Результат интеллектуальной деятельности: РАЗНОТЕМПЕРАТУРНАЯ КОНДЕНСАЦИОННАЯ КАМЕРА

Изобретение относится к оборудованию для пылеулавливания и может быть использовано в любой отрасли народного хозяйства, где требуется улавливание высокодисперсных аэрозолей из воздушного протока, в частности в пищевой промышленности.

Известна установка, содержащая увлажнитель всасываемого воздуха, компрессор, увлажнитель сжатого воздуха, подогреватель, разнотемпературную конденсационную камеру с газовым трактом преимущественно прямоугольного сечения, соединенные последовательно между собой, при этом тракт конденсационной камеры выполнен с соотношением длины к высоте более 20, одна из его продольных стенок выполнена с возможностью радиального перемещения, а выходная часть газового тракта разнотемпературной конденсационной камеры соединена с влагоотделителем, работающим по принципу трубы Вентури (патент РФ №2323033, МПК: B01D 47/05).

Основным недостатком известной конденсационной камеры является то, что конструкция холодной и горячей стенок не позволяет изменять геометрию тракта в зависимости от условий работы камеры, что приводит к значительным потерям энергии.

Известна разнотемпературная конденсационная камера с газовым трактом преимущественно прямоугольного сечения, содержащая нижнее днище, верхнее днище, холодную и горячую боковые стенки тракта с устройствами обеспечения разности температур их наружных поверхностей, при этом верхнее и нижнее днища соединены между собой по периферийной части при помощи боковых стенок с образованием замкнутой полости, в стенках которой выполнены разъемы для обеспечения возможности подвода внутрь полости трубопроводов рабочего тела и средств измерений, боковые стенки тракта выполнены состоящими из нескольких подвижно соединенных между собой частей, имеющих возможность углового и радиального перемещений как внутрь, так и наружу газового тракта, при этом тракт образован верхним, нижним днищами и боковыми стенками тракта (патент РФ №2476256, МПК: B01D 47/05, - прототип).

Указанная разнотемпературная конденсационная камера работает следующим образом.

Очищаемый воздух поступает в компрессор, где происходит его сжатие до заданных параметров. Из компрессора сжатый очищаемый воздух подается в увлажнитель сжатого воздуха и далее в подогреватель, где ему придается требуемая влажность и температура. Далее сжатый воздух, вырабатываемый компрессором, прошедший через увлажнитель сжатого воздуха и подогреватель, подается в разнотемпературную камеру, в которой происходит конденсация водяных паров на ядрах конденсации, например механических примесях, газовых ионах и на поверхности самопроизвольно образующихся зародышей, и их рост до размеров капель.

Разнотемпературная организация процесса конденсации в канале способствует смещению зоны конденсации от холодной стенки в ядро потока и одновременно позволяет расширить ее по поперечному сечению тракта. При таком температурном режиме основная масса конденсата выделяется не на холодной стенке в виде пленки, а в ядре потока, потому что там создаются первые условия конденсации.

Основным недостатком указанной камеры является недостаточно высокая степень очистки потока, связанная с недостаточно высоким уровнем турбулизации и перемешивания паровоздушного потока.

Технической задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков и создание установки для очистки воздуха, применение которой позволит обеспечить более полное отделение конденсата и механических примесей от потока газа, подвергаемого очистке.

Решение поставленной задачи достигается за счет того, что в предложенной разнотемпературной конденсационной камере с газовым трактом преимущественно прямоугольного сечения, содержащей нижнее днище, верхнее днище, холодную и горячую боковые стенки тракта с устройствами обеспечения разности температур их наружных поверхностей, при этом верхнее и нижнее днища соединены между собой по периферийной части при помощи боковых стенок с образованием замкнутой полости, в стенках которой выполнены разъемы для обеспечения возможности подвода внутрь полости трубопроводов рабочего тела и средств измерений, боковые стенки тракта выполнены состоящими из нескольких подвижно соединенных между собой частей, имеющих возможность углового и радиального перемещений как внутрь, так и наружу газового тракта, при этом тракт образован верхним, нижним днищами и боковыми стенками тракта, согласно изобретению, в центральной части камеры установлено ребро, при помощи которого полость камеры разделена на две части, причем указанное ребро выполнено с возможностью сообщения частей полости камеры между собой, при этом указанное ребро установлено вдоль продольной оси камеры, преимущественно, параллельно ей, со смещением в сторону горячей боковой стенки тракта от продольной оси на расстояние x=(0,1…0,3)X, где x - расстояние смещения ребра в сторону горячей боковой стенки, X - ширина канала.

Нижнее значение указанного соотношения выбрано исходя из того, что при дальнейшем его уменьшении часть рабочего загрязненного потока сразу попадает в горячую зону, где конденсационного укрупнения частиц примесей не происходит, соответственно, эта часть потока гораздо позже достигнет состояния насыщения и здесь частицы примесей не успеют удалиться из потока за время нахождения в установке.

Верхнее значение указанного соотношения выбрано исходя из того, что при дальнейшем его увеличении скорость процесса конвекции в холодной зоне, за счет разной температуры стенок канала, уменьшается и положительного эффекта закручивания рабочего потока, с целью интенсификации тепломассообменных процессов, не наблюдается.

В варианте исполнения между указанным ребром и днищами выполнены зазоры, при этом величина каждого упомянутого зазора составляет δ=(0,1…0,3)h, где δ - величина зазора между верхним/нижним днищами и ребром, h - высота тракта, образованного верхним и нижним днищами.

Нижнее значение указанного соотношения выбрано исходя из того, что при дальнейшем уменьшении зазора меньше указанного скорость процесса конвекции значительно возрастает у холодной стенки, но при этом в холодной зоне вблизи ребра наблюдаются застойные нерабочие зоны, что ухудшает процесс объемной конденсации в холодной зоне и, соответственно, отрицательно сказывается на качестве очистки.

Верхнее значение указанного соотношения выбрано исходя из того, что при дальнейшем увеличении зазора больше указанного происходит резкое уменьшение объема холодной зоны, что отрицательно сказывается на устойчивости процесса конденсации и, как следствие, на качестве очистки газовых потоков.

В варианте исполнения в ребре выполнены сквозные каналы, при помощи которых упомянутые полости камеры сообщаются между собой, при этом суммарная площадь каналов составляет s=(0,25…0,4)S, где s - суммарная площадь сквозных каналов, S - площадь продольного сечения тракта в месте установки ребра.

Нижнее значение указанного соотношения выбрано исходя из того, что при дальнейшем уменьшении суммарной площади каналов меньше указанной положительный эффект термодиффузии на процесс укрупнения частиц примесей становится ничтожно мал и не способствует интенсификации процесса конденсационной очистки газовых потоков.

Верхнее значение указанного соотношения выбрано исходя из того, что при дальнейшем увеличении суммарной площади каналов больше указанной происходит разрушение устойчивой циркуляции газового потока в результате конвекции за счет его интенсивного поперечного движения в результате термодиффузии. Как следствие, ухудшается перемешивание слоев газового потока и процесс конденсации идет менее интенсивно.

В варианте исполнения ребро, разделяющее полость камеры на две части, выполнено профилированным, с поперечным сечением в виде чередующихся выступов и впадин.

В варианте исполнения входная стенка тракта выполнена подвижной.

В варианте исполнения холодная стенка выполнена в виде полого тела со штуцерами подвода и отвода рабочего тела.

В варианте исполнения горячая стенка выполнена в виде полого тела со штуцерами подвода и отвода рабочего тела.

В варианте исполнения горячая стенка выполнена в виде пластины с размещенным на ее поверхности электронагревательным элементом.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показана разнотемпературная конденсационная камера в аксонометрии с трактом, сужающимся во входной части, на фиг.2 - разнотемпературная конденсационная камера в аксонометрии с трактом, расширяющимся во входной части.

Разнотемпературная конденсационная камера 1 содержит нижнее днище 2, верхнее днище 3, холодную 4 и горячую 5 боковые стенки тракта. Верхнее 3 и нижнее 2 днища соединены между собой по периферийной части при помощи боковых стенок 6 с образованием замкнутой полости 7, в стенках которой выполнены разъемы 8 для обеспечения возможности подвода внутрь полости трубопроводов 9 рабочего тела и средств измерений. Боковые стенки 4 и 5 тракта выполнены состоящими из нескольких подвижно соединенных между собой частей 10 и 11 соответственно, имеющих возможность углового и радиального перемещений как внутрь, так и наружу газового тракта 12, при этом тракт 12 образован верхним 3, нижним 2 днищами и боковыми стенками тракта 4 и 5. В центральной части камеры 1, вдоль ее продольной оси, преимущественно, параллельно ей, установлено ребро 13, разделяющее полость камеры на две части 14 и 15, при этом указанные части полости камеры сообщаются между собой.

В варианте исполнения между ребром 13 и днищами 2 и 3 выполнены зазоры 16 и 17 соответственно.

В варианте исполнения в ребре 13 выполнены сквозные каналы 18.

Предложенная разнотемпературная конденсационная камера работает следующим образом.

Очищаемый воздух поступает в компрессор, где происходит его сжатие до заданных параметров.

Из компрессора сжатый очищаемый воздух подается в увлажнитель сжатого воздуха и далее в подогреватель, где ему придается требуемая влажность и температура.

Далее сжатый воздух, вырабатываемый компрессором, прошедший через увлажнитель сжатого воздуха и подогреватель, подается в разнотемпературную камеру, в которой происходит конденсация водяных паров на ядрах конденсации, например механических примесях, газовых ионах и на поверхности самопроизвольно образующихся зародышей, и их рост до размеров капель.

Разнотемпературная организация процесса конденсации в канале способствует смещению зоны конденсации от холодной стенки в ядро потока и одновременно позволяет расширить ее по поперечному сечению тракта. При таком температурном режиме основная масса конденсата выделяется не на холодной стенке в виде пленки, а в ядре потока, потому что там создаются первые условия конденсации. Это приводит к более эффективной работе камеры.

Разделение полости камеры 1 при помощи ребра 13 на две полости 14 и 15 приводит к тому, что расширяется зона конденсации, где происходит укрупнение и удаление частиц примесей из рабочего потока. Также при установке ребра 13 возрастает скорость процесса конвекции, наблюдаемой в поперечном сечении канала, за счет боковых стенок, имеющих разную температуру. Это приводит к смешиванию слоев газового потока и, соответственно, интенсификации тепломассообменных процессов при очистке рабочего потока от аэрозольных примесей. Это положительно сказывается на степени очистки и времени ведения этого процесса.

Проходя через образованную зону конденсации в разнотемпературном канале, содержащиеся в очищаемом потоке воздуха аэрозольные частицы представляют собой готовые центры конденсации, что отражается на эффективности всей установки. В этой зоне газообразные и жидкостные примеси, присутствующие в воздушном потоке, конденсируются и оседают на поверхности присутствующих центров, тем самым утяжеляя их до размера капель, которые затем осаждаются на дно канала.

Наличие зазоров между ребрами и стенками камеры и сквозных каналов в ребре позволяет потокам из одной полости камеры свободно перетекать в другую, в зависимости от температурного режима стенок и ребра.

За счет того что части стенок разнотемпературной камеры выполнены с возможностью радиального перемещения, обеспечиваются требуемые условия прохождения очищаемого потока через газовый тракт разнотемпературной камеры путем изменения площади проходного сечения тракта и получения требуемой его конфигурации.

За счет того что верхнее 2 и нижнее 1 днища соединены между собой по периферийной части при помощи боковых стенок 6 с образованием замкнутой полости, в тракте и в указанной замкнутой полости создается повышенное давление, что приводит к улучшению условий отделения конденсата.

За счет выполнения начальной части стенок более горячей, чем остальные части, происходит значительное уменьшение на входе метастабильного пересыщения, и соответственно увеличивается зона устойчивого пересыщения, однородного по сечению как вдоль, так и поперек потока.

Одна часть конденсата улавливается в камере, а другая, оставшаяся, - в расположенном за ней водоотделителе. Комплект, состоящий из увлажнителей и подогревателя, позволяет изменять влажность и температуру воздушного потока в широком диапазоне.

Проведенные авторами и заявителем испытания полноразмерной установки для очистки воздуха подтвердили правильность заложенных конструкторско-технологических решений.

Использование предложенного технического решения позволит обеспечить более полное отделение конденсата и механических примесей от потока газа, подвергаемого очистке, при меньших затратах энергии.