Результат интеллектуальной деятельности: Фильтр-сорбер насыпного типа

Изобретение относится к фильтрам-сорберам насыпного типа для очистки технологических газовоздушных сред от газовых примесей и может быть использовано в атомной, химической, медицинской и металлургической промышленности.

Известен фильтр-сорбер насыпного типа [патент РФ на полезную модель №85362. Фильтр-сорбер насыпного типа. Заявл. 20.03.2008. Опубл. 10.08.2009]. Фильтр-сорбер состоит из цилиндрического корпуса, днища и съемной крышки, нижней и верхней кассетных плит, входного и выходного патрубков и, по меньшей мере, одной сменной кассеты. Кассета размещена вертикально внутри корпуса фильтра-сорбера и установлена между нижней и верхней кассетными плитами с упором в них торцевыми частями. Кассета представляет собой цилиндрический корпус и снаряжена сорбентом.

Недостаток данного устройства состоит в том, что гранулированный сорбент из органического материала не защищен от возгорания при воздействии на него высокотемпературного источника тепла, например открытого пламени.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является фильтр-сорбер [патент РФ на изобретение №2372137. Фильтр-сорбер. Заявл. 25.09.2008. Опубл. 10.11.2009]. Указанный фильтр-сорбер состоит из корпуса, днища, съемной крышки, нижней и верхней кассетных плит, входного и выходного патрубков, по меньшей мере, одной цилиндрической обечайки, снаряженной сорбентом, размещенной вертикально внутри корпуса, установленной между нижней и верхней кассетными плитами с упором в них торцевыми частями.

Недостаток данного устройства состоит в том, что гранулированный сорбент из органического материала (например, уголь СКТ-3, СКТ-3И, СКТ-3ИК) не защищен от возгорания при воздействии на него высокотемпературного источника тепла, например открытого пламени.

Задача изобретения состоит в устранении указанного выше недостатка, а именно в повышении пожароустойчивости фильтра-сорбера насыпного типа с гранулированным сорбентом из горючего органического материала.

Для устранения указанного недостатка в фильтре-сорбере насыпного типа, включающем цилиндрический корпус, съемную крышку, днище и, по меньшей мере, одну цилиндрическую обечайку, установленную внутри цилиндрического корпуса, входную и выходную пористые плиты, ограничивающие цилиндрическую обечайку, входную и выходную ограничительные сетки, расположенные соответственно под входной и перед выходной пористыми плитами, сорбент, помещенный внутри цилиндрической обечайки, входной и выходной патрубки, установленные по ходу газового потока соответственно над входной и под выходной пористыми плитами, предлагается:

- фильтр-сорбер дополнительно снабдить входной и выходной разделительными сетками и пористым негорючим термостойким материалом;

- объем между первыми по ходу газового потока входными ограничительной и разделительной сетками и объем между последними по ходу газового потока разделительной и ограничительной сетками заполнить пористым негорючим термостойким материалом.

В частных случаях выполнения фильтра-сорбера насыпного типа предлагается следующее.

Во-первых, в качестве пористого негорючего термостойкого материала использовать сорбент SiО₂-Cu, силикагель марки КСКГ или их смесь.

Во-вторых, термическое сопротивление пористого негорючего термостойкого материала, расположенного между выходными разделительной и ограничительной сетками, обеспечить по величине не меньше термического сопротивления пористого негорючего термостойкого материала, расположенного между входными ограничительной и разделительной сетками.

В-третьих, в качестве сорбента использовать органический гранулированный сорбент СКТ-ЗИК, СКТ-ЗИ, ВСК-5ИК или ВСК-5И.

В-четвертых, минимальную толщину слоя пористого негорючего термостойкого материала определять с учетом коэффициента теплопроводности указанного термостойкого материала, максимально возможной температуры источника нагрева, температуры возгорания сорбента и теплового потока со стороны источника нагрева, воздействующего на пористый негорючий термостойкий материал.

Технический результат - повышение пожароустойчивости фильтра-сорбера насыпного типа.

Сущность изобретения состоит в следующем.

Принципиальные схемы вариантов исполнения фильтра-сорбера насыпного типа представлены на фиг. 1 и 2, на которых изображены соответственно устройства с одной и несколькими цилиндрическими обечайками, последовательно установленными с зазором между смежными цилиндрическими обечайками.

На фиг. 1 и 2 приняты следующие обозначения: 1 - входная ограничительная сетка; 2 - входная пористая плита; 3 - входная разделительная сетка; 4 - входной патрубок; 5 - выходная ограничительная сетка; 6 - выходная пористая плита; 7 - выходная разделительная сетка; 8 - выходной патрубок; 9 - днище; 10 - зазор между смежными цилиндрическими обечайками; 11 - цилиндрический корпус; 12 - пористый негорючий термостойкий материал; 13 - сорбент; 14 - съемная крышка; 15 - цилиндрическая обечайка.

Фильтр-сорбер насыпного типа состоит из цилиндрического корпуса 11, съемной крышки 14, днища 9, входного 4 и выходного 8 патрубков и, по меньшей мере, одной цилиндрической обечайки 15, сорбента 13, входной 2 и выходной 6 пористых плит, входной 1 и выходной 5 ограничительных сеток, входной 3 и выходной 7 разделительных сеток и пористого негорючего термостойкого материала 12.

Цилиндрическая обечайка 15 частично заполнена сорбентом 13, ограничена входной 2 и выходной 6 пористыми плитами, снабжена входной 3 и выходной 7 разделительными сетками и пористым негорючим термостойким материалом 12, расположенным по ходу газового потока в объеме между входной ограничительной 1 и входной разделительной 3 сетками и между выходной разделительной 7 и выходной ограничительной 5 сетками.

Входной 4 и выходной 8 патрубки установлены на цилиндрическом корпусе 11 и расположены по ходу газового потока соответственно над входной 2 и под выходной 6 пористыми плитами.

В фильтре-сорбере насыпного типа (фиг. 2) смежные цилиндрические обечайки 15 установлены с зазором 10 по отношению друг к другу.

Во входной цилиндрической обечайке 15 по ходу очищаемого потока воздуха за входной пористой плитой 2 установлен пористый негорючий термостойкий материал 12 в объеме между входной ограничительной сеткой 1 и входной разделительной сеткой 3, а в выходной цилиндрической обечайке по ходу очищаемого потока воздуха установлен перед выходной пористой плитой 6 пористый негорючий термостойкий материал 12 в объеме между выходной разделительной сеткой 7 и выходной ограничительной сеткой 5.

Пористый негорючий термостойкий материал 12 может быть расположен в каждой цилиндрической обечайке 15 соответственно за входной 2 и перед выходной 6 пористыми плитами 6, а не только во входной и выходной цилиндрических обечайках 15.

Однако основную задачу повышения пожароустойчивости фильтра-сорбера насыпного типа обеспечивает пористый негорючий термостойкий материал 12 во входной цилиндрической обечайке 15 и пористый негорючий термостойкий материал 12 перед выходной пористой плитой 6 выходной цилиндрической обечайки 15.

Частные случаи выполнения фильтра-сорбера насыпного типа.

В качестве пористого негорючего термостойкого материала 12 используют сорбент SiО₂-Cu, силикагель марки КСКГ или их смесь.

Пористые негорючие термостойкие материалы 12 SiО₂-Cu и силикагель марки КСКГ выбраны потому, что наряду с выполнением функции обеспечения пожароустойчивости фильтра-сорбера насыпного типа за счет создания высокого термического сопротивления между высокотемпературным источником тепла (например, открытого пламени) и сорбентом 13 из органического горючего материала и одновременно являются дополнительно сорбентом.

Пористый негорючий термостойкий материал 12 SiО₂-Cu⁰ обладает высокой сорбционной эффективностью по отношению к молекулярному йоду ¹³¹I₂ и практически не поглощает метилйодид СН₃¹³¹I, тем самым уменьшая нагрузку на сорбент 13.

Термическое сопротивление пористого негорючего термостойкого материала 12, расположенного между выходной разделительной 7 и выходной ограничительной 5 сетками, по величине выбирают не меньше термического сопротивления пористого негорючего термостойкого материала 12, расположенного между входной ограничительной 1 и входной разделительной 3 сетками.

Обеспечение высокого термического сопротивления между возможным источником тепла, воздействующего на сорбент 13, необходимо как со стороны входного 4, так и со стороны выходного 8 патрубков для обеспечения в обоих случаях высокой пожароустойчивости фильтра-сорбера насыпного типа.

В качестве сорбента 13 используют органический гранулированный сорбент СКТ-3ИК, СКТ-3И, ВСК-5ИК или ВСК-5И.

Указанные сорбенты 13 обладают самой высокой сорбционной емкостью по сравнению с другими сорбентами для поглощения токсичных и радиоактивных газовых примесей из очищаемого воздушного потока, в первую очередь, радиоактивных молекулярного йода и йода в органической форме (метилйодида).

Минимальную толщину слоя пористого негорючего термостойкого материала 12 определяют из соотношения

где δ - толщина слоя пористого негорючего термостойкого материала, м; λ - коэффициент теплопроводности пористого негорючего термостойкого материала, Вт/(м⋅К); t₁ - максимально возможная температура источника нагрева, К; t₂ - температура возгорания сорбента, К; q - тепловой поток со стороны источника нагрева, воздействующий на пористый негорючий термостойкий материала, Вт/м².

Максимальной возможной температурой источника нагрева может быть открытое пламя.

Минимальная толщина слоя пористого негорючего термостойкого материала 12, определенная из соотношения (1), за счет низкого коэффициента теплопроводности этого материала обеспечивает снижение температуры от максимально возможной, например температуры открытого пламени, t₁ до температуры не выше температуры возгорания сорбента 13 t₂ из органического горючего материала.

Увеличение толщины слоя негорючего термостойкого материала 12 по сравнению с минимально рассчитанной толщиной по соотношению (1) приведет к тому, что температура сорбента 13 на границе раздела сорбент 13 - пористый негорючий термостойкий материал 12 ни при каких обстоятельствах не превысит температуру возгорания сорбента 13 t₂, и, таким образом, будет обеспечена высокая пожароустойчивость фильтра-сорбера насыпного типа.

Фильтр-сорбер насыпного типа работает следующим образом.

Очищаемый поток воздуха через входной патрубок 4 поступает в цилиндрический корпус 11 и последовательно проходит входную пористую плиту 2, входную ограничительную сетку 1, пористый негорючий термостойкий материал 12, входную разделительную сетку 3, сорбент 13, выходную разделительную сетку 7, пористый негорючий термостойкий материал 12, выходную ограничительную сетку 5, выходную пористую плиту 6 и через выходной патрубок 8 удаляется из фильтра-сорбера насыпного типа.

По сравнению с фильтром-сорбером насыпного типа с одной цилиндрической обечайкой 15 (фиг. 1) в фильтре-сорбере насыпного типа с несколькими цилиндрическими обечайками 15 (фиг. 2) газовый поток дополнительно проходит зазоры 10 между смежными цилиндрическими обечайками 15.

Пример конкретного исполнения фильтра-сорбера насыпного типа с одной цилиндрической обечайкой.

Фильтр-сорбер насыпного типа имеет следующие характеристики:

Комплектующие элементы фильтра-сорбера насыпного типа имеют следующие характеристики:

- цилиндрическая обечайка 15: наружный диаметр - 1020 мм, внутренний диаметр - 1016 мм, высота - 600 мм;

- цилиндрический корпус 11: внутренний диаметр - 1094 мм, высота - 800 мм;

- сорбент 13: максимальный размер гранул из активного угля марки ВСК-5ИК - 1-2 мм;

- объемная пористость сорбента 13 - не менее 70%;

- эффективная поверхность - не менее 1000 м²/г;

- упаковка гранул в цилиндрической обечайке 15 - плотная.

В качестве пористого негорючего термостойкого материала 12 использован SiO₂-Cu с толщиной слоев по 50 мм.

Слой сорбента 13 - гранулированный активный уголь марки ВСК-5ИК.

Диаметр входного 4 и выходного 8 патрубков - 150 мм.

Входная 1 и выходная 5 ограничительные сетки, входная 3 и выходная 7 разделительные сетки выполнены из проволоки диаметром 0,8 мм из нержавеющей стали с размером ячейки сетки - 0,6×0,6 мм.

Проведены испытания опытного образца фильтра-сорбера насыпного типа на предмет его пожароустойчивости при отсутствии и наличии в цилиндрической обечайке 15 пористого негорючего термостойкого материала 12 SiO₂-Cu.

Испытания фильтра-сорбера насыпного типа на предмет его пожароустойчивости проводили путем воздействия открытого пламени газовой горелки на сорбент 13 ВСК-5ИК, не защищенный слоем пористого негорючего термостойкого материала 12 SiO₂-Cu. Также проводили подобные испытания фильтра-сорбера насыпного типа путем воздействия открытого пламени газовой горелки на сорбент 13 ВСК-5ИК, защищенный слоем пористого негорючего термостойкого материала 12 SiO₂-Cu.

В результате испытаний установлено следующее.

При воздействии открытого пламени газовой горелки на сорбент 13 ВСК-5ИК, не защищенный слоем пористого негорючего термостойкого материала 12, происходило возгорание сорбента 13 через 3 минуты воздействия открытого пламени на него.

При воздействии открытого пламени газовой горелки на сорбент 13 ВСК-5ИК, защищенный слоем пористого негорючего термостойкого материала 12, возгорание сорбента 13 не происходило при воздействии открытого пламени газовой горелки и через 15 минут испытания как со стороны входного 4, так и со стороны выходного 8 патрубков.