УЗЕЛ С ВОЛОКНИСТЫМ СЛОЕМ И ВОЛОКНИСТЫЙ СЛОЙ
UNIT WITH FIBROUS LAYER AND FIBROUS LAYER

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение, в общем, касается улучшенного узла с волокнистым слоем для отделения жидких частиц (с растворенными или суспензированными твердыми веществами или без них) от газовых потоков. Более конкретно, оно касается узла с волокнистым слоем, имеющего улучшенную способность препятствовать повторному уносу собранной жидкости.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Туманоуловители обнаруживают широкое применение в приложениях, где аэрозоли, в частности, менее 3 микрон должны отделяться от потока газа или пара (далее и в формуле изобретения вместе называемые "газом"). Эти туманоуловители включают в себя волокнистые слои, через которые проходит газовый поток для достижения отделения. Некоторые из наиболее частых приложений туманоуловителей включают в себя удаление туманов кислот, таких как туман серной кислоты, в способах изготовления кислот, туманов пластификаторов при, например, изготовлении поливинилхлоридных напольных и настенных покрытий, аэрозолей водорастворимых твердых веществ, таких как, например, выбросы из башен гранулирования нитрата аммония. При удалении аэрозолей смоченных растворимых твердых веществ собранные твердые частицы растворяются в жидкости внутри волокнистого слоя или смываются ею при применении орошаемого волокнистого слоя или распылении жидкости, такой как вода, вводимая в газовый поток перед волокнистым слоем.
Повторный унос собранной жидкости от нижней по потоку поверхности волокнистого слоя часто вызывает проблемы. Эти проблемы могут включать в себя любую из последующих индивидуально или в комбинации: засорение нижнего по потоку оборудования способа, нарушение чистоты продукта, коррозия трубопровода и, в некоторых случаях, затруднение в достижении требований выделения. Повторный унос в сепараторах с волокнистым слоем может возникать по двум механизмам. Пока жидкость стекает вниз сквозь волокнистый слой и/или его заднюю по ходу поверхность, поток движущегося газа может заставлять часть стекающей жидкости разрываться или пузыриться вне нисходящего жидкого потока и повторно возвращаться в газовый поток в виде капель. Эта проблема особенно ощутима у дна вертикально расположенного волокнистого слоя, так как вся жидкость, собранная волокнистым слоем, обязательно стекает на дно, и с практической точки зрения, так как газовая фаза тянет жидкость из задней по ходу поверхности у дна волокнистого слоя. У этой точки высвобождения, где происходит наибольший совокупный сток, затягивание газовой фазой может вызывать образование пузырьков, "разбрызгивание", струйное распыление или фрагментацию стекающей жидкости. Когда эти пузыри разрываются, образуются фрагменты и капли размером до субмикронного, которые уносятся прочь движущимся газовым потоком, что называется "пузырьковый повторный унос".
Второй механизм повторного уноса, называемый "слоевой повторный унос" протекает при газовых скоростях в слое, настолько высоких, что газовая фаза затягивает стекающую жидкость во всем волокнистом слое на нижних по потоку выпускающих поверхностях волокнистого слоя, вызывая пузырение, разбрызгивание, струйное распыление и фрагментацию с повторным уносом. Таким образом, в заданном волокнистом слое и при постоянной жидкостной нагрузке при увеличении слоевой скорости достигается момент, когда начинается пузырьковый повторный унос. Это сначала происходит у дна волокнистого слоя на поверхности выпуска газа собирающей среды. По мере того как слоевая скорость еще дополнительно увеличивается, повторный унос начинает протекать у более высоких уровней волокнистого слоя при только небольшом увеличении в скорости, повторный унос происходит, по существу, от всей поверхности выпуска газа волокнистого слоя. Это обычно называют условиями полного затопления.
Были сделаны предшествующие попытки предотвратить повторный унос и заставить работать волокнистый слой в более сухих условиях путем удаления собранной жидкости и растворенных твердых веществ из волокнистого слоя. В одном примере трубчатый волокнистый слой образуют из двух или нескольких более коротких секций, которые уложены одна поверх другой, образуя волокнистый слой. Металлическую пластину помещают между соседними секциями в этой упаковке, образуя барьер против миграции жидкости из одной секции в следующую нижнюю секцию и заставляя жидкость вытекать радиально из секций (и из волокнистого слоя). Однако в этом расположении жидкость может двигаться вне волокнистого слоя к выпускающей (т.е. нижней по потоку) стороне волокнистого слоя. В этом месте шансы жидкости подвергаться повторному уносу увеличиваются. Кроме того, трудно сохранять необходимое газонепроницаемое уплотнение между секциями волокнистого слоя и металлической пластиной, чтобы избежать обхода газа между секцией и соседней пластиной.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В одном аспекте данного изобретения узел с волокнистым слоем для туманоуловителя с волокнистым слоем, используемым для удаления аэрозолей и/или смоченных растворимых твердых веществ из потока движущегося газа, в основном содержит опору волокнистого слоя, имеющую стенку, образующую пространство, расположенное выше по потоку, и пространство, расположенное ниже по потоку. Стенка имеет отверстия, позволяющие газовому потоку обычно свободно двигаться сквозь стенку из пространства, расположенного выше по потоку, в пространство, расположенное ниже по потоку. Волокнистый слой удерживается опорой волокнистого слоя и обычно закрывает отверстия стенки так, что газовый поток проходит сквозь волокнистый слой, двигаясь из пространства, расположенного выше по потоку, в пространство, расположенное ниже по потоку. Волокнистый слой содержит собирающую волокнистую среду и дренажную среду, расположенную на нижней по потоку стороне волокнистой среды. Дренажная среда содержит пропускающие полосы вдоль высоты волокнистого слоя, которые располагаются, образуя перекрывающиеся области, где одна из пропускающих полос перекрывает соседнюю из пропускающих полос.
В другом аспекте настоящего изобретения узел с волокнистым слоем в основном содержит опору волокнистого слоя, в основном такую, как описана в предыдущем параграфе. Волокнистый слой удерживается опорой волокнистого слоя и обычно закрывает отверстия стенки так, что газовый поток проходит сквозь волокнистый слой, двигаясь из пространства, расположенного выше по потоку, в пространство, расположенное ниже по потоку. Волокнистый слой содержит собирающую волокнистую среду и предфильтровую среду на верхней по потоку стороне собирающей волокнистой среды. Предфильтровая среда включает в себя слой из собирающей волокнистой среды и дренажную среду, расположенную обычно между собирающей волокнистой средой и собирающим волокнистым слоем.
В еще одном аспекте настоящего изобретения узел с волокнистым слоем обычно содержит опору волокнистого слоя, обычно такую, как описана в предыдущем параграфе. Волокнистый слой удерживается опорой волокнистого слоя и обычно закрывает отверстия стенки так, что газовый поток проходит через волокнистый слой, двигаясь из пространства, расположенного выше по потоку, в пространство, расположенное ниже по потоку. Волокнистый слой содержит собирающую волокнистую среду и дренажную среду, расположенную на нижней по потоку стороне волокнистой среды. Волокнистый слой обычно является трубчатым по форме и имеет верхний и нижний концы. Нижнее по потоку пространство, по меньшей мере, частично располагается во внутренней области трубчатого волокнистого слоя. Элемент сбора повторно унесенной жидкости располагается, по меньшей мере, частично в нижнем по потоку пространстве внутренней области трубчатого волокнистого слоя.
Предпочтительно элемент сбора повторно унесенной жидкости располагается внутри трубчатого волокнистого слоя в месте, где скорость газового потока при работе будет меньше, чем приблизительно 700 футов в минуту.
Предпочтительно элемент сбора повторно унесенной жидкости располагается в месте, в котором скорость газового потока при работе будет меньше, чем приблизительно 1500 футов в минуту.
Другие задачи и признаки будут частично очевидны и частично указаны ниже.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 - вид в перспективе туманоуловителя с частью его бака, вырезанной, чтобы показать узел с волокнистым слоем данного туманоуловителя, изготовленный согласно принципам настоящего изобретения;
Фиг.2 - увеличенный вид в перспективе узла с волокнистым слоем, частично разрезанного, чтобы показать внутреннее строение;
Фиг.3 - увеличенный фрагментарный схематический вертикальный разрез туманоуловителя на фиг.1, взятый у верха узла с волокнистым слоем;
Фиг.4 - увеличенный фрагментарный схематический разрез, аналогичный фиг.3, но взятый у дна узла с волокнистым слоем;
Фиг.5 - увеличенный фрагментарный схематический разрез узла с волокнистым слоем другого варианта осуществления, взятый в целом в середине узла с волокнистым слоем;
Фиг.6 - вид в перспективе туманоуловителя с частью его бака, вырезанной, чтобы показать узел с волокнистым слоем другой конфигурации.
Одинаковые ссылочные позиции указывают одинаковые части на всех чертежах.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Ссылаясь теперь на чертежи и, в частности, на фиг.1, туманоуловитель (обозначаемый обычно 1) может быть помещен в проточную линию потока газа для удаления аэрозолей и/или смоченных растворимых твердых веществ из данного потока газа. Данный туманоуловитель представляет собой тип, который имеет особое применение для использования в газовых потоках, имеющих жидкое аэрозольное содержимое (особенно, где присутствуют частицы аэрозоля жидкости, имеющие субмикронные размеры), которое необходимо удалить из газового потока. Туманоуловитель 1 включает в себя бак (обычно обозначаемый 3), имеющий съемную крышку 5, герметично прикрепленную к баку, чтобы закрывать открытый верх бака. Кольцевая монтажная пластина 7 внутри бака 3 разделяет бак на верхнюю камеру 9 и нижнюю камеру 11. Газовый поток может проходить из нижней камеры 11 в верхнюю камеру 9 только сквозь центральное отверстие 13 кольцевой монтажной пластины 7. Бак 3 включает в себя вход 15 газового потока для приема потока газа, нагруженного аэрозолем и/или смоченными растворимыми твердыми веществами, в нижнюю камеру 11 бака и выход 17 фильтрованного чистого газового потока в сообщении по текучей среде с верхней камерой 9 в баке, позволяющий фильтрованному чистому газу выходить из туманоуловителя 1 в выпускное или иное обрабатывающее оборудование (не показано).
Узел с волокнистым слоем, обычно обозначаемый 19, располагается в нижней камере 11 бака 3 и имеет обычно трубчатую форму с закрытым дном и открытым верхом. Узел 19 с волокнистым слоем герметично устанавливается на монтажной пластине 1, так что открытый верх узла с волокнистым слоем совмещается с центральным отверстием 13 монтажной пластины. Газ не может протекать из нижней камеры 11 в верхнюю камеру 9, если он не проходит сквозь узел 19 с волокнистым слоем. Монтажная пластина 7 удерживает узел 19 с волокнистым слоем внутри бака 3, так что узел с волокнистым слоем свисает от монтажной пластины. Узел 19 с волокнистым слоем удаляет очень высокое процентное содержание аэрозоля и/или смоченных растворимых твердых веществ из газового потока, которые стекают на дно бака 3. Внешняя сточная труба 21 возле дна бака 3 выпускает жидкости и/или смоченные растворимые и растворенные твердые вещества, которые собираются на дне бака.
Показанный на фиг.1 туманоуловитель 1 представляет собой прямоточный или "висячего типа" туманоуловитель. Также известны туманоуловители других конструкций, такие как обратноточный или "стоящий" туманоуловитель, где газ течет из внутреннего центрального ядра элемента к внешней стороне, или туманоуловитель с плоским слоем (не показан). Также могут применяться узлы с концентрическим волокнистым слоем, имеющие концентрические прямоточные и обратноточные волокнистые слои. Настоящее изобретение может применяться с различными формами туманоуловителей, включая все вышеуказанные туманоуловители.
Обращаясь теперь к фиг.2, узел 19 с волокнистым слоем прямоточного туманоуловителя 1 включает в себя сточную стойку 25, которая находится над дном бака 3. Сточная стойка 25 содержит сточную трубу 25А, круглую донную пластину 25В и проход 25С, распространяющийся сквозь сточную трубу и открывающийся у донной пластины. Проход 25С открывается в бак 3 для стока собранных жидкостей и частиц, удаленных из газового потока узлом 19 с волокнистым слоем. Жидкость и смоченные или растворенные растворимые твердые вещества, собранные на дне бака 3, вытекают через сточную трубу 21. Уровень жидкости на дне бака 3 обеспечивает газовый затвор, позволяя собранной жидкости в узле 19 с волокнистым слоем стекать через дренажную трубу 25А на дно бака.
Внутренний экран и внешний экран (обычно обозначаемые 27 и 29 соответственно) распространяются от донной пластины 25В к монтажной пластине 7 и располагаются концентрически в радиально пространственном отношении. Вместе внутренний и внешний экраны 27, 29 составляют стенку в показанном варианте осуществления, которая отделяет сердцевинное внутреннее (заднее по ходу) пространство 31 внутри внутреннего экрана 27 от внешнего (переднего по ходу) пространства 33 внутри бака 3, но снаружи внутреннего экрана 27. Будет понятно, что данная стенка может быть сконструирована другими способами (например, иметь только один экран или без экрана} без отклонения от объема настоящего изобретения. Внутренний и внешний экраны 27, 29 обычно имеют сетчатое строение, так что каждый из них задает сравнительно большие отверстия, которые будут позволять газовому потоку обычно свободно двигаться сквозь внутренний и внешний экраны между сердцевинным внутренним пространством 31 и внешним пространством 33. Экраны 27, 29 соединяются с кольцевым фланцем, который располагается на верхней стороне кольцевой монтажной пластины 7. Кольцевой фланец 34 прикрепляется к монтажной пластине 7 и удерживает экраны 27, 29 и сточную стойку 25. В показанном варианте осуществления внутренний экран 27, внешний экран 29 и кольцевой фланец 34 составляют опору волокнистого слоя. Следует понимать, что другие конструкции для поддерживания волокнистого слоя могут быть использованы без отклонения от объема настоящего изобретения.
Волокнистый слой (обычно обозначаемый 35) узла 19 с волокнистым слоем находится в радиальном пространстве между внутренним и внешним экранами 27, 29 и существенно заполняет данное пространство и закрывает отверстия в экранах, так что газовый поток должен проходить сквозь волокнистый слой, чтобы двигаться из внешнего пространства 33, окружающего узел 19 с волокнистым слоем, в сердцевинное внутреннее пространство 31 внутри узла 19 с волокнистым слоем (смотри фиг.1). Волокнистый слой 35 обычно является трубчатым по форме и действенно герметизированным на противоположных концах к монтажной пластине 7 и к донной пластине 25 В сточной стойки 25 посредством способа, известного специалистам в данной области техники, так что газ не обходит волокнистый слой, протекая из внешнего пространства 33 в баке 3 в сердцевинное внутреннее пространство 31.
Обращаясь теперь к фиг.3 и 4, показано, что волокнистый слой 35 включает в себя собирающую волокнистую среду 39 и дренажную волокнистую среду 41 (обе ссылочные позиции обычно указывают эти объекты). Собирающая волокнистая среда 39 образована из подходящего материала, такого как не спутанный слой случайно распределенных волокон, имеющих средний диаметр приблизительно 0,5-15 микрон, упакованных с существенно однородной пористостью слоя приблизительно от 85 до 98 процентов. Случайные волокна будут поддерживаться дополнительным проволочным экраном (не показан). В качестве другого примера собирающая волокнистая среда 39 может представлять собой иглопробивной мат, изготовленный из волокон, имеющих средний диаметр приблизительно 0,5-15 микрон, формованных до существенно однородной пористости слоя приблизительно от 85 до 98 процентов, который устраняет необходимость поддержки дополнительным экраном. Чертежи показывают собирающую волокнистую среду 39 в виде такого иглопробивного мата, распространяющегося по существу на всю высоту узла 19 с волокнистым слоем. Собирающая волокнистая среда 39 может быть образована из множества таких матов (не показано). Масса волокна может быть упакована между противоположными опорами 27, 29, образуя собирающую волокнистую среду. Еще дополнительно, собирающая волокнистая среда может также иметь свернутое строение типа, показанного в совместно направленной заявке США с порядковым номером 11/031820, зарегистрированной 7 января 2005, описание которой включено сюда посредством ссылки. Для простоты иллюстрации собирающая волокнистая среда 39 показана в виде единственного мата.
Стрелки на фиг.3 и 4 указывают направление течения газового потока сквозь узел 19 с волокнистым слоем. Фигуры 3 и 4 схематично изображают секции, показывая композицию волокнистого слоя 35. Зазоры, показанные между волокнистым слоем 35 и внутренним экраном 27, и зазоры между другими компонентами волокнистого слоя не будут присутствовать в реальной конструкции волокнистого слоя. Однако они даются для легкости и ясности изображения отдельных компонентов и маршрутов собранной жидкости. Для целей данного описания ссылки на "на нижнюю по потолку" и "на верхнюю по потоку" указывают общее относительное нахождение компонентов относительно типичного направления течения газового потока сквозь узел 19 с волокнистым слоем. Они не требуют, чтобы данные компоненты были в контакте друг с другом или даже непосредственно соседствовали друг с другом (т.е. может присутствовать промежуточная структура).
v
g
v
g
Дренажная среда 41 содержит пропускающие полосы 45, расположенные по высоте волокнистого слоя 35. Пропускающие полосы 45 включают в себя торцевые пропускающие полосы у верхушки и дна волокнистого слоя 35, которые являются кольцевыми по форме, распространяющимися вокруг волокнистого слоя. Между торцами пропускающие полосы 45 могут быть образованы путем намотки одного куска материала спиралью вокруг внутреннего экрана 27. Возможны другие расположения внутри объема настоящего изобретения. Например, и без ограничения, множество кусков материала могут быть использованы для образования спиральной обертки, или каждая дренажная полоса может быть отдельным, свернутым кольцом куском материала. Для целей настоящего описания каждый оборот спиральной намотки рассматривается как "пропускающая полоса". Кроме того, каждая "полоса" может быть образована из множества слоев материала (не показано). В показанном варианте осуществления все пропускающие полосы 45 располагаются, задавая области перекрывания (обычно обозначенные 47), где одна из пропускающих полос перекрывает соседнюю из пропускающих полос. Одним типом материала, подходящего для пропускающих полос, может быть, например, тонкий иглопробивной волокнистый мат, имеющий волокна со средним диаметром приблизительно 3-20 микрон, образованный с по существу однородной пористостью слоя приблизительно от 85 до 98 процентов. Средний диаметр волокон и пористость слоя предпочтительно выбирают так, что при данной скорости газа и аэрозольной нагрузке данная среда не захлебнется собранной жидкой фазой, и остаточная насыщенность среды без затягивания газовой фазой R меньше, чем остаточная насыщенность без гравитационного стока жидкой фазы (R). Остаточная насыщенность без затягивания газовой фазой (R) представляет собой меру характеристики среды удерживать жидкость (и/или растворимые твердые вещества) внутри среды, когда газ течет сквозь среду в заданных условиях, пытаясь толкать жидкость из данной среды в направлении газового потока. Остаточная насыщенность без гравитационного течения (R) представляет собой меру способности среды удерживать жидкость (и/или растворимые твердые вещества) вопреки силе тяжести. Эти параметры остаточной насыщенности и способы их определения описаны в патенте США №4086070, описание которого включено сюда посредством ссылки.
g
v
Дренажная среда 41 имеет дополнительные компоненты, расположенные обычно на нижней по потоку стороне пропускающих полос 45. В показанном варианте осуществления дренажная среда включает в себя множество дренажных слоев 49 полной длины или матов, накладывающихся обычно друг на друга и распространяющихся на всю длину волокнистого слоя 35. Будет понятно, что возможны другие конфигурации дренажных слоев 49, включая отсутствие дренажных слоев, любое число таких слоев (включая только единственный слой) или присутствие дренажных слоев, распространяющихся меньше, чем на всю высоту волокнистого слоя 35. Кольцевой покров 50 выступает вниз от фланца 34 и способствует герметизации волокнистого слоя 35 у верхушки, подавляя обход газом фильтрующего слоя. Внутренний экран 27 прикрепляют к покрову 50 с помощью сварки. Дренажная среда 41 еще дополнительно включает в себя дренажные полосы 51. Части дренажных полос 51 располагаются в областях перекрывания 47, задаваемых пропускающими полосами 45, и располагаются между соседними перекрывающимися пропускающими полосами в областях перекрывания. Материал дренажных полос 51 может быть, например, химически связанным, волокнистым матом из волокон, имеющих средний диаметр приблизительно 20-35 микрон, образованным с по существу однородной пористостью слоя приблизительно от 85 до 99 процентов. Средний диаметр волокон и пористость слоя предпочтительно выбирают так, что остаточная насыщенность среды без затягивания жидкой фазы газовой фазой больше, чем остаточная насыщенность без гравитационного стока жидкой фазы (т.е. R<R). Дренажные слои 49 могут быть сделаны из того же или другого дренажного материала, что и дренажные полосы 51.
Дренажные полосы 51 могут быть образованы путем спиральной намотки на внутренний экран 27 одновременно с намоткой пропускающих полос 45. В этом случае каждый оборот спирали определяет одну из дренажных полос 51. Другие способы образования дренажных полос 51 могут быть использованы без отклонения от объема настоящего изобретения. Хотя дренажные полосы 51 показаны, как имеющие высоту, только немного большую, чем пропускающие полосы 45, одна или несколько дренажных полос может проходить, явно выступая из области относительного перекрывания 47 ко дну волокнистого слоя 35.
В результате такой конструкции нижний конец 53 каждой из пропускающих полос 45 располагается над частью одной из дренажных полос 51, так что жидкость, вытекающая из пропускающей полосы, проходит прямо на дренажную полосу. Аналогично, нижний конец 55 каждой из дренажных полос 51 обычно находится над частью следующей нижней дренажной полосы. Жидкость может капать из каждой дренажной полосы 51 либо на соседние дренажные слои 49 на нижней по потоку стороне дренажных полос, либо, покидая дренажную полосу у ее нижнего конца 55, на следующую дренажную полосу. Эта конструкция помогает подавлять подъем жидкости в пропускающих полосах 45. В результате собирающая волокнистая среда 39 работает с меньшим количеством жидкости в промежуточном пустом пространстве внутри собирающей волокнистой среды. Среди преимуществ этого варианта осуществления данного изобретения есть снижение повторного уноса жидкости и/или растворимых твердых веществ, захваченных волокнистым слоем 35. Это достигается при относительно небольшом перепаде давления сквозь узел 19 с волокнистым слоем. Кроме того, эффективность сбора субмикронных частиц улучшается, так как собирающая волокнистая среда 39 работает суше.
g
v
Согласно фиг.4 узел 19 с волокнистым слоем дополнительно содержит дополнительную дренажную вставку, обозначаемую обычно 59. Дренажная вставка располагается возле дна волокнистого слоя 35 и распространяется до высоты, которая составляет приблизительно одну треть пути вверх волокнистого слоя. В этом варианте осуществления верхушка дренажной вставки 59 может находиться приблизительно на от одной трети до половины пути вверх высоты волокнистого слоя 35. Высота и расположение дренажной вставки могут быть иными, чем описано, оставаясь внутри объема настоящего изобретения. Дренажная вставка 59 включает в себя опорный экран 61 и два мата 63 из дренажного материала. Следует понимать, что один мат 63 или больше чем два мата могут быть использованы внутри объема настоящего изобретения. Дренажный материал матов 63 может быть, например, химически связанным, волокнистым матом из волокон, имеющих средний диаметр приблизительно 20-35 микрон, образованным с по существу однородной пористостью слоя приблизительно от 85 до 99 процентов. Средний диаметр волокон и пористость слоя предпочтительно выбирают так, что остаточная насыщенность среды без затягивания жидкой фазы газовой фазой больше, чем остаточная насыщенность без гравитационного стока жидкой фазы (т.е. R<R). Опорный экран 61 имеет обычно такую же конструкцию, как внутренний и внешний экраны 27, 29, за исключением того, что он короче по высоте. Число используемых матов может быть иным, чем два, внутри объема настоящего изобретения. Дренажная вставка 59 обеспечивает значительную дополнительную дренажную емкость возле дна волокнистого слоя 35, где нужно управлять более высоким потоком жидкости из жидкости, которая стекает из более высокой части волокнистого слоя и собирается в нижней части волокнистого слоя. Другое преимущество дренажной вставки 59 реализуется, если нижняя часть собирающей волокнистой среды 39 волокнистого слоя 35 включает в себя области с низкой плотностью упаковки. В этом случае дренажная вставка 59 будет помогать снижать локальный повторный унос, вызванный более высокой скоростью газа, текущего предпочтительно сквозь области с низкой плотностью упаковки в собирающей среде 39.
Также согласно фиг.4 кольцевой покров 67 выступает вверх из донной пластины 25В на нижней по потоку стороне дренажных слоев 49 возле внутреннего экрана 27. Внутренний экран прикрепляют к покрову 67 с помощью сварки. Покров 67 является сплошным и блокирует радиальный поток газа после покрова. Обычно дискообразная дренажная прокладка 69, расположенная на нижней по потоку стороне покрова 67, распространяется вверх от донной пластины 25В до места выше верхушки покрова. Например, высота дренажной прокладки 69 может быть приблизительно в два раза больше высоты покрова 67. В показанном варианте осуществления дренажная вставка 59 покоится на верхушке дренажной прокладки 69. Дренажная прокладка делается из подходящего материала, такого как проволочная сетка из нержавеющей стали с диметром проволоки 0,011 дюйма с плотностью от 5 до 12 фунтов на кубический фут. Жидкость имеет тенденцию накапливаться внутри волокнистого слоя 35 и в дренажной среде 41 возле дна волокнистого слоя. В условиях затопления газовый поток может толкать жидкость внутрь в заднее по ходу, сердцевинное внутренне пространство 31, возможно вызывая повторный унос с газовым потоком. Однако дренажная вставка 59 и дренажная прокладка 69 препятствуют этому радиальному потоку жидкости, переливающемуся над верхушкой покрова 67. По мере того как жидкость движется вниз внутри дренажной вставки 59 и дренажной прокладки 69 в совмещение с покровом 67, жидкость защищена от радиального газового потока, так что жидкость может стекать на дно дренажной вставки и дренажной прокладки без повторного уноса с газовым потоком. Аналогичная конструкция, включающая в себя покров (или "отражательную пластину"), показана в патенте США №4053290, описание которого включено сюда посредством ссылки.
3
В качестве дополнительной защиты от повторного уноса вставка повторного уноса (более точно "элемент сбора повторно унесенной жидкости"), которая может быть выбрана из семейства обычных ударных устройств, располагается, по меньшей мере, частично в сердцевине внутреннего пространства 31 узла 19 с волокнистым слоем. В показанном варианте осуществления на фиг.1-4 вставка повторного уноса представляет собой сетчатую прокладку 73. Сетчатая прокладка 73 располагается приблизительно на одной трети пути вниз от верха волокнистого слоя 35 и разделяет сердцевинное внутреннее пространство 31 на верхнюю и нижнюю части. Газ, который проходит сквозь волокнистый слой 35 во внутреннее пространство ниже или у сетчатой прокладки 73, должен проходить сквозь сетчатую прокладку перед проходом сквозь центральное отверстие 13 в верхнюю камеру 9. В одном варианте осуществления сетчатая прокладка сделана из проволоки 11 мил и имеет плотность приблизительно от 5 до 12 фунтов/фут. Сетчатая прокладка 73 имеет приблизительно от 3 до 6 дюймов толщины в показанном варианте осуществления. Сетчатая прокладка может быть простой сетчатой прокладкой (как показано) или совместно связанной сетчатой прокладкой (не показана). Совместно связанные сетчатые прокладки имеют более тонкие волокна, связанные вместе с первичными волокнами проволочной сетки. Как используется здесь в формуле изобретения, "сетчатая прокладка" может быть простой прокладкой, совместно связанной сетчатой прокладкой или иной пористой прокладкой.
Предпочтительно сетчатая прокладка 73 находится внутри узла 19 с волокнистым слоем в месте, где газовая сердцевинная скорость лежит в диапазоне приблизительно от 400 до 700 футов в минуту (ф/мин). Совместно связанная сетчатая прокладка (не показана) обычно функционирует при меньших газовых сердцевинных скоростях. Возможны другие расположения, но расположение в местах, где газовые скорости ниже максимальной (например, ниже чем приблизительно 700 ф/мин), обеспечивает самую лучшую работу сетчатой прокладки 73 для удаления любой жидкости, которая иначе может повторно уноситься с газовым потоком после того, как он проходит сквозь волокнистый слой 35. Наиболее вероятной областью волокнистого слоя 35, из которой жидкость может повторно уноситься, является нижняя часть волокнистого слоя. Это потому, что жидкость течет вниз внутри волокнистого слоя 35 под действием гравитации и имеет тенденцию собираться у дна. Жидкость, захваченная сетчатой прокладкой 73, может мигрировать из данной вставки в дренажную прокладку 69 и затем из узла 19 с волокнистым слоем сквозь проход 25С. Предпочтительно сетчатая прокладка 73 создает дополнительный перепад давления меньше чем один дюйм водяного столба. Слабое увеличение противодавления у дна волокнистого слоя 35 желательным образом заставляет некоторое дополнительное количество газового потока течь через верхнюю часть волокнистого слоя, которая имеет тенденцию оставаться более сухой при работе. Следовательно, происходит меньший общий повторный унос, так как имеет место меньший газовый поток в нижней части, включая дно волокнистого слоя, которая является более влажной при работе, и больший газовый поток в верхней части слоя, которая является более сухой при работе.
В добавление или вместо сетчатой прокладки 73 вставка повторного уноса может включать в себя шеврон (или разделительную пластину). Фигура 6 изображает туманоуловитель 1', имеющий по существу такую же конструкцию, как туманоуловитель 1, за исключением того, что шеврон 75' используется в добавление к сетчатой прокладке 73'. Части туманоуловителя 1', соответствующие частям туманоуловителя 1, будут иметь такие же ссылочные позиции с добавлением замыкающего штриха. Шеврон 75' содержит ряд разделительных пластин обычно шевронной формы, соединенных вместе посредством связанной структуры, и обычно представляет собой диск с формой, подобной сетчатой прокладке. Возможны другие формы шеврона внутри объема настоящего изобретения. Разделительные пластины могут, например, иметь зазоры от 0,75 до 4 дюймов (от 19 до 102 мм). Шеврон 75' предпочтительно располагается в сердцевинном пространстве 31' волокнистого слоя в месте, где газовая сердцевинная скорость составляет приблизительно от 900 до 1500 ф/мин. В типичном случае перепад давления сквозь шеврон может быть от 0,1 до 2 дюймов водяного столба (от 2 до 50 мм водяного столба). Шеврон 75' находится выше сетчатой прокладки 73' во внутреннем сердцевинном пространстве 31'. Комбинация сетчатой прокладки 73' и шеврона 75' делает возможными более высокие рабочие сердцевинные газовые скорости и обеспечивает увеличенное удаление меньших частиц из газового потока. Будет понятно, что сетчатая прокладка 73' может помещаться перед шевроном 75', даже хотя это может помещать сетчатую прокладку вне ее оптимального рабочего диапазона сердцевинной газовой скорости. В этом случае сетчатая прокладка 73' будет действовать в качестве предварительного фильтра или предварительного коагулятора для шеврона 75'.
На фиг.5 показан узел 119 с волокнистым слоем второго варианта осуществления настоящего изобретения, содержащий опору волокнистого слоя, образованную внутренним экраном 127 и внешним экраном 129, и волокнистый слой 135 (все ссылочные позиции, обычно указывающие их объекты). Части узла 119 с волокнистым слоем второго варианта осуществления, соответствующие частям первого варианта осуществления, даются с такими же ссылочными позициями плюс "100". Волокнистый слой 135 включает в себя собирающую волокнистую среду 139, которая может быть образована по существу таким же образом, как описано для собирающей волокнистой среды в первом варианте осуществления, и изображается в виде единственного мата волокнистого материала. Волокнистый слой 135 дополнительно включает в себя предфильтровую среду (обычно обозначенную 140) на верхней по потоку стороне собирающей волокнистой среды 139 и послефильтровую среду (обычно обозначенную 141) на нижней по потоку стороне собирающей волокнистой среды.
v
g
g
v
Предфильтровая среда 140 предпочтительно сформирована в показанном варианте осуществления для удаления больших частиц из газового потока (например, порядка 1 микрона или больше). Соответственно, большие частицы никогда не достигают первичной собирающей волокнистой среды 139, сохраняя ее более сухой. Предфильтровая среда 140 содержит собирающие волокнистые полосы 142, совместно образующие собирающий волокнистый слой. Предфильтровая среда 140 дополнительно содержит дренажные полосы 144, совместно образующие дренажный слой. Собирающие волокнистые полосы 142 изготавливают из подходящего материала, такого как иглопробивной волокнистый мат, имеющий волокна со средним диаметром приблизительно 3-20 микрон, образованный с, по существу, однородной пористостью слоя приблизительно от 85 до 98 процентов. Средний диаметр волокон и пористость слоя предпочтительно выбирают так, что при заданной газовой скорости и аэрозольной нагрузке данная среда не захлебывается собранной жидкой фазой, и остаточная насыщенность собирающих волокнистых полос 142 без затягивания жидкой фазы газовой фазой меньше, чем остаточная насыщенность без гравитационного стока жидкой фазы (т.е. R<R). Собирающий волокнистый материал в полосах 142 удаляет капли жидкости из газового потока. Направления течения газового потока указано стрелками на фиг.5. Дренажные полосы 144 изготавливают из подходящего материала, такого как химически связанный, волокнистый мат из волокон, имеющих средний диаметр приблизительно 20-35 микрон, образованный с, по существу, однородной пористостью слоя приблизительно от 85 до 99 процентов. Средний диаметр волокон и пористость слоя предпочтительно выбирают так, что остаточная насыщенность среды без затягивания жидкой фазы газовой фазой больше, чем остаточная насыщенность без гравитационного стока жидкой фазы (т.е. R<R). Узел 119 с волокнистым слоем, показанный на фиг.5, является трубчатым подобно узлу 19 с волокнистым слоем на фиг.1-4. Однако конструкция на фиг.5 также имеет применение в других приложениях, таких как плоский слой.
Собирающие волокнистые полосы 142 располагаются, задавая области перекрывания (обычно обозначенные 146), где одна из полос из собирающего волокнистого материала перекрывает соседнюю полосу из собирающего волокнистого материала. Будет понятно, что каждая "полоса" может быть образована из одного или нескольких слоев материала. Как схематично показано на фиг.5, в каждой полосе 142 есть один слой. Нижняя часть каждой дренажной полосы 144 располагается в соответствующей части областей перекрывания 146 и обращена к верхней по потоку стороне волокнистого слоя 135. Дренажный слой может включать в себя другие слои (не показаны) кроме дренажных полос 144. Эти другие слои могут распространяться на всю высоту волокнистого слоя. Во время применения собирающие волокнистые полосы 142 захватывают жидкость и смоченные растворимые твердые вещества из газового потока. Собирающие волокнистые полосы 142 являются относительно тонкими в сравнении с собирающей волокнистой средой 139. Захваченная жидкость имеет тенденцию двигаться по существу горизонтально под влиянием газового потока внутри собирающих волокнистых полос 142. Данная жидкость переходит в непосредственно нижнюю по потоку дренажную полосу 144, где жидкость движется вниз вследствие гравитации. Нижние концы собирающих волокнистых полос 142 и дренажных полос 144 обращены к верхней по потоку стороне волокнистого слоя 135 у нижних концов соответствующих областей перекрывания 146. Собравшаяся жидкость в собирающих волокнистых полосах 142 и дренажных полосах 144 капает на верхнюю по потоку сторону волокнистого слоя 135. Так как большие капли, капающие из данной среды, имеет тенденцию удаляться преимущественно путем гравитации вместо движения назад в среду под действием сил газа, меньше жидкости присутствует в газовом потоке, который входит в первичную собирающую волокнистую среду 139, сохраняя ее более сухой при работе. В качестве общего правила жидкости и растворимые твердые вещества в газовом потоке менее вероятно подвергаются повторному уносу, когда проходят сквозь волокнистый слой фильтра, работающий в состоянии, ближе к сухому (менее смоченный фильтр).
Послефильтровая дренажная среда 141 также помогает сохранять собирающую волокнистую среду 139 более сухой, способствуя хорошему оттоку от собирающей волокнистой среды. Послефильтровая среда 141 включает в себя послефильтровые собирающие волокнистые пропускающие полосы 150, которые являются тонкими сравнительно с первичной собирающей волокнистой средой 139. Послефильтровые собирающие волокнистые пропускающие полосы 150 могут быть образованы, например, из такого же материала, как предфильтровые собирающие волокнистые полосы 142. Будет понятно, что предфильтровые собирающие волокнистые полосы 142 и послефильтровые собирающие волокнистые пропускающие полосы могут быть сделаны из разных материалов. Хотя каждая собирающая волокнистая пропускающая полоса 150 показана, как имеющая только один слой, каждая полоса может включать в себя множество слоев материала. Нижний край каждой собирающей волокнистой пропускающей полосы 150 перекрывается с соседней послефильтровой собирающей волокнистой пропускающей полосой, образуя область 152 перекрывания. Послефильтровая среда 141 дополнительно включает в себя послефильтровые дренажные полосы 154, обычно расположенные на нижней по потоку стороне послефильтровых собирающих волокнистых пропускающих полос 150. Послефильтровые дренажные полосы 154 изготавливают из подходящего материала, такого как такой же материал, из которого сделаны предфильтровые дренажные полосы 144. Будет понятно, что предфильтровые дренажные полосы 144 и послефильтровые дренажные полосы 154 могут быть сделаны из разных материалов. Послефильтровые дренажные полосы 154 показаны как содержащие единственный слой, но более чем один слой может применяться внутри объема настоящего изобретения. Верхние края послефильтровых дренажных полос 154 распространяются в области 152 перекрывания, образованные с помощью соседних послефильтровых собирающих волокнистых пропускающих полос 150. Нижние концы собирающих волокнистых пропускающих полос 150 и дренажных полос 154 находятся сзади по ходу собирающей волокнистой среды 139. Дополнительные послефильтровые дренажные слои 156, каждый из которых распространяется на всю высоту волокнистого слоя 135, находятся сзади по ходу от послефильтровых дренажных полос 154. Однако эти дополнительные послефильтровые дренажные слои 156 могут быть пропущены без отклонения от объема настоящего изобретения.
v
v
v
g
При использовании послефильтровые полосы собирающего волокнистого материала помогают направлять жидкость от выпускающей поверхности первичной собирающей волокнистой среды 139. Это происходит потому, что R для послефильтровых пропускающих полос 150 собирающего волокнистого материала имеет такой же порядок величины, как R первичного собирающего слоя 139, и для пропускающих полос 150 и первичного собирающего волокна 139 R<R. Жидкость мигрирует обычно горизонтально сквозь послефильтровые полосы собирающего волокнистого материала в соседние дренажные полосы. В дренажных полосах жидкость двигается более вертикально под действием силы тяжести к нижним концам дренажных полос. Здесь жидкость капает на нижней по потоку стороне собирающей волокнистой среды. Возможность жидкости капать из дренажных полос помогает избегать перенасыщения волокнистых пропускающих полос 150, дренажных полос 154 или дренажных слоев 156.
Дополнительная структура, такая как дренажная вставка 59, дренажная прокладка 69 и вставка повторного уноса 73 узла 19 с волокнистым слоем первого варианта осуществления, может быть использована в узле 119 с волокнистым слоем второго варианта осуществления. Любая одна или все из этих структур могут быть использованы. Часть дренажной вставки 159 показана на фиг.5, включая опорный экран 161 и два мата из дренажного материала 163, расположенные между опорным экраном и внутренним экраном 127. Дренажная вставка 159, показанная на фиг.5, аналогична по конфигурации дренажной вставке 59, показанной на фиг.4.
3
Настоящее изобретение обеспечивает преимущества в фильтровании жидкостей и растворимых твердых веществ из газовых потоков. В одном варианте осуществления туманоуловитель, включающий в себя узел с волокнистым слоем настоящего изобретения, может работать при более высоких скоростях газового потока и при больших аэрозольных нагрузках, чем ранее. Например, туманоуловитель может работать при скоростях больше чем приблизительно 50 футов в минуту, где нагрузка газового потока аэрозолем жидкости больше чем приблизительно 100 мг/ф. Считается, что снижение выделений тумана и смоченных растворимых твердых веществ сильно интенсифицируется. В частности, эффективность удаления субмикронных частиц в газовом потоке в первичной собирающей среде улучшается, так как собирающая среда поддерживается более сухой посредством лучшего дренажа и предварительного фильтрования больших частиц. Более сухая собирающая среда способна захватывать субмикронные частицы по механизму броуновской диффузии. Предварительно фильтрование и/или улучшенный дренаж предотвращают или задерживают начало условий затопления в волокнистом слое, так что избегается повторный унос посредством образования пузырьков, разбрызгивания, струйного распыления или фрагментации. Кроме того, применение дренажной вставки, дренажной прокладки и вставки повторного уноса уменьшает эффект условий затопления посредством захвата жидкости и растворимых твердых веществ, покидающих выпускающую сторону дренажных слоев. Также эти улучшения достигаются с небольшим дополнительным перепадом давления сквозь узел с волокнистым слоем, так что меньше энергии (и, следовательно, меньше затрат) требуется для работы туманоуловителя. Вышеуказанные преимущества реализуются без создания множества соединений, которые необходимо тщательно герметизировать, чтобы избегать обхода газа. Другие варианты осуществления настоящего изобретения могут иметь другие преимущества или включать в себя только некоторые из вышеуказанных преимуществ.
Рассматривая подробности описанного изобретения, будет очевидно, что модификации и вариации возможны без отклонения от объема или сущности изобретения, задаваемых в формуле изобретения.
При рассмотрении элементов настоящего изобретения или его предпочтительных вариантов осуществления артикли "a", "an", "the" и "упомянутый" предназначены обозначать, что существует один или несколько данных элементов. Термины "содержащий", "включающий в себя" и "имеющий" предполагаются включающими и означают, что могут быть дополнительные элементы, иные, чем перечисленные элементы. Кроме того, использование терминов "вверх", "вниз", "внутренний" и "внешний" и других ориентационных терминов делается для удобства, но не требует какой-либо конкретной ориентации компонентов.
Ввиду вышесказанного будет очевидно, что достигнуты несколько задач данного изобретения и достигаются другие выгодные результаты.
Так как различные изменения могут быть сделаны в вышеописанных конструкциях без отклонения от объема данного изобретения, подразумевается, что все содержащееся в вышеприведенном описании и показанное на сопровождающих чертежах следует понимать как иллюстрацию, а не в смысле ограничения.