АДСОРБЕР (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2000 года по МПК F25B37/00 

Изобретение относится к устройствам для отделения газовых примесей от газов и может быть использовано в холодильной и низкотемпературной технике, в частности, для извлечения инертных газов из газовых смесей.

Известен адсорбер, содержащий цилиндрический корпус, разделенный вертикальной перегородкой на две камеры и заполненный адсорбентом, крышку и входной и выходной патрубки (RU 2111425 С1, 20.05.98, МПК 6 F 25 В 43/00).

Однако известная конструкция не обеспечивает высокой эффективности очистки и извлечения компонентов газа, поскольку адсорбер имеет две камеры, заполненные одним видом адсорбента.

Известен также адсорбер для отделения газовых примесей от газа, содержащий цилиндрический корпус, верхнюю крышку корпуса и входной и выходной патрубки (WO 98/04875 А1, 05.02.98, lnt.C1.6 - F 25 В 43/00).

В этой конструкции не предусмотрен фракционирующий процесс адсорбции с последующей десорбцией с высокой поглотительной способностью в отношении компонентов газовой смеси и соответственно с высоким коэффициентом извлечения необходимого компонента газа в процессе десорбции, так как адсорбер снабжен одной камерой, заполненной одним видом адсорбента.

Цель настоящего изобретения - повышение эффективности работы адсорбера.

Указанный технический результат достигается тем, что адсорбер, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, верхнюю крышку корпуса и входной и выходной патрубки, согласно изобретению, снабжен цилиндрической гильзой с плоским дном и нижней крышкой корпуса. Гильза установлена коаксиально во внутренней полости корпуса дном вверх с образованием кольцевого пространства, заключенного между цилиндрическими стенками гильзы и корпуса, и верхнего и нижнего каналов для прохода газа. Гильза имеет нижнюю цилиндрическую съемную крышку, присоединенную стыковочной поверхностью к торцевой поверхности гильзы, и вертикальную перегородку с отверстием в нижней ее части, установленную в плоскости, проходящей через центральную ось гильзы. Перегородка разделяет внутреннюю полость гильзы на первую и вторую камеры равного объема. Причем камеры сообщаются посредством отверстия, расположенного в нижней части перегородки. В съемной крышке выполнен кольцевой выступ, а на внешней боковой поверхности дна гильзы - кольцевой буртик прямоугольного профиля. Выступ съемной крышки гильзы и буртик дна гильзы имеют по меньшей мере одно отверстие, расположены в кольцевом пространстве и взаимодействуют через зазор с внутренней цилиндрической стенкой корпуса. Верхний канал образован пространством, заключенным между верхней крышкой корпуса и дном гильзы. В дне гильзы выполнено по меньшей мере одно отверстие, соединяющее кольцевое пространство с первой камерой через отверстие в буртике и через верхний канал. Патрубки выполнены в форме цилиндрических труб, центральные оси которых параллельны и расположены на равном расстоянии по обе стороны от вертикальной плоскости, проходящей через центральную ось гильзы. Входной патрубок закреплен с возможностью его демонтажа в верхней крышке корпуса, в дне гильзы и в съемной крышке. Выходное отверстие входного патрубка сообщается с кольцевым пространством через нижний канал и через отверстие в кольцевом выступе съемной крышки. Выходной патрубок закреплен с возможностью его демонтажа в верхней крышке корпуса и присоединен к дну гильзы. Входное отверстие выходного патрубка сообщается со второй камерой, а выходное отверстие - с реципиентом. При этом последовательно расположенные по газовому потоку кольцевое пространство, внутренняя полость первой камеры и внутренняя полость второй камеры заполнены адсорбентами с различной величиной поглотительной способности в отношении компонентов рабочей газовой смеси.

Кроме того, кольцевое пространство может быть заполнено силикагелем, первая камера - цеолитом марки NaX, а вторая камера - цеолитом марки CaA или CaEX.

Предусмотрено, что в кольцевом пространстве могут быть установлены по меньшей мере три горизонтальные кольцевые перегородки, закрепленные на внешней цилиндрической поверхности гильзы, в каждой из которых выполнено отверстие для прохода газа, расположенное со смещением на 120^o относительно отверстия, выполненного в соседней перегородке.

Предусмотрено также, что каждый патрубок может быть снабжен штуцерным соединением для присоединения реципиентов.

Рекомендуется наружную поверхность корпуса снабдить системой охлаждения.

Система охлаждения может состоять из трубчатого змеевика с патрубками подвода и отвода хладагента, при этом поверхность змеевика имеет тепловой контакт с наружной цилиндрической поверхностью корпуса.

Кроме того, в верхнем канале может быть установлен охлаждающий элемент.

Изобретением является также второй вариант устройства адсорбера.

Указанный выше технический результат (повышение эффективности работы адсорбера) достигается тем, что адсорбер, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, верхнюю крышку корпуса и входной и выходной патрубки, согласно изобретению, снабжен цилиндрической гильзой с плоским дном и нижней крышкой корпуса. Гильза установлена коаксиально во внутренней полости корпуса дном вверх с образованием кольцевого пространства, заключенного между цилиндрическими стенками гильзы и корпуса, и верхнего и нижнего каналов для прохода газа. Гильза имеет нижнюю цилиндрическую съемную крышку, присоединенную стыковочной поверхностью к торцевой поверхности гильзы, и перегородку с отверстием в нижней ее части, установленную под острым углом к дну гильзы. Перегородка разделяет внутреннюю полость гильзы на первую и вторую камеры с плавным уменьшением площади поперечного сечения первой камеры сверху вниз, а второй камеры снизу вверх, причем камеры сообщаются посредством отверстия, расположенного в нижней части перегородки. В съемной крышке выполнен кольцевой выступ, а на внешней боковой поверхности дна гильзы - кольцевой буртик прямоугольного профиля. Выступ съемной крышки гильзы и буртик дна гильзы имеют по меньшей мере одно отверстие, расположены в кольцевом пространстве и взаимодействуют через зазор с внутренней цилиндрической стенкой корпуса. Верхний канал образован пространством, заключенным между верхней крышкой корпуса и дном гильзы. В дне гильзы выполнено по меньшей мере одно отверстие, соединяющее кольцевое пространство с первой камерой через отверстие в буртике и через верхний канал. Патрубки выполнены в форме цилиндрических труб, центральные оси которых параллельны. Входной патрубок установлен коаксиально во внутренней полости гильзы и закреплен с возможностью его демонтажа в верхней крышке корпуса, в дне гильзы и в съемной крышке. Выходное отверстие входного патрубка сообщается с кольцевым пространством через нижний канал и через отверстие в кольцевом выступе съемной крышки. Выходной патрубок закреплен с возможностью его демонтажа в верхней крышке корпуса и присоединен к дну гильзы. Входное отверстие выходного патрубка сообщается со второй камерой, а выходное отверстие - с реципиентом. При этом последовательно расположенные по газовому потоку кольцевое пространство, внутренняя полость первой камеры и внутренняя полость второй камеры заполнены адсорбентами с различной величиной поглотительной способности в отношении компонентов рабочей газовой смеси.

Кроме того, кольцевое пространство может быть заполнено силикагелем, первая камера - цеолитом марки NaX, а вторая камера - цеолитом марки CaA или CaEX.

Предусмотрено, что в кольцевом пространстве могут быть установлены по меньшей мере три горизонтальные кольцевые перегородки, закрепленные на внешней цилиндрической поверхности гильзы, в каждой из которых выполнено отверстие для прохода газа, расположенное со смещением на 120^o относительно отверстия, выполненного в соседней перегородке.

Предусмотрено также, что каждый патрубок может быть снабжен штуцерным соединением для присоединения реципиентов.

Рекомендуется наружную поверхность корпуса снабдить системой охлаждения.

Система охлаждения может состоять из трубчатого змеевика с патрубками подвода и отвода хладагента, при этом поверхность змеевика имеет тепловой контакт с наружной цилиндрической поверхностью корпуса.

Кроме того, в верхнем канале может быть установлен охлаждающий элемент.

На фиг. 1 изображен общий вид адсорбера в разрезе с вертикальной перегородкой камер (первый вариант).

На фиг. 2 изображен общий вид адсорбера в разрезе с наклонной перегородкой камер (второй вариант).

Адсорбер содержит вертикальный цилиндрический корпус 1, верхнюю и нижнюю крышки 2, 3 корпуса, входной и выходной патрубки 4, 5 и цилиндрическую гильзу 6 с плоским дном 7, выполненную в форме стакана. Гильза установлена коаксиально во внутренней полости корпуса 1 дном вверх с образованием кольцевого пространства 8, заключенного между цилиндрическими стенками гильзы и корпуса, и верхнего и нижнего каналов 9, 10 для прохода газа. Гильза 6 имеет нижнюю цилиндрическую съемную крышку 11, присоединенную стыковочной поверхностью к торцевой поверхности гильзы, и вертикальную перегородку 12 с отверстием 13 в нижней ее части. Перегородка установлена в плоскости, проходящей через центральную ось гильзы, и разделяет внутреннюю полость гильзы на первую и вторую камеры 14, 15 равного объема. Камеры сообщаются посредством отверстия 13, расположенного в нижней части перегородки. В съемной крышке 11 выполнен кольцевой выступ 16, а на внешней боковой поверхности дна гильзы - кольцевой буртик 17 прямоугольного профиля. Выступ съемной крышки гильзы и буртик дна гильзы имеют по меньшей мере одно отверстие, расположены в кольцевом пространстве 8 и взаимодействуют через зазор с внутренней цилиндрической стенкой корпуса 1. Верхний канал 9 образован пространством, заключенным между верхней крышкой 2 корпуса и дном 7 гильзы 6. В дне гильзы выполнено по меньшей мере одно отверстие 18, соединяющее кольцевое пространство 8 с первой камерой 14 через отверстие в буртике 17 и через верхний канал 9. Патрубки 4, 5 выполнены в форме цилиндрических труб, центральные оси которых параллельны и расположены на равном расстоянии по обе стороны от вертикальной плоскости, проходящей через центральную ось гильзы.

Входной патрубок 4 закреплен с возможностью его демонтажа в верхней крышке 2 корпуса, в дне 7 гильзы 6 и в съемной крышке 11. Выходное отверстие 19 входного патрубка сообщается с кольцевым пространством 8 через нижний канал 10 и через отверстие в кольцевом выступе 16 съемной крышки 11. Выходной патрубок 5 закреплен с возможностью его демонтажа в верхней крышке 2 корпуса и присоединен к дну 7 гильзы. Входное отверстие 20 выходного патрубка 5 сообщается со второй камерой 15, а выходное отверстие - с реципиентом. Последовательно расположенные по газовому потоку кольцевое пространство 8, внутренняя полость первой камеры 14 и внутренняя полость второй камеры 15 заполнены адсорбентами с различной величиной поглотительной способности в отношении компонентов рабочей газовой смеси.

В случае извлечения ксенона из отработанной газонаркотической смеси рекомендуется кольцевое пространство 8 заполнить силикагелем, первую камеру 14 заполнить цеолитом марки NaX, а вторую камеру 15 - цеолитом марки CaA или CaEX.

Для повышения эффективности работы адсорбера в кольцевом пространстве 8 могут быть установлены по меньшей мере три горизонтальные кольцевые перегородки 21, закрепленные на внешней цилиндрической поверхности гильзы 6. В каждой перегородке выполнено отверстие для прохода газа, расположенное со смещением на 120^o относительно отверстия, выполненного в соседней перегородке.

Входной и выходной патрубки 4, 5 могут быть снабжены штуцерным соединением для присоединения реципиентов.

Для увеличения поглотительной способности адсорбера рекомендуется наружную поверхность корпуса снабдить системой охлаждения.

Система охлаждения может состоять из трубчатого змеевика 22 с патрубками подвода и отвода хладагента. При этом поверхность змеевика имеет тепловой контакт с наружной цилиндрической поверхностью корпуса 1.

Кроме того, в верхнем канале 9 может быть установлен охлаждающий элемент.

Конструктивно второй вариант адсорбера отличается от первого тем, что гильза 6 имеет перегородку 12 с отверстием 13 в нижней ее части, которая установлена под острым углом к дну 7 гильзы. Перегородка 12 разделяет внутреннюю полость гильзы на первую и вторую камеры с плавным уменьшением площади поперечного сечения первой камеры 14 сверху вниз, а второй камеры 15 снизу вверх. Входной и выходной патрубки 4, 5 выполнены в форме цилиндрических труб. Входной патрубок 4 установлен коаксиально во внутренней полости гильзы.

Конструктивные особенности второго варианта позволяют равномерно распределить поток газа по поперечному сечению камер и таким образом исключить застойные зоны, что повышает эффективность работы адсорбера.

Адсорбер работает следующим образом. Смесь газов, например, содержащая ксенон, через входной патрубок 4, выходное отверстие 19 патрубка, нижний канал 10 и отверстие в кольцевом выступе 16 съемной крышки 11 поступает в кольцевое пространство 8, заполненное силикагелем, где происходит предварительная осушка газовой смеси. Затем смесь газов направляется через верхний канал 9 и отверстие 18 в дне гильзы в первую камеру 14, заполненную цеолитом марки NaX, в которой производится дополнительная глубокая осушка газовой смеси и очистка ее от двуокиси углерода. Далее смесь газов поступает через отверстие 13 в перегородке 12 во вторую камеру 15, заполненную цеолитом марки CaA или CaEX, в которой происходит поглощение ксенона из газовой смеси. Оставшаяся после поглощения ксенона газовая смесь выходит через выходной патрубок 5. Тепло, выделяющееся в процессе адсорбции, поглощается холодильным агентом, поступающим в змеевик 22, и охлаждающим элементом, установленным в верхнем канале 9. Закончив процесс динамического насыщения адсорбента ксеноном, производится его десорбция с отводом потребителю.

Таким образом, применение в конструкции адсорбера последовательно расположенных по потоку газа и заполненных адсорбентом различного вида трех секций (кольцевого пространства, первой камеры и второй камеры) позволяет обеспечить избирательную поглотительную способность в отношении различных компонентов газовой смеси с высокой эффективностью. Кроме того, использование в конструкции наклонной перегородки и системы охлаждения значительно повышает эффективность процессов адсорбции при отделении газовых примесей от газов.

Настоящее изобретение может найти применение в холодильных машинах, в установках низкотемпературной ректификации воздуха, в установках для получения ксенона из криптоно-ксеноновой смеси методом ректификации или адсорбции, в установках извлечения ксенона из отработанной газонаркотической смеси, а также в системах кондиционирования воздуха на летательных аппаратах.

Адсорбер содержит цилиндрический корпус, входной и выходной патрубки и гильзу, установленную коаксиально во внутренней полости корпуса с образованием кольцевого пространства между цилиндрическими стенками гильзы и корпуса. Гильза снабжена вертикальной перегородкой, разделяющей внутреннюю полость гильзы на две камеры. Использование в конструкции адсорбера последовательно расположенных по потоку газа и заполненных адсорбентом различного вида трех секций (кольцевого пространства, первой камеры и второй камеры) позволяет обеспечить избирательную поглотительную способность в отношении различных компонентов газовой смеси с высокой эффективностью. Выполнение перегородки наклонной позволяет равномерно распределить поток газа по поперечному сечению камер, что повышает эффективность работы адсорбера. Для повышения поглотительной способности применяемых адсорбентов предусмотрена установка системы охлаждения адсорбера. 2 с. и 12 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Адсорбер, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, верхнюю крышку корпуса и входной и выходной патрубки, отличающийся тем, что адсорбер снабжен цилиндрической гильзой с плоским дном и нижней крышкой корпуса, гильза установлена коаксиально во внутренней полости корпуса дном вверх с образованием кольцевого пространства, заключенного между цилиндрическими стенками гильзы и корпуса, и верхнего и нижнего каналов для прохода газа, гильза имеет нижнюю цилиндрическую съемную крышку, присоединенную стыковочной поверхностью к торцевой поверхности гильзы, и вертикальную перегородку с отверстием в нижней ее части, установленную в плоскости, проходящей через центральную ось гильзы, перегородка разделяет внутреннюю полость гильзы на первую и вторую камеры равного объема, камеры сообщаются посредством отверстия, расположенного в нижней части перегородки, в съемной крышке выполнен кольцевой выступ, а на внешней боковой поверхности дна гильзы - кольцевой буртик прямоугольного профиля, выступ съемной крышки гильзы и буртик дна гильзы имеют по меньшей мере одно отверстие, расположены в кольцевом пространстве и взаимодействуют через зазор с внутренней цилиндрической стенкой корпуса, верхний канал образован пространством, заключенным между верхней крышкой корпуса и дном гильзы, в дне гильзы выполнено по меньшей мере одно отверстие, соединяющее кольцевое пространство с первой камерой через отверстие в буртике и через верхний канал, патрубки выполнены в форме цилиндрических труб, центральные оси которых параллельны и расположены на равном расстоянии по обе стороны от вертикальной плоскости, проходящей через центральную ось гильзы, входной патрубок закреплен с возможностью его демонтажа в верхней крышке корпуса, в дне гильзы и в съемной крышке, выходное отверстие входного патрубка сообщается с кольцевым пространством через нижний канал и через отверстие в кольцевом выступе съемной крышки, выходной патрубок закреплен с возможностью его демонтажа в верхней крышке корпуса и присоединен к дну гильзы, входное отверстие выходного патрубка сообщается со второй камерой, а выходное отверстие - с реципиентом, при этом последовательно расположенные по газовому потоку кольцевое пространство, внутренняя полость первой камеры и внутренняя полость второй камеры выполнены адсорбентами с различной величиной поглотительной способности в отношении компонентов рабочей газовой смеси. 2. Адсорбер по п.1, отличающийся тем, что кольцевое пространство заполнено силикагелем, первая камера - цеолитом марки NaX, а вторая камера - цеолитом марки CaA или CAEX. 3. Адсорбер по п.1 или 2, отличающийся тем, что в кольцевом пространстве установлены по меньшей мере три горизонтальные кольцевые перегородки, закрепленные на внешней цилиндрической поверхности гильзы, в каждой из которых выполнено отверстие для прохода газа, расположенное со смещением на 120^o относительно отверстия, выполненного в соседней перегородке. 4. Адсорбер по п.1, или 2, или 3, отличающийся тем, что каждый патрубок снабжен штуцерным соединением для присоединения реципиентов. 5. Адсорбер по п.1, или 2, или 3, или 4, отличающийся тем, что наружная поверхность корпуса снабжена системой охлаждения. 6. Абсорбер по п.5, отличающийся тем, что система охлаждения состоит из трубчатого змеевика с патрубками подвода и отвода хладагента, при этом поверхность змеевика имеет тепловой контакт с наружной цилиндрической поверхностью корпуса. 7. Адсорбер по п.1, или 2, или 3, или 4, или 5, или 6, отличающийся тем, что в верхнем канале установлен охлаждающий элемент. 8. Адсорбер, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, верхнюю крышку корпуса и входной и выходной патрубки, отличающийся тем, что адсорбер снабжен цилиндрической гильзой с плоским дном и нижней крышкой корпуса, гильза установлена коаксиально во внутренней полости корпуса дном вверх с образованием кольцевого пространства, заключенного между цилиндрическими стенками гильзы и корпуса, и верхнего и нижнего каналов для прохода газа, гильза имеет нижнюю цилиндрическую съемную крышку, присоединенную стыковочной поверхностью к торцевой поверхности гильзы, и перегородку с отверстием в нижней ее части, установленную под острым углом к дну гильзы, перегородка разделяет внутреннюю полость гильзы на первую и вторую камеры с плавным уменьшением площади поперечного сечения первой камеры сверху вниз, а второй камеру снизу вверх, причем камеры сообщаются посредством отверстия, расположенного в нижней части перегородки, в съемной крышке выполнен кольцевой выступ, а на внешней боковой поверхности дна гильзы - кольцевой буртик прямоугольного профиля, выступ съемной крышки гильзы и буртик дна гильзы имеют по меньшей мере одно отверстие, расположены в кольцевом пространстве и взаимодействуют через зазор с внутренней цилиндрической стенкой корпуса, верхний канал образован пространством, заключенным между верхней крышкой корпуса и дном гильзы, в дне гильзы выполнено по меньшей мере одно отверстие, соединяющее кольцевое пространство с первой камерой через отверстие в буртике и через верхний канал, патрубки выполнены в форме цилиндрических труб, центральные оси которых параллельны, входной патрубок установлен коаксиально во внутренней полости гильзы и закреплен с возможностью его демонтажа в верхней крышке корпуса, в дне гильзы и в съемной крышке, выходное отверстие входного патрубка сообщается с кольцевым пространством через нижний канал и через отверстие в кольцевом выступе съемной крышки, выходной патрубок закреплен с возможностью его демонтажа в верхней крышке корпуса и присоединен к дну гильзы, входное отверстие выходного патрубка сообщается со второй камерой, а выходное отверстие - с реципиентом, при этом последовательно расположенные по газовому потоку кольцевое пространство, внутренняя полость первой камеры и внутренняя полость второй камеры заполнены адсорбентами с различной величиной поглотительной способности в отношении компонентов рабочей газовой смеси. 9. Адсорбер по п.8, отличающийся тем, что кольцевое пространство заполнено силикагелем, первая камера - цеолитом марки NaX, а вторая камера - цеолитом марки CaA или CaEX. 10. Адсорбер по п.8 или 9, отличающийся тем, что в кольцевом пространстве установлены по меньшей мере три горизонтальные кольцевые перегородки, закрепленные на внешней цилиндрической поверхности гильзы, в каждой из которых выполнено отверстие для прохода газа, расположенное со смещением на 120^o относительно отверстия, выполненного в соседней перегородке. 11. Адсорбер по п.8, или 9, или 10, отличающийся тем, что каждый патрубок снабжен штуцерным соединением для присоединения реципиентов. 12. Адсорбер по п.8, или 9, или 10, или 11, отличающийся тем, что наружная поверхность корпуса снабжена системой охлаждения. 13. Адсорбер по п.12, отличающийся тем, что система охлаждения состоит из трубчатого змеевика с патрубками подвода и отвода хладагента, при этом поверхность змеевика имеет тепловой контакт с наружной цилиндрической поверхностью корпуса. 14. Адсорбер по п.8, или 9, или 10, или 11, или 12, или 13, отличающийся тем, что в верхнем канале установлен охлаждающий элемент.