УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФИНИШНОЙ ОЧИСТКИ ИНЕРТНОГО ГАЗА

Полезная модель относится к машиностроению, в частности, к устройствам, предназначенным для финишной очистки предварительно очищенного с использованием адсорбции и/или ректификации инертного газа, (например, криптона, ксенона, аргона и др.) от газообразных примесей, таких как азот, кислород, водород, двуокись и моноокись углерода, углеводороды, вода, тетрафторметан, элегаз и т.д., путем поглощения последних твердыми поглотителями (губчатым титаном или другим геттером). Полезная модель может быть использована в химической, металлургической, и других отраслях промышленности для получения чистых инертных газов, применяемых в медицине, светотехнике, ядерной физике и т.п.
Известны устройства для очистки инертного газа от примесей, снабженные технологическими патрубками (ввода и вывода газа) и теплообменниками, включающие теплоизолированный корпус со съемными крышкой и днищем, в котором установлен нагреватель и цилиндрическая реторта, заполненная твердым поглотителем. Устройства дополнительно снабжены различными приспособлениями для удлинения пути следования очищаемого газа, распределительными камерами и пр.
[см., например, А.с.. СССР №867402, МПК B 01 D 53/00, опубл. 30.09.1981 г.; А.с. СССР №1049089, МПК B 01 D 53/04, опубл. 23.10.1983 г. и др.]
Недостатки известных устройств для очистки инертных газов типичны для подобных аппаратов, а именно:
- неэффективность очистки;
- значительные энергозатраты;
- возможность потери продуктового газа;
- сложность изготовления, обслуживания и ремонта.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемой полезной модели является устройство для очистки инертного газа (в частности и для финишной очистки), снабженное технологическими патрубками, включающее теплоизолированный корпус со съемными крышкой и днищем, в котором установлен нагреватель и цилиндрическая реторта, заполненная твердым поглотителем с насадкой. Цилиндрическая реторта, имеющая перфорированное дно, коаксиально размещена в наружной реторте с образованием кольцевого зазора для прохождения очищаемого газа и в нижней половине заполнена чередующимися слоями твердого поглотителя с насадкой (в виде левой или правой спирали из металлической ленты) или без нее; нагреватель установлен на внешней поверхности наружной реторты и помещен в кожух. Устройство снабжено также теплообменником, смонтированным в верхней
половине внутренней реторты и представляющим собой экранный теплоизолятор с полированными по ходу движения газа тарелками.
[см. п. РФ №2102120, МПК B 01 D 53/04, опубл. 20.01.1998 г.].
-4
-4
Устройство-прототип хотя и обеспечивает высокую глубину очистки инертного газа (до 0,5×10-1,0×10 об.%), имеет следующие недостатки:
- конструктивную сложность;
- ограниченную надежность из-за возможности выхода из строя нагревателей, влекущего нарушение основных технологических параметров (скорости очистки и ее глубины);
- уменьшение срока службы и ухудшение адсорбционных свойств твердого поглотителя из-за начального присутствия в его порах гидратированного хлорида магния и образования окисной пленки на его поверхности.
Задачей настоящей полезной модели является упрощение конструкции с увеличением ее долговечности при одновременном сохранении высокой глубины очистки инертного газа.
Поставленная задача решается тем, что в известном устройстве для финишной очистки инертного газа, снабженном технологическими патрубками, включающем теплоизолированный корпус со съемными крышкой и днищем, в котором установлен нагреватель и цилиндрическая реторта, заполненная твердым поглотителем с насадкой, СОГЛАСНО ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ, нагреватель выполнен трехпроводным и размещен в жаростойкой оболочке; в верхней части реторты смонтирован блок перфорированных дисков, а в нижней части - «ложное» перфорированное дно; насадка представляет собой металлическую пружину.
В известном устройстве для финишной очистки инертного газа СОГЛАСНО ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ, количество перфорированных дисков не более 15; диаметр диска составляет 0,8-0,9, а диаметр витка металлической пружины 0,6-0,7 от диаметра реторты; твердый поглотитель занимает менее 70% от внутреннего объема реторты.
Заявляемое устройство для финишной очистки инертного газа просто в изготовлении, обслуживании, ремонте и, потому, надежно. Использование трехпроводного нагревателя позволяет даже при выходе из строя одного из них поддерживать в норме основные технологические параметры (скорость и глубину очистки инертного газа). При этом, конструктивные особенности и геометрические соотношения предлагаемого устройства обеспечивают его долговечность и дешевизну вследствие предотвращения «пристеночных» эффектов спекания твердого поглотителя, растворения окисной пленки на его поверхности и удаления из его пор остатков гидратированного хлорида магния.
Анализ известных технических решений позволяет сделать вывод о том, что заявляемая полезная модель не известна из уровня исследуемой техники, что свидетельствует о ее соответствии критерию «новизна».
Возможность изготовления предлагаемого устройства для финишной очистки инертного газа на отечественных машиностроительных предприятиях из доступных серийно выпускаемых деталей и материалов с помощью известных способов и приемов свидетельствует о соответствии полезной модели критерию «промышленная применимость».
Заявляемое устройство для финишной очистки инертного газа схематично представлено на фигуре.
Обозначения на фигуре.
1 - технологические патрубки
2 - теплоизолированный корпус
3 - съемная крышка
4 - съемное днище
5 - нагреватель
6 - цилиндрическая реторта
7 - твердый поглотитель
8 - блок перфорированных дисков
9 - «ложное» перфорированное дно
Заявляемое устройство для финишной очистки инертного газа состоит из стального цилиндрического теплоизолированного корпуса 2, теплоизоляция которого выполнена из каолиновой ваты. Съемные крышка 3 и днище 4 укреплены на корпусе 2 с помощью фланцевых разъемов. Устройство снабжено технологическими патрубками 1 для ввода и вывода газа. Внутри корпуса 2 установлен нагреватель 5, который выполнен трехпроводным и размещен в жаростойкой оболочке. Также внутри корпуса установлена цилиндрическая реторта 6 (высота 1,5 м, диаметр 0,5 м, объем 2,25 куб. м). В верхней части реторты 6 смонтирован блок перфорированных дисков 8, количество которых не более 15, а диаметр составляет 0,8-0,9 от диаметра реторты 6 (0,4-0,45 м). В нижней части реторты 6 смонтировано «ложное» перфорированное дно 9. Реторта 6 заполнена твердым поглотителем 7, объем которого составляет менее 70% ее внутреннего объема (менее 1,575 куб. м). В качестве твердого поглотителя 7 использован губчатый титан, внутри которого находится насадка (на фигуре не показана), представляющая собой металлическую пружину из стальной металлической проволоки с диаметром витка, составляющим 0,6-0,7 от диаметра реторты 6 (0,3-0,35 м)
Предлагаемое устройство для финишной очистки инертного газа работает следующим образом.
В устройстве реализована однопроходная схема хемосорбции: очищаемый газ движется сверху вниз.
Блок перфорированных дисков 8 уменьшает линейную скорость движения газа и изменяет ламинарный режим течения на турбулентный. При этом достигается предварительный прогрев газа нагревателем 5 в верхней части реторты 6 (в зоне расположения блока дисков 8).
Далее газ проходит через слой твердого поглотителя 7, где происходит сорбция примесей.
Температура твердого поглотителя 7 поддерживается двумя нагревателями 5, расположенными на уровне его нахождения в реторте 6. Для предотвращения «пристеночных» эффектов в слое твердого поглотителя 7 в него помещена насадка, представляющая собой металлическую пружину.
Для измерения и регулирования температур в газе и слое твердого поглотителя 7, а также на наружной поверхности реторты 6 используют традиционные термопары, которые устанавливают известным способом.
Изменением хотя бы одного технологического параметра (давление, температура, расход) достигают селективность процесса хемосорбции.
Во избежании попадания твердого поглотителя 7 в технологический патрубок 1 в нижней части реторты 6 устанавливают «ложное» дно 9.
Скорость очистки - до 2000 нормальных литров в час. Как видно из описания конструкции заявляемого устройства для финишной очистки инертного газа и его работы, использование полезной модели по сравнению с известным устройством - прототипом [см. п. РФ №2102120, МПК В 01 D 53/04, опубл. 20.01.1998 г.] обеспечивает следующие технические и общественно-полезные преимущества:
- простоту конструкции, изготовления, обслуживания и ремонта;
- сохранение высокой глубины очистки инертного газа;
- повышение надежности;
- увеличение долговечности и экологической безопасности;
- удешевление за счет увеличения срока службы твердого поглотителя.