УЛАВЛИВАТЕЛЬ Российский патент 2017 года по МПК B01D47/06 B01D47/02 B01D53/72 

Изобретение относится к устройствам мокрой очистки загрязненного воздуха от токсичных газов. Оно может быть использовано для очистки воздуха от вредных выбросов при производстве, изготовлении и переработке сыпучих материалов, в частности для очистки от фенола воздуха при производстве, упаковке и переработке фенолсодержащих полимеров.

Известно устройство-пылеуловитель для мокрой очистки воздуха (а.с. №1386252, МПК B01D 47/06, от 14.04.86 г.), содержащий корпус с патрубками ввода и вывода воздуха, патрубками слива жидкости. При этом внутри корпуса размешена перегородка, разделяющая его на камеру запыленного воздуха, в которой размещены форсунки для распыла жидкости, и камеру очищенного воздуха, в которой также размещены форсунки и каплеуловитель. Форсунки установлены с перекрытием факелом распыла жидкости всего сечения камер над контактными элементами и ориентированы к ним, в качестве контактных элементов использованы жалюзи первой и второй системы очистки.

Устройство не обеспечивает в полной мере улавливания газовой составляющей - фенола, т.к. фенол только 5% растворяется в воде при комнатной температуре. Поэтому, несмотря на двухкамерную систему очистки, его функция ограничена сбором волокнистых частиц, легкой пыли из загрязненного воздуха. К тому же устройство не рассчитано на рециркуляцию воды в системе и, следовательно, расходуется большой объем воды в процессе очистки загрязненного воздуха, делая всю воду токсичной.

Известно устройство для очистки воздуха (пат. №241780, МПК B01D 47/06, от 21.08.2008 г.), состоящее из двух корпусов камер орошения, в которых размещены форсунки на коллекторе, сепаратора, контактной емкости, заполненной частично жидкостью, с образованием зазора между потолком контактной емкости и зеркалом жидкости в ней, питательного, циркуляционного и дренажного штуцеров. При этом форсунки подсоединены к контактной емкости патрубками ввода и вывода воздуха. Одна из камер орошения, размещенная над контактной емкостью, имеет вид замкнутого купола. Заполнена контактная емкость раствором уксусной кислоты в первой части под первой камерой орошения. Вторая камера орошения имеет ряды форсунок, с помощью циркуляционного насоса подпитываемые жидкостью через коллектор, соединяющий форсунки с контактной емкостью заполненной масляной щелочной эмульсией. Контактная емкость разделена на части съемной перегородкой. Первая оросительная камера выполнена с аэродинамическим профилем. Вторая оросительная камера над форсунками имеет сепаратор и отводной канал для очищенного воздуха. К обеим оросительным камерам подведена ультрафиолетовая установка. Устройство эффективно улавливает ядовитые загрязнения в воздухе в газообразном состоянии типа диоксин, но очень усложнено конструктивно и функционально и обладает невысокой степенью очистки воздуха от фенола газообразного. В результате реакции с кислотой фенол образует не менее токсичное соединение, чем фенол. Двухэтапное воздействие на фенол кислоты, а затем щелочи приводит к реакции, сопровождающейся большим выделением тепла и ускорению испарения фенола из загрязненного воздуха.

В качестве наиболее близкого аналога, имеющего назначение, совпадающее с назначением заявляемого изобретения, т.е. прототипа, выбрано известное устройство (а.с. 1787498, МПК B01D 47/02 от 04.01.1991 г.), содержащее корпус контактной емкости цилиндрической формы с нижней частью конусообразной формы, частью заполненный жидкостью с образованием зазора воздушного между потолком емкости и зеркалом жидкости, патрубок ввода загрязненного воздуха, сепаратор с патрубком вывода чистого воздуха, сливной патрубок в нижней части контактной емкости. В корпусе установлены полые подвижные и неподвижные изогнутые перегородки, образующие канал для прохода газа. Подвижные перегородки установлены с возможностью их перемещения по вертикали и снабжены трубопроводом подачи теплоносителя. Устройство снабжено пневмоприводами подачи озона и изогнутыми пластинами, установленными в канале для прохода газа с зазором относительно неподвижных перегородок и параллельно соответствующими плоским частям неподвижных перегородок, которые выполнены с перфорацией со стороны изогнутых пластин и соединены с пневмоприводами подачи озона.

Известное устройство усложнено конструктивно и функционально. Использование же озона и воды в качестве жидкости в этом устройстве не позволяет надежно и качественно повысить степень очистки (нейтрализации) от фенола загрязненного им воздуха, т.к. фенол обладает кислыми свойствами, как и озон (см. М.К. Стругацкий, Общая химия. М., 1962 г., с. 377-378 и с. 305-306 - соответственно). К тому же озон плохо растворяется в воде (см. Справочник «Пожарная опасность веществ и материалов, применяемых в химической промышленности» под редакцией И.В. Рябова, изд-во «Химия», 1970 г., с. 185) и, следовательно, сразу из воды попадает в воздушный зазор между изогнутыми перегородками и вместе с фенолом устремляется к сепаратору (каплеуловителям) на выход через капли воды, сконцентрированные на поверхности сепаратора. Для эффективного воздействия озона на газ необходимо длительное время, которого в этом устройстве не будет. К тому же в зоне размещения сепаратора нет противодействия выходу фенола и озона. К тому же озон ядовит и его постоянный выброс в атмосферу не менее вреден (его действие сильнее, чем воздействие синильной кислоты), чем фенол, который необходимо нейтрализовать. В этом устройстве нейтрализуются запахи и т.д. - это озон может, но при более длительном контакте с загрязнениями.

Поэтому устройство, усложненное конструктивно и упрощенное функционально, не обосновано. В связи с этим повышение степени очистки воздуха от фенола проблематично.

Задача изобретения - повышение эффективности очистки воздуха из помещений от газообразного фенола при непрерывном процессе улавливания и с рециркуляцией жидкости в улавливателе, упрощение устройства.

Техническое решение достигается тем, что в улавливателе фенола из воздуха, как и в известном, содержащем корпус контактной емкости цилиндрической формы с нижней частью конусообразной формы, частично заполненный жидкостью с образованием воздушного зазора между потолком емкости и зеркалом жидкости, патрубок ввода загрязненного воздуха, сепаратор с патрубком вывода чистого воздуха, сливной патрубок в нижней части контактной емкости, согласно изобретению между цилиндрической и конусообразной частями корпуса контактной емкости в горизонтальной плоскости размещена решетка, над контактной емкостью размещена оросительная камера с рядами форсунок, подпитываемых через коллектор жидкостью из контактной емкости с помощью циркуляционного насоса, над форсунками размещен сепаратор с патрубком вывода чистого воздуха, на верхней части контактной емкости между патрубком ввода и корпусом оросительной камеры установлено полое вращающееся тело с лопастями, установленное вертикально эксцентрично с погружением в верхнюю часть жидкости, в полости вращающегося тела размещен нагревательный элемент, а в области воздушного зазора вращающееся тело выполнено с теплоизолирующим воздушное пространство покрытием, при этом в качестве жидкости используется либо водный раствор гашеной извести, либо масляный водный раствор едкого калия или натрия.

На фиг. 1 представлено устройство, разрез (вариант 1).

На фиг. 2 представлено устройство, разрез (вариант 2)

На фиг. 3 показан момент улавливания фенола по варианту 1, разрез.

На фиг. 4 показан момент улавливания фенола по варианту 2, разрез.

Сопоставительный анализ заявляемого устройства с прототипом показал, что заявляемое техническое решение отличается новизной элементов конструкции, их связей с известными элементами и между собой более простым устройством, не в ущерб качеству и количеству улавливания фенола газообразного.

Отличительные признаки:

Улавливатель очищает воздух помещений от фенола - токсичного газообразного продукта из фенолсодержащих полимеров.

Для этого используют одну, а не две оросительные камеры, что значительно упрощает и конструкцию и технологический процесс улавливания;

В контактную емкость помещают одну жидкость, контактирующую с фенолом: щелочной раствор - водный раствор гашеной извести или масляный водный раствор едкого калия или натрия (достигающих один результат - получение нетоксичного продукта реакции - фенолята кальция или фенолята натрия или калия и использования этих соединений по их прямому назначению), что значительно упрощает технологический процесс улавливания, повышает эффект очистки от фенола воздуха помещения, обеспечивает близкое к 100% очищение загрязненного воздуха, улучшает условия улавливания за счет возможности проведения процесса непрерывно и длительно накопившегося продукта в осадке без слива. Водный раствор гашеной извести и водно-масляный раствор натрия или калия - это составы, содержащие дисперсные частицы во взвешенном состоянии, а нагрев жидкости способствует ускорению реакции взаимодействия фенола (плохо растворимого в воде) с жидкостью. В результате получается продукт - осадок нерастворимый фенолят кальция (с гашенной известью) или растворимый в воде - феноляты калия или натрия, которые не создают проблем при рециркуляции продукта реакции через коллектор в форсунке из-за малого размера частиц, отсутствия конгломератов, что и позволяет упростить конструкцию, технологический процесс высокоэффективного улавливания фенола и организовать непрерывность процесса, его долговременность эксплуатации.

В то же время отсутствие нагрева воздушного пространства в зазоре между потолком контактной емкости и зеркалом заявляемой щелочной жидкости реализуется за счет наличия теплоизолирующего покрытия в верхней части поверхности полого вращающегося тела, что позволяет избежать ускорения прохождения потока загрязненного фенолом воздуха в оросительной камере из помещения через патрубок ввода его в устройство (более низкая температура в воздушном зазоре снижает скорость перемещения), ускоряя его вхождение в нагретые верхние слои водной или водно-масляной жидкости в контактной емкости, полностью растворяется в ней и таким образом до форсунок доходит оставшаяся часть фенола.

В оросительной камере, за счет рециркуляции жидкости по коллектору в форсунках, завеса жидкости перехватывает остальную часть фенола и направляет в контактную емкость, где в результате реакции образуется нетоксичный осадок, а сепаратор над форсунками, концентрируя влагу на его поверхности, сбрасывает ее вниз. Чистый воздух выходит из патрубка вывода, тем самым подтвердив, что заявляемое устройство способно улавливать близко к 100% фенола при наличии одной камеры орошения. Заявленное устройство состоит из одной камеры орошения, что значительно упростило как само устройство конструктивно, так и технологию, процесс улавливания токсичного газа - фенола из воздуха, рециркуляцию жидкости, нейтрализующей фенол. В качестве контактной жидкости с фенолом используется или водный раствор гашеной извести как альтернатива - масляный водный раствор едкого калия или натрия, заполняющий частично контактную емкость с образованием зазора в емкости между потолком емкости и зеркалом жидкости, что упрощает устройство и процесс улавливания токсичного фенола.

Использование названных жидкостей, совмещено с нагревом их верхних слоев и с одновременным перемешиванием массы полым вращающимся телом с лопастями внизу, что гарантирует ускорение реакции взаимодействия компонентов и нейтрализующее действие токсичного фенола за счет полного перевода его в соединение солеобразное нетоксичное и выпадения осадка - фенолята кальция или перевода в растворимое соединение - фенолята калия или натрия в масляной оболочке, как альтернативный вариант.

При этом достаточно нагреть до температур 60-70°C, используя нижнюю часть полого вращающегося тела с лопастями, погруженную в верхние слои водной или масляной щелочной эмульсий. Это позволяет ускорить процесс улавливания в верхних слоях жидкости контактной емкости фенола полностью, т.к. при комнатной температуре процесс проходит значительно медленнее и значительно менее эффективно. Ускорение процесса взаимодействия фенола с заявляемой жидкостью позволяет ускорить образование соли в результате реакции, которая затем поступает через решетку, размещенную в горизонтальной плоскости в корпусе на границе перехода цилиндрической в конусообразную часть контактной емкости. При этом осадок сосредотачивается в конусообразной части, отсекается этой решеткой от активной верхней жидкой составляющей над решеткой. Следовательно, конусообразная часть используется, как отстойник для осадка, полученного реакцией фенола с гашеной известью (в первом варианте) или как концентратор-сгуститель (во втором варианте). Вращающееся тело с лопастями в нижней части выполнено с таким расчетом, чтобы оно перемешивало только верхние слои при температуре, обеспечивающей быструю и полную реакцию солеобразования, а верхняя часть тела, размещенная в воздушном зазоре в контактной емкости, не нагревалась и максимально замедляла выход воздуха через корпус камеры орошения, потому что наличие теплоизолирующего покрытия на части полого вращающегося тела обеспечивает более низкую температуру, близкую к комнатной в зазоре. Благодаря перепаду температур в воздушном пространстве зазора по отношению к верхней части жидкости, заполняющей контактную емкость, фенол стремится весь раствориться в жидкости. Поэтому до камеры орошения доходит малая концентрация газообразного фенола в воздухе. За счет рециркуляции жидкости (водного раствора гашеной извести, а впоследствии и дисперсной части образовавшегося фенолята) в ряды форсунок через коллектор, соединяющий контактную емкость в верхней части с системой форсунок в оросительной камере, оставшийся в зазоре фенол перехватывается смешанным составом жидкости в виде плотной завесы, в камере орошения "вбивают" загрязненный фенолом воздух в нагретую жидкость контактной емкости, что приводит к быстрому взаимодействию фенола с водным раствором гашенной извести с образованием осадка в виде фенолята кальция с последующим осаждением и прохождением осадка через решетку, размещенную в горизонтальной плоскости, в контактной емкости, в конусообразную часть - отстойник в этой контактной емкости. Взаимодействие фенола с масляно-щелочным раствором приводит к получению концентрированного растворимого в воде осадка - фенолята калия или натрия, также сосредотачивающегося под решеткой в конусообразной части контактной емкости. Эксцентричное размещение полого вращающегося тела позволяет сохранить нагретой жидкость, проходящую по коллектору и избежать кристаллизации осадка в ней, что позволяет в свою очередь обеспечить непрерывность процесса улавливания фенола в заявленном устройстве.

Улавливатель включает:

Патрубок ввода загрязненного воздуха 1, корпус контактной емкости цилиндрической 2 и конусообразной формы 3; контактная емкость частично заполнена Ca(ОН)₂ - водным раствором гашеной извести 4а (фиг. 1) или масляно-водным раствором (водный раствор KOH или NaOH в не высыхающем масле 4б (фиг. 2). При этом образуется воздушный зазор 5 между потолком 6 контактной емкости 2, 3 и зеркалом жидкости (водным раствором гашенной извести 4а - или масляно-водным раствором 4б - (NaOH или KOH-водный раствор в масле). В нижней части конусообразной формы 3 корпуса контактной емкости выполнен слив 7 отстаивающейся массы фенолята. Между цилиндрической частью контактной емкости 2 и конусообразной частью 3 вставлена в горизонтальной плоскости решетка 8. Над контактной емкостью на корпусе 2 закреплен корпус 9 камеры орошения, в котором размещены ряды форсунок 11 на коллекторе 12, подпитываемые через циркуляционный насос 10 жидкостью из верхней части контактной емкости 3; сепаратор 13, размещенный над рядами форсунок 11, конденсирующий жидкость на поверхности; патрубок вывода чистого воздуха 14. В контактной емкости 2 вертикально эксцентрично размещено полое вращающееся тело 15 с лопастями 16, погруженное в верхнюю часть жидкости 4а или 4б, свободное от теплоизоляционного покрытия 17, защищающего пространство воздушного зазора 5 в контактной емкости от нагрева нагревателя 18, размещенного внутри полого вращающегося тела 15.

Устройство работает следующим образом.

Вариант 1.

Скомпонованное устройство 1-18 (фиг. 1-2) запускают в работу. Для этого включают приточно-вытяжную вентиляцию улавливателя. При этом загрязненный газообразным фенолом воздух из помещения в результате, например, механической обработки изделий фенолсодержащих, попадает в патрубок ввода 1 (фиг. 3) загрязненного воздуха, из которого большая часть попадает в контактную емкость 2 и частично проходит по воздушному зазору 5 емкости 2 между потолком 6 и жидкостью 4а в емкости, частично заполнившей ее. В емкости в качестве жидкости используют водный раствор гашеной извести Ca(ОН)₂. На период улавливания фенола в устройстве из воздуха помещений в верхней части контактной емкости 4а включено полое вращающееся тело 15 с лопатками 16, выполненное с теплоизоляционным покрытием 17, не позволяющим нагреваться воздуху в зазоре 5 в емкости, а разогревающим только водный раствор гашенной извести в контактной емкости за счет наличия нагревательного элемента 18, размещенного во вращающемся теле 15, который обеспечивает температуру, позволяющую полностью растворить газообразный фенол в воде и тем ускорить реакцию взаимодействия между Ca(ОН)₂ и фенолом (С₆Н₅ОН). В результате реакции получают нерастворимый солеобразный продукт по схеме 2С₆Н₅ОН+Са(ОН)₂=(С₆Н₅О)2Са+2Н₂О, с образованием фенолята кальция, который сосредоточено осаждается, проходя через решетку 8 на дне емкости 3, выполненной конусообразной формы. Поскольку контактная емкость 2, 3 разделена решеткой 8 в горизонтальной плоскости на 2 части - активную 2 сверху и отстойник 3 - внизу, то после полного растворения фенола и непрерывного осаждения солеобразный нелетучий продукт - фенолят, выводится за пределы устройства через сливной патрубок 7 уже в нетоксичной форме. При этом часть фенола проходит через зазор 5 между потолком 6 контактной емкости и зеркалом водного раствора гашенной извести 4а и попадает без нагрева в нижнюю часть корпуса камеры орошения 9. Поскольку воздух в воздушном зазоре 5 не нагревается (теплоизоляционное покрытие не пропускает тепло в этой части полого вращающегося тела 14, а сосредотачивается нагрев жидкости через элемент 18, размещенный в полом вращательном теле только верхней части жидкости 4 в контактной емкости), то фенол не получает возможность пройти через корпус 9 беспрепятственно, т.к. завеса, образованная многократным распылом из форсунок 11 поступающей через коллектор 12 жидкости 4 от циркуляционного насоса 10, позволяет перехватить газообразный фенол и погрузить в верхнюю нагретую часть жидкости в цилиндрической части контактной емкости 2. Таким образом, фенол практически полностью - 100% реагирует с водным раствором гашеной извести. В результате образуется нерастворимый солеобразный осадок - не токсичный, не летучий, фенолят кальция. Дополняет эффект очистки загрязненного воздуха от газообразного токсичного фенола наличие сепаратора 13, т.к. при контакте с поверхностью сепаратора жидкость конденсирует и поступает вниз в контактную емкость за счет сил гравитации. В выходной патрубок 14 воздух проходит чистым от фенола по схеме 2С₆Н₅ОН+Са(ОН)₂=(С₆Н₅О)2Са+2Н₂О (фиг. 3).

Поскольку осадок мелкодисперсный, то он не создает большого сопротивления движению жидкости ни в форсунках, ни из форсунок, ни в коллекторе, что обеспечивает непрерывность процесса улавливания и увеличивает долговечность работы заявляемого устройства улавливателя.

Вариант 2.

Устройство работает по той же схеме взаимодействия элементов, но вместо водного щелочного раствора, дающего с фенолом осадок (пример 1), в контактной емкости эффективно оседающий, проходя через решетку 8 и накапливаясь в конусообразной части 3 контактной емкости длительное время, а потом сливающийся через сливной патрубок 7), предложено как альтернативный вариант - использование масляного водно-щелочного раствора едкого калия или натрия в качестве жидкости (фиг. 2), в которой гидрат окиси натрия или калия (водный раствор едкого калия или натрия) в жидком масле находится в состоянии эмульсии. При этом фенол также контактирует ускоренно (также в нагретом состоянии) за счет передачи тепла от полого вращающегося тела 15 в верхнюю часть контактной емкости 2, но с образованием растворимого в воде фенолята. Образующийся фенолят натрия или калия находится постоянно в связанном состоянии с маслом, которое обволакивает эмульсию фенолята в воде и обеспечивает непрерывность процесса высокоэффективного улавливания газообразного фенола и перевода его из токсичного соединения, загрязняющего воздух, в соединение нетоксичное и в агрегатном состоянии позволяющее свободно циркулировать по системе устройства и рециркулировать вновь образовавшемуся соединению, не засоряя форсунки в оросительной камере и фильтры перед коллектором (не показано), контактирующему с контактной емкостью (фиг. 4).

По сравнению с прототипом заявляемое изобретение имеет преимущества:

- устройство значительно проще за счет оптимизации связи элементов конструкции и эффективности улавливания;

- устройство позволило обеспечить технологический процесс высокоэффективного улавливания токсичного газа - фенола, плохо растворимого в воде, за счет обнаруженного сочетания: наличия устройства, жидкой среды, нагретого полого вращающегося тела и схемы, обеспечивающей непрерывность процесса улавливания фенола любой степени загрязненности воздуха, в том числе пылевые фракции;

- устройство позволяет обеспечить возможность оперативного сбора фенола и дальнейшего его использования, но уже в виде фенолятов, нетоксичных соединений, применяемых как сырье в производстве ароматических оксикислот (реакция Кольбе-Шмитта), как катализатор полимеризации, как щелочной агент в лабораторных синтезах и т.д.

Изобретение относится к устройствам мокрой очистки загрязненного воздуха от токсичных газов. Оно может быть использовано для очистки воздуха от вредных выбросов при производстве, изготовлении и переработке сыпучих материалов, в частности для очистки от фенола воздуха при производстве, упаковке и переработке фенолсодержащих полимеров. Улавливатель содержит корпус контактной емкости цилиндрической формы с нижней частью конусообразной формы, частично заполненный жидкостью с образованием воздушного зазора между потолком емкости и зеркалом жидкости, патрубок ввода загрязненного воздуха, сепаратор с патрубком вывода чистого воздуха, сливной патрубок в нижней части контактной емкости. Между цилиндрической и конусообразной частями корпуса контактной емкости в горизонтальной плоскости размещена решетка. Над контактной емкостью размещена оросительная камера с рядами форсунок, подпитываемых через коллектор жидкостью из контактной емкости с помощью циркуляционного насоса. Над форсунками размещен сепаратор с патрубком вывода чистого воздуха. На верхней части контактной емкости между патрубком ввода и корпусом оросительной камеры установлено полое вращающееся тело с лопастями, установленное вертикально эксцентрично с погружением в верхнюю часть жидкости. В полости вращающегося тела размещен нагревательный элемент, а в области воздушного зазора вращающееся тело выполнено с теплоизолирующим воздушное пространство покрытием. В качестве жидкости используется либо водный раствор гашеной извести, либо масляный водный раствор едкого калия или натрия. Технический результат: упрощение конструкции, повышение эффективности очистки воздуха из помещений, обеспечение оперативного сбора фенола и дальнейшего его использования в виде фенолятов. 4 ил.

Улавливатель фенола из воздуха, содержащий корпус контактной емкости цилиндрической формы с нижней частью конусообразной формы, частично заполненный жидкостью с образованием воздушного зазора между потолком емкости и зеркалом жидкости, патрубок ввода загрязненного воздуха, сепаратор с патрубком вывода чистого воздуха, сливной патрубок в нижней части контактной емкости, отличающийся тем, что между цилиндрической и конусообразной частями корпуса контактной емкости в горизонтальной плоскости размещена решетка, над контактной емкостью размещена оросительная камера с рядами форсунок, подпитываемых через коллектор жидкостью из контактной емкости с помощью циркуляционного насоса, над форсунками размещен сепаратор с патрубком вывода чистого воздуха, на верхней части контактной емкости между патрубком ввода и корпусом оросительной камеры установлено полое вращающееся тело с лопастями, установленное вертикально эксцентрично с погружением в верхнюю часть жидкости, в полости вращающегося тела размещен нагревательный элемент, а в области воздушного зазора вращающееся тело выполнено с теплоизолирующим воздушное пространство покрытием, при этом в качестве жидкости используется либо водный раствор гашеной извести, либо масляный водный раствор едкого калия или натрия.