, а это не только обеспечивает эксплуатацию оборудования потребителей в нормированных условиях, но и снижает динамические нагрузки на корпус адсорбера, обеспечивая в конечном итоге очистку заданного количество газа.