СОТОВЫЙ ПЕННЫЙ АППАРАТ Российский патент 2001 года по МПК B01D47/04 

Изобретение относится преимущественно к теплоэнергетике и химической промышленности, а также к санитарной технике, коммунальному хозяйству и может быть использовано для проведения процессов газоочистки, тепло- и массообмена при протекании эндо- и экзотермических реакций с участием жидких и газообразных веществ в любой отрасли народного хозяйства, например, для контактного и контактно-поверхностного нагрева воды продуктами сгорания природного газа, жидкого и твердого топлив, а также для нейтрализации щелочных сточных вод двуокисью углерода дымового газа или для охлаждения и конденсации паров в процессах химической технологии, машиностроительной индустрии, сталелитейной и автомобильной промышленности при решении проблем экологии в вопросах защиты воздушного, водного бассейнов и почвы от газообразных и механических загрязнений путем обработки жидкости и очистки газов, или для кондиционирования воздуха, практически без ограничения величины расхода газа и жидкости в одном аппарате и независимо от разновидности технологических процессов.

Известны пенные аппараты, предназначенные для проведения газоочистки, а также тепло- и массообменных процессов при протекании эндо- и экзотермических реакций с участием жидких и газообразных веществ. Такие аппараты имеют корпус, патрубок с оросительным устройством для подвода и распыления жидкости, патрубок для отвода жидкости /пульпы/, газоотводящий и газоподводящий патрубки, решетку, на которой образуется пенный слой, бункер /ТАРАТ Э. Я. и др. Пенный режим и пенные аппараты. Л.: "Химия", 1977, 304 с. Рис. 9/. Решеткой в таком аппарате служит перфорированный лист с равномерно расположенными отверстиями круглой /диаметр 8-10 мм/, щелевидной или любой другой формы. Изготовление решетки требует высокого профессионализма исполнителей и является энергоемким процессом. В аппарате с такой решеткой размер его диаметра или большей стороны, определяется возможностью равномерного распределения газа и не превышает обычно 400-500 мм. Гидравлический режим такого аппарата наименее устойчив, так как в нем отсутствует переливное устройство. При обработке, особенно сточных вод, отверстия в решетке имеют тенденцию к забиванию и зарастанию, что значительно снижает эффективность работы такого аппарата и в конечном счете может привести к полной его остановке. В аппарате при скоростях газа более 2 м/с возникает волновой режим /раскачивание пенного слоя/, что приводит к ухудшению структуры пены и снижает эффективность его работы.

Наиболее близким по технической сущности является пенный газоочиститель со стабилизатором пенного слоя ПГПС-ЛТИ-И /ТАРАТ Э.Я. и др. Пенный режим и пенные аппараты. Л.: "Химия", 1977, 304 с. Рис. VI/1/. Такой аппарат имеет корпус, противоточную провальную или трубчатую решетку, стабилизатор пены, орошающее устройство, сепаратор, патрубок для отвода жидкости /пульпы/, газоотводящий, газоповодящий патрубки и бункер. Однако в таком аппарате гидравлический режим остается нестабильным, высота пены находится в пределах 100-120 мм, а максимальный диаметр равен 1520 мм, что не решает всех проблем.

Задачей изобретения является создание сотового пенного аппарата, обеспечивающего получение технического результата, состоящего в повышении эффективности работы аппарата и в расширении границ его использования.

Этот технический результат в сотовом пенном аппарате, содержащем корпус, реакционную камеру аппарата, трубу для подвода жидкости, сепаратор, патрубок для подвода газа, газоотводящий патрубок, решетку, переливное устройство, поддон, газоподводящий патрубок, газораспределительную камеру, сотовую решетку, соты, поперечные и продольные пластины, реакционное пространство соты, поверхностный теплообменник, трубы главных коллекторов для подачи холодной и отвода горячей воды, подающие и отводящие коллекторы, трубные змеевики, отверстия для перетока жидкости, диффузор, стабилизатор газового потока и подъемно-опускной механизм, достигается тем, что решеткой служит горизонтально расположенный перфорированный лист с равномерно размещенными отверстиями круглой или иной другой формы, к которым сверху герметически плотно подсоединяют газоподводящие патрубки аналогичной в плане формы и заданной высоты, что позволяет на решетке образовать поддон, под которым размещают газораспределительную камеру, а над поддоном располагают реакционную камеру аппарата, в которую совместно помещают поверхностный теплообменник и сотовую решетку таким образом, что в каждой ее соте по центру размещен газоподводящий патрубок, высота которого равна глубине поддона, а нижнюю часть пластин сотовой решетки погружают /не на всю глубину/ под уровень жидкости в поддоне, где в пространстве под нижними кромками поперечных и продольных пластин оставляют отверстия для перетока жидкости, а над реакционной камерой аппарата устанавливают диффузор, в котором по центру размещен подвижный стабилизатор газового потока, управляемый подъемно-опускным механизмом.

Поддон, размещенный на решетке, позволяет через отверстия для перетока жидкости обеспечить равномерный выпуск воды /пульпы/ из аппарата через переливное устройство, что дает возможность каждой отдельно взятой соте работать самостоятельно и равномерно со всеми другими сотами аппарата, так как переливное устройство осуществляет так же плавное регулирование и стабильно поддерживает в аппарате заданную высоту пенного слоя в диапазоне от 80-100 мм до 3-4 метров и обеспечивает устойчивость аэрогидродинамического режима, что увеличивает эффективность работы каждой отдельно взятой соты и аппарата в целом и позволяет практически не ограничивать в нем количество сот, а их расчетное число в сочетании с их размерами и высотой пены может быть ограничено либо достаточностью обеспечения оптимальных условий проведения заданного технологического процесса, либо мощностью тягодутьевого оборудования, что увеличивает эффективность работы аппарата и расширяет границы его использования.

В сотовом пенном аппарате газовый поток через газораспределительную камеру и газоподводящие патрубки равномерно снизу воздействует на пенный слой в реакционном пространстве каждой соты, независимо от их высоты и размеров поперечного сечения в плане во всем аппарате в целом, за счет плавного регулирования аэродинамических показателей путем постепенного вертикального подъема или опускания в диффузоре по центру подвижного стабилизатора газового потока подъемно-опускным механизмом, что повышает эффективность работы сотового пенного аппарата и расширяет границы его использования.

В сотовом пенном аппарате поверхностный теплообменник представляет собой трубную конструкцию, которая по своим размерам и конфигурации идентична сотовой решетке, а его трубопроводы, активно участвующие в процессе теплообмена, плотно вмонтированы в плоскости продольных и поперечных пластин, что обеспечивает в аппарате противоток между газом и жидкостью, обусловливая тем самым увеличение эффективности работы сотового пенного аппарата и его компактность.

В сотовом пенном аппарате сотовая решетка частично погружена /ниже зеркала жидкости/ в поддон, что обусловливает возможность изменения величины соотношений глубины погружения пластин сотовой решетки под уровень жидкости в поддоне к полной глубине поддона в диапазоне от 0,001 до 0,95 и позволяет при этом образовать гидрозатвор по всему периметру сот в аппарате, что препятствует неорганизованному перетоку /прорыву/ газа между сотами, увеличивая тем самым эффективность работы аппарата и расширяя границы его использования.

Возможность изменения величины соотношений между площадью поперечного сечения газоподводящего патрубка к площади поперечного сечения реакционного пространства соты, в диапазоне от 0,2 до 0,9, расширяет границы использования сотового пенного аппарата.

Область эффективной работы сотового пенного аппарата обусловливает равная ширина поперечных и продольных пластин в диапазоне от 0,03 до 3,0 м, что расширяет границы его использования.

Область эффективной работы сотового пенного аппарата обусловливает величина отношений части высоты пластин соты, равной расстоянию от плоскости поперечного сечения выходного отверстия газоподводящего патрубка до верха пластин к высоте пенного слоя в соте, в диапазоне от 1,0 до 2,0.

На фиг. 1 выполнен продольный разрез сотового пенного аппарата; на фиг. 2 представлен разрез сотового пенного аппарата по сечению А-А; на фиг. 3 представлен в аксонометрии общий вид сотовой решетки; на фиг. 4 представлен в аксонометрии общий вид поверхностного теплообменника и на фиг. 5 представлена в аксонометрии центральная сота сотовой решетки с вмонтированными в ее плоскости трубами поверхностного теплообменника.

Сотовый пенный аппарат содержит корпус 1, реакционную камеру аппарата 2, трубу для подвода жидкости 3, сепаратор 4, патрубок для подвода газа 5, газоотводящий патрубок 6, решетку 7, переливное устройство 8, поддон 9, газоотводящий патрубок 10, газораспределительную камеру 11, сотовую решетку 12, соты 13, поперечные пластины 14, продольные пластины 15, реакционное пространство соты 16, поверхностный теплообменник 17, трубу главного коллектора для подачи холодной воды 18, трубу главного коллектора для отвода горячей воды 19, подающие вспомогательные коллекторы 20, отводящие вспомогательные коллекторы 21, трубные змеевики 22, отверстия для перетока жидкости 23, диффузор 24, стабилизатор газового потока 25, и подъемно-опускной механизм 26.

В сотовом пенном аппарате поток газа со скоростью до 22 м/с поступает по патрубку для подвода газа 5 в газораспределительную камеру 11, откуда по газоподводящим патрубкам 10 поступает в реакционное пространство сот 16, куда одновременно через трубу 3 поступает жидкость. В реакционном пространстве сот 16 жидкость перемешивается с газом - таким образом образуется слой газожидкостной эмульсии /пена/. Подвижная газожидкостная эмульсия может заполнить все реакционное пространство сот 16, так как высота и структура пены в основном зависят от величины скорости газа и высоты подтопления газоподводящего патрубка 10 и может достигать нескольких метров. По мере поступательного движения газожидкостной эмульсии вверх происходит постепенное разрешение пены. Жидкость отбрасывается к стенкам корпуса 1 и к стенкам сот 13 и под действием тяжести стекает вниз в поддон 9, где, перемещаясь в горизонтальной плоскости через отверстия для перетока жидкости 23, направляется к переливному устройству 8. Обработанный в аппарате газ освобождается от захваченных капель жидкости в сепараторе 4 и его отводят наружу по газоотводящему патрубку 6. Переливное устройство 8 в аппарате позволяет регулировать и поддерживать заданную высоту подтопления всех газоводводящих патрубков 10 одновременно. Отведение жидкости в целом из поддона 9 происходит путем перетока по решетке равномерно с каждого отдельного участка поддона 9, который ограничен периметром соты 13, через отверстия для перетока жидкости 23. Таким образом, в аппарате, вся жидкость из поддона 9 поступает в переливное устройство 8, которое имеет гидрозатвор, препятствующий прохождению газа наружу.

Для обеспечения равномерной работы всех сот 13 аппарата в целом, предусмотрен стабилизатор газового потока 25, который расположен по центру диффузора 24 и с помощью подъемно-опускного механизма 26 способен передвигаться вертикально /вверх-вниз/, а следовательно, регулировать аэродинамические показатели газового потока и равномерно воздействовать на высоту и структурообразование пенного слоя в аппарате.

Для нагрева воды, в аппарате, в объеме реакционной камеры аппарата 2, размещают поверхностный теплообменник 17, который представляет собой трубную конструкцию, идентичную по своим размерам и конфигурации сотовой решетке 12. В поверхностный теплообменник 17 холодная вода из водопровода по трубе главного коллектора 18 поступает в подающие вспомогательные коллекторы 20, из которых перетекает в трубные змеевики 22, где активно нагревается при противотоке в пенном слое. Нагретая вода поступает далее в отводящие вспомогательные коллекторы 21, из которых она попадает в трубу главного коллектора для отвода горячей воды 19 и направляется к потребителю.

Корпус сотового пенного аппарата имеет квадратную или круглую форму и может быть изготовлен из пластмасс, стекла, металла, керамики, асбестоцемента, бетона и железобетона. Пластины аппарата могут быть изготовлены из стекла, металла, алюминия и его сплавов. Трубы поверхностного теплообменника изготавливают из нержавеющей стали, а трубные змеевики выполняют из гладких медных или нержавеющих труб, или из стекла, или из латуни, или из алюминия и его сплавов.

Общая характеристика сотового пенного аппарата приведена в таблице 1 по показателям проекта горячего водоснабжения для хозяйственно-бытовых нужд, выполненного на базе котла КВ-Г-2,5-95 водогрейной установки УВТ-5Г, выпускаемой ОАО ТКЗ "КРАСНЫЙ КОТЕЛЬЩИК" в г. Таганроге.

Сотовый пенный аппарат компактен за счет высокой интенсивности проведения заданного процесса. Так например, аппарат надежно работает при плотности орошения до 300 м³/м²·ч в процессе нейтрализации щелочных сточных вод двуокисью углерода дымового газа. При газоочистке и охлаждении дымового газа сотовый пенный аппарат способен работать без внешней системы орошения /с самоорошением/. В аппарате отсутствуют движущие части и элементы, а так же полностью исключен провал жидкости в решетке, что обеспечивает высокую надежность и эффективность его работы при наличии загрязнений в газе и жидкости одновременно. При этом особенно следует отметить сравнительно низкую относительную энергоемкость и малые габариты аппарата.

Изобретение относится к теплоэнергетике и химической промышленности и может быть использовано для проведения процессов газоочистки, тепло- и массообмена при протекании эндо- и экзотермических реакций с участием жидких и газообразных сред в любой отрасли народного хозяйства. Сотовый пенный аппарат способен надежно работать при высоте пенного слоя в диапазоне от 80 - 100 мм до 3 - 4 м и более, размер которой может быть ограничен либо достаточностью обеспечения оптимальных условий проведения заданного процесса, либо мощностью тягодутьевого оборудования. Сотовый пенный аппарат содержит корпус, реакционную камеру, сепаратор, решетку, переливное устройство, поддон, газоподводящие патрубки, сотовую решетку, теплообменник. Решеткой служит горизонтально расположенный перфорированный лист с равномерно размещенными отверстиями круглой или иной другой формы, к которым сверху герметически плотно подсоединяют газоподводящие патрубки аналогичной в плане формы и заданной высоты. В каждой соте сотовой решетки по центру размещен газоотводящий патрубок, высота которого равна глубине поддона, а нижняя часть пластин сотовой решетки погружена под уровень жидкости в поддоне. Над реакционной камерой аппарата установлен диффузор, в котором по центру размещен подвижный стабилизатор газового потока, управляемый подъемно-спусковым механизмом. 6 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл.

1. Сотовый пенный аппарат, содержащий корпус, реакционную камеру аппарата, трубу для подвода жидкости, сепаратор, патрубок для подвода газа, газоотводящий патрубок, решетку, переливное устройство, поддон, газоподводящие патрубки, газораспределительную камеру, сотовую решетку, соты, поперечные и продольные пластины, реакционное пространство сот, поверхностный теплообменник, трубы главных коллекторов для подачи холодной и отвода горячей воды, подающие и отводящие вспомогательные коллекторы, трубные змеевики, отверстия для перетока жидкости, диффузор, стабилизатор газового потока и подъемно-опускной механизм, отличающийся тем, что решетка выполнена в виде горизонтально расположенного перфорированного листа с равномерно размещенными отверстиями круглой или иной другой формы, к которым сверху герметически плотно подсоединены газоподводящие патрубки аналогичной в плане формы и заданной высоты, образующие на решетке поддон, под которым размещена газораспределительная камера, а над поддоном расположена реакционная камера аппарата, в которой размещены поверхностный теплообменник и сотовая решетка таким образом, что в каждой ее соте по центру размещен газоотводящий патрубок, высота которого равна глубине поддона, а нижняя часть пластин сотовой решетки погружена не на всю глубину под уровень жидкости в поддоне, где в пространстве под поперечными и продольными пластинами расположены отверстия для перетока жидкости, а над реакционной камерой аппарата установлен диффузор, в котором по центру размещен подвижный стабилизатор газового потока, управляемый подъемно-опускным механизмом. 2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что сотовая решетка частично погружена ниже зеркала жидкости в поддон, что обуславливает возможность изменения величины соотношений глубины погружения пластин сотовой решетки под уровень жидкости в поддоне к полной глубине поддона в диапазоне от 0,001 до 0,95 и образует при этом гидрозатвор по всему периметру сот в аппарате. 3. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что стабилизатор газового потока установлен с возможностью постепенного вертикального подъема или опускания в диффузоре по центру подъемно-опускным механизмом. 4. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что поверхностный теплообменник представляет собой трубную конструкцию, которая по своим размерам и конфигурации идентична сотовой решетке, а его трубопроводы и трубные змеевики, активно участвующие в процессе теплообмена, плотно вмонтированы в плоскости продольных и поперечных пластин. 5. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что величина отношений между площадью поперечного сечения газоподводящего патрубка и площадью поперечного сечения реакционного пространства соты находится в диапазоне от 0,2 до 0,9. 6. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что поперечные и продольные пластины имеют равную ширину в диапазоне от 0,03 до 3 м. 7. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что величина отношений части высоты пластин соты, равной расстоянию от плоскости поперечного сечения выходного отверстия газоподводящего патрубка до верха пластин к высоте пенного слоя в соте, находится в диапазоне от 1,0 до 2,0.