УСТАНОВКА ГАЗОФИЛЬТРАЦИОННАЯ ХЕМОСОРБЦИОННАЯ

Область техники
Заявляемое техническое решение относится к устройствам очистки воздуха от вредных химических соединений, газов и запахов в различных отраслях промышленности для защиты окружающей среды и снижения промышленных выбросов в атмосферу.
Уровень техники
Из существующего уровня техники известна система очистки воздуха, (RU3892U1 от 03.03.1995, класс МПКB01D 53/34), включающая в себя устройство очистки воздуха от выбросов реактивных газов, паров и аэрозолей, содержащее блок фильтрации, расположенный в одном корпусе, бачок с нейтрализующей жидкостью, патрубок для ввода воздуха, соединенный с блоком фильтрации, содержащим расширяющийся канал для замедлений входного потока воздуха, камеру нейтрализации с форсунками нейтрализации и сужающийся канал, соединенный с патрубком для вывода воздуха, где в корпусе блока фильтрации между камерой нейтрализации и сужающимся каналом находится хемосорбционный фильтр.
Недостатком данного технического решения является неразвитая площадь поверхности хемосорбционного материала, так, как следует из фигуры, поверхность хемосорбционного материала располагается поперек потока воздуха, что приводит, как правило, к избыточной материалоемкости данной системы очистки воздуха.
Известен газопромыватель (RU200341U1 от 30.06.2020, класс МПК B01D 50/00), состоящий из корпуса прямоугольной формы, расположенного горизонтально, оснащенного системой орошения, емкости, насоса, системы возвратных патрубков, системы дренажа, кранов, каплеуловителя, шкафа управления, причем корпус газопромывателя, каплеуловитель, проточная часть насоса, система орошения газопромывателя, система возвратных патрубков и система дренажа выполняются из полимерных материалов.
Недостатками данного изобретения являются: ограничение по применению в случаях высоких и/или изменяющихся во времени концентраций вредных химических соединений, газов и запахов, например такие, как химические вещества кислой или основной природы, в следствие канальных эффектов, свойственных любой массообменной насадке (в заявленном патенте это кольца Паля), а также необходимость постоянного орошения в процессе фильтрации из-за применения инертной массообменной насадки, что, как следствие, ведет к высокой энергоемкости.
Наиболее близким техническим решением является установка газофильтрационная для очистки воздуха (RU180061U1 от 08.08.2016, класс МПК B01D29/62), включающая в себя фильтроэлементы с фильтрующим материалом, бак и систему оборота регенерирующего раствора, систему автоматизации и характеризующаяся тем, что система распределения регенерирующего раствора представляет собой конструктивно оформленную объемную область, расположенную над фильтроэлементами с фильтрующим материалом, обладающим гидрофильными свойствами, и разделяемую с последними перфорированной поверхностью с подачей регенерирующего раствора через равномерно расположенные отверстия по всей поверхности отверстия, при этом отверстия располагаются над фильтроэлементами, установленными вертикально.
Недостатками данного изобретения является невозможность одновременного проведения процессов регенерации фильтрующего материала и фильтрации воздуха, что существенно ограничивает область применения данного изобретения и делает небезопасным для окружающей среды использование данного изобретения для очистки воздуха в непрерывных технологических процессах. Кроме того, не решен вопрос эффективного распределения регенерирующего раствора в вертикальной плоскости фильтроэлементов, так как система регенерации безнапорная, и верхняя часть фильтроэлементов подвергается излишнему смачиванию в отличие от нижней части фильтроэлементов, что в итоге приводит к избыточному времени на проведение процесса регенерации.
Задачами, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, являются:
- снижение материалоемкости устройств очистки воздуха от вредных химических соединений, газов и запахов;
- расширение области применения устройств очистки воздуха в случаях высоких и/или изменяющихся во времени концентраций вредных химических соединений, газов и запахов;
- снижение энергоемкости устройств очистки воздуха от вредных химических соединений, газов и запахов;
- повышение безопасности окружающей среды и снижение промышленных выбросов в атмосферу при использовании устройств очистки воздуха в непрерывных технологических процессах;
- увеличение автономности устройств очистки воздуха от вредных химических соединений, газов и запахов в случаях их использования в местах без постоянного присутствия обслуживающего персонала;
- расширение области применения устройств очистки воздуха в случаях одновременного наличия в очищаемом воздухе вредных химических соединений, газов и запахов различной природы (кислых, основных, водорастворимых и иных).
Раскрытие сущности технического решения
Техническое решение вышеприведенной задачи решается за счет того, что установка газофильтрационная хемосорбционная содержит две ступени очистки: распределительно-контакторную, состоящую из каналов, сформированных ламелями, между которыми располагается волокнистое хемосорбционное полотно, и карманную с фильтрующими элементами из волокнистых хемосорбционных фильтроматериалов, при этом карманная ступень очистки расположена после распределительно-контакторной по ходу движения очищаемого потока воздуха, систему орошения фильтроматериала регенерирующим раствором, корпус, совмещенный с баком системы оборота регенерирующего раствора, и каплеуловитель, выполненные из полимерных материалов. Указанное техническое решение позволяет расширить область применения устройств очистки воздуха в случаях высоких и/или изменяющихся во времени концентраций вредных химических соединений, газов и запахов.
Возможен вариант технического решения, где установка газофильтрационная хемосорбционная может быть дополнена автоматической системой включения режима регенерации. Указанное техническое решение позволяет увеличить автономность устройств очистки воздуха от вредных химических соединений, газов и запахов в случаях их использования в местах без постоянного присутствия обслуживающего персонала.
Возможен вариант технического решения, где установка газофильтрационная хемосорбционная может быть дополнена автоматической системой контроля уровня кислотности и/или окислительно-восстановительного потенциала раствора. Указанное техническое решение позволяет увеличить автономность устройств очистки воздуха от вредных химических соединений, газов и запахов в случаях их использования в местах без постоянного присутствия обслуживающего персонала.
Возможен вариант технического решения, где установка газофильтрационная хемосорбционная может быть применена в составе двух и более последовательно смонтированных установок, каждая из которых рассчитана на удаление различных групп веществ (кислых, основных, водорастворимых и иных). Указанное техническое решение позволяет расширить область применения устройств очистки воздуха в случаях одновременного наличия в очищаемом воздухе вредных химических соединений, газов и запахов различной природы (кислых, основных, водорастворимых и иных).
Возможен вариант технического решения, где установка газофильтрационная хемосорбционная может быть дополнена системой автоматической обработки и замены регенерирующего раствора без остановки процессов фильтрации и регенерации хемосорбционного материала. Указанное техническое решение позволяет повысить безопасность окружающей среды и снизить промышленные выбросы в атмосферу при использовании устройств очистки воздуха в непрерывных технологических процессах.
Возможен вариант технического решения, где установка газофильтрационная хемосорбционная может быть дополнена системой автоматического приготовления регенерирующего раствора. Указанное техническое решение позволяет увеличить автономность устройств очистки воздуха от вредных химических соединений, газов и запахов в случаях их использования в местах без постоянного присутствия обслуживающего персонала.
Возможен вариант технического решения, где система орошения установки газофильтрационной хемосорбционной содержит по меньшей мере одну полноконусную форсунку. Указанное техническое решение позволяет снизить материалоемкость устройств очистки воздуха от вредных химических соединений, газов и запахов, а также повысить безопасность окружающей среды и снизить промышленные выбросы в атмосферу при использовании устройств очистки воздуха в непрерывных технологических процессах
Возможен вариант технического решения, где система орошения установки газофильтрационной хемосорбционной содержит по меньшей мере одну спиральную форсунку. Указанное техническое решение позволяет снизить материалоемкость устройств очистки воздуха от вредных химических соединений, газов и запахов, а также повысить безопасность окружающей среды и снизить промышленные выбросы в атмосферу при использовании устройств очистки воздуха в непрерывных технологических процессах
Возможен вариант технического решения, где в установке газофильтрационной хемосорбционной применена трубная система орошения с отверстиями от 0,2 до 10 мм. Указанное техническое решение позволяет снизить материалоемкость устройств очистки воздуха от вредных химических соединений, газов и запахов, а также повысить безопасность окружающей среды и снизить промышленные выбросы в атмосферу при использовании устройств очистки воздуха в непрерывных технологических процессах.
Краткий перечень чертежей
Для раскрытия заявляемого технического решения на фиг. 1 изображено внешнее устройство установки газофильтрационной хемосорбционной;
на фиг. 2 - внутреннее устройство установки газофильтрационной хемосорбционной, где
поз. 1 - переходные камеры для подключения к вентсистеме, представляющие собой цельную неразборную конструкцию из листовых полимеров, стойких к очищаемой среде;
поз. 2 - распределительно-контакторная ступень фильтрации представляет собой конструктивно оформленный фильтрующий элемент, состоящий из каналов, сформированных деформированными в двух плоскостях ламелями, между которыми располагается волокнистое хемосорбционное полотно;
поз. 3 - система орошения содержит химически стойкий насос (поз.4), группу форсунок карманной ступени фильтрации (поз.5), группу форсунок распределительно-контакторной ступени фильтрации (поз.5) и ротаметр поплавкового типа (поз.13), возможно применение трубной системы орошения с отверстиями от 0,2 до 10 мм;
поз. 4 - насос подачи регенерирующего раствора, стойкий к перекачиваемой среде;
поз. 5 - группа форсунок карманной ступени фильтрации, представляющая собой распылительные устройства для равномерной подачи регенерирующего раствора на хемосорбционный материал;
поз. 6 - карманная ступень фильтрации представляет собой уложенное небольшими складками на жесткий полимерный каркас волокнистое хемосорбционное полотно, конструктивно оформленное в виде карманов-кассет с большой развернутой поверхностью, называемых фильтрующими элементами;
поз. 7 - корпус, совмещенный с баком, представляет собой герметичную конструкцию, в верхней части которой размещаются две ступени фильтрации, а в нижней части расположен бак для приготовления и сбора регенерирующего раствора;
поз. 8 - системы оборота регенерирующего раствора содержат арматуру подачи воды (поз. 9), арматуру слива раствора (поз. 10), арматуру для рециркуляции (поз. 11);
поз. 9 - арматура подачи воды, представляющая собой шаровый или вентильный кран с ручным или автоматическим исполнительным устройством, проточная часть которого является химически стойкой к транспортируемой среде;
поз. 10 - арматура слива раствора, представляющая собой шаровый или вентильный кран с ручным или автоматическим исполнительным устройством, проточная часть которого является химически стойкой к транспортируемой среде;
поз. 11 - арматура для рециркуляции, представляющая собой шаровый или вентильный кран с ручным или автоматическим исполнительным устройством, проточная часть которого является химически стойкой к транспортируемой среде;
поз. 12 - каплеуловитель, представляющий собой конструктивно оформленный блок из каналов, сформированных деформированными в двух плоскостях ламелями;
поз. 13 - ротаметр поплавкового типа, проточная часть которого является химически стойкой к транспортируемой среде;
поз. 14 - группа форсунок распределительно-контакторной ступени фильтрации, представляющая собой распылительные устройства для равномерной подачи регенерирующего раствора на хемосорбционный материал.
Осуществление технического решения
На фиг. 1-2 показана реализация технического решения, которая работает следующим образом:
Фильтрация воздуха осуществляется в два этапа (фиг. 2).
Через переходные камеры (поз. 1) воздух поступает в корпус установки газофильтрационной хемосорбционной (поз. 7), попадает на распределительно-контакторную ступень фильтрации (поз. 2). За счет незначительного сопротивления, а также расширения канала, по которому идет воздух, происходят уменьшение скорости потока и равномерное распределение по сечению установки газофильтрационной хемосорбционной. Поглощение удаляемых компонентов на распределительно-контакторной ступени фильтрации происходит в результате движения воздуха в плоскопараллельных каналах, образованных сепарационными элементами, и диффузии поглощаемых компонентов к активной поверхности хемосорбционного фильтроматериала.
Далее воздух попадает на карманную ступень фильтрации (поз. 6), где очистка воздуха осуществляется в процессе фильтрации очищаемого газа через хемосорбционный волокнистый материал, функциональные группы которого химически связывают токсичный компонент. За счет развитой поверхности карманной ступени фильтрации (поз. 6) достигаются минимальная скорость прохождения воздуха через фильтроматериал и максимальное время контакта очищаемого воздуха с функциональными группами материала, и, как следствие, высокая эффективность очистки воздуха. В случае очистки воздуха от веществ кислой или основной природы в качестве хемосорбционного материала используется ионообменный волокнистый материал, имеющий статическую ионообменную емкость и при использовании слабощелочного или слабокислотного регенерирующего раствора не требующий постоянного орошения и, как следствие, допускающий работу в при высоких и/или изменяющихся во времени концентрациях удаляемых веществ. При использовании материала с гидрофильными свойствами постоянное орошение не требуется при очистке от водорастворимых веществ.
После насыщения хемосорбционного материала токсичными компонентами производится его жидкостная регенерация раствором реагента, в результате чего функциональные группы материала восстанавливают свою поглощающую способность. Для этого в корпусе, совмещенным с баком (поз. 7), готовится регенерирующий раствор, который в дальнейшем поступает через систему орошения (поз. 3) на хемосорбционный фильтроматериал, откуда стекает самотеком обратно в бак. Приготовление раствора возможно в ручном или автоматическом режиме. Для приготовления раствора бак наполняется водой с помощью арматуры подачи воды (поз. 9), и добавляется реагент. В автоматическом режиме реагент добавляется стойким к действующему веществу реагента химическим дозирующим насосом.
В процессе регенерации распыляемый через форсунки (поз. 5 и поз. 14) регенерирующий раствор попадает на хемосорбционный материал (контакторную ступень, поз. 2 и карманную ступень, поз.6), равномерно распределяясь по его поверхности. В зависимости от качества используемых реагентов могут быть использованы полноконусные, спиральные форсунки или трубная система орошения с отверстиями от 0,2 до 10 мм.
Размещение системы орошения перед карманной ступенью фильтрации по направлению потока воздуха позволяет осуществлять процесс фильтрации воздуха независимо от процесса регенерации хемосорбционного материала, так как в процессе распыления раствор попадает на материал исключительно с внешней стороны карманной ступени фильтрации, задерживаясь в структуре материала, тем самым не допуская избыточного расхода регенерирующего раствора.
При одновременном проведении процесса фильтрации воздуха и регенерации хемосорбционного материала поток воздуха способствует равномерному распределению регенерирующего воздуха по толщине хемосорбционного материала, повышая эффективность работы установки газофильтрационной хемосорбционной.
Для исключения попадания капель регенерирующего раствора в компоненты вентсисемы, следующие за установкой газофильтрационной хемосорбционной, воздух направляется в каплеуловитель, где за счет центробежных сил капли остаются на ребристой поверхности ламелей. Площадь поперечного сечения каплеуловителя подобрана специальным образом для достижения максимальной эффективности удаления капель и влаги.
Управление процессом регенерации может производиться как в ручном режиме посредством перевода ручной арматуры для рециркуляции (поз. 11) в режим регенерации и включением насоса (поз. 4), так и в автоматическом режиме посредством управления автоматической арматурой для рециркуляции и насосом через контроллер.
В процессе работы постепенно регенерирующий раствор изменяет свой уровень кислотности и/или окислительно-восстановительный потенциал, и необходима обработка раствора для последующей безопасной утилизации или продолжения эксплуатации или замена регенерирующего раствора. Контроль уровня кислотности и/или окислительно-восстановительного потенциала возможен как в периодическом ручном режиме с применением сторонних средств измерения, не входящих в состав установки газофильтрационной хемосорбционной, так и в постоянном автоматическом режиме с помощью встроенного контроллера и ph/ОВП электродов. За счет частичного сброса отработанного раствора и последующего порционного добавления воды и реагента реализован процесс непрерывного процесса фильтрации воздуха при одновременном проведении замены регенерирующего раствора.
Для обработки раствора с целью дальнейшей безопасной утилизации или продолжения эксплуатации установка газофильтрационная хемосорбционная дополняется дозирующей химический реагент системой, состоящей из стойкого к действующему веществу реагента химического дозирующего насоса и системы патрубков, автоматически поддерживающей уровень кислотности и/или окислительно-восстановительного потенциал.
Определение периодичности выполнения, а также проведение вышеуказанных процедур возможно в ручном или автоматическом режиме. Для осуществления автоматического режима замены раствора управление системой оборота регенерирующего раствора (поз. 8) и насосом (поз. 4) производится через контроллер. Исполнительные устройства арматуры системы оборота регенерирующего раствора (поз. 8) в таком случае меняются на автоматические.
В зависимости от стойкости к очищаемой среде и компонентам регенерирующего раствора в качестве материала изготовления установки газофильтрационной хемосорбционной могут быть использованы: полипропилен (гомополимер и сополимеры), полиэтилен, поливинилхлорид (ПВХ), хлорированный поливинилхлорид (ПВХ-Х), поливинилденфторид (ПВДФ, PVDF), этиленхлортрифторэтилен, фторопласт и другие полимерные материалы.
В случае очистки воздуха от сложных по составу вредных химических соединений, газов и запахов возможно применение многоступенчатой системы очистки, состоящей из последовательно смонтированных установок газофильтрационных, каждая из которых рассчитана на удаление различных групп веществ (кислых, основных, водорастворимых и иных).
Технических решений, совпадающих с совокупностью существенных признаков заявляемой полезной модели, не выявлено, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемой полезной модели такому условию патентоспособности как «новизна».
Заявляемое техническое решение обеспечивает возможность непрерывной эффективной фильтрации воздуха от любых концентраций вредных химических веществ кислой, основной природы, а также водорастворимых и иных веществ, в том числе одновременно с процессом регенерации хемосорбционного материала, при этом не допуская значительного уноса регенерирующего раствора в вентсистему.