СКРУББЕР С ПОДВИЖНОЙ НАСАДКОЙ

Предлагаемое техническое решение относится к технике мокрого пылеулавливания и тепло- массообменным колоннам и может быть использовано в химической, нефтехимической, легкой, пищевой, металлургической, машиностроительной и других отраслях промышленности для очистки запыленных газов и улавливания из них вредных компонентов.
Известна насадка для тепло- и массообменных аппаратов, выполненная в форме диска максимальной длины по одной из его осей, причем длина и ширина полос уменьшается от оси диска к его периферии. Линии отгиба полос образуют ступеньки, причем расстояние от линии отгиба каждой полосы до края диска увеличивается от полосы максимальной длины до полосы минимальной длины от 0,75 до 3 соответствующей ширины каждой полосы (патент РФ №2398627, В01J 19/30, 2010 г.).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится сложность изготовления каждого элемента насадки.
Известна насадочная колонна для контактных аппаратов, содержащая цилиндрический корпус и насадку в виде уложенных в нем керамических колец с катализатором, при этом кольца выполнены с отношением их длины к диаметру 1,5-2,5, а длина кольца составляет 0,4-1,0 внутреннего диаметра корпуса, причем при многорядном размещении колец в корпусе, кольца выполнены в форме однополостных гиперболоидов (патент РФ №1625518, В01J 19/30, 1991 г.).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится сложность изготовления каждого элемента насадки.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявленному объекту и принятому за прототип является скруббер с подвижной насадкой, содержащий корпус с патрубками для запыленного и очищенного газа, оросительное устройство, нижнюю опорно-распределительную тарелку и верхнюю ограничительную тарелку, междукоторыми расположен слой насадки, брызгоулавливатель и устройство для отвода шлама. Нижняя опорно-распределительная и верхняя ограничительная тарелки и насадка выполнены из упругих материалов, а на нижней опорно-распределительной и верхней ограничительной тарелках установлены вибраторы. Насадка выполнена в виде полых шаров, на сферической поверхности которых прорезана винтовая канавка, или в виде винтовой линии, образованной на сферической поверхности и имеющей в сечении, перпендикулярном винтовой линии, профиль типа круга, многоугольника, «седла Берля» или «седла Инталлокс». Насадка может быть выполнена также в виде цилиндрических колец, на боковой поверхности которых прорезана винтовая канавка, или в виде тороидальных колец, имеющих профиль типа круга, многоугольника, «седла Берля» или «седла Инталлокс». Насадка выполнена из полимерных материалов, композиционных материалов и получена способами формования или спекания, а брызгоуловитель выполнен в виде концентрично расположенных цилиндрических колец толщиной 1…2 мм, и с расстоянием между ними 3…4 мм (патент РФ 2280492, В01D 47/14, В01D 53/18, 2006 г.)
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится сложность конструкции каждого элемента насадки, требующей специального оборудования и оснастки для своего изготовления.
Техническим результатом предлагаемой конструкции является упрощение конструкции элементов насадки за счет применения отходов трубчатых упругих полимеров, например, резиновых, полиэтиленовых, полипропиленовых или полиуретановых шлангов или трубок.
Поставленный технический результат достигается тем, что в скруббере с подвижной насадкой, содержащем корпус с патрубками для запыленного и очищенного газа, оросительное устройство, брызгоуловитель и устройство для отвода шлама, нижнюю опорно-распределительную тарелку и верхнюю распределительную тарелку, между которыми расположен слой насадки в виде цилиндрических колец, причем обе тарелки и кольца насадкивыполнены из упругих материалов, на тарелках установлены вибраторы, при этом внутри каждого кольца насадки установлены распорки в виде крестовин с различной длиной взаимно перпендикулярных плеч, так что длинное плечо каждой крестовины в два раза больше короткого плеча, а отношение длинного плеча крестовины к внутреннему диаметру кольца насадки определяется соотношением
где L и d - соответственно длина длинного плеча насадки и внутренний диаметр кольца.
Дополнительная установка внутри каждого кольца распорки в виде крестовины обеспечивает жесткость колец, выполненных из мягких упругих материалов типа резины или полимеров, предотвращает их сплющивание при засыпании в навал и обеспечивает необходимые технологические характеристики колец насадки - свободный объем и удельную поверхность. Само изготовление таких колец в этом случае возможно из отходов резиновых или полимерных шлангов, что упрощает их изготовление, эксплуатацию и замену. То же касается материала крестовины, которая может изготавливаться из прутков при вторичной переработке термопластичных материалов или их штамповке. Для утяжеления колец, выполненных из мягких резиновых или полимерных шлангов, крестовины можно выполнять из отходов стальной проволоки.
Выполнение длинного плеча крестовины в (1,35÷1,55) раза большего, чем внутренний диаметр кольца насадки, позволяет устанавливать крестовину внутрь кольца с натягом, что предотвращает самопроизвольное выпадение крестовины из кольца при вибрации насадки. Уменьшение этой величины ниже указанного предела L/d<1,35 может приводить при вибрации колец насадки к выпадению из них крестовин. Увеличение этой величины выше указанного предела L/d>1,55 может приводить к разрыву боковой стенки колец насадки, выполненных из относительно мягких полимерных или резиновых трубчатых отходов. Таким образом, прииспользовании относительно мягких полимерных или резиновых колец насадки соотношение длины длинного плеча крестовины к внутреннему диаметру кольца насадки должно быть ближе к нижней величине заявляемого диапазона. При использовании относительно жестких полимерных или армированных резиновых трубчатых отходов вышеназванное соотношение может приближаться к верхней величине заявляемого диапазона. Выполнение короткого плеча крестовины в два раза меньшее, чем длинное плечо, позволяет предотвратить сплющивание кольца вдоль оси короткого плеча, что обеспечивает сохранение формы кольца и его основные параметры - свободный объем и удельную поверхность. Кроме того, изменение формы кольца от цилиндрической по всей высоте на овальную с переменной формой сечения по высоте увеличивает эффективность гидромеханических тепло- и массообменных процессов из-за инерционных сил в газе и жидкости, обтекающих такую криволинейную поверхность насадки.
На фиг.1 изображен скруббер с подвижной насадкой, на фиг.2 -насадка в виде кольца с установленными внутри него двумя крестовинами, развернутыми относительно друг друга на 90°, на фиг.3 - вид сверху на насадку в виде кольца с установленными внутри него двумя крестовинами, развернутыми относительно друг друга на 90°, на фиг.4 - крестовина с неравной длиной плеч.
Скруббер с подвижной насадкой содержит корпус 1 с патрубками 2 и 3 соответственно для запыленного и очищенного газа, оросительное устройство 4, нижнюю опорно-распределительную тарелку 5 и верхнюю ограничительную тарелку 6, между которыми расположен слой насадки 7, брызгоуловитель 8 и устройство для отвода шлама 9 (фиг.1). Нижняя 5 опорно-распределительная и верхняя 6 ограничительная тарелки и насадка 7 выполнены из упругих материалов. На нижней опорно-распределительной тарелке 5 и на верхней ограничительной тарелке 6 могут быть установлены вибраторы (на чертеже не показано).
Насадка 7 выполнена из цилиндрических колец, внутри каждого из которых установлена крестовина 10, длинное плечо которой больше внутреннего диаметра кольца в соответствии с соотношением (1), а короткое плечо в два раза меньше длинного плеча, так что
где L и l - соответственно длина длинного и короткого плеча крестовины 10 (фиг.2 и 4).
Кольцо насадки 7 в виде цилиндров нарезают из отработанных шлангов или трубок из резины или мягких полимерных материалов: полиэтиленовых, полипропиленовых, полиуретановых, в том числе армированных.
Крестовины 10 изготавливают при вторичной переработке термопластов путем штамповки. Каждую крестовину 10 устанавливают с натягом внутри кольца насадки 7 обеспеченным заданными соотношениями (1) и (2) размеров плеч крестовин 10 и внутреннего диаметра кольца насадки 7. Для увеличения жесткости внутрь каждого кольца насадки 7 можно устанавливать равномерно по высоте кольца две или три крестовины 10. При упорядоченной укладке колец в корпус 1 скруббера, верхнюю крестовину 10 можно устанавливать выполненную из полимерного материала, а нижнюю из металла. В этом случае центр тяжести каждого кольца насадки 7 смещается вниз и кольца устойчиво стоят в корпусе 1. Кроме того, для создания винтовой наружной и внутренней поверхности у колец насадки 7 верхнюю и нижнюю крестовины 10 можно развернуть относительно друг друга на 90°, как показано на фиг.2 и 4. Такие винтовые боковые поверхности колец интенсифицируют процессы гидро-, тепло- и массообмена между газовой, жидкой и дисперсной фазами. Затем кольца насадки 7 в навал или упорядоченно загружают внутрь скруббера.
Скруббер с подвижной насадкой работает следующим образом. Запыленный поток поступает в корпус 1 через патрубок 2 и проходит в зазорах насадки 7, которая смачивается водой или другим абсорбентом изоросительного устройства 4 а шлам вместе с водой опускается вниз и удаляется из аппарата устройством для отвода шлама 9. При установке вибраторов (на рисунке на показаны) на нижней опорно-распределительной тарелке 5 и верхней ограничительной тарелке 6 слой насадки 7 переходит в вибропсевдоожиженное состояние, что интенсифицирует гидродинамические, тепло- и массообменные процессы. Так как насадка 7 выполнена из упругого материала, то колебания ее поверхности еще более интенсифицирует вышеназванные процессы, а криволинейная поверхность насадки при установке в ней крестовин с соотношением размерами, подчиняющихся соотношениям (1) и (2), приводит к возрастанию инерционных сил и увеличению скоростей тепло- и массопереноса через границу раздела фаз запыленного потока и абсорбента.
Таким образом, предлагаемая конструкция насадки позволяет изготовить ее из отходов резины или полимеров, отработанных или бракованных шлангов или трубок. Дополнительно вводимый в конструкцию колец насадки элемент в виде крестовины также может быть изготовлен из отходов при вторичной переработке термопластичных полимеров или металлической проволоки. Все вышесказанное упрощает изготовление, эксплуатацию и замену колец насадки и сокращает их стоимость при сохранении основных технологических характеристик - свободного объема и удельной поверхности.