Устройство для регулирования содержания кислорода и углекислого газа Советский патент 1982 года по МПК B01D53/02 

1

Изобретение относится к хранениям сельскохозяйственных продуктов, например плодов, овощей, винограда, зерна и т.д., в регулируемой газовой среде с пониженным содержанием кислорода и повышенным содержанием углекислого газа и азота.

Известно устройство для регулирования концентраций кислорода и углекислого газа в хранилищах путем каталитического -Сжигания углеводородного топлива в циркулирующей по замкнутому контуру газовой среде. Оно включает вентилятор, предназначенный для циркуляции газовой среды,, адсорбер, в котором удаляют избыточное количество углекислого газа из газовой среды, реактор, используемый для каталитического окисления углеводородного топлива кислородом, содержащимся в газовой среде,хранилища, состоящий из камеры для смете-;ния углеводородного, топлива с газовой средой, электроподогревателя и насадки катализатора, водяной скруббер, предназначенный для охлаждения газовой среды до заданных параметров перед подачей ее в камеру хранения f1J.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является устройство для

,Q регулирования содержания кислорода и углекислого газа в хранилищах, которое содержит последовательно соединенные в замкнутый контур хранилищегенератор-хранилище вытяжной вентилятор, нагреватель, каталитический реактор, к верхней части которого подсоединен трубопровод подачи топлива, адсорберы с расположенными до и после них соответственнопервым и

20 вторым переключателями потоков, вентилятор и водяной скруббер.

Вытяжной вентилятор , соединенный своим всасывающим патрубком с хранилищем, а нагнетающим патрубком - с нагревателем, предназначен для циркуляции газовой среды по замкнутому контуру хранилище-генератор-хр нияище. Нагреватель, установленный поо ле вентилятора, предназначен для подогрева газовой среды от 4 до перед подачей ее в реактор. Выходной патрубок нагревателя связан с каталитическим реактором трубопроводом, на котором установлен узел ввода топлива, поступающего по газопроводу, в поточ подогретой газовой среды Каталитический реактор представляет собой емкость с расположенной в нижней части решеткой и сеткой, которая засыпана гранулирован 1ым катализатором, предназначенным для каталитического окисления углеводородного топлива кислородом, содержащимся в газовой среде. Емкость имеет верхнюю и нижнюю .крышки, на которых расположены соответственно подводящий и отводящий, патрубки реактора. Отводящий патрубок реактора соединен трубопроводом с кожухотрубчатым теп лообменником, в трубном пространстве которого продукты каталитического окисления охлаждают водой, протекающей в межтрубном пространстве теплообменника.

Выходной патрубок теплообменника по ходу газовой среды связан трубопроводом с блоком адсорбции.

Блок адсорбции состоит из двух адсорберов, двух переключатели газовых потоков, расположенных на входе и выходе блока адсорбции, вентилятора и подогревателя воздуха. Первый четырехходовой переключатель газовых потоков, расположенный на входе в блок адсорбции, соединен своими боковыми патрубками с нижними ча,стями адсорберов, верхним патрубком с атмосферой, нижним патрубком - с теплообменником. Второй четырехходовой переключатель газовых потоков, расположенный на выходе из блока адсорбции, своими боковыми патрубками соединен с верхними частями адсорберов, нииним патрубком - с подогревателем воздуха, верхним - с водяным скруббером.

Поворотная заслонка в чётырехходовом переключателе газовых потоков имеет два фиксированных взаимно перпендикулярных положения. При расположении поворотных заслонок в

одном из фиксированных положений газовая среда будет поступать через певый переключатель газовых потоков на один из адсорберов и далее через второй переключатель газовых потоков в водяной скруббер. В это же время на другой адсорбер вентилятор через нагреватель и второй переключатель газовых потоков будет подавать воздух для регенерации адсорбента, который после адсорбера через входной переключатель газовых потоков выводя в атмосферу. При повороте обеих заслонок на угол 90 происходит переключение подачи воздуха и газовой в адсорберы. В отрегенерированный адсорбер поступает газовая среда а в насыщенный углекислым газом подогретый воздух.

Верхний патрубок второго переключателя газовых потоков соединен с входным патрубком водяного скруббера трубопроводом, по которому из блока адсорбции поступает очищенная от избыточного количества углекислого газа газовая среда. Выходной патрубок водяного скруббера соединен трубопроводом с хранилищем. Водяной скруб бар выполнен в виде колонны, в средней части которой имеется насадка из колец Рашига. В верхнюю часть колонны подают воду, которая, увлажняя газовую среду, выводится из скруббера через гидрозатвор, расположенный в нижней части колонны 2J,

Однако в известных устройствах для увеличения емкости обслуживаемого хранилища необходимо увеличивать скорость регулирования содержания кислорода и углекислого газа, что связано с увеличением расхода топлива, сжигаемого в газовой среде хранилища.

Если в известном устройстве увеличить расход подаваемого в реактор топлива при неизменном расходе газовой среды, циркулирующей через реактор, то в результате экзотермической реакции окисления углеводородов температура катализатора начнет возрастать и при достижении 600С и более начинается термическое разрушение катализатора. Таким образом, в известном устройстве количество циркулирующей газовой среды находится в строго определенной зависимости от расхода сжигаемого топлива, максимальное количество которого определяется термической стойкостью катализатора. Поэтому увеличение расхода сжигаемого топлива в известном устройстве влечет за собой увеличение количества циркулирующей газовой ере ды. При этом увеличивается тепловой поток на ее подогрев, мощность вентилятора, диаметр циркуляционных тру бопроводов, диаметр и объем насадки адсорберов для поглощения углекислого газа, так как в процессе сорбции необходимо соблюдать вполне определе ную скорость газовой среды, проходящей через адсорбер, величина которой не должна превышать допустимую. I В известном устройстве, необходим также определенное количество тепловой энергии для подогрева воздуха, идущего на регенерацию сорбентов, используемых для поглощения избыточного количества углекислого газа в системе. Кроме того, в известном устройств необходимо подогревать весь объем ци кулирующей газовой среды, подаваемой на каталитический реактор, до . Это приводит к увеличению удельно го расхода энергии на единицу хранимой продукции, габаритов, и веса устройства, что снижает в итоге эффекти ность хранения сельскохозяйственной продукции в регулируемой газовой среде. Целью изобретения является увеличение скорости регулирования содержания кислорода и углекислого газа в газовой среде и снижение удельных энергетических затрат. Указанная цель достигается тем, что в устройстве для регулирования содержания кислорода и углекислого газа каталитический реактор выполнен секционным, снабжен расположенными между его секциями смесительными камерами и размещенным на выходе реактора теплообменником, причем трубопровод подачи топлива связан со смесительными камерами, а нагреватель соединен со вторым переключателем потоков и связан со смесительными камерами посредством коллектора, при этом теплообменник соединен с водяным скруббером и первым переключателем потоков, который связан с вытяжным вентилятором. На чертеже представлена принципиальная схема устройства для регулирования содержания кислорода и углекислого газа. В устройстве хранилище 1 связано с вентилятором 2, предназначенным для циркуляции газовой среды по замкнутому контуру хранилище-устройствохранилище, который посредством трубопровода 3 связан с нижним патрубком k первого четырехходового переключателя 5 газовых потоков, предназначенного для распределения потоков газовой среды и подогретого воздуха, подаваемых в блок адсорбции. Боковые патрубки 6 и 7 переключателя га зовых потоков 5 соединены с нижней частью адсорберов 8 и 9 а верхний патрубок 10 - с межтрубным пространством 11 рекуперативного кожухртрубчатого теплообменника 12 посредством трубопровода 13. Богювые патрубки k и 15 второго переключателя газовых потоков 16, предназначенного для переключения потоков газовой среды и смеси воздуха с yi- лекислым газом, соединены с верхней частью адсорберов 8 и 9. Нижний патрубок 17 второго переключателе газовых потоков 16 соединен с атмосферой, а верхний патрубок 18 второго переключателя газовых потоков 16 связан с нагревателем 19 трубопроводом 20. Последний в свою очередь соединен с коллектором 21, к которому присоединены трубопроводы 22 и 23 с установленными на них вентилями 2 и 25 для регулировки расхода подаваемой газовой среды. Трубопроводы 22 и 23 подключены соответственно к смесительным камерам 2б и 27, предназначенным для смешения подаваемых топлива, газовой среды и продуктов каталитического окисления топлива. Нагреватель 19 соединен трубопроводом 28, на котором установлен регулирующий вентиль 29, с реактором 30. Многосекционный каталитический реактор 30 содержит корпус, в котором последовательно расположены секции 31, смесительная камера 26,секция 32, смесительная камера 27,секция 33, рекуперативный кожухотрубчатый теплообменник 12 с трубным пространством З, причем межтрубное пространство 11 теплообменника 12 связано с нагнетающим патрубком вентилятора 35, всасываю1цйй патрубок которого соединен с атмосферой. На трубопроводе 36 установлены ротаметры 37, 38 и 39, связанные соответственно со смесительными камерами 27 и 26 и верхней частью реактора 30, Ниж няя часть реактора 30 связана трубопроводом 0 с нижней частью водяного скруббера if, предназначенного для охлаждения и увлажнения газовой среды. Верхняя часть водяного скруббера k соединена трубопроводом k2 с хранилищем 1. Верхняя часть скруббера А1 связана с трубопроводом подачи воды «3, а нижняя часть - с трубопроводом отвода воды kk из скруббера. Устройство для регулирования содержания кислорода и углекислого газа работает следующим образом. Охлажденную в хранилище 1 газовую среду с пониженным содержанием кислорода и повышенным - углекислого газа и азота забирают вентилятором 2 и подают по трубопроводу 3 мерез нижний Л и боковой 6 патрубки переключателя газовыхПОТОКОВ 5 в нижнюю часть адсорбера 8, в котором про изводится поглощение углекислого газа из газовой среды твердыми сорбентами . Работа адсорберов 8 и 9 периодическая. В то время, когда адсорбер 8 работает в режиме поглощения углекислого газа, адсорбер 9 в режиме регенерации сорбентов. Регенерация проводят воздухом, который забирают из окружающей атмосферы, нагнетают вентилятором 33, нагревают в межтрубном пространстве 11 теплообменника 12 продуктами каталитического окисления топлива, проходящими в трубном простоанстве З теплообмен ника 12, до 300°С и подают по трубопроводу 13 через верхний 10 и боковой 7 патрубки переключателя газовых потоков 5 в нижнюю часть адсорбера 9. выходящую из верхней части адсорбера 9 смесь воздуха и углекислого газа через боковой 15 и нижний 17 Патрубки второго переключателя газовых потоков 16 -ВЫВОДЯТ в атмосферу а выходящую из верхней части адсорбера 8 газовую среду, освобожденную от СО , через боковой I и верхний 1 патрубки переключателя газовых потоков 16 по трубопроводу 20 подают в нагреватель 19 и коллектор 21. Перевод ад-.орберов из режима сорб ции в режим (енерации осуществляют поворотом заслонок переключателей газовых потоков 5 и 16 на угол 90 Тогда газовую среду подают по трубопроводу 3через нижний k и боковой 7 патрубки первого переключателя 5 газовых потоков, адсорбер 9, боковой 15 и верхний 18 патрубки второго переключателя 16 газовых потоков, а воздух подают по трубопроводу 13 через верхний 10 и боковой 6 патрубки первого переключателя газовых потокоз 5. адсорбер 9., боковой 1 и нижний 17 патрубки второго переключателя газовых потоков 16 и выводят в атмосферу. Часть газовой среды, поступающей в нагреватель 13, нагревают до 300°С и подают по трубопроводу 28 через вентиль 29 в верхнюю часть реактора 30. Количество подаваемой в .нагреватель 19 газовой среды, которое составляет приблизительно 25 от общего количе ;/тва циркулирующей по замкнутому контуру хранилище-генератор-хранилище газовой среды, регулируют вентилем 29. В верхнюю часть .30 реактора по трубопроводу 36 через ротаметр 39 пЬдают углеводородное топливо, которое смешивают с подогретой газовой средой и направляют в секцию 31, засыпанную гранулированным алюмохромовым катализатором в которой происходит каталитическое окисление углеводородного топлива кислородом , содержащимся в циркулирующей газовой среде. В результате экзотермической реакции окисления топлива выделяется большое количество тепловой энергии, которое нагревает продукты катализата и катализатор до 600 С. Подаваемые из секции 31 продукты каталитического окисления топлива охлаждают в смесительной камере 26 до 300 С газовой средой,, поступающей по трубопроводу 22 через вентиль , смешивают с углеводород- , нымдопливом, подаваемым по трубопроводу 36 через ротаметр 38, и направляют в секцию 32, засыпанную гранулированным алюмохромовым катализатором, в которой происходит каталитическое окисление углеводородного топлива кислородом, содержащимся в циркулирующей газовой среде. Количество подаваемой в смесительную камеру 2б газовой среды, которое составляет приблизительно 25% общего количества циркулирующей по замкнутому, контуру газовой среды, регулируют вентилем 2. Нагретые в результате экзотермической реакции до температуры 600 С продукты каталитического окисления подают в смесительную камеру 27, охлаждают газовой средой, поступающей по трубопроводу 23 через вентиль, 25, до температуры 300С, смешивают с углеводородным топливом, поступающим по трубопроводу 36 через ротаметр 37, и направляют в.секцию 33, засыпанную гранулированным катализатором, в которой происходит каталитическое окисление углеводородного топлива кислородом, содержащимся в циркулирующей газовой среде. Количество подаваемой в смесительную ка меру 27 газовой среды, которое составляет приблизительно 50 общего количества циркулирующей газовой ереды, регулируют вентилем 25. Выходящие из секции 33 продукты катализа с температурой охлаждают в труб ном пространстве 3 теплообменника 12 воздухом, проходящим в межтрубном пространстве 11, и по трубопроводу fO подают в водяной скруббер 1, где про дукты катализа охлаждают и увлажняют водой, подаваемой по трубопроводу З. Охлажденную и увлажненную газовую среду из скруббера fl по трубопроводу Л2 направляют в хранилище. Воду из скруббера Ц отводят по трубопроводу kk. При достижении в атмосфере хранилища требуемых концентраций СО2. работу устройства прекращают. При от- « клонении концентрации 02 и СО в атмосфере хранилища от заданных значений состав атмосферы периодически кор ректируют . Одним из преимуществ предлагаемого устройства по сравнению с известным является то, что устройство, работающее по предлагаемой схеме, легко поддается автоматизации. Кроме того, при одних и тех же количествах циркулирующей газовой среды и удельных расходах пропана на 1 т хранимой продукции за сезон хранения применение предлагаемого устройства позволяет увеличить емкость обслуживаемого хранилища и скорость регулирования концентраций 02.И СО в атмосфере храни96310 лища, снизить удельный расход тепловой энергии на 1 т хранимой продукции и снизить удельные эксплуатационные расходы на 1 т хранимой продукции за сезон хранения. Применение предлагаемого устройства позволит значительно повысить )фгктивность хранения сельскохозяйственной продукции в регулируемой газовой среде. Формула изобретения Устройство для регулирования содержания кислорода и углекислого газа, содержащее вытяжной вентилятор, нагреватель, каталитический реактор, к верхней части которого подсоединен трубопровод подачи топлива, адсорберы с расположенными до и после них соответственно первым и вторым переключателями потоков, вентилятор и водяной скруббер, отличающее С Я тем, что, с целью увеличения скорости регулирования содержания кислорода и углекислого газа в газовой среде и снижения удельных энергетических затрат, каталитический реактор выполнен секционным, снабжен расположенными между его секциями смесительными камерами и размещенным на выходе реактора теплообменником, причем трубопровод подачи топлива связан со смесительными камерами, а нагреватель соединен со вторым переключателем потоков и связан со смесительными камерами посредством колллектора, при этом теплообменник соединен с водяным скруббером и первым переключателем потоков, который связан с вытяжным вентилятором. Источники информации, принятые во внимание при экспеотизе ... т- 1.Патент США № 3313631, кл. 99-271, 1967. 2.Тяжкороб А. Ф. и др. Рециркуяционный генератор РТГС-АОО. Киев Реклама, t977.