УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ГАЗА

X
X
2
Техническое решение относится к категории экологических и применимо в химической, металлургической, нефтяной, энергетической, пищевой и др. отраслям промышленности, где необходима очистка воздуха или промышленных газов от примесей (SO, NO; HF, HCl, Cl, фенолы, формальдегиды, аммиак и т.д.), очистки от мелкой пыли, песка, сажи увлажнением, использования тепла промышленных газов.
Характерным применением является очистка выбросов производств с помощью жидкости. Может также использоваться в качестве скруббера, абсорбера, десорбера, контактного теплообменника, химического реактора в технологических процессах. Для удобства восприятия технического решения под значением «газ/воздух» следует понимать, как собственно воздух, так и смесь различных газов, газовоздушную смесь, воздух и т.п. Под значением «очистки» принимается удаление из воздуха/газов твердых взвешенных частиц и различных химических примесей. В качестве жидкости может применяться как обычная (в т.ч. техническая) вода, так и различные растворы кислот, щелочей. Выбор очищающего раствора осуществляется, исходя из состава очищаемых газов. Когда требуется отчистка от мелкой пылевой взвеси, применяется метод увлажнения: в качестве жидкости используется вода. Развитая обновляемая поверхность контакта пыли с водой приводит к мгновенной физической абсорбции, пыль прилипает к воде на границах раздела сред, и вместе с водой выводится, например, в соответствующую емкость. В некоторых случаях теплый очищенный воздух из аппарата может быть возвращен в помещение для отопления в зимний период времени.
Известно «Устройство для очистки газа и воздуха» по патенту РФ№ 2404838 (опубл. 27.11.2010г.). Устройство для очистки газа и воздуха включает корпус с патрубками для подвода и отвода газа и жидкости и размещенные в нем завихритель газожидкостной смеси и сепаратор. Устройство содержит одну или более смесительных ступеней, расположенных соосно по вертикали на опорных стойках друг на друге, каждая из которых выполнена в виде завихрителя, представляющего собой цилиндрическую обечайку с тангенциальными щелями и прямыми лопатками, установленными по касательной к внутренней окружности, причем торец обечайки, обращенный к поступающему потоку смеси, закрыт диском таким образом, чтобы при растекании смесь попадала через щели в пространство между лопатками, а с другого торца лопатки обечайки закреплены на диске с центральным отверстием, предназначенным для выхода закрученного вспененного газожидкостного потока, сепаратором служит жестко закрепленный статичный элемент, размещенный под центральным отверстием диска последней смесительной ступени, перекрывающий сечение выходящего потока и использующий для разделения жидкости и газа центробежные силы от закрутки газожидкостного потока на выходе из завихрителя. Сепаратором может служить как плоский диск, так и конус, обращенный вершиной к центральному отверстию диска завихрителя последней смесительной ступени против направления выходящего потока. А конус может быть снабжен по периметру тангенциальными лопатками для подкрутки потока, с помощью которых жестко закреплен на диске с центральным отверстием завихрителя последней смесительной ступени.
Недостатком данного решения является недостаточно эффективная очистка газа от примесей, так как не весь объем поступающих жидкости и газа проходит через смесительные блоки. Когда верхние смесительные ступени располагаются в корпусе одна на одной, а не герметично крепятся на стенках корпуса, газ и жидкость могут миновать процесс смешивания, просачиваясь через щели. Таким образом, на выходе появляются жидкость и газ, которые не прошли ступени смешивания и разделения, а, следовательно, качественной очистки газа не произошло. А также сепаратор в предложенном устройстве выполнен в виде конуса, что повышает сопротивление аппарата, скорость газожидкостной смеси падает и проходя через тангенциальные лопатки сепаратора не полностью разделяется на жидкость и газ. И газ с частицами загрязненной воды выходит в газоотводный патрубок.
Кроме того, известно решение, изложенное в патенте RU 2 672 426 C1(опубликован 14.11.2018), которое во многом схоже с предлагаемым изобретением. Однако у данного решения есть особенность. Так как эффективность решения патента RU 2 672 426 C1 основана на оптимальном смешивании потоков газа и жидкости, то она зависит от поддержания скорости прохождения потока воздуха/газа через смесительную зону в определенном диапазоне, приближенном к номинальному.
Задачей заявляемого технического решения является создание устройства, простого и надежного в эксплуатации, обладающего при этом максимальной эффективностью в очистке воздуха и/или промышленных выбросов.
Технический результат заключается в повышении эффективности работы устройства.
Данный технический результат достигается за счет того, что в устройстве для очистки газа, в виде цилиндрического вертикально ориентированного корпуса из, как минимум, двух частей, расположенных одна на другой, каждая из которых представляет собой цилиндрический корпус, выполненными с возможностью соединения частей корпуса друг с другом, и размещенные в корпусе один над другим смесительные блоки. Смесительных блоков может быть несколько. Каждый из смесительных блоков имеет обечайку с тангенциальными щелями в стенках, образованными наклонными направляющими, верхняя часть обечайки закрыта верхним диском, диаметр которого равен диаметру обечайки, и отличающегося тем, что на верхней части обечайки расположены также радиальные наклонные по отношению в плоскости верхнего диска обечайки, направляющие. Воздух/газ, попадающий через входные патрубки на корпусе внутрь аппарата, смешивается с подаваемой жидкостью, и данная смесь обтекает верхний диск смесительного блока по радиальным направляющим, расположенным под наклоном к поверхности диска и под углом по отношению к радиусу верхнего диска, благодаря чему приобретает начальное вращательное направление движения относительно оси смесительного блока. Далее смесь жидкость/газ встречается с направляющими на обечайке смесительного блока. Угол наклона направляющих на обечайке смесительного блока имеет противоположный знак относительно направляющих на верхней части блока, за счет чего смесь газа и жидкости попадает внутрь обечайки смесительного блока с уже приобретенной угловой скоростью.
В предлагаемом техническом решении основание сепарационного блока в форме усеченного конуса, обращенного своим меньшим основанием к центральному отверстию нижнего диска смесительного блока, позволяет уменьшить внутреннее аэродинамическое сопротивление устройства. При такой форме конструкции нижнего основания сепарационного блока газожидкостная смесь продолжает двигаться с угловой скоростью, и, проходя между наклонными направляющими сепарационного блока, получает дополнительное ускорение.
Так как скорость прохождения потока смеси из газа и жидкости является основным фактором для достижения эффективности очистки воздуха/газа от примесей, то придание дополнительной угловой скорости за счет наклонных направляющих на верхней части смесительного блока в совокупности с дополнительным ускорением при прохождении между направляющими сепарационного блока, позволяет увеличить эффективность устройства, используя меньшие мощности всасывающего вентилятора.
Описание устройства поясняется фигурами. На фиг.1 приведена схема устройства, содержащего один смесительный блок (продольный разрез устройства).
Номера на фиг. 1 показаны: 1 - общий корпус устройства; 2 - патрубок входа газа; 3 - патрубок  подачи жидкости; 4 - обечайка смесительного блока; 5 - верхний диск смесительного блока; 6 - наклонные направляющие смесительного блока; 7 - нижний диск смесительного блока; 8 - выходное отверстие из смесительного блока; 9 - сепарационный блок; 10 - патрубок отвода жидкости; 11 - отвод очищенного газа; 12 - фланцы как вариант соединения блока 7 с корпусом устройства  к корпусу 1, а также частей корпуса 1 между собой; 13 - наклонные направляющие сепарационного блока; 14 - козырек сепарационного блока; 15 - зазор между сепарационным блоком и внутренней поверхностью стенок корпуса 1; 16 - наклонные направляющие на верхнем диске сепарационного блока.
Разрез 1-1 на фиг. 1 схематично изображает вид на диск с наклонными радиальными направляющими, закрывающий обечайку сверху.
На фиг.2 показаны:
17 - направляющие на обечайке
18 - жидкость
19 - выходное отверстие сепарационного блока
20 - очищаемый газ
На фиг. 2 приведен вид сверху на процесс внутри смесительного блока, где происходит смешивание газа с жидкостью. Газ, раскручиваясь с помощью направляющих на верхней части обечайки, проходит между лопатками - 6, установленными с наклоном к внутренней окружности обечайки - 4, вместе с жидкостью поступают внутрь смесительного блока (за счет давления или разряжения, создаваемого вентилятором) и начинают вращаться. Из-за большой разницы в скоростях потока жидкости и очищаемого газа, смесь дробится в процессе центробежного вращения на очень мелкие пузырьки с постоянно обновляемой поверхностью контакта (размеры пузырьков обратно пропорциональны силам центробежного ускорения), что обеспечивает тщательное смешивание газа и жидкости.
Пояснение принципа работы устройства на фиг. 1-2.
В устройство 1 через патрубок 2 подают газовую смесь; раствор или воду подают через патрубок 3.
Газожидкостная смесь попадает на верхний диск 5 обечайки 4, снабженный радиальными наклонными направляющими 16, и, закручиваясь, спускается вниз, и через направляющие 6 на обечайке, с дополнительным вращением попадают через щели внутрь смесительного блока. Под действием центробежных сил жидкость, поступающая в смесительный блок, прижимается к внутренней поверхности обечайки 4, где постоянно раскручивается поступающим газом. При этом внутри смесительного блока образуется газожидкостное кольцо, удерживаемое на внутренних поверхностях цилиндра обечайки. Газ с жидкостью двигаются по спиральной траектории от периферии к центру, дойдя до отверстия 8 нижнего диска смесительного блока 7. Далее, после выхода из последнего смесительного блока газожидкостная смесь попадает в сепарационный блок 9, где происходит разделение жидкой фазы и газа. При этом газожидкостный поток, продолжая двигаться по спирали, спускается по конусообразной поверхности нижнего основания сепарационного блока 9. При прохождении между наклонными направляющими на сепарационном блоке 13, получает дополнительное угловое ускорение. Встретившись со стенками корпуса 1, жидкость вместе с содержащимися в ней твердыми веществами - результатами реакций и пыли стекает вниз и удаляется через патрубок 10 для отвода жидкости, а газ, подталкиваемый следующими объемами газожидкостной смеси, через патрубок 11. Козырек 14, выполненный по периметру сепарационного блока, не позволяет жидкости стекать по внешней нижней поверхности конусообразного основания и предотвращает попадание жидкости в отвод - 11 для очищенного газа.
Жидкость, выводимая через сливной патрубок 10, может быть собрана в резервуаре и вновь возвращена в смесительный блок через патрубок - 2, либо направлена на сброс в очистные сооружения на предприятии. В то же время, очищенная газовая смесь, прошедшая один, или несколько смесительных блоков, после сепаратора - 9 поступает в патрубок 11 и может быть возвращена в помещение или выведена в атмосферу.
Промышленная применимость. Заявляемое конструкторско-техническое решение может с успехом применяться в химической, металлургической, энергетической, и др. отраслям промышленности, где необходима организация контакта газа и жидкости для тепло- массообмена, в частности, для очистки газов от пыли и химических вредных примесей. Устройство может быть использовано в качестве скруббера, абсорбера, десорбера, контактного теплообменника, химического реактора в технологических процессах.