Устройство для разделения газовых смесей Советский патент 1982 года по МПК B01D53/04 

1

Изобретение относится к техйологическим системс1М для разделения смесей путем сорбции с последующим вьаделением основного компонента например отбора углекислого газа иэ воздушной среды для обеспечения жизнедеятельности организмов в ограниченных, преимущественно герметичных, объемах и может быть использовано как в транспортных средствах, так и стационарных установках различных отраслей промыишённостй.

Известно устройство для разделения газовой среды, включающее корпус и транспортирующий механизм для перемещения сорбента С11.

Такое устройство сложно в изготовлении и эксплуатации вследствие наличия механизма перемещения сорбента. При этом возможны перетоки газа в системе, что снижает качество очистки. Наличие элементов движения обуславливает вибрацию и шум.

Известно устройство для разделения газовых смесей, включающее корпус со слоем адсорбента, камеры, теплообменные элементы, соединенные с камерами, термоэлектрическую батарею и патрубки ввода и вывода газа С2.

В этом устройстве сорбционный слой выполнен из большого числа элементов, расположанных на одинаковом расстоянии один от другого, а меязду элементами образованы каналы для подвода и отвода газа (смеси и компонентов), Термоэлементы установлены в поглотителе таким образом , что между ними и каждым сорбционным элементом осу10ществляется теплопередача. Термоэлементы отводят тепло от адсорбционных элементов во время адсорбции и подводят во Ёремя десорбции.

К недостаткс1М относится неэффективность секционного теплораспределения по толщине сорбента при циклическом изменении температуры. При этом термоэлементы имеют незначительные перепады температур между спаями, что

20 снижает эффективность адсорбции слоя. Высокая инерционность системы не обеспечивает высокой чистоты очистки и экономичности процесса.

Целью изобретения является повы 5 шение экономичности процесса за счет улучшения условий теплообмена.

Эта цель достигается тем, что в устройстве для разделения газовых смесей, включающем корпус со слоем ад30сорбента, камеры, размещенные в слое адсорбента, .теплообменньзе элементы, соединенные с камерами,и термоэлектрическую батарею, теплообменные элемен ты выполнены в виде труб с капилляр но-пористыми фитилями, при этом камеры заполнены капиллярно-пористым материалом. Устройство снабжено соединенным с патрубком вывода газа теплообменником и отделителем жидкости. В этом устройстве адсорбция и десорбция заданного компонента из газовой смеси осуществляется в поглотителе при иэМененйи его температуры посредством развитой системы теплообмена, а потоки газовой смеси обусловлены изменёнием давления в адсорбере-десорбере за счет разности температур в помещении и аппарате без принуди тельных систем переноса газа и его компонентов. При этом, при десорбции поглощенный газ поступает в теплообменник и отделитель жидкости, обес печивая высокую степень очистки жизнеобеспечивающей среды и возможность утилизации сжиженного компонента. На чертеже представлена схема устройства для разделения газовых смесей. Устройство ключает корпус, содержащий два блока 1 и 2 со слоем адсор бента 3, трубы 4 с фитилями 5,объединенные камерами 6, заполненнь&ш ка пиллярно-пористым материалом, преиму щественно металлокерамикой. Между камерамя установлена реверсивная термоэлектрическая батарея 7. Блоки с гщсорбентом снабжены патрубками вв да 8 и вывода 9 газа с вентилями 10, 11, 12 и 13. Предусмотрены забор ный фильтр-осушитель 14, теплообменник-конденсатор 15 с теплосъемниками 16, отделитель жидкости 17 со сливны патрубком 18, вентилем 19, уровнемером 20, газоотводом 21 и регулирующим клапаном 22. Устройство работает следующим образом. При подаче на термобатарею 7 пост янного или выпрямленного тока происх дит в одном блоке, например 1, нагре поглотителя (сорбента) 3, а в другом блоке 2 - охлаждение его за счет теп лообмена теплообменных элементов. Пр этом съем тепла с горячего спая термобатареи 7 осуществляется промежуГочнн м теплоносителем, например ацетоном, .с температурой- кипения около 70°С, испаряющимся из капиллярно-пористой структуры в камере. Пары диффундируют к поверхностям труб 4, кот рые рассеивают тепло фазового переход в адсорбенте 3, конденсируютсяи жид кий ацетон по капиллярно-пористой структуре .фитилей 5, выстилающей их поверхность и контактирующей с материалом общей камеры б, возвращается к горячим поверхностям труб 4. Рассеянное в поглотителе тепло осуществляет десорбцию поглощенного компонента, который через вентиль 12 при закрытых вентилях 10 и 13 через патрубок 9 направляется в теплообменникконденсатор 15 где за счет отвода тепла с его теплосъемников 16 при рабочем давлении в системе, установленном регулирующим вентилем 22 (порядка 15-17 ат1) .конденсируется и поступает в отделитель жидкости 17, а пары по трубопроводу 21 выводятся из системы. Когда отделитель жидкости заполнится, что видно по уровнемеру 20, жидкость выводят из системы через трубопровод 18 и вентиль 21. (Одновременно с десорбцией протекает процесс сорбции в блоке 2, поглотитель которого охлаждается холодным спаем термобатареи 7. Благодаря охлаждению поглотитель сорбирует из поступающей через фильтр-осушитель 14 и патрубок 9 газовой смеси (воздуха) СО.Тепло адсорбции из аппарата отводится трубами 4, в которых осуществляется испарение ацетона из капиллярно-пористой структуры фитилей 5, а также пристеночного слоя. Тепло фазового перехода переносится парами к охлаждаемому капиллярнопористому материалу в кгилере 6. Пары конденсируются на холодных поверхностях, а конденсат возвращается вновь в зону испарения. И так до полного насыщения и десорбции,после чего, изменяя направление тока, перекрывая соответственно вентили 11 и 12 и открывая вентили 10 и 13, превращают блок 1 в адсорбер, а блок 2 в десорбер... Циклы повторяются. Система клапанов основана на автоматическом принципе работы за счет давлений в адсорберах-десорберах, определяя таким образом продолжительность периодов сорбции и десорбции с одновременным переключением тока, подаваемого на клеммы термобатареи. Для увеличения интенсивности процесса фильтр-осушитель дополнительно комплектуется вентиляторомнагревателем газовой среды. Благодаря йыполнению устройства разделения газовых смесей в соответствии с заявляемым техническим . шением достигается наиболее глубокая очистка воздуха от одного из компонентов, в соответствии с выбранным поглотителем, например от углекислого газа (за счет особенностей поглотителя и разделения газа в отделителе на жидкую и газовую фазы), в оптимальном режиме при сравнительно простом аппаратурном оформлении.Кроме того, достигается возможность утилизации СО, а исключение приводных механизмов гарантирует бесшум