Способ очистки воздуха и устройство для его осуществления Российский патент 2023 года по МПК B01D47/04 B01J8/24 

Изобретение относится к технике жидкостной обработки газов, использующих не непрерывные, а периодические дискретные процессы, и поэтому может применяться в основном для бытовых устройств (воздухоочистители-увлажнители, пылесосы), а также в пищевой, химической и других отраслях промышленности. Периодический процесс характеризуется единством места протекания его стадий и неустановившимся состоянием во времени. В аппаратах периодического действия конечный продукт выгружается полностью или частично через определенные промежутки времени. После разгрузки аппарата в него загружают новую порцию исходных материалов и производственный цикл повторяется. Вследствие неустановившегося состояния при периодическом процессе физические параметры, характеризующие состояние веществ, подвергающихся обработке, меняются во время протекания процесса.

Эффективность обработки жидкостей и газов зависит от площади контакта жидкой и газовой фаз. Основные способы создания максимальной поверхности соприкосновения жидкости с газом и соответственно принципы устройства аппаратов можно разделить на 4 класса.

1. Распределение жидкости в виде тонких пленок и прохождение газа сквозь них. В бытовых устройствах этот способ реализован в очистителях-увлажнителях воздуха типа Venta и подобных ему аппаратах, в которых барабаны, частично погруженные в воду и имеющие множество лопастей, медленно вращаются, захватывая ими воду, а воздух проходит через образующиеся и стекающие при этом пленки.

2. Диспергирование, т.е. разбрызгивание, распыление жидкости пневматическим или механическим способом в объеме или потоке газа, проходящего через полый аппарат.

3. Диспергирование газа в объеме жидкости путем барботажа, т.е. пропускание (пробулькивание) мелких пузырьков через слой неподвижной или медленно движущейся жидкости.

4. Способ связанный с созданием взвешенного (кипящего) слоя подвижной пены при пропускании газа снизу вверх через решетку пенного аппарата и находящуюся на ней жидкость с такой скоростью, при которой силы трения газа о жидкость уравновешивают массу последней. При таком способе получается большая поверхность соприкосновения газа с жидкостью. Совокупность параметров, обеспечивающих создание подвижной пены, называется пенным режимом.

Наибольшее распространение в промышленности получили насадочные абсорберы, работающие в пленочном режиме. Жидкость в насадочной колонне течет по элементам насадки в виде тонкой пленки и площадь поверхности контакта фаз примерно равна площади, смоченной поверхности насадки. Максимальная эффективность насадочных колонн достигается при больших расходах газовой фазы, когда происходит инверсия фаз и насадка переходит в режим эмульгирования (сплошной фазой становится жидкая, а газовая фаза переходит в дисперсное состояние). Для постоянного поддержания режима эмульгирования разработан эмульгационный абсорбер с затопленной насадкой, в котором насадка погружена в жидкость. Такие абсорберы имеют достаточно сложную конструкцию. Предлагаемый способ периодического действия позволяет создавать простые конструкции абсорберов с затопленной насадкой, а также абсорберов без насадки, работающих в пенном режиме.

Известен способ мокрой очистки газов, включающий подачу газового потока в цилиндрический корпус газоочистителя, взаимодействие газового потока с подаваемой противотоком жидкостью при пропускании через кольцевую щель в широком диапазоне скоростей. Способ реализуется в устройстве для мокрой очистки газов, содержащем цилиндрический корпус, патрубки подвода и отвода газов, расположенный соосно с корпусом над патрубком подачи газа с образованием кольцевой щели по отношению к стенке корпуса, дозатор орошающей жидкости с размещенной над ним трубой для подачи орошающей жидкости, кольцевой лопаточный завихритель. [1]. Недостатком способа и аппарата является недостаточно высокая производительность, что подтверждается низкой величиной скорости газов на выходе из рабочего пространства (пенного слоя), т.е. в полном сечении аппарата, которая составляет 2,0-2,5 м/с, неустойчивость пенного слоя и низкая степень газоочистки.

Известный способ заключается в подаче загрязненного потока воздуха через входной патрубок в резервуар с жидкостью, цилиндрический кожух, по меньшей мере частично погруженный в жидкость и выполненный с созданием кольцевого промежутка между боковыми противостоящими стенками, образующего сифон. По меньшей мере одна разделительная перегородка для крупнодисперсных частиц расположена в основании цилиндрического кожуха и погружена в воду. Внутри цилиндрического кожуха над уровнем воды подвешен первый воронкообразный отражатель, над ним помещен второй отражатель в форме воронки, перевернутой относительно первого отражателя. Второй отражатель соединен с выходным патрубком. Через входной патрубок загрязненный поток воздуха проходит водяной сифон, где происходит барботирование, движется вверх, где взвешенные капли воды отделяются от воздуха воронкообразными отражателями и направляется в выходной патрубок [2].

Недостатком известного способа и устройства для его реализации является то, что при барботировании жидкости загрязненным воздухом появляются пузыри, часть пыли осаждается на стенке пузыря, а основная часть находится внутри объема пузыря, при всплытии пузыря на поверхность жидкости он лопается и находящаяся внутри пыль вылетает в цилиндрический корпус к воронкообразным отражателям для доочистки, где невозможно разделить отраженный поток воздуха от воронкообразных отражателей и постоянно восходящего потока воздуха из водяного сифона, они смешиваются и направляются в выходной патрубок, т.е. происходит недостаточная эффективность очистки воздуха. Кроме того, сложен процесс очистки воздуха и изготовления устройства, реализующего данный способ, из-за сложности конструкции.

Известен способ мокрой очистки воздуха от пыли, который включает подачу загрязненного потока воздуха на поверхность очищающей жидкости, захват и смешение под воздействием аэродинамических сил загрязненного потока воздуха и расчетного объема очищающей жидкости, последующее отделение захваченной очищающей жидкости от очищенного потока воздуха [3].

Недостатком данного способа являются большие габариты и сложность конструкции устройства, реализующей способ.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является способ очистки воздуха с внутренней циркуляцией жидкости, заключающийся в том, что загрязненный газовый поток подают через входной патрубок, расположенный в корпусе, причем один из срезов патрубка располагают с зазором над зеркалом жидкости, находящейся в резервуаре, и создают удар газового потока о поверхность жидкости с образованием газожидкостной взвеси, а затем отводят газожидкостную взвесь в сепаратор жидкой фазы, освобождают газовый поток от капель жидкости и отводят его через выходной патрубок [4].

Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту в части устройства для осуществления способа очистки воздуха с внутренней циркуляцией жидкости, является устройство, содержащее корпус с патрубками для запыленного и очищенного газа, резервуар с жидкостью [4].

Задачей, на которую направлено изобретение, является повышение эффективности, и надежности процесса очистки воздуха от пыли и других вредных примесей.

1. Это достигается тем, что в способе очистки воздуха, заключающимся в том, что загрязненный воздушный поток подают через входной патрубок, расположенный в корпусе над зеркалом жидкости, находящейся в резервуаре и создают псевдокипение жидкости с образованием газожидкостной взвеси, освобождают воздушный поток от капель жидкости и отводят его через выходной патрубок, согласно изобретению, внутри резервуара размещают полый модуль, подобный сообщающимся сосудам, оснащенным перегородкой с прорезями в нижней его части, поток газовой взвеси направляют во внутрь полого модуля, где он выдавливает слой жидкости, расположенный выше уровня прорезей, а жидкость ниже прорезей барботирует через них, далее поток газожидкостной взвеси пропускают через оправу, состоящую из двух расположенных друг над другом мелкоячеистых сеток, заполненную выдавленным слоем жидкости, находящейся в псевдокипящем состоянии либо заполненную насадкой, работающей в режиме эмульгирования, а затем очищенный газ выводят из аппарата через дополнительную брызгоотбойную сетку.

2. Это достигается тем, что в устройстве для очистки воздуха, содержащем корпус, патрубок для ввода запыленного воздуха и патрубок для выхода очищенного воздуха, резервуар с жидкостью, согласно изобретению, внутри резервуара с жидкостью с зазором от дна резервуара с жидкостью установлен полый модуль, оснащенный перегородкой с прорезями в нижней ее части, разделяющей его на сообщающиеся сосуды, внутри к модуля закреплена оправа, состоящая из двух расположенных одна над другой мелкоячеистых сеток, пространство между которыми заполнено насадкой, либо просто свободно, а выходной патрубок оснащен брызгоотбойной сеткой.

Признаками, отличающими предложенный способ от известных является то, что размещение внутри резервуара с жидкостью полого модуля, оснащенного перегородкой с прорезями в нижней ее части, разделяющей его на сообщающиеся сосуды, обеспечивает усиление образования псевдокипящей газожидкостной взвеси с последующим созданием пенного слоя. Направляя поток газожидкостной взвеси во внутрь полого модуля за счет эффекта сообщающихся сосудов жидкость выдавливается из одного сосуда в другой до уровня прорезей, через которые идет барботация. Обьем выдавленной жидкости задерживается в оправе, состоящей из двух мелкоячеистых сеток, в виде пенного слоя и обеспечивает высокую очистку загрязненного потока воздуха в широком диапазоне скоростей, благодаря удержанию слоя жидкости не столько за счет скорости потока, сколько за счет разности давления в сообщающихся сосудах. Образующийся слой подвижной пены обладает высокоразвитой поверхностью для абсорбции мельчайших частиц и очистки воздушного потока. Также пространство между сетками может быть заполнено насадкой, которая в этом случае будет затоплена и будет работать в режиме эмульгирования еще более повышая эффективность очистки. Дополнительное осушение пылекапелевоздушного потока осуществляют при прохождении через оправу с крупноячеистой сеткой т.е. освобождают газовый поток от капель жидкости и отводят его через выходной патрубок.

Недостатком данного способа очистки является то, что это способ периодического действия, требующий остановки и замены очищающей жидкости по мере ее загрязнения.

На фиг. 1 изображена схема осуществления способа очистки воздуха.

Устройство для очистки воздуха изображено на фиг. 2, 3.

На фиг. 3 изображена крышка корпуса с пустотелым(полым) модулем (блоком).

На фиг. 4 изображен укрупненный фрагмент узла очистки воздуха (изображение поясняет прохождения воздушного потока через узел очистки), где:

1 - крышка корпуса,

2 - входной патрубок,

3 - резервуар с жидкостью,

4 - полый модуль,

5 - прорези на перегородке,

6 - оправа с мелкоячеистыми сетками и насадкой,

7 - верхняя сетка,

8 - нижняя сетка,

9 - насадка

10 - оправа с крупноячеистой сеткой,

11 - выходной патрубок.

Способ очистки воздуха осуществляют следующим образом.

Загрязненный воздушный поток подают через входной патрубок 2, установленный в корпусе. Воздушный поток поступает в резервуар с жидкостью 3 над всей площадью над зеркалом жидкости и выдавливает часть жидкости в полый модуль 4, размещенный в резервуаре 3, и оснащенный перегородкой с прорезями 5 в нижней части. При этом верняя часть прорезей 5 обнажается, образуя каналы по которым поток воздуха барботирует внутрь полого модуля 4. (фиг. 1, сектор А) Далее поток газожидкостной взвеси проходит внутри полого модуля 4 через слой выдавленной жидкости 6 (фиг. 1, сектор Б, фиг. 4) в оправе, состоящей из двух, расположенных одна над другой мелкоячеистых сеток верхней 7 и нижней 8. Основная зона фазового контакта находится в области пены и брызг над жидкостью (фиг. 1, сектор В). Если весь объем оправы между сетками 7 и 8 заполнить насадкой 9 (фиг. 1, сектор Б и В), то обеспечится высокая степень очистки воздуха, так как насадка будет работать в эмульгационном затопленном режиме. Затем очищенный воздух проходит через зону брызгоуноса (фиг. 1, сектор Г) и крупноячеистую сетку 10 внутри полого модуля 4, освобождаясь от капель жидкости. Далее очищенный воздух отводят через выходной патрубок 11.

Предложенный способ может применяться не только для очистки воздуха, но и в различных массообменных и теплообменных процессах промышленности.

Макетный исследования показали высокую эффективность заявленного способа и устройства для его осуществления.

Пример реализации способа очистки воздуха как устройства изображено на фиг. 2.

Устройство для очистки воздуха содержит корпус, состоящий из крышки корпуса 1 и резервуара с жидкостью 3. Входной патрубок 2 соединен с крышкой корпуса 1. В резервуаре с жидкостью 3 установлен полый модуль 4 цилиндрической или любой другой формы. На нижних краях полого модуля 4 сформированы прорези 5. Внутри полого модуля 4 закреплена оправа 6 с мелкоячеистыми сетками 7 верхней и нижней 8. Пространство между сетками может быть засыпано насадкой 9 типа колец Рашига либо любой другой. Над оправой с мелкоячеистыми сетками в полом модуле 4 закреплена оправа с крупноячеистой сеткой 10. В крышке корпуса 1 сформирован выходной патрубок 11. Крышка корпуса 1 в примере реализации выполнена заодно с полым модулем 4 (фиг. 3.).

Устройство для очистки воздуха работает следующим образом. Резервуар с жидкостью 3 заполняют, например, водой. Уровень воды определяется из технических характеристик реализуемого устройства, а именно: потребного расхода воздуха, мощности нагнетающего либо отсасывающего воздух устройства, габаритных размеров и т.д. Крышка корпуса 1 устанавливается на резервуаре с жидкостью 3. Через входной патрубок 2 подается загрязненный воздух (двигатель не показан). Давление воздуха внутри резервуара с жидкостью 3 направлено на зеркало жидкости. В результате часть жидкости выдавливается внутрь полого модуля и задерживается внутри оправы 6, ограниченной сетками 7 и 8. Воздушный поток барботирует через прорези 5 и оставшийся внизу слой жидкости. Внутри оправы 6 образуется псевдокипение жидкости с образованием газожидкостной взвеси и пенного слоя. Если оправа 6 заполнена насадкой, то она работает как эмульгационный абсорбер с затопленной насадкой, обеспечивая высокую степень очистки. Далее воздушный поток направляют в оправу с крупноячеистой сеткой 10, закрепленную внутри полого модуля 4 над верхней сеткой 7, освобождая воздушный поток от капель жидкости, и отводят его через выходной патрубок 11.

Таким образом, обеспечивается повышение эффективности воздушной очистки без необходимости в подаче дополнительной энергии за счет предварительной очистки загрязненного воздушного потока в резервуаре с жидкостью путем подачи загрязненного воздушного потока с резким скачоком давления воздушного потока на всю площадь поверхности жидкости с образованием псевдокипящей газожидкостной взвеси и последующей доочистке при прохождении воздушного потока через прорези в нижней части полого модуля, внутрь полого модуля через оправу, состоящую из двух мелкоячеистых сеток и насадки. Таким образом, дополнительно усиливают образование газожидкостной взвеси, обладающей высокоразвитой поверхностью для абсорбции мельчайших частиц и очистки воздушного потока. Дополнительное осушение каплевоздушного потока происходит при прохождении через секцию: оправа с крупноячеистой сеткой.

Специалистам в данной области будет понятно, что различные замены, модификации или комбинации любых раскрытых вариантов осуществления или примеров (или их частей) могут быть выполнены в рамках объема настоящего описания. Таким образом, предполагается и понимается, что данное описание поддерживает дополнительные варианты осуществления или примеры, явно не изложенные в этом описании. Такие варианты осуществления могут быть получены, например, путем объединения, изменения или реорганизации любых из раскрытых этапов, компонентов, элементов, признаков, аспектов, характеристик, ограничений и т.п.

Источники информации:

1. А.с. СССР№1212515.

2. Патент РФ №2140761.

3. Патент РФ №2188696.

4. Справочник по пыле- и золоулавливанию. М.И. Биргер, А.Ю. Вальдберг, Б.И. Мягков и др.; Под общ. ред. А.А. Русанова М., Энергоатомиздат, 1983 г., стр. 106 - прототип.

Изобретение относится к технике жидкостной обработки газов, использующих периодические дискретные процессы, и поэтому может применяться в основном для бытовых устройств (воздухоочистители-увлажнители, пылесосы), а также в пищевой, химической и других отраслях промышленности. Способ очистки воздуха заключается в том, что внутри резервуара размещают полый модуль с прорезями в нижней его части. Поток газожидкостной взвеси направляют во внутрь полого модуля. Далее поток проходит через оправу, состоящую из двух мелкоячеистых сеток и насадки. Затем газожидкостную взвесь направляют в оправу с крупноячеистой сеткой, закрепленную внутри полого модуля. Устройство для очистки воздуха содержит корпус, патрубок для ввода запыленного воздуха и патрубок для выхода очищенного воздуха, резервуар с жидкостью. Внутри резервуара с жидкостью с зазором от дна резервуара с жидкостью установлен полый модуль с прорезями в нижней его части. Внутри полого модуля закреплена оправа, состоящая из двух мелкоячеистых сеток, пространство между которыми заполнено насадкой. Над оправой из мелкоячеистых сеток с насадкой закреплена оправа с крупноячеистой сеткой. Выходной патрубок оснащен брызгоотбойной сеткой. Изобретение обеспечивает повышение эффективности и надежности процесса очистки воздуха от пыли и других вредных примесей. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ очистки воздуха, заключающийся в том, что загрязненный воздушный поток подают через входной патрубок, расположенный в корпусе над зеркалом жидкости, находящейся в резервуаре, поток газожидкостной взвеси направляют во внутрь полого модуля и создают псевдокипение жидкости с образованием газожидкостной взвеси, освобождают воздушный поток от капель жидкости и отводят его через выходной патрубок, отличающийся тем, что внутри резервуара размещают полый модуль с прорезями в нижней его части, поток газожидкостной взвеси направляют во внутрь полого модуля, поток далее направляют через оправу, состоящую из двух мелкоячеистых сеток и насадки или без насадки, закрепленную внутри полого модуля, а затем газожидкостную взвесь направляют в оправу с крупноячеистой сеткой, закрепленную внутри полого модуля над оправой, состоящей из двух мелкоячеистых сеток и насадки или без насадки.

2. Устройство для осуществления способа очистки воздуха по п. 1, содержащее корпус, патрубок для ввода запыленного воздуха и патрубок для выхода очищенного воздуха, резервуар с жидкостью, отличающееся тем, что внутри резервуара с жидкостью с зазором от дна резервуара с жидкостью установлен полый модуль с прорезями в нижней его части, внутри полого модуля закреплена оправа, состоящая из двух мелкоячеистых сеток, пространство между которыми заполнено насадкой или без нее, над оправой из мелкоячеистых сеток с насадкой закреплена оправа с крупноячеистой сеткой, а выходной патрубок оснащен брызгоотбойной сеткой.