Устройство для очистки газовых потоков от парообразных примесей Советский патент 1992 года по МПК B01D45/12 

Изобретение относится к очистке газовых потоков и может быть использовано для сепарации паров жидкости из газов, движущихся по трубопроводам под действием избыточного давления.

Наиболее близким по технической сущности является устройство, предназначенное для сепарации примесей, которые содержатся в газовом потоке в паровой фазе.

Оно содержит корпус с шнеком-завих- рителем, охваченным капиллярно-пористой втулкой, патрубок подвода газа с саморегулирующимся по давлению входа и выхода клапаном, патрубок отвода очищенного газа и патрубок слива конденсата. Работа -устройства осуществляется следующим образом. Газ по трубопроводу подается на вход саморегулирующегося клапана, где он, дросселируясь. понижает свою температуру

до температуры, необходимой для ожижения парообразных примесей После дросселирования газ в виде дисперсного потока ожиженных примесей поступает на вход шнека, где закручивается, а возникающая при этом центробежная сила отжимает ожи- женные частицы на внутреннюю поверхность пористой втулки и т.д

Конденсация примесей, содержащихся в газовом потоке, производится путем понижения температуры последнего при дросселировании. Это требует большого перепада давлений на устройстве и, следовательно, сужает область применения устройства. Так, например,-чтобы охладить воздух с t 20 до t - 40-50°С, нужно давление на входе 250-300 кгс/см2 и на выходе 3-1 кгс/см2, а такие газы, как водород и гелий, при t t р.т., наоборот, нагреваются). Поскольку конденсирующиеся парообразные

XI

4Ьь СЛ

со

ы

примеси выделяются в виде мелкодисперсного тумана, то есть, размеры и масса сконденсированных частиц малы, то воздействующие на них центробежные силы не могут обеспечить эффективную сепарацию этих частиц из газового потока.

Таким образом, устройство не обеспечивает эффективной очистки при низких давлениях очищаемого газа (10-30 кгс/см ), а для таких газов, как водород и гелий, не может быть применено без дополнительного охлаждения от других источников холода.

Целью изобретения является повышение эффективности сепарации паровой фазы влаги, содержащейся в газовом потоке.

На чертеже изображена схема устройства.

Устройство содержит цилиндрический корпус 1 с входным патрубком 2 и расположенным внутри корпуса шнеком-завихрите- лем 3, охватывающую выходной торец шнека 3 и выходной патрубок 4 камеру 5 осаждения. При этим направляющие 6 шне- ка-завихрителя выполнены в виде змеевика теплообмена, связанного одним концом с источником 7 подачи хладоагента, а другим - с дренажом 8. В теле шнека 3 выполнен глухой канал 9, на входном участке которого размещен подпружиненный пружиной 10 поршень-резонатор 11. Последний выполнен в виде стакана с заостренными кромками 12, выступающими за торец шнека 3, и образует совместно с входным патрубком 2, выполненным в виде сверхзвукового сопла, газодинамический ультразвуковой излучатель, Полости каналов 13 шнека сообщены с полостью глухого канала 9 через отверстия 14, выполненные в его боковой стенке. Параметры поршня-резонатора при этом определяются из соотношения f с

т 4(f+ 0,3d)

где с - скорость звука в газе, который продувается через сопло;

Р- глубина стакана (поршня-резонатора);

d - внутренний диаметр стакана.

Камера 5 осаждения выполнена со сливным патрубком 15, а источник 7 подачи хладоагента выполнен с вентилем 16 выдачи.

Устройство работает следующим образом.

Влажный газ подается на вход патрубка 2, в сопле которого он разгоняется до сверхзвуковой скорости и взаимодействуете поршнем-резонатором 11, возбуждая в нем низкочастотные ультразвуковые f 18-20 кГц колебания с частотой, определяемой параметрами резонатора и равной

f 4 fy-fO 3 d V это воемя из криогенной емкости 7, заправленной жидким азотом, через открытый вентиль 16 (вентиль 17

закрыт) жидкий азот подается в каналы направляющих б, где он, испаряясь, охлаждает стенки канала 13 до низкой температуры и сбрасывается в атмосферу. Влажный газе выхода резонатора 11 попадает в каналы 13

шнека-завихрителя 3. На некотором расстоянии от входа в каналы 13 влажный газ, например водород, охлаждается холодными стенками каналов до температуры конденсации отделяемой примеси, например паров воды. Происходит конденсация паров примеси в газовом потоке. При этом поршень-резонатор 11 возбуждает в объеме глухого канала 9 ультразвуковые пульсации давления, которые через отверстия 14 передаются в полости каналов 13,

Пульсации давления в каналах шнека- завихрителя существенно интенсифицируют процесс конденсации, так как в течение половины периода колебаний давления оно

становится ниже давления насыщения, г- пар переходит в метастабильное состояние Метастабильное состояние для реальных паров, содержащих механические примеси (например, частицы, являющиеся результатом износа оборудования), является неустойчивым и приводит к лавинообразной конденсации паров. Во вторую половину периода колебаний давление пара становится выше давления насыщения, однако ввиду

медленности процессов испарения (по сравнению со скоростью колебаний давления) испарение капли произойти не может, Первоначально мелкодисперсные капли жидкости под действием давления ниэкочастотной ультразвуковой волны, проникающей в каналы 13 шнека-завихрителя 3 через отверстия 14 в стенках глухого канала 9, начинают совершать колебательные движения с частотой f в пространстве каналов

шнека-завихрителя.

Таким образом, на спиралеобразную траекторию движения микроскопических частиц накладываются колебательные с частотой f перемещения, в результате чего

капля попадает в зоны переохлажденного (мстастабильного) пара и вызывает интенсификацию процесса конденсации становится ядром конденсации.

Таким образом, описанные эффекты:

n-кратная реализация метастабильного состояния пара, где п - число порядка отношения длины канала шнека-завихрителя L к произведению скорости движения газа по каналу на период ультразвуковых колебаний и колебательное движение капли около

спиралеобразной траектории существенно интенсифицируют процесс роста капель, то есть, осушку газа.

Полученные, таким образом, капли жидкости под действием центробежных сил, возникающих в результате движения дисперсного потока по винтовым каналам 13 шнека -3, перемещаются к периферии последнего, и при выходе потока в камеру осаждения 5 отбрасываются к ее стенкам и удаляются через сливной патрубок 15. Очищенный газ поступает в выходной патрубок А.

Таким образом, использование изобретения позволяет повысить эффективность очистки газа за счет интенсификации процессов конденсации и коагуляции, расширить диапазон очищаемых газовых потоков как по давлению, так и по роду очищаемых газов, за счет возможности получения более низких температур.

Формула изобретения

Устройство для очистки газовых потоков от парообразных примесей, содержа0

5

0

5

щее цилиндрический корпус с входным патрубком и расположенным внутри корпуса шнеком-завихрителем, выходной патрубок и охватывающую выходной торец шнека и выходной патрубок камеру осаждения, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности сепарации паровой фазы влаги, содержащейся в газовом потоке, направляющие шнека-завихрителя выполнены в виде змеевика теплообменника, соединенного одним концом с источником хл а до носителя, другим - с дренажом, а в шнеке со стороны входного торца выполнен глухой канал с размещенным во входном участке подпружиненным поршнем-резонатором, выполненным в виде цилиндрического стакана с заостренными кромками, выступающими за торец шнека, и образующим с входным патрубком, выполненным в виде сверхзвукового сопла, газодинамический ультразвуковой излучатель, при этом полости каналов шнека сообщены с полостью глухого канала через отверстия, выполненные в боковой стенке последнего.