Насадочный абсорбер осушки газа
PACKED GAS DRYING ABSORBER

Изобретение относится к осушке и/или очистке газов в химической,  металлургической или других областях народного хозяйства.
Известен абсорбер осушки газа (см. патент на полезную модель № 37471 МПК В 01 Д 53/26, опубл. 27.04.2004), содержащий корпус с патрубками подвода газа, отвода осушенного газа, подвода и отвода абсорбента и расположенные в корпусе входную секцию, массообменную абсорбционную насадочную секцию и выходную фильтрующую секции, технологически соединенные между собой.
Недостатком является снижение степени очистки газа при длительной эксплуатации, обусловленное наличием в очищаемом потоке высокой концентрации мелкодисперсных твердых и каплеобразных частиц, которые, соприкасаясь с материалом насадочных секций, способствующих интенсивному загрязнению и, соответственно, уменьшению поглощающей способности секции, что приводит к возрастанию «проскока» неочищенного газа к потреблению или в окружающую среду с последующим загрязнением.
Известен насадочный абсорбер осушки газа (см. патент  РФ на полезную модель № 134818 МПК В01D 53/26, опубл. 27.11.2013),  содержащий корпус с патрубками подвода газа, отвода осушенного газа, подвода и отвода абсорбента и расположенные в корпусе входную сепарационную секцию, массообменную абсорбционную насадочную секцию и выходную фильтрующую секции, технологически соединенные между собой, причем патрубок подвода газа имеет вид суживающегося сопла к меньшему отверстию, причем у большого отверстия суживающегося сопла выполнена круговая канавка, соединенная с грязесборником.
Недостатком является дополнительные энергозатраты, связанные с внеплановыми демонтажными работами по замене и/или чистке патрубка подвода газа, выполненного в виде суживающегося сопла, из-за забивания полостей винтообразных канавок загрязнениями, которые впоследствии витают по всему внутреннему объему суживающегося сопла и сносятся движущимся потоком газа в насадочные секции с последующим налипанием на материал, что приводит, соответственно,  к уменьшению поглощающей способности секции.
Технической задачей предлагаемого изобретения является снижение  энергозатрат, возрастающих при длительной эксплуатации насадочного абсорбера осушки газа, за счет устранения дополнительных  демонтажных работ по замене или чистке патрубка подвода газа от налипающих на внутреннюю поверхность загрязнений, достигается предотвращение  забивания твердыми каплеобразующими частицами криволинейных канавок, путем выполнения кривизны их по линии циклоида как брахистохрона, а профиля в виде ласточкина хвоста.
Технический результат достигается тем, что насадочный абсорбер осушки газа содержит корпус с патрубками подвода газа, отвода осушенного газа, подвода и отвода абсорбента и расположенные в корпусе входную сепарационную секцию, массообменную абсорбционную насадочную секцию и выходную фильтрующую секцию, технологически соединенные между собой, причем патрубок подвода газа имеет вид суживающегося сопла к меньшему отверстию, причем у большого отверстия суживающегося сопла выполнена круговая канавка, соединенная с грязесборником, при этом  криволинейные канавки выполнены по линии циклоида как брахистохрона, а профиль криволинейной канавки имеет вид ласточкина хвоста.
На фиг. 1 изображен насадочный абсорбер осушки газа, на фиг. 2 – внутренняя поверхность патрубка подвода газа в виде суживающегося сопла с грязесборником, на фиг. 3 – кривизна криволинейной канавки по линии циклоида как брахистохрона, на фиг.4 - профиль криволинейной канавки в виде ласточкина хвоста.
Насадочный абсорбер осушки газа содержит корпус  1 с патрубком подвода газа 2 и патрубком отвода осушенного газа 3, патрубок  4 подвода абсорбента и патрубок  5 отвода абсорбента, расположенные в корпусе 1. Входная сепарационная секция 6, массообменная абсорбционная насадочная секция  7 и выходная фильтрующая секция  8, технологически соединенные между собой. Патрубок подвода газа 2 имеет вид суживающегося сопла, на внутренней поверхности  9 которого выполнены криволинейные канавки  10, продольно расположенные от большого отверстия  11 суживающегося сопла  2 к меньшему отверстию 12, причем у большого отверстия  11 выполнена круговая канавка  13, соединенная с грязесборником 14. При этом насадочный материал 15 массообменной абсорбционной секции 7 выполнен, например, из ультратонкого базальтового волокна. Кривизна криволинейной канавки 10 выполнена по линии циклоида как брахистохрона 16, а профиль 17 криволинейной канавки 10 имеет вид ласточкина хвоста.
Насадочный абсорбер осушки газа работает следующим образом. Очищающий газ, насыщенный мелкодисперсными  твердыми и каплеобразными частицами, поступает в патрубок подвода газа 2 и далее во входную сепарационную секцию 6, где распространяется по внутреннему объему корпуса 1 и вступает в контакт с насадочным материалом 15 массообменной абсорбционной секции 7. Мелкодисперсные твердые и каплеобразные частицы налипают на насадочный волокнистый материал 15 и практически не полностью смываются и/или растворяются абсорбционной жидкостью.  В результате последующее массовое поступление газа контактирует с меньшей поглощающей поверхностью насадочного волокнистого материала 15, а это приводит к тому, что в выходную фильтрующую секцию 8 направляется неочищенный до нормированных параметров газ, что особенно при длительной эксплуатации резко снижает эффективность абсорбционной сушки.
Для устранения данного явления патрубок подвода газа 2 выполнен в виде суживающего сопла, в этом случае по мере движения от большего отверстия 11 к меньшему отверстию 12 очищаемый газ, насыщенный мелкодисперсными твердыми и каплеобразными частицами, перемещается по продольно расположенным криволинейным канавкам 10. В результате образуется вращающийся вихревой поток, термодинамически расслоенный на «горячий» (температура больше чем температура газа перед входом в патрубок подвода газа 2 в виде суживающегося сопла) периферийный слой, насыщенный мелкодисперсными твердыми и каплеобразными частицами, и «холодный» (температура меньше чем температура газа перед входом в патрубок подвода газа 2) осевой слой, очищенный от загрязнений (см., например, Меркулов В. П. Вихревой эффект и его применение в технике. Самара 1992 г. - 209 с.). Отброшенные центробежной силой вихревого потока мелкодисперсные и каплеобразные частицы к внутренней поверхности 9 в криволинейных канавках 10 сталкиваются между собой, коагулируют, укрупняются и под действием возросшего давления перемещаются от меньшего отверстия 12 в сторону большего отверстия 11, накапливаясь в круговой канавке 13 (см., например, Нашокин В. В. Техническая термодинамика и теплопередача. М. : 1980 – 415 с.), откуда загрязнения перемещаются в грязесборник  14 для последующего удаления вручную или автоматически (не показано).
По мере укрупнения частиц загрязнений, особенно присоединения твердых и мелкодисперсных каплеобразных частиц, скорость перемещения в полости  17 криволинейной  канавки 10 уменьшается из-за возрастающего трения, что приводит к закупориванию полости 17 и, как следствие, вытеснению последующих частиц во внутренний объем патрубка подвода газа 2 в виде суживающегося сопла, т.е. счищающая от загрязнений функция его не осуществляется частично или даже полностью.
При выполнении кривизны криволинейных канавок  10 по линии циклоида как брахистохрона 16 частицы загрязнений твердые или каплеобразные, а также укрупнения при объединении и в условиях быстрейшего спуска (см. стр. 802. Некоторые замечательные кривые. М.Я. Вагодский. Справочник по высшей математике. М.: Наука, 1965 – 872 с. ) перемещение, например, из точки А, расположенной у меньшего отверстия  12 патрубка подвода газа 2 в виде суживающегося сопла, к точке Б кривой канавки 13. В результате наблюдается возрастание скорости перемещения частиц загрязнений до 25%, что устраняет  закупоривание криволинейных канавок 10.
Кроме того, выполнение полости 17 криволинейных канавок в виде ласточкина хвоста не только препятствует вытеснению во внутренний объем сопла 2 сталкивающихся и укрупняющихся частиц загрязнений, перемещающихся от меньшего отверстия 12  к большему отверстию 11, но и способствует в процессе дросселирования газа, выходящего через щелевое сечение 18, создающего перепад давления по сечению полости 17,  дополнительно воздействующему в канаве проталкивающей силы на перемещающиеся частицы загрязнений (см., например, стр.136, Коваленко Л.М., Глушков А.Ф. Теплообмен частиц с интенсификацией теплоотдачи. М.: Энергоатомиздат. 1986 – 240 с., ил.).
Очищенный от мелкодисперсных твердых и каплеобразных частиц завихренный поток газа, выходя из меньшего отверстия 12 на патрубке подвода газа 2 в виде суживающегося сопла во входную сепарирующую секцию 6 внезапно расширяется, снижая свою температуру, ((эффект Джоуля-Томсона) см., например, стр. 199 там же)), что приводит к дополнительной очистке газа путем конденсации паров влаги и последующей ее коагуляции на насадочном материале 15 при контакте с абсорбирующей дикостью, поступающей через патрубок 4 подвода абсорбента в массообменную абсорбирующую  насадочную секцию 7 и входящую через патрубок 5 отвода абсорбента. После выходной фильтрующей секции 8 газ с нормированными параметрами по степени очистки выбрасывается по патрубку 3 отвода осушаемого газа в окружающую среду, поддерживая чистоту экологической   промзоны или направляется к потребителю для технологических процессов.
Оригинальность предлагаемого изобретения по поддержанию заданного качества при нормированных энергозатратах в процессе длительной эксплуатации насадочного абсорбера заключается в том, что осуществляется отделение загрязнений сопутствующих осушаемому газу перед поступлением в сепарирующую секцию путем выполнения кривизны криволинейных канавок на внутренней поверхности суживающегося сопла по линии циклоида как брахистохрона с профилем в виде ласточкина хвоста.