Аппарат для разделения газа Советский патент 1987 года по МПК B03C3/00 

ш

11289548

И;)обретение относится к устройствам для разделения газообразных и жидких веществ, полученных механическим смешиванием ингредиентов, и может быть использовано для .разделения и очистки газа в установках для получения чистых инертных и других газов, очистки воздуха от газообразных загрязнителей.

Цель изобретения - повышение эффективности разделения газа.

На фиг. 1 изображен аппарат для разделения газа} на фиг. 2 - часть А внутренней трубы с втулками и электродом; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 2.

Аппарат включает корпус 1, в который установлена труба 2 с множеством отверстий 3 и 4, фланцы 5 и 6, размещенные с двух -сторон трубы 2 и вакуумно плотно отделянщие объем 7 между трубой 2 и корпусом 1, корони- рующий соосньм внутренней трубе электрод - тонкую проволоку 8, натянутую между цилиндрическими изоляторами 9, вакуумно плотно прикрепленными к фланцам 5 и 6, патрубки для .входа газа 10 в трубу 2 и выхода раз- -деленных продуктов газа 11 из объема

f5

20

25

2

вой части втулок 13 - минимальный, а площадь изоляторов - максимальная

Втулки 13 поделены по секциям 17 а, электроды 14 - по секциям 18, каждая из которых образует кольцо, плос кость которого перпендикулярна оси прибора. Все втулки 13 и электроды 14 в одной секции электрически про- водниками соединены между собой и для разделения и откачки через каналы во втулках 13 компонент с более низким потенциалом ионизации (их ионы положительны) все секции 17 подсоединены к полюсу отрицательной а секции 18 - к полюсу положительной полярности. Для разделения и от качки через каналы во втулках 13 ком понент с более высокой энергией сродства к электрону (их ионы отрицательные) секции, 17 подсоединены к полюсу положительной, а секции 18 - к полюсу отрицательной полярности.

В каждой последующей секции 17 центры всех втулок 13 смещены по отношению к образующим трубы 2, проходящим через центры соответствующих втулок 13 предыдущей секции на расстоянии порядка диаметра втулок 13, т.е. все втулки 13 образуют винто 7 и 12 из трубы 2, причем патрубки Ю вые линии. Этим исключается верояти 12 присоединены к фланцам 5 и 6, а патрубок 11 - к корпусу 1. Втулки 13 с соплами, направленными в сторону оси трубы 2, и электроды 14 входят в отверстия 3 и 4 трубы 2 через высокоомные изоляторы 15 и 16. I

Изоляторами 15 и 16 и одновременно вакуумными уплотнителями могут, например, служить фторопластовые шайбы туго надетые на круглого сечения втулки 13 и электроды 14 и вакуумно плотно входящие в отверстия 3 и 4; в стенке трубы 2, или керамические шайбы, металлизированные и припаянные к трубе 2 и втулками 13, и электродам 14. Все торцы отверстий 3 и 4 втулок 13 и электродов 14 закруглены, а поверхности полированы для исключения межэлектродных разрядов и пробоев. Отверстия 3 и 4 из внешней стороны трубы 2 увеличены в диаметре для увеличения площади поверхности изоляторов 15 и 16 и избежания поверхностных утечек заряда и пробоев. Лучшим способом изготовления втулок 13 является прессование их из трубочек с одновременным заворачиванием кромки сопел. В таком случае диаметр хвосто

8

2

вой части втулок 13 - минимальный, а площадь изоляторов - максимальная.

Втулки 13 поделены по секциям 17, а, электроды 14 - по секциям 18, каждая из которых образует кольцо, плоскость которого перпендикулярна оси прибора. Все втулки 13 и электроды 14 в одной секции электрически про- - водниками соединены между собой и для разделения и откачки через каналы во втулках 13 компонент с более низким потенциалом ионизации (их ионы положительны) все секции 17 подсоединены к полюсу отрицательной, а секции 18 - к полюсу положительной полярности. Для разделения и откачки через каналы во втулках 13 компонент с более высокой энергией сродства к электрону (их ионы отрицательные) секции, 17 подсоединены к полюсу положительной, а секции 18 - к полюсу отрицательной полярности.

В каждой последующей секции 17 центры всех втулок 13 смещены по отношению к образующим трубы 2, проходящим через центры соответствующих втулок 13 предыдущей секции на расстоянии порядка диаметра втулок 13, т.е. все втулки 13 образуют винтовые линии. Этим исключается вероят

ность ухода -вдоль образующих между втулками 13 обратно в объем трубы той доли нейтрализованных на периферийной части сопел втулок 13 или на стенке трубы 2 атомов, которая из-за ослабления скорости откачки из этих областей не удаляется соплами втулок 13 предьщущей секции.

Каждый из электродов 14 размещен между каждыми четырьмя втулками 13 в точке пересечения прямых, соединяющих противоположные втулки 13, т.е. в точке пересечения диагоналей параллелограмма, образованного четырьмя втулками 13. Электроды 14 изготовлены из металла в виде стержней с закругленными и полированными торцами, хвостовая часть которых вакуумно плотно входит в высокоомные изоляторы 15. Последние, в свою очередь, вакуумно плотно входят в расширенную внешнюю часть отверстий 4 в трубе, позволяющую увеличить площадь изоляторов 15 и исключить утечки и пробои. Все электроды 14, как и втулки 13, соединены в секции, которые подсоединены к полюсу противоположной, чем втулки 13 полярности. Внут

ренняя труба 2 подсоединена во всех случаях к нулевому, полюсу, т.е. заземлена, и поэтому образует отталкивающее электростатическое поле по отношению к ионам, ускоряющимся в поле втулок 13. Электроды 14, которые находятся под потенциалом в два раза выше, чем труба 2 по отношению к втулкам 13, создают еще более силное электростатическое поле, оттал- кивающее ионы .в том месте, где поле трубы 2 ослаблено, т.е. в точке персечения диагоналей параллелограмма, образованных каждыми четырьмя втулками 13. Этими исключается возмож- ность попадания ионов из области коронного разряда на поверхность трубы 2 с последующим нежелательным эффектом обратной диффузии нейтрализованных атомов первой компоненты. На фиг. 3 сплошными линиями со стрелками 19 изображены силовые линии электростатического поля для случАя разделения электроположительных компонент в положительной короне. Разность потенциалов AU между втулками 1 3 и трубой 2, а также между трубой 2 и электродами 14 выбрана такой что обеспечен отбор всех ионов из области короны на втулки 13 и одно- временно исключена возможность межэлектронных утечек и пробоев, и примерно равна ли U .Cu(0,8 R/r) / /L u (R/r), где R - радиус внутренней трубы 2, г - радиус коронирующе- го электрода 8, UK - напряжение между втулками 13 и коронирующим электродом 8.

Аппарат работает следующим образом.

Газовая смесь с меньшей концентрацией первой компоненты подается во входной патрубок 10 и проходит- вдоль трубы 2, где в положительном коронном разряде ионизируется первая компонента с более низким потенциалом ионизации и образуются положителные ионы, или в отрицательном коронном разряде атомы первой компоненты с более высоким сродством к электрону захватывают электроны и образуются отрицательные ионы. В области вне короны ионы первой компоненты образуются за счет перезарядки ионов второй компоненты на атомах первой компоненты. Положительные (в первом случае), либо отрицательные (во втором) ионы первой компоненты движут

0

5

5 О 5 5

0

5 05

0

ся к стенке внутренней трубы 2, отталкиваются от тормозящего поля электродов 14 и цилиндра 2 и попадают на проводящую поверхность сопел втулок 13. Здесь они нейтрализуются и откачиваются сквозь каналы во втулках 13 в объем 7, а оттуда через патрубок 11 удаляются. Диаметры, длина и количество каналов во втулках 13 выбраны такими, что разность давлений с обеих сторон трубы 2 составляет десятые доли атмосферы и обеспечивается откачка только объема газа внутри сопел 13, т.е. порядка долей процента от полного объема газа в трубе 2. Входные диаметры сопел на порядок больше диаметров каналов во втулках 13, и это позволяет исключить образование объемного заряда вблизи них. Таким образом обеспечена максимальная откачка первой, нейтрализованной компоненты (примеси) на стенках сопел втулок 13, и минимальная откачка второй компоненты (основной) газа.

Формула изобретения

1.Аппарат для разделения газа, содержащий корпус с патрубками входа газа и выхода продуктов разделения , внутреннюю трубу с отверстиями и коронирующий соосный /электрод, соединенный с источником тока, о т- личающийся тем, что, с целью повышения эффективности разделения газа, внутренняя труба снабжена цилиндрическими металлическими втулками с отверстиями в виде сопл, рас- . ширяющихся в сторону оси аппарата, входящими через высокоомные изоляторы в отверстия внутренней трубы и подключенными к источнику тока, и электродами, размещенными между каждыми четырьмя втулками и входящими через высокоомный изолятор в отверстия внутренней трубы, причем втулки

и электроды подключены к разноименным полюсам источника тока.

2.Аппарат .по п. 1, отличающийся тем, что для разделения электроотрицательных газов втулки подключены к положительному полюсу, а электроды - к отрицательному полюсу источника тока.

3.Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что втулки электрически соединены между собой в секция по окружностям, перпендикулярньм

512895486

оси аппарата, при этом втулки разме- подсоединены к одноименным полюсам щены по винтовой линии, а секции источника тока.

Изобретение относится к устройствам для разделения и очистки газа и может найти применение в электронной, электротехнической, химической и других отраслях промьшшенности с целью повышения эффективности разделения газов. Устройство состоит из корпуса с патрубками входа газа и выхода продуктов разделения, внутренней трубы с отверстиями, в которой соосно закреплен коронирукяций электрод. Внутренняя труба снабжена цилиндрическими металлическими втулками с отверстиями в виде сопл, ва- куумно плотно через высокоомные изоляторы входящими в отверстия в трубе и подключенньми к полюсу одной полярности, и электродами, вакуумно плотно через изолятор входящими в отверстия в трубе и подключенными к полюсу противоположной полярности. .Втулки электрически соединены между собой в секции и размещены на винтовой линии. Устройство позволяет повысить степень очистки и разделения газов и получить газы высокой чистоты. 2.3.п. ф-лы, 3 ил. с (Л СП 4i эо

J2

77

фи9.1

(fue.Z

Редактор И.Сегляник

Заказ 7842/8Тираж 534 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4

Фиг.З

Составитель А. Картавцев Техред Н.Глущенко

Корректор И.Эрдейи