УСТАНОВКА ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА
AIR CLEANER

Изобретение относится к процессам пылеулавливания и может быть использовано в любой отрасли народного хозяйства, где требуется улавливание высокодисперсных аэрозолей из воздушного протока, в частности в пищевой промышленности.
Известна установка для улавливания высокодисперсных аэрозолей путем насыщения запыленного воздушного потока водяными парами с последующим конденсационным укрупнением и улавливанием аэрозольных частиц из паровоздушного потока (SU 1607899 А1, МПК B01D 47/05, 23.11.90 - прототип).
Указанная установка работает следующим образом. Газ с аэрозольными частицами через конфузор подается в камеру, где равномерно по всему объему насыщается парами жидкости, подаваемыми через сопло, и подходит в канал прямоугольного сечения газоподводящего устройства с разнотемпературными стенками, из которых наружная стенка - холодная, а внутренняя - горячая.
По мере прохождения в канале пересыщенной парогазовой смеси происходит конденсация паров жидкости на аэрозольных частицах, как на ядрах конденсации, и образовавшиеся капли выделяются из парогазовой смеси под действием центробежных, диффузионных и термодиффузионных сил. Пленка жидкости, увлекаемая газовым потоком, движется вдоль по охлаждаемой стенке, попадает в цилиндрические ловушки и выводится через отверстия в днище в сборник конденсата под действием силы тяжести.
Не успевшие отсепарироваться по длине канала капли улавливаются в центральной сепарационной зоне, выделяясь из потока, закручивающегося вокруг выходного штуцера, и стекают через зазор между охлаждаемой стенкой и конусом в сборник конденсата и выводятся через штуцер, а очищенный газовый поток, отражаясь от конуса, где происходит дополнительная сепарация капель, образуя внутренний вихрь, выходит через выходной патрубок. Конус обечайки препятствует вторичному уносу жидкости из приемного сборника, жидкость, попавшая в обечайку, выводится через штуцер.
Основным недостатком данной установки является то, что поток газа встречает на своем пути значительное гидравлическое сопротивление, возникающее в узких каналах насадки, что приводит к значительным потерям энергии, а также недостаточно эффективное отделение капель конденсата из потока очищаемого воздуха, что снижает эффективность процесса очистки и приводит к значительным потерям энергии.
Технической задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков и создание установки для очистки воздуха, применение которой позволит обеспечить более полное отделение конденсата и механических примесей от потока газа, подвергаемого очистке.
Решение поставленной задачи достигается за счет того, что в предложенной установке для очистки воздуха, содержащей увлажнитель всасываемого воздуха, компрессор, увлажнитель сжатого воздуха, подогреватель, разнотемпературную конденсационную камеру с газовым трактом, преимущественно прямоугольного сечения, соединенные последовательно между собой, причем одна из его продольных стенок выполнена с возможностью радиального перемещения, а выходная часть газового тракта разнотемпературной конденсационной камеры соединена с влагоотделителем, согласно изобретению газовый тракт разнотемпературной конденсационной камеры выполнен в виде диффузора, меньшее проходное сечение которого расположено во входной части разнотемпературного газового канала, а большее - в выходной.
Для обеспечения возможности получения на одной установке различных режимов работы газовый тракт разнотемпературной конденсационной камеры выполнен с возможностью изменения входных и выходных сечений диффузора.
В предложенной установке очистки воздуха газовый тракт разнотемпературной конденсационной камеры выполнен в форме диффузора, который образован диагональным расположением противоположных соседних стенок, имеющих разную температуру.
Данное конструкционное решение было выбрано для повышения эффективности улавливания аэрозольных частиц.
В этом случае скорость потока падает и уменьшается его температура за счет эффекта Джоуля-Томпсона.
По мере прохождения в канале пересыщенной парогазовой смеси происходит конденсация паров жидкости на аэрозольных частицах, как на ядрах конденсации, и образовавшиеся капли выделяются из парогазовой смеси под действием диффузионных и термодиффузионных сил.
При движении парогазовой смеси вдоль холодной поверхности давление паров жидкости над ней получается значительно меньше, чем в центральной части потока. Вследствие этого в смеси возникает диффузионный поток пара, который воздействует на находящиеся в смеси аэрозольные частицы и капли.
В результате этого воздействия частицы и капли движутся в сторону охлаждаемой поверхности. Конденсация пара на холодной поверхности сопровождается уменьшением объема, что приводит к общему течению парогазовой смеси к этой поверхности. Возникающий при этом конвективный поток, называемый стефановским течением, усиливает диффузионный поток и всегда направлен в сторону уменьшения объема, т.е. к холодной поверхности.
С другой стороны при движении потока между разнотемпературными поверхностями в парогазовой смеси возникает температурный градиент, обуславливающий появление термодиффузионных сил, под действием которых частицы и капли тоже движутся к холодной поверхности и осаждаются на ней.
Непрерывность конденсации и укрупнения частиц при движении вдоль канала поддерживается вследствие высокой степени пересыщения, которая возникает в результате увеличения парциального давления у обогреваемой поверхности и снижения его у охлаждаемой. Причем величина пересыщения растет от обогреваемой поверхности к охлаждаемой.
В канале, постепенно расширяющемся от входа к выходу газа, процесс конденсации на частицах идет более интенсивно за счет снижения скорости парогазового потока, которое приводит к увеличению парциального статического давления паров жидкости, т.е. к увеличению степени пересыщения и более высокому выходу конденсата, осаждающемуся в виде капель на холодной стенке и образующему на ней пленку жидкости.
Таким образом, совокупность существенных признаков заявляемого технического решения, благодаря наличию новых признаков, обеспечивает получение технического результата, выражающегося в улучшении условий отделения конденсата и механических частиц от очищаемого потока газа.
Указанные существенные признаки в совокупности, характеризующей сущность заявляемого технического решения, не известны в настоящее время для устройств очистки воздуха от посторонних примесей. Аналог, характеризующийся идентичностью всем существенным признакам заявляемого изобретения, в ходе исследований не обнаружен, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «Новизна».
Существенные признаки заявляемого изобретения не могут быть представлены как комбинация, выявленная из известных решений с реализацией в виде отличительных признаков для достижения технического результата, из чего следует вывод о соответствии критерию «Изобретательский уровень».
В связи с тем, что описанное техническое решение предназначено для использования в рамках реальной системы очистки воздуха, изготовлено заявителем и прошло испытания с достижением заявляемого технического результата, предлагаемое изобретение соответствует критерию «Промышленная применимость».
Сущность изобретения иллюстрируется чертежом, где показана принципиальная схема установки для очистки воздуха.
Установка для очистки воздуха содержит увлажнитель всасываемого воздуха 1, компрессор 2, увлажнитель сжатого воздуха 3, подогреватель 4, разнотемпературную конденсационную камеру 5 с газовым трактом 6 преимущественно прямоугольного сечения, соединенные последовательно между собой.
Тракт 6 образован продольными стенками 7.
Тракт конденсационной камеры выполнен с соотношением длины к высоте более 20 исходя из того, что при меньшей величине не успевает произойти конденсационный рост частиц.
Выходная часть газового тракта 6 разнотемпературной конденсационной камеры соединена с влагоотделителем 8, работающим по принципу трубы Вентури.
Указанный способ реализуется следующим образом.
Очищаемый воздух предварительно увлажняется в увлажнителе 1 и поступает в компрессор 2, где происходит его сжатие до заданных параметров.
Из компрессора 2 сжатый очищаемый воздух подается в увлажнитель сжатого воздуха 3 и далее в подогреватель 4, где ему придается требуемая влажность и температура.
Далее сжатый воздух, вырабатываемый компрессором 2, прошедший через увлажнитель сжатого воздуха 3 и подогреватель 4, подается в разнотемпературную камеру 5, в которой происходит конденсация водяных паров на ядрах конденсации, например, механических примесях, газовых ионах и на поверхности самопроизвольно образующихся зародышей и их рост до размеров капель.
В канале, постепенно расширяющемся от входа к выходу газа, процесс конденсации на частицах идет более интенсивно за счет снижения скорости парогазового потока, которое приводит к увеличению парциального статического давления паров жидкости, т.е. к увеличению степени пересыщения и более высокому выходу конденсата, осаждающемуся в виде капель на холодной стенке и образующему на ней пленку жидкости.
За счет того, что одна из стенок камеры выполнена с возможностью радиального перемещения, обеспечиваются требуемые условия прохождения очищаемого потока через газовый тракт разнотемпературной камеры путем изменения площади проходного сечения тракта.
За счет выполнения начальной части стенок более горячей, чем остальные части, происходит значительное уменьшение на входе метастабильного пересыщения и соответственно увеличивается зона устойчивого пересыщения, однородного по сечению как вдоль, так и поперек потока.
Для обеспечения возможности получения на одной установке различных режимов работы, газовый тракт разнотемпературной конденсационной камеры выполнен с возможностью изменения входных и выходных сечений диффузора, величина которых определяется в зависимости от параметров потока.
Одна часть конденсата улавливается в камере 5, а другая, оставшаяся, - в расположенном за ней влагоотделителе 8. Комплект, состоящий из увлажнителей и подогревателя, позволяет изменять влажность и температуру воздушного потока в широком диапазоне.
-6
Проведенные авторами экспериментальные и аналитические исследования предложенного устройства на влажном воздухе, имеющем следующие параметры: давление на входе 1-3 атм, температура 20-40°С, относительная влажность 90-95%, загрязненность (влагосодержание) 9-18 г/кг, максимальный размер осаждаемых частиц 6·10 подтвердили правильность заложенных конструкторско-технологических решений.
Использование предложенного технического решения позволит более эффективно отделять конденсат и механические примеси от очищаемого газа, при меньших затратах энергии.