Аппарат для разделения газа Советский патент 1991 года по МПК B01D53/32 

руемые заслонки 8 Аппарат может быть выполнен цилиндрическим и прямоугольным.

Перегородка А выполнена из диэлектрического материала с удельным поверхностным сопротивлением р , определяемым из отношения

Р Ј0 Е КЕ

где Н - межэлектродное расстояние между коронирующими электродами и стенкой корпуса;

Е - напряженность электрического поля между ними:

е, К - диэлектрическая проницаемость и подвижность ионов разделяемого газа со- ответственно;

Ј0 - электрическая постоянная, отношение расстояние h между перегородкой и стенкой корпуса к межэлектродному расстоянию 0,02 h/H 0,5, отношение шага I между равномерно расположенными отверстиями к межэлектродному расстоянию Н удовлетворяет неравенству 1/Н 0,2, а отношение суммарной площади отверстий So к общей площади перегородки S удовлетворяет условию 0,06 So/S 0,16,

Аппарат для разделения газа работает следующим образом.

Газовая смесь поступает по входному патрубку 2 и проходит вдоль аппарата. Ко- ронирующий электрод 7 создает в аппарате ионы. При положительном коронном разряде ионизируется компонент с более низким потенциалом ионизации (таким газом может быть, например, гелий), в отрицательном коронном разряде - молекулы смеси газов с более высоким значением сродства к электрону (например, кислород, окись углерода).

Двигаясь по силовым линиям электрического поля, ионы достигают поверхности диэлектрической перегородки и осаждаются на ней, заряжая ее. Часть ионов проходит сквозь отверстия в перегородке к осади- тельному электроду. После того, как диэлектрическая перегородка зарядится, напряженность электрического поля вблизи ее поверхности уменьшается практически до нулевого значения, тогда как вблизи отверстий она увеличивается,

Под действием перераспределенного электрического поля начинается интенсивный транспорт ионов через отверстия перегородки в зазор между перегородкой 4 и корпусом 1. Попадая на поверхность корпуса, ионы нейтрализуются и отводятся по боковому выводному патрубку 3. Обедненная газовая смесь отводится по центральному выводному патрубку 3. При проходе ионов

сквозь отверстия возникает интенсивный электрический ветер, скорость которого достигает десятков метров в секунду, что затрудняет возврат нейтрализованных ионов

через отверстия в перегородке в зону коронного разряда. Электрический ветер заставляет нейтрализованный газ двигаться по каналу между корпусом и перегородкой. Таким образом, обеспечивается макси0 мальное выделение ионизированной в коронном разряде компоненты смеси газа.

Для примера в качестве входного газа использовался комнатный воздух. В области указанных критериальных соотношений

5 аппарат обеспечивал поток ионов кислорода сквозь отверстия в перегородке с плотностью 1012-10 ионов/см2.с.

Теоретические значение предельно достижимых плотностей потока Го2 ионов кис0 лорода, выделяемых из атмосферного воздуха в зависимости от межэлектродного расстояния Н приведены в табл 1

Таким образом , предлагаемый аппарат обеспечивает высокую степень..выделения

5 ионов кислорода из воздуха.

Предельное минимальное значение удельного поверхностного сопротивления р , при котором происходит эффективное разделение 1013 1/см2с для различных

0 межэлектродных расстояний, приведено в табл. 2 (эти значения соответствуют выражению в самом общем случае, приведенному в

1П Н

описании изобретения р -).

Јо Ј КЕ

5 Важным параметром, определяющим работу аппарата разделения газов является отношение расстояния между перегородкой и заземленным корпусом h к расстоянию между коронирующими электродами и

0 корпусом Н.

Экспериментальные данные по исследованию разработанного устройства приведены в табл. 3 (Го2 поток ионов кислорода из воздуха).

5

Частота отверстий на диэлектрической перегородке влияет на интенсификацию разделения газов. Экспериментальные исследования показали, что при малой частоте

0 количество разделения газов мало.

Это связано с тем, что величина расстояния между отверстиями перегородки приводит к возникновению обратной короны и происходит срыв разделения газов. При

5 большой частоте отверстий разрядные явления, транспортирующие отдельные компоненты газа к отверстию возникают только у отдельных отверстий и разделение идет, не снижая эффективности (см. табл. 4).

Установлено, что эффективность разделения газов зависит от относительной площади отверстий на диэлектрической пластине оптимальным диапазоном можно считать 0,06 :Ј S0/S 0,16 за пределами этого диапазона выход кислорода из воздуха больше, чем в 100 раз (см. табл. 5). Формула изобретения 1. Аппарат для разделения газа, содержащий корпус с патрубками входа и выхода продуктов разделения, отдельными друг от друга перегородкой, снабженной отверстиями, установленной вдоль стенки корпуса, коронирующий электрод, расположенный по оси корпуса, подключенный к высоковольтному выводу источника постоянного напряжения, а второй вывод источника подключен к корпусу аппарата, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса разделения газов на отдельные составляющие и упрощения конструкции аппарата, перегородка выполнена из диэлектрического материала с удельным поверхностным сопротивлением р, удовлетворяющим условию

0 юн

р Јо Ј КЕ

где Н - расстояние между коронирующими электродами и стенкой корпуса;

Е - напряженность электрического поля между ними,

Е, К - диэлектрическая проницаемость и подвижность ионов разделяемого газа,

Ј0 электрическая постоянная; отношение расстояния h между перегородкой и стенкой корпуса к межэлектродному расстоянию (Н) 0,02 h/H 0,5, отноше- ние шага I между равномерно расположенными отверстиями к межэлектродному расстоянию удовлетворяет неравенству I/H 0,2, а отношение суммарной площади отверстий So к общей площади перегородки S удовлетво- ряет условию 0,06 So/S 0,16.

2. Аппарат по п. 1,отличающийся тем, что патрубки входа и выхода газа снабжены регулируемыми заслонками.

Таблица 1

Изобретение относится к устройствам для разделения смеси газов на отдельные компоненты и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства для обогащения газов отдельными его составляющими и при очистке газов от вредных газовых примесей. Цель - интенсификация процесса разделения газов на отдельные составляющие и упрощение конструкции аппарата. Аппарат содержит корпус с патрубками входа и выхода продуктов разделения, отделенными друг от друга перегородкой с отверстиями для пропуска ионов газа, коронирующий электрод, расположенный по оси камеры и подключенный к полюсу высоковольтного источника постоянного тока, когда второй заземленный полюс подключен к корпусу аппарата. Перегородка из диэлектрического материала с сопротивлением ρ≥10H/ε₀εKE, где H - межэлектродное расстояние

E - напряженность поля

ε, K - диэлектрическая проницаемость и подвижность ионов разделяемого газа

ε₀ - электрическая постоянная. Отношение расстояния между перегородкой и стенкой корпуса к межэлектродному расстоянию находится в пределах 0,02 - 0,5, отношения шага между равномерно расположенными отверстиями к межэлектродному расстоянию - менее 0,2, а отношение суммарной площади отверстий к общей площади перегородки лежит в пределах 0,06 - 0,16. Патрубки входа и выхода снабжены регулируемыми заслонками. 1 з.п.ф-лы, 1 ил., 4 табл.

Таблица 3

Таблица 4

Таблица 5

Продукты

А разделения Y,

Снесь газов

и

е