СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ НА КОМПОНЕНТЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1994 года по МПК B01D53/24 

Изобретение относится к технике разделения газовых смесей на составляющие.

Разделение газовых смесей на компоненты осуществляют в промышленности несколькими известными способами. Основные из них: метод глубокого охлаждения - конденсация фракционированная в сочетании с ректификацией и абсорбцией; сорбция селективными жидкими поглотителями (применяется главным образом при очистке газовых смесей от СО₂, Н₂S, NH₃ и др); сорбция селективными твердыми поглотителями (неподвижными, движущимися или "псевдоожиженными").

Наибольшее применение нашел первый метод, обеспечивающий четкое разделение газовых смесей при минимальном расходе энергии.

Примером метода глубокого охлаждения может служить низкотемпературная ректификация, которая основана на использовании различия в температурах кипения компонентов, входящих в газовую смесь. Перед разделением газовую смесь ожижают. Затем проводят последовательное испарение и конденсацию с соответствующим отводом продуктов разделения. Происходит разделение легкокипящих компонентов от тяжелокипящих.

Наиболее близким являются способ и устройство, где способ включает воздействие на поток газовой смеси электромагнитного поля, поля центробежных сил и электрического поля, а устройство для осуществления способа содержит цилиндрический корпус, входные и выходные отверстия, электромагнитную систему, систему электродов.

Недостаток этого способа и устройства - малая производительность.

Задача изобретения - повышение производительности и эффективности разделения газовых смесей.

Это достигается тем, что в способе разделения газовых смесей на компоненты, включающем воздействие на поток электромагнитного поля, поля центробежных сил и электрического поля, электромагнитные поля создают сверхвысокой частоты, воздействие осуществляют в резонансном режиме, при этом электрическое поле создают электростатическим, а воздействие осуществляют на протяжении всего пути движения потока.

Устройство для разделения газовых смесей на компоненты, содержащее цилиндрический корпус с входным патрубком и выходными отверстиями тяжелой и легкой компонент, электромагнитную систему, размещенную вне корпуса и систему электродов, часть которых расположена по оси входного патрубка, а другая часть у внутренней стенки входного патрубка, снабжено отсекателем, установленным на выходе корпуса с зазором к его стенкам, диафрагмой, установленной в выходном отверстии для тяжелой компоненты и дополнительной системой электродов, часть которых расположена по оси корпуса, а другая часть по периметру корпуса, при этом электромагнитная система выполнена в виде СВЧ-излучателя и установлена соосно корпусу.

На фиг.1 представлено устройство для осуществления способа; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.

Устройство содержит цилиндрический корпус 1, входной патрубок 2, отсекатель 3, электроды 4, вентиль - выходное отверстие 5 легкой компоненты, выходное отверстие 6 тяжелой компоненты, диафрагму 7, электромагнитную систему 8, камеру разделения 9 газовой смеси.

Цилиндрический корпус 1 имеет входной патрубок 2, по которому сжатая смесь газов поступает в камеру разделения 9 по касательной к окружности сечения корпуса, тангенциально.

Внутри цилиндрического корпуса размещен отсекатель 3. Отсекатель 3 служит для отвода тяжелой компоненты из вращающегося потока газовой смеси. Он установлен с зазором до стенки камеры разделения 9 газовой смеси, причем зазор выбран пропорционально содержанию тяжелой компоненты в газовой смеси.

Как во входном патрубке 2, так и в камере разделения 9 создано электростатическое поле. Для этого по центру входного патрубка 2 и камеры разделения газовой смеси установлены электроды 4, подключенные к отрицательному полюсу. По периметру камеры разделения и патрубка установлены электроды, подключенные к положительному полюсу источника питания.

На выходе из камеры разделения установлен вентиль 5 - выходное отверстие для вывода легкой компоненты газовой смеси, а в выходном отверстии тяжелой компоненты - диафрагма 7. Диафрагма 7 увеличивает поверхность сечения и изменяет гидравлическое сопротивление движению потока.

Электромагнитная система 8 выполнена в виде СВЧ-излучателя и установлена соосно корпусу. Корпус 1 выполнен из материала, пропускающего электромагнитное излучение, например из органического стекла или фторопласта.

Способ осуществляется следующим образом. Газовую смесь под давлением подают через входной патрубок 2 тангенциально в цилиндрическую камеру разделения 9. Газовая смесь вращается в цилиндрической камере и создается поле центробежных сил, под действием которых происходит разделение на компоненты. Вращающийся поток газа имеет некоторую скорость вдоль оси, т.е. совершает винтовое движение.

На выходе из камеры разделения 9 газовой смеси установлен вентиль 5 для вывода легкой компоненты смеси и отсекатель 3 тяжелой компоненты, установленный с зазором до стенки камеры разделения. Зазор выбран пропорционально содержанию тяжелой компоненты в газовой смеси. Далее на пути отвода тяжелой компоненты установлена диафрагма.

С целью повышения эффективности разделения газовой смеси, на нее воздействуют электромагнитным полем радиодиапазона. Частоту выбирают резонансной для одной из компонент газовой смеси, обладающей большой молекулярной массой.

Кванты электромагнитной энергии, поглощенные молекулами более тяжелой компоненты газовой смеси, увеличивают кинетическую энергию движения молекул, и под действием центробежных сил они будут отклоняться к периферии, к стенке камеры разделения газовой смеси.

Кроме того, на всем пути движения газовой смеси на нее воздействуют электростатическим полем. Молекулы газовой смеси имеют различные по величине потенциалы ионизации, поэтому к электродам электростатического поля будут притягиваться молекулы с меньшей величиной потенциала ионизации. Это приводит к повышению эффективности разделения газовой смеси, так как молекулы получат дополнительное ускорение.

П р и м е р. Проводили разделение сжатого воздуха на кислород и азот. Сжатый воздух через входной патрубок подавали тангенциально в камеру разделения 9, в которой создано электростатическое поле. В камере разделения сжатый воздух под действием центробежных сил и воздействия электростатического поля разделялся на компоненты. На периферии - газ с большой молекулярной массой (тяжелая компонента смеси), в центре - газ с меньшей молекулярной массой (легкая компонента смеси). Частота электромагнитного излучения составляла 60 ГГц. Эта частота является резонансной для кислорода. Электромагнитное излучение увеличивает гидроскопические свойства молекул и устойчивость движения молекул вдоль линии центробежных сил. Увеличивается эффективность разделения сжатого воздуха на кислород и азот.

Предлагаемый способ и реализующее его устройство позволяет более просто, чем известный способ достичь результата разделения газовых смесей. Устройство не имеет сложных узлов и трущихся элементов и не требует большого количества оборудования. Способ и устройство имеют высокую экономичность и надежность, длительный ресурс работы и могут применяться для очистки воздуха от примесей, для разделения различных газовых смесей на компоненты.

Использование: разделение газовых смесей на составляющие. Сущность изобретения: газовую смесь подают под давлением тангенциально и одновременно воздействуют на нее селективным электромагнитным излучением с частотой радиодиапазона и электростатическим полем. Устройство для осуществления способа включает цилиндрический корпус с входным патрубком и выходами для компонентов разделенной газовой смеси. Входной патрубок прикреплен к цилиндрическому корпусу тангенциально. Внутри корпуса размещен отсекатель с зазором до стенки корпуса. На выходе корпуса установлена рельефная диафрагма для вывода тяжелой компоненты, а по центру корпуса - вентиль для вывода легкой компоненты газовой смеси. По центру корпуса и входного патрубка установлены электроды, подключенные к отрицательному полюсу источника питания, а по периметру - электроды, подключенные к положительному полюсу. По центру корпуса установлен излучатель электромагнитной энергии. Корпус выполнен из магнитопроницаемого материала. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ разделения газовых смесей на компоненты, включающий воздействие на поток электромагнитного поля, поля центробежных сил и электрического поля, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности и эффективности разделения, электромагнитное поле создают сверхвысокой частоты, воздействие осущестляют в резонансном режиме, при этом электрическое поле создают электростатическим, а воздействие осуществляют на протяжении всего пути движения потока. 2. Устройство для разделения газовых смесей на компоненты, содержащее цилиндрический корпус с входным патрубком и выходными отверстиями тяжелой и легкой компонент, электромагнитную систему, размещенную вне корпуса, и систему электродов, часть которых расположена по оси входного патрубка, а другая часть - у внутренней стенки входного патрубка, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности и эффективности разделения, оно снабжено отсекателем, установленным на выходе корпуса с зазором к его стенкам, диафрагмой, установленной в выходном отверстии для тяжелой компоненты, и дополнительной системой электродов, часть которых расположена по оси корпуса, а другая часть по периметру корпуса, при этом магнитная система выполнена в виде СВЧ-излучателя и установлена соосно с корпусом.