УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСУШКИ ГАЗА
GAS DRIER

Изобретение относится к устройству для осушки газа, в частности сжатого.
Более конкретно, изобретение относится к устройству, включающему в себя аппарат осушки, который содержит корпус с установленным в нем с возможностью вращения ротором с находящимся внутри него сушильным агентом.
Известны устройства для осушки газа, содержащие аппарат, имеющий две зоны: зону осушки, через которую проходит значительная часть основного потока подлежащего осушке газа, например, после его предварительного охлаждения; и зону регенерации насыщенного влагой сушильного агента путем подачи через него потока горячего регенерационного газа.
Указанные зоны осушки и регенерации формируются за счет создания внутри корпуса секций у обоих торцов ротора, при этом у первого торца одна секция образует вход в зону осушки, а у второго торца, противоположного указанному входу, образован выход для основного потока. Другая секция образует вход в зону регенерации, который расположен напротив выхода из этой зоны регенерации, расположенного у другого торца ротора.
Поскольку выход из зоны регенерации расположен с противоположной стороны от выхода для основного потока, поток газа для регенерации сушильного агента в таких устройствах направляют через сушильный агент противотоком по отношению к направлению основного потока.
В этом случае используют тот факт, что сжатый газ имеет такую высокую температуру и, соответственно, такое низкое относительное влагосодержание, что некоторая его часть может быть использована для регенерации сушильного агента.
Газ, используемый для регенерации, будет нагревать сушильный агент, и, соответственно, содержащаяся в этом сушильном агенте влага будет испаряться и отводиться вместе с потоком газа для дальнейшего прохождения вместе с основным потоком после возможного охлаждения через зону осушки.
При вращении ротора сушильный агент внутри него попеременно перемещается через зону осушки и зону регенерации, при этом в зоне осушки его используют для осушки сжатого газа, а затем в зоне регенерации он восстанавливается после насыщения или частичного насыщения, чтобы после этого быть вновь использованным для осушки.
Для оптимальной работы устройства желательно, чтобы сушильный агент имел в зоне осушки как можно меньшую температуру при его контакте с основным потоком, в ином случае данный сушильный агент нагревает основной поток, что вызывает нежелательное повышение температуры конденсации осушенного газа на выходе из зоны осушки.
Обычно для охлаждения нагретого восстановленного сушильного агента используют часть охлажденного основного потока на участке перехода между зоной регенерации и зоной осушки прежде, чем указанный сушильный агент в зоне осушки вступит в контакт с основным потоком.
При нормальных рабочих параметрах устройства на выходе зоны регенерации обеспечивают более низкое давление, чем на выходе зоны осушки, расположенной с противоположной стороны ротора, так что часть холодного основного потока проходит от выхода зоны осушки к выходу зоны регенерации через зону, расположенную между зоной осушки и зоной регенерации.
За счет направления указанного потока через зону, расположенную между зоной осушки и зоной регенерации, нагретый восстановленный сушильный агент будет подходящим образом охлажден перед его использованием для осушки основного потока.
Недостаток такого решения заключается в том, что не при всех рабочих параметрах устройства, например при частичной нагрузке, будет обеспечиваться достаточно низкое давление для направления части основного потока через указанную зону, расположенную между зоной осушки и зоной регенерации, для охлаждения нагретого регенерированного сушильного агента.
Другой недостаток состоит в том, что поток газа, который протекает через зону, находящуюся между зоной осушки и зоной регенерации, невозможно регулировать. Вместе с тем, обширные исследования показали, что входные параметры, в частности, температура и влагосодержание этого потока газа оказывают значительное влияние на эффективность функционирования устройства.
В документе US 6165254 описано устройство, в котором часть осушенного воздуха, выходящего из аппарата осушки, вдувают обратно в аппарат осушки, в имеющуюся в нем зону охлаждения, где этот воздух используют для охлаждения сушильного агента.
Такое решение является относительно сложным из-за необходимости наличия определенного количества трубопроводов и мест соединения, а также необходимой для этого воздуходувки.
Давление в секции, которая образует вход для регенерационного потока, всегда выше, чем давление в секции, образующей вход зоны осушки, из-за перепада давления между охладителем, используемым для охлаждения основного потока, и ротором.
В результате может происходить перетекание части горячего газа, используемого для регенерации, в направлении другой секции, которая отводит осушенный газ, что является недостатком и может привести к нежелательному повышению температуры конденсации осушенного газа.
Задачей изобретения является устранение одного или нескольких вышеупомянутых и/или других недостатков.
Указанная задача решена в устройстве для осушки газа, содержащем аппарат осушки, включающий в себя корпус с установленным в нем с возможностью вращения ротором, внутри которого находится сушильный агент, а также привод вращения указанного ротора для обеспечения возможности последовательного перемещения сушильного агента через зону осушки, зону регенерации и зону охлаждения; при этом корпус у первого в осевом направлении торца ротора разделен на по меньшей мере три секции для направления по меньшей мере трех потоков газа: основного потока, охлаждающего потока и регенерационного потока, причем первая секция образует основной выход для основного потока, вторая секция образует вход для охлаждающего потока, а третья секция - вход для регенерационного потока; а у второго в осевом направлении торца ротора корпус содержит две секции: первую секцию, которая образует вход для основного потока, и вторую секцию, которая образует общий выход для охлаждающего и регенерационного потоков. Согласно изобретению вторая секция, расположенная у первого торца ротора, содержит дополнительный выход для основного потока и состоит из двух частей, а именно первой части, образующей указанный вход для охлаждающего потока, и второй части, образующей дополнительный выход для основного потока, при этом указанные две части соединены между собой посредством имеющихся для этого средств соединения.
В данном случае указанные «секции» определяют полости, которые отделены друг от друга. Другими словами, вход для охлаждающего потока полностью отделен от выхода для основного потока и от входа для регенерационного потока.
Благодаря отделению охлаждающего потока от других потоков газа, протекающих через аппарат осушки, становится возможным улучшить регулирование охлаждающего потока. По этой причине можно лучше регулировать входные параметры охлаждающего потока, например, за счет использования возможных средств регулирования, установленных для этой цели, таких как регулирующий клапан, теплообменник и т.п.
Выполненное таким образом устройство для осушки является экономичным, поскольку не требуется ни дополнительных мест соединения потоков газа, ни трубопроводов, которые необходимо предусмотреть для аппарата осушки, ни дополнительной воздуходувки.
Указанные средства соединения могут включать в себя, например, одно или несколько отверстий в разделительной перегородке, установленной между указанными первой и второй частями второй секции.
Предпочтительно соединение осуществляют путем выбора размеров разделительной перегородки, расположенной между указанными частями, так чтобы между верхней кромкой этой разделительной перегородки и верхней стенкой аппарата осушки образовался проход или канал, через который протекает некоторая часть основного потока.
В результате часть основного потока после его прохождения через ротор может быть использована в качестве охлаждающего потока.
Преимущество такого решения заключается в том, что устройство в этом случае может быть выполнено компактным, поскольку охлаждающий поток протекает в пределах одного и того же устройства. Другими словами, отсутствует необходимость в использовании трубопроводов и тому подобных средств для подачи внешнего охлаждающего потока.
Предпочтительно указанная вторая часть расположена в осевом направлении напротив части первой секции, расположенной у второго торца ротора.
Преимущество такого выполнения состоит в том, что такое устройство содержит отдельную секцию (в частности, вторую секцию, расположенную у первого торца ротора) для сбора части осушенного газа. По существу указанную часть газа отделяют от основного потока осушенного газа, за счет чего эта часть газа может быть обработана лучшим образом, учитывая ее последующее использование в качестве охлаждающего потока.
Предпочтительно указанная третья секция, которая образует вход для регенерационного потока, частично или полностью охвачена второй секцией.
Другими словами, при использовании устройства согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения третья секция большей частью окружена указанной отделенной частью основного потока газа. Эта часть газового потока протекает через указанную третью секцию для дальнейшего использования в качестве потока газа для охлаждения сушильного агента.
Важным преимуществом такого решения является предотвращение любого перетекания потока горячего газа, используемого для регенерации, в направлении основного потока.
Изобретение относится также к способу осушки газа, в котором используют аппарат осушки, содержащий корпус с установленным в нем с возможностью вращения ротором, имеющим первый торец и второй торец и содержащим внутри сушильный агент, а также привод вращения указанного ротора; при этом основной поток газа направляют в ротор через первую секцию, расположенную у второго торца, и по меньшей мере частично отводят через первую секцию, расположенную у первого торца; регенерационный поток направляют в ротор через вторую секцию, расположенную у первого торца, и отводят через вторую секцию, расположенную у второго торца; охлаждающий поток направляют в ротор по меньшей мере через третью секцию, расположенную у первого торца, и выпускают через вторую секцию, расположенную у второго торца; при этом часть основного потока после прохождения через ротор используют в качестве охлаждающего потока и направляют ее из второй части, расположенной у первого торца ротора второй секции, образующей дополнительный выход для основного потока, в первую часть расположенной у первого торца ротора второй секции, содержащую вход для указанного охлаждающего потока.
Преимущества этого способа подобны преимуществам, которые обеспечивает устройство согласно настоящему изобретению.
Изобретение будет более понятно из дальнейшего описания предпочтительного варианта его осуществления со ссылкой на чертежи.
На фиг.1 схематично показано устройство согласно изобретению, вид в разрезе;
на фиг.2 схематично показана часть корпуса с ротором устройства согласно изобретению;
на фиг.3 - то же, согласно другому варианту осуществления изобретения;
на фиг.4 - разрез по линии IV-IV на фиг.2;
на фиг.5 - разрез по линии V-V на фиг.2;
на фиг.6 - разрез по линии VI-VI на фиг.3;
на фиг.7 схематично показана часть корпуса с ротором устройства согласно еще одному варианту осуществления изобретения;
на фиг.8 схематично показана часть корпуса с ротором устройства согласно еще одному другому варианту осуществления изобретения.
Как показано на фиг.1, устройство 1 для осушки газа согласно изобретению в основном содержит аппарат осушки 2, включающий в себя корпус 3 и ротор 4 предпочтительно цилиндрической формы. Ротор 4 установлен в корпусе 3 с возможностью вращения, при этом в роторе имеется регенерируемый сушильный агент 5, такой как силикагель или подобное вещество, которое расположено, например, в проходящих вдоль оси каналах, имеющихся в роторе 4.
Как показано на фиг.2, корпус 3 у первого торца ротора 4, в данном случае у верха ротора содержит по меньшей мере три секции. Первая секция 6 образует основной выход для осушаемого газа, здесь и далее называемого основным потоком, вторая секция 7 образует вход для охлаждающего потока, а третья секция 8 представляет собой вход для регенерационного потока, который может быть, например, хотя и не обязательно, отведен от осушаемого газа.
У другого, второго торца ротора 4 в варианте, показанном на фиг.2, корпус 3 снизу содержит по меньшей мере две секции, при этом первая секция 9 образует вход для указанного основного потока, а вторая секция 10 образует общий выход для охлаждающего и регенерационного потоков.
Как показано на фиг.2, секции, расположенные с обоих торцов ротора 4, выполнены так, что они направляют потоки газа через круговые сектора торцов ротора 4.
Таким образом, ротор 4 в принципе подразделен на три зоны: зону осушки, проходящую между входом и основным выходом для основного потока, зону регенерации, расположенную между входом и выходом для потока газа, использующегося для регенерации (т.е. регенерационного потока), и зону охлаждения, расположенную между входом и выходом для газа, использующегося для охлаждения (т.е. для охлаждающего потока).
В этом случае устройство 1 дополнительно содержит первый трубопровод 11 (фиг.1), который соединяет источник подачи газа, в данном примере выходной патрубок компрессора 12, и вход для основного потока.
Кроме того, в рассматриваемом примере устройство 1 содержит отводящий трубопровод 13, предназначенный для отвода некоторого количества газа на выходе из компрессора 12. Этот газ используют для регенерации сушильного агента 5, для чего отводящий трубопровод 13 соединен в зоне первого торца ротора 4 с третьей секцией 8, которая образует вход для регенерационного потока.
Поток газа, используемый для охлаждения сушильного агента 5, направляют по второму трубопроводу 14 в секцию 7, которая образует вход для охлаждающего потока.
В этом случае указанный охлаждающий поток подают из внешнего устройства, которое на фигуре не показано. Предпочтительно второй трубопровод 14 имеет средства регулирования, в данном случае в виде охладителя 15 и регулирующего клапана 16, которые предназначены для регулирования входных параметров потока охлаждения.
Кроме того, имеется возвратный трубопровод 17 для потока газа, который используется для регенерации и охлаждения. Этот возвратный трубопровод 17 соединяет вторую секцию 10, расположенную у второго торца ротора 4, с указанным первым трубопроводом 11 и заканчивается в нем вблизи трубки 18 Вентури, которая установлена в линии первого трубопровода 11. В этом примере на возвратном трубопроводе 17 установлен охладитель 19.
Как известно, аппарат осушки 2 может дополнительно содержать привод вращения ротора 4, предпочтительно, но не обязательно, выполненный в виде электродвигателя 20, который, так или иначе, содержит корпус с редуктором для ограничения скорости вращения ротора 4, например, до семи оборотов в минуту.
В рассматриваемом примере устройство 1 содержит необходимые средства для отвода конденсата. Как показано на фиг.1, указанные средства включают в себя трубы 21, которые собирают конденсат, поступающий из охладителя 19 и скапливающийся на дне первой секции 9, расположенной у второго торца ротора 4. Указанный конденсат отводится с помощью труб 21 в направлении емкости 22 или отводной системы для возможной дальнейшей обработки.
Предпочтительно секции выполнены так, что поток газа для регенерации направляется через круговой сектор, в данном случае с углом 90°, а охлаждающий поток направляется через круговой сектор ротора 4, например, с углом 15°, при этом основной поток направляется через остальную часть в виде сектора ротора, например, с углом 255°. Вторая секция 10, которая образует выход для потоков газа, используемых для регенерации и охлаждения, в представленном варианте осуществления охватывает угол 105°.
На фиг.4 показан вид в разрезе секций, расположенных у первого в осевом направлении торца ротора 4. На фиг.5 показан вид в разрезе секций, расположенных у второго в осевом направлении торца ротора 4. Следует отметить, что не исключены и другие соотношения углов.
Направления трех потоков газа, проходящих через корпус 3, показаны на фигурах стрелкой R для регенерационного потока, стрелкой С для охлаждающего потока и стрелкой А для основного потока.
Устройство может работать следующим образом.
Газ сжимается компрессором 12, после чего поток сжатого газа разделяется на основной поток и отводимый регенерационный поток.
Основной поток направляется посредством трубопровода 11 через охладитель 23 и трубку 18 Вентури в направлении входа в зону осушки, образованную первой секцией 9 в нижней части корпуса 3.
Основной поток последовательно проходит через сушильный агент 5 в зоне осушки и далее через основной выход в направлении выхода из корпуса 3, где установлен выходной патрубок 24, из которого осушенный газ может быть отведен для дальнейшего использования в устройстве, приводимом в действие сжатым воздухом, расположенным ниже по потоку.
Благодаря контакту основного потока с сушильным агентом 5 содержащаяся в основном потоке влага адсорбируется этим сушильным агентом 5.
Охладитель 23 обеспечивает возможность легкого транспортирования основным потоком влаги к сушильному агенту 5. Следует отметить, что, чем ниже температура основного потока, тем больше влаги будет абсорбировано сушильным агентом 5.
Отведенный поток газа через отводящий трубопровод направляют в третью секцию 8, которая образует вход зоны регенерации.
В роторе 4 насыщенный влагой сушильный агент 5 переносится в зону регенерации, где содержащаяся в нем влага испаряется за счет приведения сушильного агента 5 в контакт с отведенным потоком газа (т.е. регенерационным потоком), а указанный регенерационный поток с поглощенной влагой направляют через охладитель 19, установленный на линии возвратного трубопровода 17, в направлении трубы 18 Вентури, установленной в первом трубопроводе 11. При этом влага конденсируется в охладителе 19 и отводится через трубу 21 в емкость 22.
Поскольку ротор продолжает вращаться, из сушильного агента 5 будет извлекаться все больше и больше влаги до тех пор, пока сушильный агент 5 не достигнет зоны осушки, свободной от адсорбированной влаги. В результате регенерированный указанным образом сушильный агент 5 может быть использован в следующем цикле осушки.
Таким образом, сушильный агент 5 попеременно перемещают через зону осушки и зону регенерации при непрерывном или прерывистом вращении ротора.
Охлаждающий поток направляют через второй трубопровод 14 во вторую секцию 7, расположенную в верхней части находящегося под давлением корпуса 3, и последовательно пропускают через сушильный агент в зоне охлаждения 5, а затем направляют к выходу, из которого этот поток вместе с регенерационным потоком рециркулирует с прохождением через охладитель 19 в основной поток выше зоны осушки по ходу потока.
За счет наличия зоны охлаждения температура сушильного агента 5 после регенерации в значительной степени понижается до того, как он вступит в контакт с основным потоком в зоне осушки, что оказывает положительное влияние на эффективность работы устройства 1 для осушки.
Характерная особенность настоящего изобретения заключается в том, что корпус 3 содержит вторую секцию 7, образующую вход для охлаждающего потока, причем эта вторая секция 7 полностью отделена и от первой секции 6, и от третьей секции 8. Это дает возможность в большей степени регулировать входные параметры охлаждающего потока, поскольку этот охлаждающий поток на стороне входа полностью отделен от основного выхода для основного потока и от входа для регенерационного потока посредством секции 7, что оказывает положительное влияние на эффективность работы устройства для осушки.
Регулирующий клапан 16 позволяет направлять требуемое количество подаваемого извне газа, который используют для охлаждения сушильного агента 5.
На фиг.3 показано устройство 1 согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, содержащее корпус 3, в котором у первого в осевом направлении торца ротора 4 расположена вторая секция 7, состоящая из двух частей, а именно: первой части 7А, образующей вход для охлаждающего потока, и второй части 7В, содержащей дополнительный выход для основного потока.
Вместе с тем, наибольшая часть осушенного газа после прохождения через ротор 4 оказывается в первой секции 6, после чего эта часть газа покидает устройство 1 для последующего использования в аппаратуре, расположенной ниже по ходу потока.
Первая часть 7А, образующая вход для охлаждающего потока, соединена со второй частью 7В, образующей дополнительный выход для некоторой части основного потока осушенного газа.
Такой вариант осуществления изобретения предполагает, что некоторую часть основного потока после его прохождения через ротор 4 используют в качестве потока газа для охлаждения сушильного агента 5.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения, показанным на фиг.3, первая и вторая части 7А и 7В соответственно полностью охватывают третью секцию 8, которая образует вход для регенерационного потока.
В случае перетекания потока газа, используемого для регенерации, в соседнюю секцию, имеющаяся разность давления между секциями приводит к тому, что основной поток не может быть загрязнен влажным горячим газом, поступающим из входа в зону регенерации.
Указанные три потока газа направляют через соседние круговые секторы ротора 4, при этом регенерационный поток направляют через круговой сектор, например, с углом 90°, а охлаждающий поток, используемый для охлаждения, направляют через круговой сектор, например, с углом 15°.
Как показано на фиг.6, предпочтительно, хотя и не необходимо, чтобы вторая часть 7В также охватывала круговой сектор с углом 15°.
На фиг.7 показан аппарат 2 осушки согласно другому варианту осуществления изобретения, в котором первая часть 7А и вторая часть 7В расположены одна за другой, при этом вторая часть 7В образует дополнительный выход для осушенного газа, который соединен с указанной первой частью 7А с помощью предусмотренных для этой цели средств соединения.
В показанном на фиг.7 примере указанные средства соединения выполнены в виде разделительной перегородки 25, установленной между первой и второй частями 7А и 7В и имеющей подходящие размеры, так что между верхней кромкой этой перегородки 25 и верхней стенкой аппарата 2 осушки образуется проход или канал 26, через который некоторая часть основного потока направляется из второй части 7В в первую часть 7А. Наличие такой разделительной перегородки 25 не является необходимым.
На фиг.8 показан аппарат 2 осушки согласно еще одному другому варианту осуществления изобретения, в общем аналогичный изображенному на фиг.7 аппарату, но имеющий в качестве средств соединения первой и второй частей 7А и 7В два отверстия 27 в разделительной перегородке 25.
Из вышеизложенного ясно, что в вариантах осуществления изобретения, показанных на фиг.3 и фиг.7, часть основного потока после прохождения через ротор 4 используется в качестве охлаждающего потока.
Таким образом, устройство 1 может быть легче выполнено и быть компактнее, поскольку не требуется отдельный внешний источник охлаждающего потока. Понятно, что не является необходимой и трубка 18 Вентури в первом трубопроводе 11 и что, например, первый трубопровод 11 после охладителя 23 можно присоединить непосредственно к нижней части корпуса 3.
Настоящее изобретение не ограничивается описанными выше вариантами его осуществления и представленными на чертежах, поскольку могут быть выполнены различные варианты устройства и способа для осушки газа согласно настоящему изобретению без выхода за объем изобретения.