Адсорбер

Полезная модель относится к технике очистки газов адсорбентами, а именно к газоочистному оборудованию, и может найти применение в химической, металлургической и других отраслях промышленности для очистки газовых смесей. Технической задачей предлагаемой полезной модели является поддержание качества осушки газа при длительной эксплуатации путем устранения снижения поглощающей поверхности зерен адсорбента вследствие залипания части адсорбирующего вещества на внутренней поверхности диффузоров и конфузоров за счет его непрерывного термовибрационного стряхивания в месте контакта зерен адсорбента и материала перфорированных зигзагообразных перегородок. Технический результат достигается тем, что адсорбер, включает вертикальный корпус, разделенный перфорированными зигзагообразными перегородками на секции с образованием чередующихся в шахматном порядке конфузоров и диффузоров, верхние и нижние решетки и патрубки отвода и подвода газа, при этом патрубок подвода газа представляет собой суживающийся усеченный конус из упругоэластичного материала, на внутренней поверхности которого имеются винтообразные продольно расположенные канавки. Причем канавки конструктивно выполнены в виде «ласточкина хвоста», при этом по направлению от большего основания патрубка подвода газа к меньшему его основанию равномерно на горизонтальном уровне между винтообразными продольно расположенными канавками размещены выпускные окна, имеющие одинаковый диаметр на одном горизонтальном уровне и возрастающий на последующих горизонтальных уровнях по мере движения очищаемого газа от большего основания патрубка подвода газа к его меньшему основанию, кроме того, меньшее основание патрубка подвода газа заглушено упругоэластичным материалом. При этом на внутренней поверхности патрубка отвода газа выполнены винтообразные продольно расположенные канавки, касательная которых имеет направление по ходу движения часовой стрелки, а на внутренней поверхности патрубка подвода газа, представляющего собой суживающийся усеченный конус, касательная винтообразных продольно расположенных канавок имеет направление против хода часовой стрелки., при этом перфорированные зигзагообразные перегородки выполнены из биметалла, причем материал биметалла внутренней поверхности конфузора имеет коэффициент теплопроводности в 2-2,5 раза выше коэффициента теплопроводности материала биметалла внутренней поверхности диффузора.

Полезная модель относится к технике очистки газов адсорбентами, а именно к газоочистному оборудованию, и может найти применение в химической, металлургической и других отраслях промышленности для очистки газовых смесей.

Известен адсорбер (см. патент РФ 2146167 МПК B01D 53/04 опубл. 10.03.2000), включающий вертикальный корпус, разделенный перфорированными зигзагообразными перегородками на секции с образованием чередующихся в шахматном порядке конфузоров и диффузоров, верхние и нижние решетки и патрубки отвода и подвода газа, при этом патрубок подвода газа представляет собой суживающийся усеченный конус из упругоэластичного материала, на внутренней поверхности которого имеются винтообразные продольно расположенные канавки, причем канавки конструктивно выполнены в виде «ласточкина хвоста», при этом по направлению от большего основания патрубка подвода газа к меньшему его основанию равномерно на горизонтальном уровне между винтообразными продольно расположенными канавками размещены выпускные окна, имеющие одинаковый диаметр на одном горизонтальном уровне и возрастающий на последующих горизонтальных уровнях по мере движения очищаемого газа от большего основания патрубка подвода газа к его меньшему основанию, кроме того, меньшее основание патрубка подвода газа заглушено упругоэластичным материалом.

Недостатком является пульсирующий выход осушенного газа из патрубка отвода из-за контакта с верхней решеткой зигзагообразных перегородок, образованных чередующимися в шахматном порядке конфузорами и диффузорами, в которых скорость перемещения газового потока существенно отличается, создавая эффект струйного истечения, а это приводит к нестабильности работы потребителей газа, особенно пневмоустройств и пневмоаппаратуры.

Известен адсорбер (см. патент РФ 2464070 МПК B01D 53/04 опубл. 20.10/2012 Бюл. 29), включающий вертикальный корпус, разделенный перфорированными зигзагообразными перегородками на секции с образованием чередующихся в шахматном порядке конфузоров и диффузоров, верхние и нижние решетки и патрубки отвода и подвода газа, при этом патрубок подвода газа представляет собой суживающийся усеченный конус из упругоэластичного материала, на внутренней поверхности которого имеются винтообразные продольно расположенные канавки, причем канавки конструктивно выполнены в виде «ласточкина хвоста», при этом по направлению от большего основания патрубка подвода газа к меньшему его основанию равномерно на горизонтальном уровне между винтообразными продольно расположенными канавками размещены выпускные окна, имеющие одинаковый диаметр на одном горизонтальном уровне и возрастающий на последующих горизонтальных уровнях по мере движения очищаемого газа от большего основания патрубка подвода газа к его меньшему основанию, кроме того, меньшее основание патрубка подвода газа заглушено упругоэластичным материалом, при этом на внутренней поверхности патрубка отвода газа выполнены винтообразные продольно расположенные канавки, касательная которых имеет направление по ходу часовой стрелки, а на внутренней поверхности патрубка подвода газа, представляющего собой суживающийся усеченный конус, касательная винтообразных продольно расположенных канавок имеет направление против хода часовой стрелки.

Недостатком является снижение качества осушки газа при длительной эксплуатации, обусловленное налипанием загрязнений на внутренней поверхности перфорированных зигзагообразных перегородок, образующих секции в виде конфузоров и диффузоров, что уменьшает поглощающую поверхность адсорбирующего вещества в пограничном слое и, как следствие, приводит к «проскоку» неочищенного газа.

Технической задачей предлагаемой полезной модели является поддержание качества осушки газа при длительной эксплуатации путем устранения снижения поглощающей поверхности зерен адсорбента вследствие залипания части адсорбирующего вещества на внутренней поверхности диффузоров и конфузоров за счет его непрерывного термовибрационного стряхивания в месте контакта зерен адсорбента и материала перфорированных зигзагообразных перегородок.

Технический результат достигается тем, что адсорбер, включает вертикальный корпус, разделенный перфорированными зигзагообразными перегородками на секции с образованием чередующихся в шахматном порядке конфузоров и диффузоров, верхние и нижние решетки и патрубки отвода и подвода газа, при этом патрубок подвода газа представляет собой суживающийся усеченный конус из упругоэластичного материала, на внутренней поверхности которого имеются винтообразные продольно расположенные канавки. Причем канавки конструктивно выполнены в виде «ласточкина хвоста», при этом по направлению от большего основания патрубка подвода газа к меньшему его основанию равномерно на горизонтальном уровне между винтообразными продольно расположенными канавками размещены выпускные окна, имеющие одинаковый диаметр на одном горизонтальном уровне и возрастающий на последующих горизонтальных уровнях по мере движения очищаемого газа от большего основания патрубка подвода газа к его меньшему основанию, кроме того, меньшее основание патрубка подвода газа заглушено упругоэластичным материалом. При этом на внутренней поверхности патрубка отвода газа выполнены винтообразные продольно расположенные канавки, касательная которых имеет направление по ходу движения часовой стрелки, а на внутренней поверхности патрубка подвода газа, представляющего собой суживающийся усеченный конус, касательная винтообразных продольно расположенных канавок имеет направление против хода часовой стрелки., при этом перфорированные зигзагообразные перегородки выполнены из биметалла, причем материал биметалла внутренней поверхности конфузора имеет коэффициент теплопроводности в 2-2,5 раза выше коэффициента теплопроводности материала биметалла внутренней поверхности диффузора.

На фиг. 1 изображен общий вид адсорбера; на фиг. 2 изображен патрубок подвода газа в виде суживающего усеченного конуса; на фиг. 3 - развертка внутренней поверхности патрубка подвода газа с направлением касательных винтообразных канавок против хода часовой стрелки; на фиг. 4 - горизонтальные уровни в виде концентрических окружностей размещения выпускных окон; на фиг. 5 - сечение винтообразной продольно расположенной канавки в виде «ласточкина хвоста»; на фиг. 6 - развертка внутренней поверхности патрубка отвода газа с направлением касательных винтообразных канавок по ходу часовой стрелки, на фиг. 7 - зигзагообразные секционные перегородки, выполненные из биметалла.

Адсорбер (фиг. 1) включает вертикальный корпус 1, боковые стенки 2 которого и установленные в нем секционные перегородки 3 выполнены зигзагообразными и образуют в каждой секции 4 диффузоры 5 и конфузоры 6, расположенные относительно соседних секций в шахматном порядке. Секции снабжены верхними выходными 7 и нижними входными 8 решетками. Отвод очищенного газа осуществляется через патрубок 9, а вход очищаемого газа осуществляется через патрубок ввода газа 10, выполненного в виде суживающего усеченного конуса.

На внутренней поверхности патрубка ввода газа 10 (фиг. 2 и 3), состоящего из упругоэластичного материала, имеются винтообразные продольно расположенные канавки 11, между которыми по направлению от большего основания 12 патрубка ввода газа 10 к меньшему его основанию 13 на различных горизонтальных уровнях по периметру в виде концентрических окружностей 14, 15, 16 (фиг. 4) выполнены выпускные окна 17, 18, 19 (фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4).

Выпускные окна 17 имеют одинаковый диаметр на одном горизонтальном уровне по периметру в виде концентрической окружности 14, выпускные окна 18 имеют одинаковый, но несколько больший, чем окна 17 диаметр на одном горизонтальном уровне по периметру патрубка ввода газа 10 в виде концентрической окружности 15. Та же самая пропорциональность наблюдается с окнами 19 на окружности 16. При этом меньшее основание 13 патрубка ввода газа 10 закрыто упругоэластичным материалом, а винтообразные продольно расположенные канавки 11 выполнены в виде «ласточкиного хвоста (фиг.5).

На внутренней, поверхности патрубка отвода 9 выполнены винтообразные канавки 20, продольно расположенные от большего основания 21 к меньшему основанию 22 (фиг.6).

Перфорированные зигзагообразные перегородки 3 выполнены из биметалла, причем материал 25 биметалла внутренней поверхности 26 конфузора 6 имеет коэффициент теплопроводности в 2-2,5 раза выше (например, алюминий с коэффициентом теплопроводности 204 Вт/(м·°C) см. стр.312 Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. М.: Наука, 1980. 435 с.), чем коэффициент теплопроводности материала 23 биметалла внутренней поверхности 24 диффузора 5 (например, латунь с коэффициентом теплопроводности 85 Вт/(м·°C) см. там же) (фиг.7).

Адсорбер работает следующим образом.

В процессе очистки газа, насыщенного парообразной влагой, и, особенно, при наличии паров масла, поглощающая поверхность зерен адсорбента при длительной эксплуатации проявляет склонность к слипанию, как между собой, так и преимущественно с внутренней поверхностью корпуса адсорбера. Это ухудшает объемную поглощающую способность самого адсорбирующего вещества, а также способствует забиванию отверстий перфорированной зигзагообразной перегородки 3, что в конечном итоге резко снижает качество осушки при длительной эксплуатации адсорбера. Для устранения налипания зерен адсорбента на перфорированные зигзагообразные перегородки 3 выполнены из биметалла.

При перемещении очищенного газа по секциям 4 в конфузоре 6 наблюдается возрастание скорости потока и в результате его трения о внутреннюю поверхность 26 дополнительно выделяется теплота, обеспечивающая возрастание температуры на 2-3°C (см. Серпионова, Е.Н. Промышленная адсорбция газов и паров. М.: Высш. шк. 1969. 388 с). Одновременно в диффузоре 5 скорость потока падает и отсутствует дополнительное изменение температуры внутренней поверхности 24. В результате на материалы 23 и 25 биметалла перфорированных зигзагообразных перегородок 3 воздействует разные градиенты температур (gradt ₁ и gradt₂). gradt₁ - градиент изменения температуры за счет трения потока газа о внутреннюю поверхность 26 конфузора 6; gradt₂ - градиент изменения температуры потока очищаемого газа на поверхности 24 диффузора 5.

В связи с тем, что коэффициент теплопроводности материала 25 биметалла перфорированной зигзагообразной перегородки 3 в 2,0-2,5 раза превышает теплопроводность материала 23 биметалла, происходит интенсивный перенос тепла из материала 25 в материал 23 со смещением физической границы раздела биметалла, что приводит к термовибрации перфорированной зигзагообразной перегородки 3 в зоне контакта поверхности 26 конфузора 6 и поверхности 24 диффузора 5 с зернами адсорбента(см., например, Дмитриев, Л.Н. Биметаллы. Пермь: Кн. изд-во, 1991. 415 с). Следовательно, устраняется возможность налипания отдельных зерен адсорбера на поверхность 24 диффузора 5 и поверхность 26 конфузора 6, что способствует поддержанию нормированной поглощающей способности адсорбирующего вещества в процессе длительной эксплуатации адсорбера.

Газ, подлежащий очистке, подается через патрубок ввода газа 10 в корпус 1 адсорбера. В результате уменьшения проходного сечения патрубка ввода газа 10, выполненного в виде суживающего усеченного конуса с находящимися на внутренней его поверхности винтообразными продольно расположенными канавками 11, происходит возрастание скорости движущегося очищаемого газа. Периферийные слои очищаемого газа, перемещаясь по винтообразным продольно расположенным канавкам 11, закручиваются, что приводит при движении очищаемого газа от большего 12 к меньшему 13 основанию патрубка ввода газа 10 к вращению всей массы очищаемого газа.

По мере вращения газа в патрубке ввода газа 10, осуществляется выпуск его через выпускные окна 17, 18 и 19. Известно, что скорость движения вращающегося очищаемого газа за счет сужения патрубка ввода газа 10, выполненного в виде суживающего усеченного конуса, увеличивается по мере перехода потока с уровней концентрических окружностей 14, 15, 15 к 16. Поэтому возрастание диаметра выпускных окон 18 относительно окон 17 и окон 19 относительно окон 18 приводит к рациональному перераспределению очищаемого газа, поступающего на нижнюю входную решетку 8.

Равномерная эпюра скоростей газового потока в поперечном сечении корпуса 1 адсорбера на выходе из нижней входной решетки 8 поддерживается за счет живого сечения выпускных окон 17, 18 и 19, что особенно важно для периферийной зоны корпуса 1 адсорбера, где порозность слоя адсорбента выше, чем в его центральной части.

Одновременно повышение расхода очищаемого газа через центральную часть адсорбера приводит к эжектированию газа из пристенной зоны корпуса 1, вследствие чего эффективность процесса осушки повышается, как за счет равномерного насыщения слоя адсорбента по сечению корпуса 1, так и за счет повышения степени очистки газа.

Очищенный газ с оптимальной эпюрой скоростей после входной нижней решетки 8, обеспечивающий рациональный контакт с адсорбером по поперечному сечению корпуса 1, поступает в секции 4 и, проходя последовательно участки диффузоров 5 и конфузоров 6, непрерывно меняет свою скорость, что приводит к турбулизации потока и повышению массообмена, а также к перераспределению в секциях 4 давления газа. Это выравнивает гидравлическое сопротивление газа в секциях 4 и обеспечивает равномерное омывание газом всего объема адсорбента.

Очищенный до заданных параметров газ выходит из секций 4 через верхнюю решетку 7, перемещаясь, как в диффузоре 5, так и в конфузоре 6, что приводит к образованию струй с различными скоростями, вызывая пульсирующий характер движения всего потока в патрубке отвода 9.

Выполнение на внутренней поверхности патрубка отвода 9 винтообразных канавок 20, продольно расположенных от большего основания 21 к меньшему основанию 22 приводит к поступательно вращательному движению струй газа, выходящих из верхней решетки 7, что сглаживает пульсирующий характер перемещения всего очищенного потока перед поступлением его к потребителю. Кроме того, выполнение винтообразных канавок 11 на внутренней поверхности патрубка ввода газа 10 с направлением касательной против хода часовой стрелки, а винтообразных канавок 20 на внутренней поверхности патрубка отвода 9 с направлением касательной по ходу часовой стрелки приводит к обеспечению динамического устойчивого состояния корпуса адсорбера с закручиваемым вихреобразным перемещением обрабатываемого потока газа (см., например, стр.62, Меркулов. А.П. Вихревой поток и его применение в технике. / ОПТИМА, Самара. 1997, 317 с.)

Если по условиям эксплуатации возникает необходимость увеличить количество очищаемого газа, поступающего в адсорбер, то тогда возрастает газовая нагрузка и, соответственно, напор газа, воздействующего на закрытое меньшее основание 13 патрубка ввода газа 10. В этом случае под воздействием возросшего напора газа на закрытое меньшее основание 13 это основание перемещается вверх вследствие того, что материал патрубка ввода газа 10 упругоэластичный, при этом перемещение осуществляется до достижения динамического равновесия между упругостью материала и величиной напора очищаемого газа.

Одновременно с перемещением меньшего основания 13 растягиваются винтообразные продольно расположенные канавки 11, сохраняя свою форму в виде «ласточкина хвоста», и увеличиваются сечения выпускных окон 17, 18 и 19 прямо пропорционально на каждом горизонтальном уровне и равномерно по концентрическим окружностям 14, 15 и 16.

Следовательно, в процессе изменения газовой нагрузки обеспечивается независимость получения равномерной эпюры скоростей газового потока, контактирующего с адсорбентом по всему поперечному сечению корпуса 1 адсорбера на выходе из нижней входной решетки 8.

Оригинальность предлагаемого технического решения заключается в том, что выполнение перфорированных зигзагообразных перегородок из биметалла с материалом со стороны секции, где скорость потока газа возрастает (выполнение в виде конфузора) и соответственно, увеличивается теплота трения о внутреннюю поверхность секции, имеет коэффициент теплопроводности в 2-2,5 раза больше, чем коэффициент теплопроводности материала биметалла со стороны секции, где скорость потока уменьшается (выполнение в виде диффузора), что приводит к образованию термовибрации перфорированных зигзагообразных перегородок. А это устраняет налипание зерен адсорбента на внутренние поверхности секции, что обеспечивает поддержание нормированного качества очистки газа при длительной эксплуатации

Адсорбер, включающий вертикальный корпус, разделенный перфорированными зигзагообразными перегородками на секции с образованием чередующихся в шахматном порядке конфузоров и диффузоров, верхние и нижние решетки и патрубки отвода и подвода газа, при этом патрубок подвода газа представляет собой суживающийся усеченный конус из упругоэластичного материала, на внутренней поверхности которого имеются винтообразные продольно расположенные канавки, причем канавки конструктивно выполнены в виде "ласточкина хвоста", при этом по направлению от большего основания патрубка подвода газа к меньшему его основанию равномерно на горизонтальном уровне между винтообразными продольно расположенными канавками размещены выпускные окна, имеющие одинаковый диаметр на одном горизонтальном уровне и возрастающий на последующих горизонтальных уровнях по мере движения очищаемого газа от большего основания патрубка подвода газа к его меньшему основанию, кроме того, меньшее основание патрубка подвода газа заглушено упругоэластичным материалом, причём на внутренней поверхности патрубка отвода газа выполнены винтообразные продольно расположенные канавки, касательная которых имеет направление по ходу часовой стрелки, а на внутренней поверхности патрубка подвода газа, представляющего собой суживающийся усечённый конус, касательная винтообразных продольно расположенных канавок имеет направление против хода часовой стрелки, отличающийся тем, что перфорированные зигзагообразные перегородки выполнены из биметалла, причём материал биметалла внутренней поверхности конфузора имеет коэффициент теплопроводности в 2-2,5 раза выше коэффициента теплопроводности материала биметалла внутренней поверхности диффузора.

РИСУНКИ