Результат интеллектуальной деятельности: ФИЛЬТР-СОРБЕР

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

Известен адсорбер [А.с. СССР на изобретение №1581357. Адсорбер. Заявлено 13.08.1987. Опубликовано 30.07.1990].

Адсорбер состоит из вертикального цилиндрического корпуса с размещенными в нем на опорной плите коаксиальными слоями адсорбента: наружным и внутренним. Слои адсорбента отделены друг от друга межслоевым пространством адсорбера и ограничены соответственно цилиндрическим корпусом и перфорированным цилиндром (наружный слой) и перфорированными цилиндрами (внутренний слой). Для подвода газового потока, содержащего сорбируемый компонент, в межслоевое пространство в нижней части корпуса адсорбера над опорной плитой тангенциально расположен штуцер, а для подвода десорбирующего потока в верхнюю часть межслоевого пространства тангенциально установлен штуцер.

Недостатком известного устройства является неравномерный профиль скорости газового потока по высоте слое сорбента.

Наиболее близким техническим решением является адсорбер, рассмотренный в следующем авторском свидетельстве [А.с. СССР на изобретение РФ №1353478. Адсорбер. Заявлено 25.05.1985. Опубликовано 23.11.1987]. Адсорбер содержит корпус, трубчатку, состоящую из трубок, выполненных из эластичного материала, внутреннюю полость корпуса (межтрубная полость), сообщенную с источником избыточного давления рабочей среды и с источником создания разряжения, дополнительную кольцевую сорбционную полость с каналами, выполненную со стенками из упругоэластичного материала и снабженную контактирующим с ним ограничительными кольцевыми перегородками, обеспечивающими заранее заданные предельные значения колебаний расстояния между ними и придающими требуемую конфигурацию.

Недостатком известного устройства является неравномерный профиль скорости газового потока на входе в слой сорбента и на выходе из него, что приводит к исключению в процессе очистки от примесей части сорбента.

Задача изобретения состоит в устранении указанного недостатка, а именно в обеспечении относительно равномерного профиля скорости газового потока на входе в сорбент и на выходе из него.

Для решения указанной задачи в фильтре-сорбере, состоящем из цилиндрического корпуса, днища, крышки, нижней и верхней кассетных плит, входного и выходного патрубков, по меньшей мере, одной цилиндрической обечайки, снаряженной сорбентом, размещенной вертикально внутри цилиндрического корпуса, установленной между нижней и верхней кассетными плитами с упором в них торцевыми частями, предлагается:

- часть площади нижней и верхней кассетных плит выполнить в виде сеток, соответствующих положению сорбента в кассете;

- входной и выходной патрубки установить на цилиндрическом корпусе над верхней и под нижней кассетными плитами соответственно,

- во входной камере, образованной верхней кассетной плитой, верхней частью цилиндрического корпуса и крышкой, на верхней кассетной плите установить верхнюю цилиндрическую вставку;

- в выходной камере, образованной нижней кассетной плитой, нижней частью цилиндрического корпуса и днищем, на нижней кассетной плите установить нижнюю цилиндрическую вставку;

- верхнюю и нижнюю цилиндрические вставки установить коаксиально с цилиндрическим корпусом;

- расстояние между крышкой и верхней цилиндрической вставкой выполнить с возрастанием по мере удаления по ее периметру от входного патрубка;

- расстояние между днищем и нижней цилиндрической вставкой выполнить с возрастанием по ее периметру по мере удаления от выходного патрубка;

- максимальную высоту верхней цилиндрической вставки обеспечить, по меньшей мере, равной расстоянию между верхней кассетной плитой и верхней частью входного патрубка;

- максимальную высоту нижней цилиндрической вставки обеспечить, по меньшей мере, равной расстоянию между нижней кассетной плитой и нижней частью выходного патрубка;

- верхнюю цилиндрическую ставку выполнить перфорированной.

В частных случаях исполнения устройства предлагается следующее:

- во-первых, в качестве сорбента использовать гранулированный активный уголь марки СКТ-3 и (или) силикагель марки типа КСКГ;

- во-вторых, в верхнем и нижнем слоях сорбента использовать силикагель типа КСКГ, а в промежуточном слое сорбента - гранулированный активный уголь марки СКТ-3.

Технический результат изобретения состоит в повышении эффективности очистки газового потока от примесей.

Принципиальная схема одного из вариантов исполнения фильтра-сорбера представлена на фиг.1 и 2, на которых изображены соответственно продольное осевое и поперечное сечения фильтра-сорбера. На фигурах приняты следующие обозначения: 1 - верхняя кассетная плита; 2 - входной патрубок; 3 - выходной патрубок; 4 - днище; 5 - сетка верхней кассетной плиты; 6 - сетка нижней кассетной плиты; 7 - цилиндрическая обечайка; 8 - цилиндрический корпус; 9 - крышка; 10 - нижняя кассетная плита; 11 - сорбент; 12 - верхняя цилиндрическая вставка; 13 - нижняя цилиндрическая вставка; 14 - перфорация верхней цилиндрической вставки.

Фильтр-сорбер состоит из цилиндрического корпуса 8, днища 4, крышки 9, нижней 10 и верхней 1 кассетных плит, входного 2 и выходного 3 патрубков, по меньшей мере, одной цилиндрической обечайки 7.

Цилиндрическая обечайка 7 снаряжена сорбентом 11, размещена вертикально внутри цилиндрического корпуса 8, установлена между нижней 10 и верхней 1 кассетными плитами с упором в них торцевыми частями.

Часть площади нижней (10) и верхней (1) кассетных плит выполнена в виде сеток (5, 6), соответствующих положению сорбента в кассете. Входной 2 и выходной 3 патрубки установлены на цилиндрическом корпусе 8 над верхней 1 и под нижней 10 кассетными плитами соответственно.

Во входной камере, образованной верхней кассетной плитой 1, верхней частью цилиндрического корпуса 8 и крышкой 9, на верхней кассетной плите 1 установлена верхняя цилиндрическая вставка 12.

В выходной камере, образованной нижней кассетной плитой 10, нижней частью цилиндрического корпуса 8 и днищем 4, на нижней кассетной плите 10 установлена нижняя цилиндрическая вставка 13.

Верхняя 12 и нижняя 13 цилиндрические вставки установлены коаксиально с цилиндрическим корпусом 8.

Расстояние между крышкой 9 и верхней цилиндрической вставкой 12 возрастает по мере удаления по ее периметру от входного патрубка 2.

Расстояние между днищем 4 и нижней цилиндрической вставкой 13 возрастает по ее периметру по мере удаления от выходного патрубка 3.

Максимальная высота верхней цилиндрической вставки 12, по меньшей мере, равна расстоянию между верхней кассетной плитой 1 и верхней частью входного патрубка 2.

Максимальная высота нижней цилиндрической вставки 13, по меньшей мере, равна расстоянию между нижней кассетной плитой 10 и нижней частью выходного патрубка 3.

Верхняя цилиндрическая ставка 12 выполнена перфорированной. В частном случае выполнения устройства коэффициент пористости верхней цилиндрической вставки 12 возрастает по ее периметру по мере удаления от входного патрубка 2.

Предложенные конструкции входной и выходной камер фильтра-сорбера с размещенными в них соответственно верхней 12 и нижней 13 цилиндрическими вставками позволяют обеспечить относительно равномерный профиль скорости потока воздуха на входе в цилиндрическую обечайку 7 и в слое сорбента 11, что соответственно приводит к обеспечению эффективной работы сорбента 11 во всем объеме цилиндрической обечайки 7.

В частных случаях выполнения устройства, во-первых, в качестве сорбента 11 используется гранулированный активный уголь марки СКТ-3 и (или) силикагель марки типа КСКГ и, во-вторых, верхний и нижний слои сорбента 11 представляют собой силикагель типа КСКГ, а промежуточный слой сорбента 11 - гранулированный активный уголь марки СКТ-3.

Фильтр-сорбер работает следующим образом. Очищаемый поток воздуха из входного патрубка 2 попадает на верхнюю цилиндрическую вставку 12, движется в кольцевом канале, образованном верхней частью цилиндрического корпуса 8 и верхней цилиндрической вставкой 12, с изменением расхода по пути за счет постепенного отвода потока воздуха через торцевую часть верхней цилиндрической вставки 12 и через ее перфорацию 14. При этом поток воздуха из кольцевого канала относительно равномерно поступает через сетку 5 в верхней кассетной плите 1, попадает в цилиндрическую обечайку 7, движется сверху вниз в каналах, образованных гранулами сорбента 11, и очищается в них, взаимодействуя с сорбентом 11. Очищенный поток воздуха выходит из цилиндрической обечайки 7 через сетку 6 в нижней кассетной плите 10, движется в кольцевом канале, образованном нижней частью цилиндрического корпуса 8 и нижней цилиндрической вставкой 12, и выходит из проточной части фильтра-сорбера через выходной патрубок 3.

Наличие перфорации 14 в верхней цилиндрической вставке 12 позволяет исключить и (или) разбить вихревые зоны на внутренней стенке верхней цилиндрической вставки 12 за счет выхода из нее струй воздуха.

Изменение перфорации по периметру верхней цилиндрической вставки 12 позволяет минимизировать неравномерность профиля скорости потока воздуха на входе канала верхней кассетной плиты 1.

Изменение высоты кольцевых зазоров соответственно между верхней цилиндрической вставкой 12 и крышкой 9 и между нижней цилиндрической вставкой 10 и днищем 4 сопровождается изменением гидравлического сопротивления указанных зазоров и соответственно перераспределением профиля скорости потока воздуха на входе в цилиндрическую обечайку 7 и на выходе из нее.

Предложенные конструктивные решения позволяют исключить максимальные скорости потока воздуха в верхней части цилиндрической обечайки 7 в районе входного патрубка 2 и в нижней части цилиндрической обечайки 7 в районе выходного патрубка 3.

Кроме того, рассмотренная схема движения очищаемого потока воздуха в результате динамического напора исключает возникновение псевдоожиженного слоя сорбента 11, что также способствует более эффективной очистке воздушного потока.

При эксплуатации фильтра-сорбера осуществляется относительно простая процедура замены отработанного сорбента 11 при сохранении комплектующих конструктивных элементов фильтра-сорбера, например цилиндрической обечайки, нижней 10 и верхней 1 кассетных плит.

Пример конкретного выполнения фильтра-сорбера

Изготовлен опытный образец фильтра-сорбера и проведены его испытания.

Фильтр-сорбер имеет следующие характеристики:

Комплектующие элементы фильтра-сорбера имеют следующие характеристики:

- цилиндрическая обечайка 7: наружный диаметр - 1020 мм, внутренний диаметр - 1016 мм, высота - 600 мм;

- цилиндрический корпус 8: внутренний диаметр -1094 мм, высота - 800 мм;

- сорбент 11: максимальный размер гранул из активного угля марки СКТ-3 - 1-2 мм;

объемная пористость - не менее 70%; эффективная поверхность - не менее 1000 м²/г; упаковка гранул в цилиндрической обечайке 7 - плотная.

Диаметр входного 2 и выходного 3 патрубков - 150 мм.

Верхний и нижний слои сорбента 11 - силикагель типа КСКГ, а промежуточный слой сорбента 11 - гранулированный активный уголь марки СКТ-3.

Толщина слоев сорбента 11 в цилиндрической обечайке - идентична.

Часть площади нижней 10 и верхней 1 кассетных плит, расположенных над и под сорбентом 11 соответственно выполнена в виде сеток из проволоки диаметром 0,8 мм из нержавеющей стали с размером ячейки сетки - 0,6 мм×0,6 мм.

Проведенные испытания опытного образца фильтра-сорбера подтвердили его работоспособность и технические характеристики, в том числе относительно эффективную очистку потока от примесей.