Устройство для обогащения воздуха кислородом

Полезная модель относится к оборудованию для воздухоразделения с помощью адсорбционных процессов и может быть использована в лечебной терапии, химической, медицинской и других отраслях промышленности, где требуется использование воздуха с повышенным содержанием кислорода.
Известны устройства для очистки и осушки воздуха, включающие два адсорбера, соединенные трубопроводами, которые связаны с клапанами, обеспечивающими переключение режимов их работы с режима осушки в режим регенерации по команде от системы управления клапанами (см. заявку Японии N 61-35891 В, МКИ B01D 53/26, 53/02 от 86.08.15; заявка ЕПВ N 0212101, МКИ B01D 53/04, 53/26 от 87.03.04; заявка ФРГ N 3514473, МКИ B01D 53/26, от 86.10.23).
Известно устройство для очистки и осушки сжатого воздуха (заявка ФРГ N 3304722, МПК B01D 53/26), содержащее два адсорбера, соединенные трубопроводами с установленными на них клапанами, которые обеспечивают поочередное переключение адсорберов с режима осушки в режим регенерации, дроссель с трубопроводом подачи осушенного газа при пониженном давлении, в регенерируемый адсорбер и влагоотделитель с влагоотводящим клапаном, открывающимся согласно ритму переключения адсорберов.
Недостатком известного устройства является то, что выброс накопившегося конденсата происходит в окружающую среду, а также при высоком давлении, поэтому использование приведенного устройства невозможно при осушке, например, природного газа, где в конденсате могут содержаться компоненты, опасные для человеческого организма и вредно воздействующие на окружающую среду.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели (прототипом) является устройство для осушки сжатого газа (Патент РФ №2165786, МПК B01D 53/26). Устройство состоит из двух адсорберов, заполненных адсорбентом; распределительных клапанов, предназначенных для периодического переключения адсорберов, по мере насыщения влагой с режима осушки в режим регенерации; дросселя с трубопроводом подачи осушенного газа низкого давления в регенерируемый адсорбер; влагоотделителя, включающего в себя резервуар высокого давления с обратным клапаном, механически связанным с поплавковым устройством, и резервуар низкого давления с влагоотводящим клапаном и предохранительным клапаном.
Для регенерации адсорбента в устройстве используется часть осушенного газа, который при пониженном давлении за счет дросселирования дросселем пропускается через регенерируемый адсорбер. В режиме регенерации часть сухого газа подается в адсорбер в обратном направлении. Газ, проходя через внутреннюю полость адсорбера и слой адсорбента, насыщается влагой. Достигнув верхнего фланца корпуса, имеющего температуру, отличную от температуры газа, влажный газ частично конденсируется на внутренней поверхности фланца. Капли конденсата, стекая с поверхности фланца, попадают на верхние слои адсорбента, что приводит к переувлажнению, частичному засорению или растрескиванию поверхности гранул адсорбента.
Основным недостатком указанного устройства является недостаточная глубина регенерации адсорбента. По этой причине влага конденсируется на фланце адсорбера и, попадая на слой адсорбента, впитываются гранулами адсорбента, что приводит к ускоренному разрушению адсорбента и сокращению срока службы всего адсорбера в целом.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является более глубокая регенерация адсорбента.
Технический результат достигается за счет того, что в устройство для обогащения воздуха кислородом, содержащее компрессор, как минимум два адсорбера, наполненных адсорбентом, соединенные между собой системой трубопроводов, клапаны с системой управления, обеспечивающей переключение стадий работы устройства, дополнительно введены генератор перегретого пара, конденсатор влаги и накопитель влаги. Новая совокупность элементов устройства позволяет увеличить глубину регенерации адсорбента, т.к. перегретый пар создает в адсорбере условия для перехода всей влаги, накопленной в адсорбенте, в парообразное состояние. После этого отработанный пар с влагой, испаренной из адсорбента, поступает в конденсатор и накопитель влаги для дальнейшего использования в генераторе перегретого пара.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежами фиг. 1 и фиг. 2, где на фиг. 1 показана принципиальная схема устройства для обогащения воздуха кислородом, а на фиг. 2 изображен график изменения давлений внутри адсорберов в циклическом процессе очистки.
Устройство для обогащения воздуха кислородом состоит из компрессора 1, адсорберов 2 и 3, заполненных адсорбентом, конденсатора влаги 4, накопителя влаги 5, генератора перегретого пара 6 и электромагнитных клапанов 7-16. Принципиальная схема устройства показана на фиг. 1.
Работа предложенного устройства осуществляется в три стадии: стадия заполнения, стадия вытеснения и стадия регенерации.
Стадии работы устройства:
1. Стадия заполнения.
ад
Закрывается клапан 15, открывается клапан 7, и компрессор 1 подает сжатый атмосферный воздух в адсорбер 2 через клапан 7 через нижнюю часть адсорбера. Давление поднимается до заданного значения Р.
дес
В это время клапан 14 закрывается, клапан 10 открывается, и давление в адсорбере 3 снижается до Р путем сброса воздуха в адсорбере через клапан 10 в атмосферу. Затем клапан 10 закрывается, открывается клапан 12, и в адсорбер 3 подается перегретый пар из генератора перегретого пара 6 через клапан 12 через верхнюю часть адсорбера. Внутри адсорбера создаются условия для перехода влаги, накопленной в адсорбенте, в парообразное состояние. Потом клапан 12 закрывается, открывается клапан 16, и отработанный пар с влагой, испаренной из адсорбента, через клапан 16 поступает в конденсатор влаги 4, конденсируется и поступает в накопитель влаги 5. Если накопитель влаги 5 переполнен, то открывается клапан 10 и остатки пара выпускаются в атмосферу.
2. Стадия вытеснения.
Открывается клапан 13, и воздух, обогащенный кислородом, вытесняется из адсорбера 2 потоком воздуха с компрессора 1 через клапан 7 таким образом, чтобы не разрушить фронт адсорбции. Затем через клапан 13 поток воздуха, обогащенного кислородом, поступает в поток отбора системы Р.
ад
В это время клапан 16 закрывается, клапан 8 открывается, и заполнение адсорбера 3 потоком воздуха с компрессора 1 через клапан 8 через нижнюю часть адсорбера. Давление поднимается до заданного значения Р.
3. Стадия регенерации.
дес
Клапан 7 и 13 закрывается, открывается клапан 9. Давление в адсорбере 2 снижается до значения Р путем сброса воздуха в адсорбере через клапан 9 в атмосферу. Затем клапан 9 закрывается, клапан 11 открывается и в адсорбер 2 подается перегретый пар из генератора перегретого пара 6 через клапан 11 через верхнюю часть адсорбера. Внутри адсорбера создаются условия для перехода влаги, накопленной в адсорбенте, в парообразное состояние. Потом клапан 11 закрывается, клапан 15 открывается, и пар с влагой, испаренной из адсорбента, через клапан 15 поступает в конденсатор влаги 4, конденсируется и поступает в накопитель влаги 5. Если накопитель влаги 5 переполнен, то открывается клапан 9, и остатки пара выпускаются в атмосферу.
В это время открывается клапан 14, и воздух, обогащенный кислородом, вытесняется из адсорбера 3 потоком воздуха с компрессора 1 через клапан 8 таким образом, чтобы не разрушить фронт адсорбции. Затем через клапан 14 поток воздуха, обогащенного кислородом, поступает в поток отбора системы Р.
После завершения стадии регенерации в адсорбере 2 начинается стадия заполнения, и весь процесс повторяется сначала.
Таким образом предложенное устройство позволяет осуществлять более глубокую регенерацию адсорбента, что повысит эффективность воздухоразделения, а также качество воздуха, обогащенного кислородом, необходимого для лечебной терапии, медицинской, химической и других промышленных отраслей, где требуется использование воздуха с повышенным содержанием кислорода.