СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА Российский патент 2009 года по МПК B01D47/05 

Изобретение относится к процессам пылеулавливания и может быть использовано в любой отрасли народного хозяйства, где требуется улавливание высокодисперсных аэрозолей из воздушного протока, в частности в пищевой промышленности.

Известен способ улавливания высокодисперсных аэрозолей путем насыщения запыленного воздушного потока водяными парами с последующим конденсационным укрупнением и улавливанием аэрозольных частиц из паровоздушного потока (SU 1607899 А1, МПК B01D 47/05, 23.11.90).

Основным недостатком известного способа является то, что поток газа встречает на своем пути значительное гидравлическое сопротивление, возникающее в узких каналах насадки, что приводит к значительным потерям энергии.

Технической задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков и создание способа очистки воздуха, применение которого позволит обеспечить более полное эффективное отделение конденсата и механических примесей от потока газа, подвергаемого очистке.

Решение поставленной задачи достигается за счет того, что в предложенном способе очистки воздуха, заключающемся в охлаждении и пересыщении очищаемого потока водяными парами при пропускании его через увлажнитель и разнотемпературную конденсационную камеру с газовым трактом преимущественно прямоугольного сечения, противоположные соседние стенки которого имеют разную температуру, с последующим отделением из потока твердой и конденсированной фаз, согласно изобретению разность температур между входной горячей и выходной холодной частями каждой стенки обеспечивают в пределах 20-35°С, между соседними противоположными стенками тракта - в диапазоне 35-55°С, время пребывания частиц в тракте разнотемпературной конденсационной камеры выбирают в пределах 0,3-0,6 с, при этом поток в конденсационной камере дополнительно расширяют и охлаждают с уменьшением его скорости, пропуская через газовый тракт, выполненный в форме диффузора, меньшее проходное сечение которого расположено во входной части, а большее - в выходной, а после разнотемпературной конденсационной камеры очищаемый поток воздуха дополнительно пропускают через влагоотделитель.

Интервал температур между входной и выходной частями каждой стенки обеспечивают в пределах 20-35°С, исходя из того что при дальнейшем его уменьшении происходит уменьшение зоны устойчивого пересыщения воздуха в разнотемпературном канале и ухудшаются условия влагоотделения, а при дальнейшем увеличении происходит значительный рост затрат энергии для осушки.

Интервал температур между соседними противоположными стенками тракта обеспечивают в диапазоне 35-55°С, исходя из того что при дальнейшем его изменении в любую сторону происходит резкое ухудшение условий влагоотделения и очистки.

Время пребывания выбирают в пределах 0,3-0,6 с, исходя из того что при его дальнейшем уменьшении не успевает произойти конденсационный рост частиц, а дальнейший рост ведет к увеличению времени очистки, не оказывающего значительного влияния на качество.

В ряде случаев газовый тракт разнотемпературной конденсационной камеры выполняют с возможностью изменения входных и выходных сечений диффузора.

В предложенном способе очистки воздуха газовый тракт разнотемпературной конденсационной камеры выполняют в форме диффузора, который образован диагональным расположением противоположных соседних стенок, имеющих разную температуру.

В этом случае скорость потока падает и уменьшается его температура за счет эффекта Джоуля-Томпсона.

По мере прохождения в канале пересыщенной парогазовой смеси происходит конденсация паров жидкости на аэрозольных частицах, как на ядрах конденсации, и образовавшиеся капли выделяются из парогазовой смеси под действием диффузионных и термодиффузионных сил.

При движении парогазовой смеси вдоль холодной поверхности давление паров жидкости над ней получается значительно меньше, чем в центральной части потока. Вследствие этого в смеси возникает диффузионный поток пара, который воздействует на находящиеся в смеси аэрозольные частицы и капли.

В результате этого воздействия частицы и капли движутся в сторону охлаждаемой поверхности. Конденсация пара на холодной поверхности сопровождается уменьшением объема, что приводит к общему течению парогазовой смеси к этой поверхности. Возникающий при этом конвективный поток, называемый стефановским течением, усиливает диффузионный поток и всегда направлен в сторону уменьшения объема, т.е. к холодной поверхности.

С другой стороны, при движении потока между разнотемпературными поверхностями в парогазовой смеси возникает температурный градиент, обуславливающий появление термодиффузионных сил, под действием которых частицы и капли тоже движутся к холодной поверхности и осаждаются на ней.

Непрерывность конденсации и укрупнения частиц при движении вдоль канала поддерживается вследствие высокой степени пересыщения, которая возникает в результате увеличения парциального давления у обогреваемой поверхности и снижения его у охлаждаемой. Причем величина пересыщения растет от обогреваемой поверхности к охлаждаемой.

В канале, постепенно расширяющемся от входа к выходу газа, процесс конденсации на частицах идет более интенсивно за счет снижения скорости парогазового потока, которое приводит к увеличению парциального статического давления паров жидкости, т.е. к увеличению степени пересыщения и более высокому выходу конденсата, осаждающегося в виде капель на холодной стенке и образующего на ней пленку жидкости.

Указанные существенные признаки в совокупности, характеризующей сущность заявляемого технического решения, не известны в настоящее время для устройств очистки воздуха от посторонних примесей. Аналог, характеризующийся идентичностью всем существенным признакам заявляемого изобретения, в ходе исследований не обнаружен, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «Новизна».

Существенные признаки заявляемого изобретения не могут быть представлены как комбинация, выявленная из известных решений с реализацией в виде отличительных признаков для достижения технического результата, из чего следует вывод о соответствии критерию «Изобретательский уровень».

В связи с тем, что описанное техническое решение предназначено для использования в рамках реальной системы очистки воздуха, изготовлено заявителем и прошло испытания с достижением заявляемого технического результата, предлагаемое изобретение соответствует критерию «Промышленная применимость».

Сущность изобретения иллюстрируется чертежом, где показана принципиальная схема установки для очистки воздуха.

Установка для очистки воздуха содержит увлажнитель всасываемого воздуха 1, компрессор 2, увлажнитель сжатого воздуха 3, подогреватель 4, разнотемпературную конденсационную камеру 5 с газовым трактом 6 преимущественно прямоугольного сечения, соединенные последовательно между собой. Тракт образован стенками 7.

Выходная часть газового тракта 6 разнотемпературной конденсационной камеры соединена с влагоотделителем 8.

Указанный способ реализуется следующим образом.

Очищаемый воздух предварительно увлажняется в увлажнителе 1 и поступает в компрессор 2, где происходит его сжатие до заданных параметров.

Из компрессора 2 сжатый очищаемый воздух подается в увлажнитель сжатого воздуха 3 и далее в подогреватель 4, где ему придается требуемая влажность и температура.

Далее сжатый воздух, вырабатываемый компрессором 2, прошедший через увлажнитель сжатого воздуха 3 и подогреватель 4, подается в разнотемпературную камеру 5, в которой происходит конденсация водяных паров на ядрах конденсации, например механических примесях, газовых ионах и на поверхности самопроизвольно образующихся зародышей и их рост до размеров капель.

В канале, постепенно расширяющемся от входа к выходу газа, процесс конденсации на частицах идет более интенсивно за счет снижения скорости парогазового потока, которое приводит к увеличению парциального статического давления паров жидкости, т.е. к увеличению степени пересыщения и, соответственно, более высокому выходу конденсата, осаждающегося в виде капель на холодной стенке и образующего на ней пленку жидкости.

Одна часть конденсата улавливается в камере 5, а другая, оставшаяся, в расположенном за ней влагоотделителе 8. Комплект, состоящий из увлажнителей и подогревателя, позволяет изменять влажность и температуру воздушного потока в широком диапазоне.

Проведенные авторами экспериментальные и аналитические исследования предложенного устройства на влажном воздухе, имеющем следующие параметры: давление на входе 1-3 атм, температура 20-40°С, относительная влажность 90-95%, загрязненность (влагосодержание) 9-18 г/кг, максимальный размер осаждаемых частиц 6·10^-6, подтвердили правильность заложенных конструкторско-технологических решений.

Использование предложенного технического решения позволит обеспечить более полное отделение конденсата и механических примесей от потока газа, подвергаемого очистке, при меньших затратах энергии.

Изобретение относится к процессам пылеулавливания и может быть использовано в любой отрасли народного хозяйства, где требуется улавливание высокодисперсных аэрозолей из воздушного протока, в частности в пищевой промышленности. Способ очистки воздуха заключается в охлаждении и пересыщении очищаемого потока водяными парами при пропускании его через увлажнитель и разнотемпературную конденсационную камеру с газовым трактом прямоугольного сечения с последующим отделением из потока твердой и конденсированной фаз во влагоотделителе. Поток в конденсационной камере дополнительно расширяют и охлаждают с уменьшением его скорости за счет того, что газовый тракт выполнен в форме диффузора, меньшее проходное сечение которого расположено во входной части, а большее - в выходной. Разность температур между входной горячей и выходной холодной частями каждой стенки газового тракта обеспечивают в пределах 20-35°С. Разность температур между соседними противоположными стенками тракта обеспечивают в диапазоне 35-55°С. Время пребывания частиц в тракте разнотемпературной конденсационной камеры выбирают в пределах 0,3-0,6 с. Результат изобретения: полное эффективное отделение конденсата и механических примесей от потока загрязненного газа. 1 ил.

Способ очистки воздуха, заключающийся в охлаждении и пересыщении очищаемого потока водяными парами при пропускании его через увлажнитель и разнотемпературную конденсационную камеру с газовым трактом преимущественно прямоугольного сечения, противоположные соседние стенки которого имеют разную температуру, с последующим отделением из потока твердой и конденсированной фаз, отличающийся тем, что разность температур между входной горячей и выходной холодной частями каждой стенки обеспечивают в пределах 20-35°С, между соседними противоположными стенками тракта - в диапазоне 35-55°С, время пребывания частиц в тракте разнотемпературной конденсационной камеры выбирают в пределах 0,3-0,6 с, при этом поток в конденсационной камере дополнительно расширяют и охлаждают с уменьшением его скорости, пропуская через газовый тракт, выполненный в форме диффузора, меньшее проходное сечение которого расположено во входной части, а большее - в выходной, а после разнотемпературной конденсационной камеры очищаемый поток воздуха дополнительно пропускают через влагоотделитель.