ТРУБЧАТЫЙ СЕПАРАТОР АЭРОЗОЛЯ Российский патент 2002 года по МПК B01D45/00 

Изобретение относится к устройствам для очистки газовых сред от аэрозоля туманов, конденсационные частицы которого в основном не превышают 1 мкм, но может быть использовано и при улавливании более крупных частиц. Изобретение можно применять при очистке технологических и вентиляционных выбросов.

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, дороги 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 ч. 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 N 1212516, B 01 D 47/10, 1984, Б. И. N 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 сепарации за счет свойств турбулентной коагуляции, а также снижение габаритных размеров очистного устройства. Указанная цель достигается путем использования следующих принципов при создании трубчатого сепаратора аэрозоля. Многочисленные теоретические и опытные исследования подтверждают высокую эффективность осаждения частиц аэрозоля на стенках одиночной круглой трубы и в каналах иного профиля в широком диапазоне чисел Рейнольдса, которое является главным параметром, определяющим эффективность сепарации. В наших опытах при осаждении субмикронных частиц пластификатора (диоктилфталат, диоктилсебаценат и др. ) в прямоточной и изогнутой трубке диаметром с 1 вн = 8 мм и длине L= 2000 мм при Re = 10000 эффективность осаждения достигается 97% при более высоких числах Re и L значение может приблизится к 100%. Здесь определяющим фактором становится экономическая целесообразность.

При создании аппаратов для сепарации аэрозоля высокий эффект их осаждения, характерный для одиночной трубки (канала), становится необходимым реализовать через компоновку пучка труб, вмонтированных в трубные решетки.

При развальцовке трубок в решетке, даже с минимальным шагом S= 1,5, объем трубного пространства увеличивается в 2,5 раза по отношению к объему самих трубок.

От трубных решеток можно отказаться (там, где это возможно) и скомпоновать пучок так, как это сделано, например, в конструкции трубы Вентури (см. прототип АС N 1212516). При таком решении поток аэрозоля при входе в пучок разделяется на два независимых канала внутри трубок и межтрубном пространстве, которое представляет собой серию самостоятельных каналов, каждый с эквивалентным диаметром d_э в три раза меньше внутреннего диаметра трубки. В силу этого аэродинамическое сопротивление межтрубных каналов будет выше, чем внутри трубок и, следовательно, скорость потока и число Re в них снизится, что повлечет за собой снижение эффективности осаждения частиц аэрозоля на наружных стенках трубок. Поскольку суммарная площадь каналов межтрубного пространства составляет около 30% от всей площади пучка трубок, влияние этого снижения эффективности сепарации в них отразится на эффективности работы всего устройства, поскольку после осадительного пучка смешиваются две среды с различной степенью очистки высокой - из трубок и низкой - из каналов межтрубного пространства. Этот фактор можно устранить, уравняв гидравлическое сопротивление и, следовательно, величину числа Рейнольдса в смежных каналах, и тем самым повысить эффективность сепарационного устройства. Дополнительное выравнивающее сопротивление проще всего вводится уменьшением живого сечения внутреннего диаметра трубки путем сжатия ее стенок. Место поджатия по длине трубки произвольно, исходя из конструктивно-технологического удобства. В нашем случае уменьшение сечения трубок (поджатие) показано на выходе потока, что объясняется удобством выполнения поджатия. Размер поджатия δ величина расчетная. Как показали расчеты, наиболее рационально трубки компоновать в пучок в непараллельной схеме в прямоугольном корпусе с соответствующими сторонами a/b= 1/3, исходя из условия наиболее оптимальной величины гидравлического диаметра каналов, отводящих очищенную среду.

С целью защиты капель коагулянта от уноса в ядре начального участка турбулентной струи, которую формирует выходящий из пучка осадительных трубок газ, установлены сетки, размер которых определяется углом 2β = 40^o, при таком размере скорость удаляемого газа снижается в 5 раз. Одновременно сетки способствуют укрупнению капель коагулянта. Движение очищенного газа после сеток через конфузор способствует поджатию в ней пограничного слоя, в связи с чем значение критического числа Рейнольдса всегда выше, чем в трубках. Ввиду увеличения скорости и стягивания линий тока газа взвешенные частицы несколько отстают от несущего газа, а также отклоняются от его линий тока в сторону стенок, на которых они оседают и стекают вниз.

Угол раскрытия конфузора 2α = 15^o выбран, исходя из условий минимального значения коэффициента местного сопротивления.

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 существенное отличие в виде дополнений, внесенных в конструкцию устройства: прямоугольный корпус, осадительные трубки с обжимом стенок, сетка-укрупнитель капель, конфузор-стабилизатор поля скоростей.

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 сечение трубчатого сепаратора аэрозоля и его элемента.

Устройство для очистки газовых сред от частиц жидкого аэрозоля содержит корпус 1, в верхней части которого располагается патрубок для подвода очищаемого газа 2, осадительную трубку с поджатой стенкой 3, патрубок-конфузор 4 для вывода очищенного газа, сетку-укрупнитель капель 5 и бункер сбора и отвода коагулянта 6.

Газ, подлежащий очистке, поступает в аппарат через патрубок 2, затем в осадительную трубку 3 с поджатым на выходе концом, фильтруется через сетки 5 и в очищенном виде удаляется через конфузор 4, а коагулянт выпадает на днище бункера 7.

В опытах по сепарации высокодисперсного аэрозоля пластификатора получен эффект осаждения частиц η = 97%, что позволяет предположить о более высокой эффективности предлагаемого устройства при меньшей степени дисперсности.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ:
1. Ужов В. Н. , Мягков Б. И. "Очистка промышленных газов фильтрами". Москва: Химия, 1970, с. 107-122.

2. Внутренние санитарно-технические устройства. В 3 ч. Ч. 3. Вентиляция и кондиционирование воздуха. Кн. 2 (Баркалов Б. В. и др. Москва: Стройиздат, 1992), с. 378.

3. А. С. СССР N 1212516, B 01 D 47/10, 1984, Б. И. N 7 от 23.02.86.

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 для очистки газовых сред от частиц жидкого аэрозоля содержит корпус, в верхней части которого располагается патрубок для подвода очищаемого газа, осадительные трубки с поджатой стенкой, патрубок-конфузор для вывода очищенного газа, сетка-укрупнитель капель и бункер сбора и отвода коагулянта. В устройстве обеспечиваются повышение эффективности сепарации за счет свойств турбулентной коагуляции, а также снижение габаритных размеров. 5 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. Трубчатый сепаратор аэрозоля, содержащий корпус с патрубками для ввода аэрозоля и удаления очищенного газа, осадительные элементы в виде тонких металлических трубок и бункер сбора коагулята, отличающийся тем, что осадительные трубки имеют участок с уменьшенным живым сечением, выполненным путем сжатия их стенок. 2. Сепаратор по п. 1, отличающийся тем, что в бункере сбора коагулята установлен сетчатый укрупнитель капель. 3. Сепаратор по п. 1, отличающийся тем, что корпус выполнен прямоугольным в плане в соотношении сторон а/b= 1/3. 4. Сепаратор по п. 1, отличающийся тем, что осадительные трубки скомпонованы без трубных решеток. 5. Сепаратор по п. 1, отличающийся тем, что плоскости сеток укрупнителя капель сопряжены под углом 2β= 40^o. 6. Сепаратор по п. 1, отличающийся тем, что удаление очищенного газа осуществляется через конфузоры с углом конусности 2α= 15^o.