УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ГАЗА И ВОЗДУХА
DEVICE FOR GAS AND AIR CLEANING

Область техники
Изобретение относится к химической, металлургической, энергетической, пищевой, и др. отраслям промышленности, где необходима глубокая очистка воздуха от промышленных выбросов. Может также использоваться в качестве скруббера, абсорбера, контактного теплообменника, химического реактора в технологических процессах.
Уровень техники
Пыль является одним из наиболее многотоннажных выбросов в атмосферу. Крупную пыль обычно улавливают с помощью циклонов различной конструкции, а для более тонкой очистки воздуха от пыли применимы мокрые методы. Центробежно-барботажные аппараты имеют меньшие габариты и низкую металлоемкость по сравнению с другим оборудованием аналогичного назначения. Если воздух загрязнен только пылью, то в качестве жидкости используется вода. Развитая мгновенно обновляемая поверхность контакта пыли с водой приводит практически к мгновенной физической абсорбции, в результате чего пыль прилипает к воде на границах раздела и вместе с водой выводится в резервуар, где оседает, при этом вода возвращается в очистительную систему. Очищенный воздух из аппарата возвращается в помещение для экономии тепла в зимний период времени.
Известен вихревой тепломассообменный аппарат, в котором вращающийся пенный слой поддерживается вращающимся барабаном (авторское свидетельство СССР №462591, Кл. В01D 3/22) /1/.
Недостатком такого аппарата являются значительные габариты и увеличенные затраты электроэнергии, усложненный подвод и отвод газа и жидкости.
Известна установка, в которой используется кинетическая энергия газа для раскрутки пенно-барботажного слоя (патент СССР №1820857 A3, В01D 53/18) /2/.
К недостаткам установки можно отнести использование профилирующих шайб, полусферических поверхностей для сепарации газа от жидкости, что затрудняет ее промышленное изготовление и использование.
Задача изобретения
Задачей изобретения является разработка более простой в изготовлении и эксплуатации конструкции устройства для очистки газов и воздуха при сохранении основной идеи - раскрутки барботажного слоя кинетической энергией газа.
Раскрытие изобретения
Поставленная задача решена за счет того, что известное устройство для очистки газов и воздуха, включающее корпус с патрубками для подвода и отвода газа и жидкости и размещенные в нем завихритель газожидкостной смеси и сепаратор, содержит одну или более смесительных ступеней, расположенных соосно по вертикали, каждая из которых выполнена в виде завихрителя, представляющего собой цилиндрическую обечайку с тангенциальными щелями и прямыми лопатками, установленными по касательной к внутренней окружности, причем торец обечайки, обращенный к поступающему потоку смеси закрыт диском, таким образом, чтобы при растекании смесь попадала через щели в пространство между лопатками, а с другого торца лопатки обечайки закреплены на диске с центральным отверстием, предназначенным для выхода закрученного вспененного газожидкостного потока, сепаратором служит жестко закрепленный статичный элемент, размещенный под центральным отверстием диска последней смесительной ступени, перекрывающий сечение выходящего потока и использующий для разделения жидкости и газа центробежные силы от закрутки газожидкостного потока на выходе из завихрителя.
Таким элементом может служить плоский диск или конус, обращенный вершиной против направления выходящего потока. Причем конус по периметру может быть снабжен аналогично завихрителям тангенциальными лопатками для подкрутки потока, с помощью которых жестко закреплен на диске с центральным отверстием последней смесительной ступени.
Завихрители и сепаратор с помощью кронштейнов сварены в одну обойму и зажимаются в корпусе между двумя фланцами. Это позволяет ее легко вынимать из корпуса и промывать при загрязнении.
Описание устройства поясняется фиг.1÷3.
На фиг.1 приведена схема устройства, содержащего две смесительных ступени очистки, и сепаратор в виде плоского диска, на фиг.2 - поперечный разрез завихрителя. На фиг.3 - схема устройства, содержащего две смесительных ступени и сепаратор в виде конуса, который, аналогично завихрителям, снабжен по периметру тангенциальными лопатками для подкрутки потока, с помощью которых жестко закреплен на диске с центральным отверстием последней смесительной ступени.
На чертежах: 1 - корпус устройства, 2 - патрубок для входа газа, 3 - патрубок для подачи жидкости, 4 - верхний диск завихрителя, 5 - лопатки завихрителя, 6 - газожидкостное кольцо в первой ступени очистки, 7 - центральное отверстие для слива газожидкостной смеси, 8 - газожидкостное кольцо во второй ступени очистки, 9 - сепарационный диск, 10 - патрубок для слива жидкости, 11 - центральный патрубок для выхода очищенного газа, 12 - фланцы разъемного корпуса, 13 - конусный сепаратор, 14 - тангенциальные лопатки для подкрутки потока на выходе из конусного сепаратора.
Работа устройства.
Загрязненный воздух или газ через патрубок 2, а вода или раствор через патрубок 3 подаются на диск 4, растекаются по нему и поступают в тангенциальные щели, равномерно расположенные по боковой поверхности завихрителя 5, и начинают вращаться. Двигаясь по касательной траектории в слое-кольце 6, газ раскручивает жидкость и она заполняет весь объем до центрального отверстия 7. Так как газ движется быстрее жидкости, последняя дробится на очень мелкие пузырьки с развитой поверхностью контакта фаз, определяющей эффективность процессов газоочистки. Если времени контакта между газом и жидкостью не хватает в одной ступени, газ поступает на вторую ступень, которая работает аналогично первой. После выхода из второй ступени газожидкостная смесь натекает на диск 9 и центробежными силами отбрасывается к стенке корпуса. При этом жидкость сливается по стенке корпуса 1 и через сливной патрубок 10 может быть собрана в резервуаре и затем вновь возвращена в очистительную систему, таким образом жидкость рециркулирует по замкнутому кругу. В то же время очищенный газ, прошедший две ступени, после сепаратора 9 поступает в патрубок 11 и может быть возвращен в помещение или выведен в атмосферу.
В варианте, приведенном на фиг.3, сепаратор выполнен в виде конуса и по периметру имеет тангенциальные лопатки, которыми крепится к диску в основании второго завихрителя, и которые подкручивают газожидкостную смесь, обеспечивая, таким образом, очистку при невысоких давлениях подачи газожидкостной смеси. Конус обращен вершиной к центральному отверстию диска завихрителя последней смесительной ступени.
На фиг.2 показан разрез смесителя газа с жидкостью. Газ между лопатками, установленными по касательной к внутренней окружности, вместе с жидкостью поступают внутрь слоя за счет перепада давления, создаваемого вентилятором, и начинают вращаться. При этом жидкость отбрасывается центробежными силами к стенке и постепенно заполняет весь объем от лопаток до центрального отверстия 7, а затем начинает переливаться на следующую ступень. Газ, двигаясь по спиральной траектории от периферии к центру, раскручивает жидкость, образуя пенную структуру с развитой поверхностью контакта фаз, обеспечивающей эффективную очистку газа от пыли и окислов, если вместо воды использовать раствор щелочи.
Таким образом, предлагаемое устройство за счет того, что силы, удерживающие жидкость в барботажном слое, на порядок и больше выше гравитационных, поверхность контакта в 100 раз больше, чем в обычных насадочных аппаратах, обеспечивает высокоэффективную очистку газов и воздуха, в то же время конструкция имеет низкую металлоемкость (в 5-10 раз ниже аналогов) и надежность в эксплуатации.
Оно может найти широкое применение: для абсорбционной очистки газов от вредных примесей (окислы серы, азота; фтористый и хлористый водород, хлор, фтор, аммиак и т.д.), мокрой очистки вентелляционных выбросов от мелкой пыли, испарительного увлажнения и охлаждения воздуха, снижения температуры дымовых газов, утилизации тепла отходящих газов.
Оно может быть использовано для осушения дымовых газов котельных. Например, для котельных работающих на газе влагосодержание дымовых газов равно d=150 грамм на килограмм дымового газа. А температура конденсации равна 60 градусов.
После осушки влагосодержание дымовых газов может быть уменьшено до 50 грамм на килограмм дымового газа. А температура конденсации может упасть до 40 градусов. Одновременно с осушкой дымовых газов происходит утилизация тепла дымовых газов.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР №462591, Кл. B01D 3/22.
2. Патент СССР №1820857 А3, B01D 53/18.