ВЕРТИКАЛЬНЫЙ АДСОРБЕР
VERTICAL ADSORBER

Изобретение относится к оборудованию для проведения адсорбционных процессов в системе газ (пар) - адсорбент.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является адсорбер, содержащий корпус с крышкой и днищем и расположенный между ними слой адсорбента по патенту РФ №2471536 (прототип).
Недостатком известного адсорбера является то, что он не обеспечивает высокой степени очистки газового потока от целевого компонента.
Технический результат - повышение степени очистки газового потока от целевого компонента за счет увеличения площади контакта адсорбента с целевым компонентом.
Это достигается тем, что в вертикальном адсорбере, содержащем цилиндрический корпус с крышкой и днищем, в крышке смонтированы загрузочный люк, штуцер для подачи исходной смеси с распределительной сеткой, штуцер для отвода паров при десорбции и штуцер для предохранительного клапана, причем в месте стыка крышки и корпуса предусмотрено кольцо жесткости, а в средней части корпуса на опорном кольце установлены балки с опорами, поддерживающие колосниковую решетку, на которой уложен слой гравия, причем слой адсорбента расположен между слоем гравия и сеткой, на которой расположены грузы для предотвращения уноса адсорбента при десорбции, а выгрузка отработанного адсорбента осуществляется через разгрузочный люк, установленный в корпусе, а в днище смонтированы барботер и смотровой люк со штуцером для отвода конденсата и подачи воды, барботер выполнен тороидальной формы и закреплен на конической поверхности днища посредством распорок, причем коэффициент перфорации тороидальной поверхности барботера лежит в оптимальном интервале величин: К=0,5…0,9, а штуцер для отвода очищенного газа расположен на конической поверхности днища.
На фиг. 1 изображен фронтальный разрез адсорбера, на фиг. 2 - адсорбент, выполненный в форме полых шаров, на сферической поверхности которых прорезана винтовая канавка, на фиг. 3 - адсорбент, выполненный в форме цилиндрических колец, на боковой поверхности которых прорезана винтовая канавка, на фиг. 4 - разрез Б-Б фиг. 3, где прорезана винтовая канавка, имеющая в сечении, перпендикулярном винтовой линии, профиль типа «седла Берля» или седла «Италлокс», на фиг. 5 - адсорбент, выполненный шарообразной формы, на фиг. 6 - адсорбент, выполненный кольцевой формы с полусферами.
Вертикальный адсорбер содержит цилиндрический корпус 12 с коническими крышкой 9 и днищем 21. В крышке 9 смонтированы загрузочный люк 4, штуцер 5 для подачи исходной смеси, сушильного и охлаждающего воздуха через распределительную сетку 6, штуцер 7 для отвода паров при десорбции и штуцер 8 для предохранительного клапана. В месте стыка крышки 9 и корпуса 12 предусмотрено кольцо жесткости 11. В средней части корпуса 12 на опорном кольце 14 установлены балки 17 с опорами 22, поддерживающие колосниковую решетку 15, на которой уложен слой гравия 1. Слой адсорбента 13 расположен между слоем гравия 1 и сеткой 3, на которой расположены грузы 10 для предотвращения уноса адсорбента при десорбции. Выгрузка отработанного адсорбента 13 осуществляется через разгрузочный люк 2, установленный в корпусе. В днище 21 смонтирован смотровой люк 18 со штуцером 19 для отвода конденсата и подачи воды, а также барботер 20 со штуцером 23 для подачи водяного пара через барботер. Барботер выполнен тороидальной формы и закреплен на конической поверхности днища 21 посредством распорок. Коэффициент перфорации тороидальной поверхности барботера лежит в оптимальном интервале величин: К=0,5…0,9. Штуцер 16 для отвода очищенного газа расположен на конической поверхности днища 21.
1
1
1
2
1
2
Процесс адсорбции и десорбции протекает при следующих оптимальных соотношениях составляющих аппарат элементов: отношение высоты Н цилиндрической части корпуса к его диаметру D находится в оптимальном соотношении величин: H/D=0,73…1,1; отношение высоты Н цилиндрической части корпуса к толщине S его стенки находится в оптимальном соотношении величин: H/S=220…275; отношение высоты слоя адсорбента H к высоте Н цилиндрической части корпуса находится в оптимальном соотношении величин: H/H=0,22…0,55; отношение высоты слоя адсорбента Н к высоте Н слоя гравия находится в оптимальном соотношении величин: Н/Н=5,0…12,0.
Адсорбент 13 выполнен по форме в виде шариков, а также сплошных или полых цилиндров, зерен произвольной поверхности, получающейся в процессе его изготовления, а также в виде коротких отрезков тонкостенных трубок или колец равного размера по высоте и диаметру: 8, 12, 25 мм.
Чтобы повысить степень очистки газового потока от целевого компонента за счет увеличения площади контакта адсорбента с целевым компонентом, адсорбент 13 по форме может быть выполнен в виде полых шаров, на сферической поверхности которых прорезана винтовая канавка (фиг. 2), или в виде полых шаров, на сферической поверхности которых прорезана винтовая канавка, имеющая в сечении, перпендикулярном винтовой линии, профиль типа «седла Берля» или седла «Италлокс» (фиг. 4). Адсорбент 13 может быть выполнен в виде цилиндрических колец, на боковой поверхности которых прорезана винтовая канавка (фиг. 3). Адсорбент 13 может быть выполнен в виде цилиндрических колец, на боковой поверхности которых прорезана винтовая канавка, имеющая в сечении, перпендикулярном винтовой линии, профиль типа «седла Берля» или седла «Италлокс» (фиг. 4). Адсорбент 13 может быть выполнен в виде тороидальных колец (на чертеже не показано). Адсорбент 13 может быть выполнен в виде тороидальных колец, имеющих профиль типа «седла Берля» или седла «Италлокс» (на чертеже не показано).
Чтобы повысить степень очистки газового потока от целевого компонента за счет увеличения площади контакта адсорбента с целевым компонентом, адсорбент выполняют шарообразной формы (фиг. 5), в котором выполнены несквозные радиальные выемки, причем выемки имеют форму цилиндрической, конической, сферической поверхностей или любой поверхности тел вращения, например параболоид, эллипсоид. Адсорбент может быть выполнен в виде цилиндрического кольца (фиг. 6), к боковой поверхности которого оппозитно друг другу прикреплены две полусферические поверхности таким образом, что диаметральные плоскости полусфер совпадают соответственно с верхним и нижним основаниями цилиндрического кольца, а вершины полусферических поверхностей находятся на оси кольца и направлены навстречу друг другу. Возможно выполнение такой насадки с перфорацией как на боковой поверхности, так и на полусферических поверхностях.
Адсорбент может быть выполнен из пористых полимерных материалов, стекла, пористой резины, композиционных материалов, древесины, нержавеющей стали, титановых сплавов, благородных металлов.
Адсорбент может быть выполнен в виде перфорированных цилиндрических колец (фиг. 7), с одной стороны которых жестко прикреплено перфорированное круглое основание, а с другой имеется перфорированная круглая крышка, а полость перфорированных цилиндрических колец заполнена шаровыми элементами, выполненными из активных углей, например марок БАУ, АР-А, СКТ-3.
Адсорбер работает следующим образом.
Газовый (паровой) поток на очистку подается в верхнюю часть аппарата через штуцер 5 для подачи исходной смеси через распределительную сетку 6. Очищенный газовый поток выводится из адсорбера через штуцер 16. Адсорбент загружается через загрузочный люк 4, а отработанный адсорбент удаляется через разгрузочный люк 2. Десорбция осуществляется путем подачи через штуцер 23 водяного пара к барботеру 20, имеющему перфорированную тороидальную поверхность для более равномерного протекания процесса десорбции. Штуцер 7 предусмотрен для отвода паров при десорбции, а в штуцер 8 устанавливается предохранительный клапан для безаварийного протекания процесса.
3
Предлагаемое устройство позволяет существенно повысить степень очистки газового потока от целевого компонента и может применяться также в рекуперационных установках производительностью до 30000 м/ч.
Возможен вариант выполнения элемента насадки (фиг. 8) в виде корпуса, содержащего по крайней мере три коаксиально расположенные полусферические поверхности 24, 25, 26, соединенные между собой с зазором посредством крепежного элемента, например в виде болта 27 с гайкой 28, через осесимметрично расположенные, простановочные элементы 29 и 30, например в виде колец. Простановочные элементы 29 и 30 могут быть выполнены в виде цилиндрических винтовых пружин (на чертеже не показано). Полусферические поверхности 24, 25, 26 корпуса элемента насадки могут быть выполнены перфорированными.
Коаксиально расположенные полусферические поверхности, соединенные между собой с зазором посредством крепежного элемента, образуют замкнутые полости посредством перфорированных радиально расположенных колец 31 и 32, расположенных в плоскости, перпендикулярной оси крепежного элемента 27, и жестко соединенных с полусферическими поверхностями 24, 25, 26 корпуса элемента насадки.
Полости между полусферическими поверхностями 24, 25, 26 корпуса элемента насадки могут быть заполнены элементами 33, увеличивающими площадь контакта загрязненного потока (запыленного или загазованного потока или потока с целевым компонентом), причем элементы 33 могут быть выполнены шарообразной формы с размерами, большими размеров перфорации полусферических поверхностей.
Полусферические поверхности 24, 25, 26 корпуса элемента насадки могут быть выполнены из пористых полимерных материалов, стекла, пористой резины, композиционных материалов, древесины, нержавеющей стали, титановых сплавов, благородных металлов.