Устройство для очистки газа от частиц жидкого аэрозоля

 

Изобретение предназначено для очистки газовых сред от аэрозоля туманов, конденсационные частицы которого не превышают 1 мкм, и может быть использовано в любой отрасли промышленности, где в технологических процессах необходима подобная операция. Устройство содержит корпус с патрубками ввода очищаемого и вывода очищенного газа, осадительные элементы в виде тонких металлических трубок с перфорацией начального участка, относительная длина осадительных трубок принята L/d = 250, а расстояние от входа в трубку до перфорации начального участка l = 7d, и в конце его установлена диафрагма сопротивления, размеры отверстий в стенке трубок приняты: на расстоянии l = 7d 2r₁ = 0,05d, а на расстоянии 20d от входа - 2r₂=0,1d. Отверстия располагаются в шахматном порядке с шагом по кольцевому периметру S₁ = 0,6d и S₂ = 1,25d - по ходу течения. Задачей изобретения является повышение эффективности очистки за счет использования свойств турбулентной коагуляции частиц на начальном участке осадительной трубки. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к устройствам для очистки газовых сред от аэрозоля туманов, конденсационные частицы которого не превышают 1 мкм, и может быть использовано в любой отрасли промышленности, где в технологических процессах необходима подобная операция.

Одной из основных задач при проектировании таких аппаратов является повышение эффективности очистки. Эффективные способы очистки упомянутых сред от взвеси путем фильтрации в волокнистых фильтрах сложны и порой затруднительны в отношении эксплуатации и, кроме того, требуют периодической замены элементов.

Опытные исследования и практика показали, что в подобных случаях весьма эффективным является способ осаждения взвесей путем турбулентной коагуляции частиц.

Известны конструкции устройств для очистки газовых сред от капельных аэрозолей с весьма невысокой эффективностью и высоким аэродинамическим сопротивлением /Ужов В. Н., Мягков Б.И. Очистка промышленных газов фильтрами. Москва: Химия, 1970, с. 107-122/ [1].

При высокой же эффективности могут применяться электрофильтры, которые конструктивно сложны и громоздки /Внутренние санитарно-технические устройства. В 3 частях. Ч. 3. Вентиляция и кондиционирование воздуха. Кн.2. Баркалов Б.В. и др. Москва: Стройиздат, 1992, с. 378/ [2].

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для очистки воздуха (или какого-либо другого газа) от жидких аэрозольных частиц, содержащее осадительные элементы в виде прямоточных, вертикально установленных металлических трубок /А. С. СССР 1212516 В 01 D 47/10, 1984, Б.И. 7 от 23.02.86/ [3].

Известная конструкция имеет существенный недостаток, заключающийся в недостаточно высокой эффективности очистки газовых сред от жидких аэрозольных частиц.

Целью изобретения является повышение эффективности очистки за счет использования свойств турбулентной коагуляции частиц на начальном участке осадительной трубки.

Указанная цель достигается путем использования следующих принципов при создании очистного устройства.

По данным некоторых зарубежных исследований соприкосновение частиц аэрозоля с открытой поверхностью осадительного тракта значительно повышает эффективность осаждения тумана с 90% до 99,8% по сравнению с осаждением на поверхности уже затопленной пленкой коагулята. Эти данные были получены как результат осаждения аэрозоля на гидрофобных поверхностях.

При осаждении аэрозоля на стенках прямоточной трубки наиболее интенсивная коагуляция происходит на ее входном, начальном участке.

На этом участке, как показали опыты, практически осаждается до 80% всех взвесей аэрозоля. Формирование сплошной пленки жидкости на этом участке препятствует прямому контакту частиц аэрозоля с поверхностью трубки и тем самым ухудшает эффект их осаждения.

Очевидно, разрушение пристенного слоя коагулята и его непрерывное удаление будет создавать условия постоянного контакта частиц аэрозоля с поверхностью трубки, аналогично случаю с гидрофобной поверхностью, и тем самым усилит эффект коагуляции, повысив эффективность очистного устройства.

С этой целью предлагается непрерывный принудительный отсос коагулята с внутренней поверхности начального участка через мелкие отверстия (поры) в стенке трубки. Конструктивно начало перфорации стенки должно располагаться на расстоянии 1 от входа в трубку, где величина 1 зависит от числа Рейнольдса, отнесенного к внутренним параметрам канала: Re=f(Vd/v_f); с экономической точки зрения толщина стенки трубки должна быть минимальной с учетом условия прочности.

С целью увеличения производительности очистного устройства отдельные его элементы (перфорированные трубки) компануются в общем корпусе круглой или прямоугольной формы с развальцовкой концов трубок в трубных решетках. При этом количество элементов в одном корпусе практически не ограничено и определяется только производительностью аппарата, конструктивными особенностями и экономической целесообразностью.

При аэродинамическом расчете системы очистки скорость движения коагулята через отверстия в стенке трубки должна приниматься из условия обеспечения поршневого эффекта, т.е. должна быть минимальной. Слабые струйные течения в межтрубном пространстве с незначительной кинетической энергией будут способствовать сохранению гравитационно-капельного течения коагулята по наружной поверхности трубки.

Аэродинамическое сопротивление на участке АВ при течении потока внутри трубки должно быть равновелико сопротивлению при внешнем обтекании трубки (по тракту АСВ) потоком, фильтрующимся через отверстия в ее стенке, т.е. по сути дела, должно соблюдаться условие равенства Р₁=Р₁-Р₂ при движении аэрозоля по обоим трактам, которое обеспечивается подбором сопротивлений в виде диафрагм.

Реализация предлагаемых мероприятий позволит значительно повысить эффективность очистного устройства. Сравнительный анализ с прототипом показывает, что заявленное устройство для очистки газовых сред от жидких аэрозольных частиц имеет существенные отличия в виде выполнения стенок трубок с перфорацией начального участка, установленных зависимостей относительной длины осадительных трубок, равной L/d=250, и расстояния от входа в трубку до перфорации начального участка l= 7d, а также наличия в корпусе и в осадительной трубке на ее начальном участке диафрагм, которые служат для выравнивания давлений по тракту движения аэрозолей и коагулята.

Для обеспечения максимального контакта с открытой поверхностью стенки осевшие частицы аэрозоля удаляются равномерно по всему участку интенсивного формирования пленки конденсата. Достигается это путем изменения размера отверстия по ходу течения коагулята: по кольцевому периметру, согласно расчету на расстоянии 1 принято 2r₁=0,05d, а на расстоянии 20d от входа (ориентировочный конец формирования пленки на шероховатой поверхности) - 2r₂ =0,1d. Здесь r -радиус отверстий.

В промежутке между верхним и нижним рядами отверстий принят линейный закон распределения размеров отверстий, так как толщина пленки формируется примерно по этому же закону.

Отверстия в стенке по ходу течения коагулята располагаются в шахматном порядке с шагом по кольцевому периметру S₁=0,6d и S₂=1,25d по ходу течения пристенного слоя осажденного аэрозоля.

Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию "новизна".

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявленное решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".

На чертеже представлено продольное и поперечное сечения элемента очистного устройства. Устройство для очистки газовых сред от частиц жидкого аэрозоля содержит корпус 1, в верхней части которого располагается патрубок для подвода очищаемого газа 2, осадительный элемент в виде тонкой металлической трубки с перфорацией в верхней ее части 3, патрубок 4 для вывода очищенного газа, диафрагмы сопротивления 5 и 6 и бункер сбора и отвода улавливаемой жидкости (коагулянта) 7.

Газ, подлежащий очистке, поступает в аппарат через патрубок 2, затем в осадительную трубку 3, где на начальном участке трубки выпадает коагулят, который через отверстия в ее стенке отсасывается в корпус 1, а затем попадает в бункер 7. Газ через диафрагму 5 в очищенном виде удаляется через патрубок 4.

В лаборатории кафедры были проведены исследования предлагаемого устройства, которые показали высокую эффективность очистки газа (КПД более 95%) от аэрозоля диоктилфталата при входной массовой концентрации аэрозоля 100-200 мг/м³.

Оценка эффективности велась по известной методике, с отбором проб на фильтры АФА. Уловленный пластификатор может быть использован в производстве поливинилхлоридных пленок повторно.

Формула изобретения

1. Устройство для очистки газа от частиц жидкого аэрозоля, содержащее корпус с патрубками для ввода очищаемого газа и вывода очищенного газа, осадительные элементы в виде тонких металлических трубок и бункер сбора улавливаемой жидкости, отличающееся тем, что стенки трубок выполнены с перфорацией начального участка, относительная длина осадительных трубок принята L/d= 250, а расстояние от входа в трубку до перфорации начального участка l = 7d, для выравнивания давлений по тракту движения газа и коагулята установлены диафрагмы сопротивления.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что на расстоянии l от входа диаметр отверстий в стенке трубок по ее кольцевому периметру принимается 2r₁ = 0,05d, а на расстоянии 20d от входа 2r₂ = 0,1d.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что отверстия в стенке трубок располагаются в шахматном порядке с шагом по кольцевому периметру S₁ = 0,6d и S₂ = 1,25d по ходу течения пристенного слоя осажденного аэрозоля.

РИСУНКИ

Рисунок 1