АДСОРБЕР Российский патент 1995 года по МПК B01D53/04 

Изобретение относится к аппаратам адсорбционной очистки газов.

Известно устройство, включающее корпус с кольцевыми слоями адсорбента и перфорированными перегородками, жестко закрепленными на подвешенном дне [1]
Недостатком этого устройства является большой расход адсорбента (цеолита) из-за истирания его в центральных зонах зернистого слоя и перерасхода (активной окиси алюминия) в перфорированных зонах. Истирание цеолита происходит вследствие неравномерности значений скорости газового потока по сечению слоя адсорбента (большие значения скорости в центральных зонах слоя, особенно при регенерации адсорбента, приводят к частичному псевдоожижению мелких частиц и повышенному истиранию адсорбента).

Истирание адсорбента можно уменьшить за счет увеличения радиуса центрального канала слоя, что приводит к снижению максимального значения скорости. Это, однако, приводит к увеличению габаритов и металлоемкости адсорбера. Перерасход активной окиси алюминия, располагаемой в периферийных областях слоя, обусловлен необходимостью организовать слой адсорбента заданной толщины по направлению движения газа. Последнее в сочетании с повышенной в периферийной части кольцевого слоя площадью проходного сечения для потока газа приводит к увеличению рабочего объема, занятого активной окисью алюминия, и к увеличению массы адсорбента.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является адсорбер, включающий корпус с патрубками ввода и вывода потоков, размещенные в корпусе плоские жалюзийные перегородки, разделяющие и ограничивающие слой адсорбента [2]
Недостатком этого адсорбера является малая степень использования рабочего объема адсорбента и адсорбера.

Малая степень использования рабочего объема адсорбера обусловлена тем, что при размещении одного плоского слоя в цилиндрическом аппарате большого диаметра остаются большие пустотные пространства, не занятые адсорбентом, а малая степень использования адсорбента обусловлена проскоком примесей в пристеночной зоне слоя адсорбента.

Предложенный адсорбер позволяет повысить эффективность процесса адсорбции, а также снизить энергозатраты и материалоемкость.

Для этого в адсорбере, включающем корпус с верхним и нижним днищами, патрубки ввода и вывода потоков и плоские жалюзийные перегородки с размещенными между ними слоями адсорбента, соосно корпусу установлен перфорированный короб, соединенный с патрубком вывода потока посредством перфорированного переходника, при этом в корпусе с зазором по отношению к коробу установлен непроницаемый экран, выполненный, например, в виде сферического днища со срезанными сегментами и соединенный с жалюзийными перегородками. Жалюзийные перегородки установлены параллельно большим боковым граням короба. Непроницаемый экран обращен выпуклой стороной вверх и соединен по линиям среза сегментов с жалюзийными перегородками, ограничивающими слои адсорбента, а по линии окружности с внутренней боковой поверхностью корпуса.

В предлагаемом адсорбере перфорированный короб может быть выполнен сужающимся книзу и иметь прямоугольное поперечное сечение с отношением большей стороны к диаметру корпуса 0,98±0,6.

Форма днища перфорированного короба конгруэнтна форме непроницаемого экрана.

Перфорированный короб может быть снабжен конструктивными элементами, выполненными, например, в виде стержней, размещенными внутри короба и соединенными с его большими боковыми гранями.

В предлагаемом адсорбере перегородки, ограничивающие адсорбент, могут быть выполнены из Л-образных жалюзийных элементов.

На перегородках, разделяющих слои адсорбента, могут быть выполнены отверстия по линии сгиба Л-образных жалюзийных элементов.

Наличие в адсорбере перфорированного короба, не соприкасающегося с корпусом, позволяет избежать соединения грязного и чистого концов адсорбера стенкой корпуса и, следовательно, избежать пристеночного проскока. Кроме того, данное решение позволяет повысить степень использования рабочего объема адсорбера до 0,8-0,85, что примерно на 40% больше, чем в прототипе.

Выполнение перфорированного короба с прямоугольным поперечным сечением и с определенным отношением между его большей стороной и диаметром корпуса (0,98-0,6) обеспечивает более полное использование адсорбента и способствует снижению материалоемкости.

Более полному использованию адсорбента способствуют такие конструктивные признаки, как выполнение перфорированного короба сужающимся книзу, наличие перфорации на переходнике, соединяющем короб с патрубком вывода потока, и выполнение перегородок, ограничивающих слои адсорбента, так же как и разделяющих, в виде Л-образных жалюзийных элементов, причем в перегородках, разделяющих слои адсорбента, на линии сгиба Л-образных жалюзийных элементов имеются отверстия.

Перечисленные выше признаки обеспечивают равномерное газораспределение. Так, например Л-образный профиль жалюзийных элементов разделительных перегородок обеспечивает проницаемость перегородки в горизонтальном направлении, так как под каждой перегородкой образуется полость, свободная от зернистого слоя, а отверстия в Л-образных перегородках соединяют полости под смежными перегородками, обеспечивая проницаемость перегородки в вертикальном направлении. Проницаемость перегородки в горизонтальном и вертикальном направлениях помимо улучшения равномерности газораспределения обеспечивает поперечное перемешивание газового потока между слоями, что способствует исключению локального проскока примеси с одного слоя на другой. Выполнение перфорированного короба сужающимся книзу приводит к образованию каналов постоянной скорости как внутри короба, так и в пространствах между корпусом адсорбера и ограничительными перегородками. Это способствует более равномерному газораспределению. Этой же цели способствуют Л-образные жалюзийные перегородки, ограничивающие слои адсорбента. Такая форма ограничивающих перегородок увеличивает их прочность и обеспечивает ориентацию потока внутри перегородки так, что направление газового потока, входящего или выходящего из слоя, совпадает с направлением газового потока в канале между ограничивающими перегородками и корпусом адсорбера. Вследствие этого давление газа в этих каналах становится незавихренным и повышается равномерность газораспределения, что способствует более полному использованию адсорбента или, иными словами, снижению материалоемкости адсорбента. Этому же способствует выполнение перфорации на переходнике между коробом и патрубком вывода потока. Это способствует вовлечению в массообмен адсорбента, находящегося над перфорированным коробом или, иными словами, сокращению количества адсорбента в нерабочей зоне и снижению материалоемкости адсорбера.

Сократить количество адсорбента в нерабочих зонах адсорбера позволит также выполнение равномерного зазора между дном перфорированного короба и непроницаемым экраном, так как только в этом случае в массообмен будет вовлечен весь адсорбент, находящийся в непосредственной близости от непроницаемого экрана.

Выполнение непроницаемого экрана в виде сферического днища, обращенного выпуклой стороной вверх, позволяет избежать накопления в нижних слоях адсорбента капельной влаги, что также приводит к более полному использованию адсорбента и снижению материалоемкости аппарата.

Большие грани перфорированного короба соединены между собой конструктивными элементами, выполненными, например, в виде стержней. Это снизит нагрузки на больших гранях короба, обусловленные силовым давлением слоя зернистого материала, а значит, позволит уменьшить толщину и металлоемкость конструктивных элементов короба.

На фиг.1 изображен адсорбер; на фиг.2 то же, вид сбоку; на фиг.3 сечение А-А на фиг.1.

Адсорбер включает корпус 1 с верхним 2 и нижним 3 днищами, патрубками вывода 4 и вывода 5 потоков, плоские жалюзийные перегородки 6 и 7 соответственно разделяющие и ограничивающие слои 8 и 9 адсорбента. В адсорбенте соосно корпусу 1 установлен перфорированный короб 10, соединенный с патрубком 4 ввода потока переходником 11. В коробе 10 размещены конструктивные элементы 1, соединенные с его большими боковыми гранями. В корпусе 1 с зазором по отношению к коробу 10 размещен непроницаемый экран 13, соединенный с жалюзийными перегородками 6 и 7 и боковой поверхностью корпуса 1.

Перегородки 6 и 7 выполнены из жалюзийных элементов 14, причем на сгибе жалюзийных элементов 14 у перегородок 6, разделяющих слои 8 и 9 адсорбента, выполнены отверстия 15.

Адсорбер работает следующим образом.

Очищаемый газ подают в корпус 1 через патрубок 4. Попадая под непроницаемый экран 13, газ распределяется в сегментные каналы, образованные перегородками 7, ограничивающими слои 8 адсорбента, и боковой поверхностью корпуса 1. Затем он проходит через слои 8 и 9 адсорбента, очищается от примесей СО₂ и влаги и попадает в короб 10, после чего через переходник 11 и патрубок 5 выводится из аппарата.

Десорбция адсорбента проводится регенерирующим потоком, проходящим через аппарат, в обратном направлении. Выбор оптимального отношения между большей стороной поперечного сечения короба 10 и диаметра корпуса 1 обусловлен тем, что при превышении отношения большей стороны поперечного сечения короба к диаметру корпуса адсорбера более 0,98 расстояние между коробом и стенкой корпуса становится недостаточным для того, чтобы полностью устранить пристеночный проскок примесей, который приводит к снижению динамической емкости адсорбента и повышению его расхода. При уменьшении указанного выше отношения менее 0,6 будет резко возрастать гидравлическое сопротивление слоя около перфорированного короба, а также резко увеличится количество адсорбента, не участвующее в массообмене.

Использование: в аппаратах адсорбционной очистки газов. Сущность изобретения: в адсорбере соосно корпусу установлен перфорированный короб, соединенный с патрубком вывода потока посредством перфорированного переходника. С зазором по отношению к коробу в корпусе установлен непроницаемый экран, выполненный, например, в виде сферического днища со срезанными сегментами и соединенный с жалюзийными перегородками. Перфорированный короб выполнен сужающимся книзу и имеет прямоугольное поперечное сечение с отношением большей стороны к диаметру корпуса 0,98 - 0,6. 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. АДСОРБЕР, включающий корпус с верхним и нижним днищами, патрубки ввода и вывода потоков, плоские жалюзийные перегородки с размещенными между ними слоями адсорбента, отличающийся тем, что в адсорбере соосно с корпусом установлен перфорированный короб, соединенный с патрубком вывода потока посредством переходника, при этом в корпусе с зазором по отношению к коробу установлен непроницаемый экран, выполненный, например, в виде сферического днища с двумя симметрично срезанными сегментами и соединенный с жалюзийными перегородками, параллельными большим боковым граням короба, причем непроницаемый экран по линии среза сегментов соединен с жалюзийными перегородками, ограничивающими слои адсорбента, а по линии окружности- с внутренней боковой поверхностью корпуса. 2. Адсорбер по п.1, отличающийся тем, что перфорированный короб имеет прямоугольное поперечное сечение с отношением большей стороны к диаметру корпуса 0,98 0,7. 3. Адсорбер по пп.1 и 2, отличающийся тем, что перфорированный короб выполнен сужающимся книзу. 4. Адсорбер по п.1, отличающийся тем, что непроницаемый экран обращен выпуклой стороной вверх. 5. Адсорбер по п.1, отличающийся тем, что форма дна перфорированного короба конгруэнтна форме непроницаемого экрана. 6. Адсорбер по пп.1 3, отличающийся тем, что перфорированный короб снабжен конструктивными элементами, выполненными, например, в виде стержней, размещенными внутри короба и соединенными с его большими боковыми гранями. 7. Адсорбер по п.1, отличающийся тем, что переходник выполнен перфорированным. 8. Адсорбер по п.1, отличающийся тем, что перегородки, ограничивающие слой адсорбента, выполнены из Λ-образных жалюзийных элементов. 9. Адсорбер по п.1, отличающийся тем, что на перегородках, разделяющих слои адсорбента, по линии сгиба L-образных жалюзийных элементов выполнены отверстия.