Аппарат для разделения газа Советский патент 1991 года по МПК B03C3/00 

1 вакуумно-плогно присоединены патрубки 14 и 15 для входа газовой смеси и выхода разделенных потоков газа соответственно из объема 4 и патрубок 16 из объема 5. Все торцы коронирующего электрода 7 закруглены для исключения пробоев. Электрическое соединение разделительного электрода 2 с корпусом 1 и заземление корпуса позволяют упростить электрическую схему, обслуживание аппарата и ускорить снятие заряда с разделительного газа. Сетки 13 позволяют сделать горение короны более равномерным, симметричным с осью сопел 12, направить основной поток ионизированной первой компоненты (примеси) в центральную часть сопел 12.2з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области разделения и очистки газообразных жидких веществ в электронной, химической и других областях промышленности и может быть использовано для очистки газа от газообразных примесей. Цель изобретения - повышение эффективности разделения газа и понижение потребляемой энергии. Принцип работы аппарата основан на удалении легкоионизируемой газовой примеси электрическим полем коронного разряда из газовой смеси. Аппарат для разделения газа содержит корпус 1, в котором расположены вакуумно-плотно разделительный электрод 2 и диафрагма 3, электрически соединенные с корпусом 1 и заземленные. Электрод 2 разделяет внутренний объем 4 с газом, обогащенным второй компонентой, и объем 5 с газом, обогащенным первой компонентной (примесью). Диафрагма 3 отделяет объем 6 со смесью газов от объема 4. Внутри объема 6 помещен коронирующий электрод 7 с вмонтированными в него остриями 8, электрически соединенный с высоковольтным вводом 9, вакуумно-плотно входящий в высоковольтный изолятор 10. В диафрагму 3 помещены вакуум-плотные изоляционные трубки,торцы которых выходят за пределы острий 8, помещенных коаксиально внутри трубок 11. В разделительный электрод 2 вакуумно-плотно помещены втулки с соплами 12,каждое соосно с соответствующим своим острием 8, расширяющейся частью в сторону последнего. К торцу каждого сопла 12 прикреплена металлическая сетка 13. К корпусу 1 вакуумно-плотно присоединены патрубки 14 и 15 для входа газовой смеси и выхода разделенных потоков газа соответственно из объема 4 и патрубок 16 из объема 5. Все торцы коронирующего электрода 7 закруглены для исключения пробоев. Электрическое соединение разделительного электрода 2 с корпусом 1 и заземление корпуса позволяют упростить электрическую схему, обслуживание аппарата и ускорить снятие заряда с разделительного газа. Сетки 13 позволяют сделать горение короны более равномерным, симметричным с осью сопел 12, направить основной поток ионизированной первой компоненты (примеси) в центральную часть сопел 12. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области разделения и очистки газообразных и жидких веществ в электронной, химической и других областях промышленности и может быть использовано для очистки газа от газо- образных примесей, например, в установках для получения чистых инертных и других газов, очистки воздуха от газообразных загрязнений.

Целью изобретения является повыше- ние эффективности разделения газа, снижение потребляемой мощности.

На чертеже представлен аппарат для разделения газа.

Аппарат для разделения газа содержит корпус 1, в котором расположены вакуумно- плотно разделительный электрод 2 и диафрагма 3, электрически соединенные с корпусом 1 и заземленные. Электрод 2 разделяет внутренний объем аппарата на объ- ем 4 с газом, обогащенным второй компонентой, и объем 5 с газом, обогащенным первой компонентой (примесью). Диафрагма 3 отделяет объем 6 со смесью газов от объема 4. Внутри объема 6 помещен ко- ронирующий электрод 7 с вмонтированными в нее остриями 8, электрически соединенный с высоковольтным вводом 9 источника тока (не показан), вакуумно-плот- но входящим в высоковольтный изолятор 10. В диафрагму 3 помещены вакуумно- плотные изоляционные трубки 11, торцы которых выходят за пределы острий 8, помещенных коаксиально внутри трубок 11. В разделительный электрод 2 вакуумно- плотно помещены металлические втулки с соплами 12, каждое соосно с соответствующим своим острием 8, расширяющейся частью в сторону последнего. К торцу каждого сопла прикреплена металлическая сетка 13. К корпусу 1 вакуумно-плотно присоединены патрубки 14 для входа газовой смеси, выхода 15 разделенных потоков газа из объема 4 и выхода 16 из объема 5. Все торцы коронирующего электрода 7 закруглены для ис- ключения пробоев.

Электрическое соединение разделительного электрода 2 с корпусом 1 и заземление корпуса позволяют упростить электрическую схему, обслуживание аппарата и ускорить снятие заряда с разделительного газа. Сетки 13 позволяют сделать горение короны более равномерным, симметричным с осью сопел 12, направить основной поток ионизированной первой компоненты (примеси) в центральную часть сопел 12.

Аппарат работает следующим образом.

Газовая смесь с меньшей концентрацией первой компоненты подается во входной патрубок 14, попадает в объем 6 и проходит вдоль трубок 11, где в положительном коронном разряде /ионизируется первая компонента с более низким потенциалом ионизациии образуются положительные 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 движутся в направлении сеток 13 и попадают на проводящую поверхность сопел 12. Здесь они нейтрализуются и откачиваются сквозь каналы во втулках сопел 12 в объем 5, а оттуда через патрубок 16 удаляются, Диаметры, длина и количество каналов во втулках такие, что разность давлений с обеих сторон разделительного электрода 2 составляет десятые доли атмосферы и обеспечивается откачка только объема газа внутри сопел 12, т.е. порядка долей процента от полного объема газа в объеме 4. Входные диаметры сопел 12 на порядок больше диаметров каналов их втулок и это позволяет исключить образование объемного заряда вблизи них. Сетки 13 позволяют выравнять потенциал вблизи сопел 12, направить ионы в центральную часть сопел. Таким образом обеспечивается максимальная откачка первой, нейтрализованной компоненты (примеси) на стенках сопел 12 и минимальная откачка второй компоненты (основной) газа

Расчеты показывают, что для полного устранения влияния пространственного заряда ионов, поток которых из объема короны стягивается на поверхностях сопел 12 при расстоянии острие 8 - сетка 13, равном 2 см, радиусе коронирующего электрода 0,05 см, напряжении короны 5000 В и полном токе ионов А при давлении газа в 1 атм внешний диаметр сопла 12 должен быть порядка 1 см. Для откачки из сопел 12 газа, состоящего из смеси второй компоненты и нейтрализованных атомов первой компоненты, путем уменьшения давления в объеме 5 до значения порядка 0,8-0,9 атм при глубине конуса сопла 9,5 см и при количестве сопел 12 порядка тысячи диаметры и каналов в хвостовой части сопла должны быть порядка 0,1 см. При этом поток откачиваемого газа сквозь сопла 12 имеет значение порядка 0,01 л/с, т.е. порядка 1% от принятого полного потока в трубе 1 л/с.

При указанных параметрах аппарата, короны и потока газа за расчетное время прохождения газа вдоль трубы, равно 30 с, происходит разделение и откачка (очистка) атомов кислорода (первой компоненты) из аргона (второй компоненты) от уровня до 10 %. При расчетах принималось, что ток в короне проходит преимущественно за счет ионизации атомов первой компоненты и количество перенесенных ионов первой компоненты из области короны на стенки сопел пропорционально времени прохождения тока.

Использование аппарата по сравнению с существующими устройствами обладает рядом преимуществ. Так, применение коронирующего электрода в виде совокупности металлических острий и диафрагмы с коак- сиально размещенными трубками позволяет увеличить эффективность разделения газа путем увеличения эффективности ионизации атомов примеси при одном и том же расходе газа - весь поток разделяется на отдельные потоки и каждый из них проходит сквозь область короны, в которой основным является ионизация электронным ударом.

Кроме того, применение геометрии острие - плоскость (сеток на втулках в виде сопел) позволяет существенно снизить потребляемую мощность разряда короны для разделения одинакового количества газа за счет понижения рабочего напряжения при одном и том же токе короны, Рабочее напряжение короны снижено от 60000 В (в прототипе) к 5000 В. Таким образом, при наборе определенного количества пар острие-сопло, при котором ток короны равен току в аппарате по прототипу, мощность разряда для разделения одного и того же количества

газа падает в 12 раз.

Формула изобретения

эффективности разделения газа и снижения потребляемой мощности, он снабжен диафрагмой с изоляционными трубками, распо- ложеной между коронирующим и разделительным электродом, соединенным

с корпусом, и сеткой, размещенной между металлическими втулками с соплами и прикрепленной к их торцам, а коронирующий электрод снабжен остриями, коаксиально размещенными в соответствующей изоляционной трубке, причем металлические втулки разделительного электрода установлены под изоляционными трубками соосно им и остриям коронирующего электрода.

3.Аппарат по п.1,отличающийся тем, что для разделения электроположительных газов коронирующий электрод с ос- триями подключен к положительному полюсу источника тока.