CN206500003U - 一种带固液相变物质的吸附罐 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带固液相变物质的吸附罐，包括吸附罐本体、进气口、排气口、换热管和吸附剂，所述进气口设置于所述吸附罐本体的底部；所述排气口设置于所述吸附罐本体的顶部；所述吸附剂充填于所述吸附罐本体的内部；所述换热管固定连接于所述吸附罐本体内部的上下两端并穿设于所述吸附剂之间。本实用新型所述一种带固液相变物质的吸附罐通过多层翅片管、螺旋形盘管以及竖管的设置，使得吸附罐具备了散热迅速、吸附吸热、脱附放热、吸脱附温度变化小、结构合理、构思巧妙等特点。

Description

一种带固液相变物质的吸附罐

技术领域

本实用新型涉及固体吸附技术领域，特别涉及一种带固液相变物质的吸附罐。

背景技术

固体吸附，特别是活性炭吸附挥发性气体时，会产生大量的吸附热，这部分吸附热如果不及时排除，可能导致吸附质或吸附剂(活性炭)的燃烧爆炸事故。而在进行脱附时，吸附剂又需要吸热使吸附质更易脱离。

为此，特别在进行大气量、高浓度的的油气吸附时，盛装吸附剂的容器都需要特别的降温设计。一般是采用吸附罐内做冷却盘管，如专利CN201020252215.X，其描述为“采用冷却盘管对吸附罐内的吸附剂床层冷却，解决吸附过程中吸附剂床层的高温热点问题，延长吸附剂床层的穿透时间......”。此专利是采用冷汽油打入盘管带走吸附热。此外，也有采用循环水带走吸附热的设计，如专利CN205435405U采用冷却盘管，内通循环介质。

以上设计虽然能解决吸附的温升问题，但是其冷却盘管内循环的介质，需要额外增加循环泵、循环管线、阀门、热源等使之不断循环，有较多的部件，装置复杂，增加了投资成本。

本实用新型的方案便是针对上述问题对现有吸附罐进行的改进。

实用新型内容

为了解决传统吸附罐冷却设计存在的缺陷，结合活性炭吸附油气时放热，真空降压解析时吸热降温的特点，特别设计了一种利用固液相变维持活性炭吸脱附温度的结构，即本实用新型提供了一种带固液相变物质的吸附罐。

为了达到上述实用新型目的，解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种带固液相变物质的吸附罐，包括吸附罐本体、进气口、排气口、换热管和吸附剂，其中：

所述进气口设置于所述吸附罐本体的底部；

所述排气口设置于所述吸附罐本体的顶部；

所述吸附剂充填于所述吸附罐本体的内部；

所述换热管固定连接于所述吸附罐本体内部的上下两端并穿设于所述吸附剂之间。

进一步的，所述换热管外设置有翅片，所述翅片采用铝、铜或不锈钢材质的导热材料。

进一步的，所述换热管采用多层翅片管，由一层横向排列的翅片管和一层纵向排列的翅片管交替设置组成，使得每层翅片管的翅片平行于气流方向。

优选的，每层翅片管之间的间距在100-500mm之间。

进一步的，还包括若干支撑环，若干所述支撑环设置于所述吸附罐本体内壁上，所述翅片管焊接或卡接于所述支撑环上。

进一步的，所述换热管采用盘管或竖管，所述盘管呈螺旋形。

进一步的，所述换热管为中空结构，所述换热管内充填有10～70℃区间产生固液相变的蓄能物质。

进一步的，所述蓄能物质采用六水氯化钙、五水合硫代硫酸钠、三水合醋酸钠、磷酸氢二钠、乙酸或对二甲苯。

进一步的，所述蓄能物质包括增稠剂和成核剂，所述增稠剂采用明胶、羧甲基纤维素或水溶性石蜡，所述成核剂采用水合氯化锶或四硼酸钠。

进一步的，所述换热管内留有1～20％左右的气相空间，用于给蓄能物质固液相变时体积变化留出足够余量。

本实用新型由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

(1)本实用新型所述一种带固液相变物质的吸附罐中的蓄能物质具有相对于显热大得多的相变热，相比于吸附罐内部设置冷却盘管采用不会相变的冷却水或其他循环的液体介质工艺，减少了所需盘管的体积，使现场设备更少，更加节约投资，无动设备，运行更加安全稳定。同时，由于增加了相变蓄能物质，使吸附时温度控制在蓄能物质的相变点附近，增加了吸附工艺的安全性。且由于相变蓄能物质单位吸热量大，吸附罐内部充填相变蓄能物质，损失容积比小，大约只损失1.8％。

(2)吸附时蓄热，减小了吸附剂的温升，由于吸附容量与吸附温度成反比例关系，相应地使吸附剂的吸附容量得以增大。

(3)由于减压脱附过程是个吸热过程，脱附时，蓄热物质相变放热，稳定了脱附过程的温度，减小了由于脱附降温导致吸附质结晶从而使吸附剂中毒的风险，脱附温度维持在蓄能物质的较高相变温度下，也使得脱附更容易，吸附剂再生更加彻底。

(4)本实用新型所述一种带固液相变物质的吸附罐中翅片管的设计，强化了与热气流的热交换，使吸附温升能够有效地传递到到蓄能物质内。且由于内部布设有较多翅片管，增强了被吸附气流的扰动，使吸附剂径向的吸附更加均匀，吸附罐中心和吸附罐边缘吸附的吸附质接近一致，提高了吸附剂的利用率。

(5)本实用新型所述一种带固液相变物质的吸附罐通过多层翅片管、螺旋形盘管以及竖管的设置，使得吸附罐具备了散热迅速、吸附吸热、脱附放热、吸脱附温度变化小、结构合理、构思巧妙等特点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图中：

图1是本实用新型中一种带固液相变物质的吸附罐的第一实施例中的整体结构示意图；

图2是第一实施例中A-A向示意图；

图3是第一实施例中B-B向示意图；

图4是本实用新型中一种带固液相变物质的吸附罐的第二实施例中的整体结构示意图；

图5是第二实施例中C-C向示意图；

图6是本实用新型中一种带固液相变物质的吸附罐的第三实施例中的整体结构示意图；

图7是第三实施例中D-D向示意图。

【主要符号说明】

1-吸附罐本体；

2-进气口；

3-排气口；

4-换热管；

5-支撑环。

具体实施方式

以下将结合本实用新型的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论，显然，这里所描述的仅仅是本实用新型的一部分实例，并不是全部的实例，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。

实施例一

如图1-3所示，本实用新型公开了一种带固液相变物质的吸附罐，包括吸附罐本体1、进气口2、排气口3、换热管4和吸附剂(未图示)，其中：

所述进气口2设置于所述吸附罐本体1的底部；

所述排气口3设置于所述吸附罐本体1的顶部；

所述吸附剂充填于所述吸附罐本体1的内部；

所述换热管4固定连接于所述吸附罐本体1内部的上下两端并穿设于所述吸附剂之间。本实施例中，并未对具体的固定连接方式作任何限定，所有可将所述换热器4固定连接于所述吸附罐本体1内部的上下两端的连接方式均属于本实用新型保护的范围。

进一步的，所述换热管1外设置有翅片，所述翅片采用铝、铜或不锈钢材质的导热材料。

一实施例中，如图2和3所示，所述换热管4采用多层翅片管，由一层横向排列的翅片管和一层纵向排列的翅片管交替设置组成，使得每层翅片管的翅片平行于气流方向，有效增大了换热接触面。

优选的，每层翅片管之间的间距在100-500mm之间。具体实践中，每层翅片管之间的间距需要根据吸附罐的大小来决定。

进一步的，所述吸附罐还包括若干支撑环5，若干所述支撑环5设置于所述吸附罐本体1内壁上，所述翅片管焊接或卡接于所述支撑环5上。本实施例中，所述支撑环5还有防止未经活性炭吸附的气流直接从吸附罐本体1内壁壁面“短路”直接穿到排气口3的作用。

一实施例中，各横向排列的翅片管和/或各纵向排列的翅片管之间的间距相等。优选的，由于吸附罐本体1内部活性炭具有中心量多外围量少的特点，各翅片管宜采用中间密集外围疏松的布局，即靠近吸附罐本体1内壁的区域采取密集布置，靠近吸附罐本体1中心的区域采取疏松布置。

实施例二

实施例二与实施例一的区别在于如图4和5所示，所述换热管4采用盘管，所述盘管呈螺旋形。即，采用带翅片的盘管置于吸附罐中，翅片管的翅片基本平行于气流方向。本实施例中，所述盘管的中心轴与所述吸附罐的中心轴在竖直方向上重合。

实施例三

实施例三与实施例一和二的区别在于如图6和7所示，所述换热管4采用竖管。即，采用带翅片的竖管沿吸附罐的高度方向分散布置，此时翅片垂直于气流流动方向。虽然采用竖管，换热接触面积不是很大，但是竖管比较方便放取且比较方便固定，具有一定的实用性。在吸附罐本体1内部边缘活性炭少，发热量会更少的情况下，如图7所示，边缘的竖管之间间距可以大一点。

在实施例一、实施例二和实施例三的基础上，所述换热管4为中空结构，所述换热管4内充填有10～70℃区间产生固液相变的蓄能物质。

进一步的，所述蓄能物质可以采用六水氯化钙、五水合硫代硫酸钠、三水合醋酸钠、磷酸氢二钠、乙酸或对二甲苯。其中，所述蓄能物质包括增稠剂和成核剂，所述增稠剂采用明胶、羧甲基纤维素或水溶性石蜡，所述成核剂采用水合氯化锶或四硼酸钠。当所述蓄能物质采用六水氯化钙时，所述成核剂采用1％～5％的水合氯化锶或1％～5％的四硼酸钠，成核剂的选择原则是两者晶格常数相差在15％以内。

充填和密闭蓄能物质时，所述换热管4内留有1～20％左右的气相空间，用于给蓄能物质固液相变时体积变化留出足够余量。

这种特殊设计的吸附罐在使用时，由于吸附脱附是在较短时间内的交替进行，而吸附是放热过程，在吸附剂吸附油气时，蓄能物质从固态变成液态，控制吸附剂温度不致超温，使吸附过程更加安全，同时使吸附剂温升减小，增大了吸附剂的吸附容量。由于吸附剂再生时，特别是真空脱附时，吸附质的挥发使自身温度和吸附剂温度降低，对于苯等高熔点物质，由于苯蒸汽的挥发吸热，使吸附到吸附剂空隙内的苯结晶，从而破坏了吸附剂的空隙结构，导致吸附剂“中毒”失效。而像本实用新型中填充有10～70℃的相变蓄能物质，吸附剂再生特别是真空脱附再生时，相变蓄能物质放热，维持了吸附剂再生时的温度，使得吸附质更易挥发，吸附剂再生更加彻底。

在实施例一、实施例二和实施例三的基础上，所述吸附罐还具有以下变形情况：

所述吸附罐还包括位于所述吸附罐本体1内部下端的下支撑板(未图示)，其中：所述下支撑板的上方固定设置有一下多孔导流板(未图示)，用于进气的气流导向；所述吸附剂充填于所述下支撑板的上方与所述吸附罐本体1围合形成的内部空间之中；所述换热管4固定设置于所述下支撑板的上方。

此外，还包括位于所述吸附罐本体1内部上端的上支撑板(未图示)，其中：所述上支撑板的下方固定设置有一上多孔导流板(未图示)，用于出气的气流导向；所述上支撑板与所述下支撑板平行设置；所述吸附剂充填于所述上支撑板、下支撑板与所述吸附罐本体1围合形成的内部空间之中；所述换热管4固定设置于所述上支撑板和下支撑板之间。

实例计算：

由于可再生的吸附一般为物理吸附，物理吸附的放热一般为20kJ/mol，以油气浓度1000g/Nm³，油气的分子量大约为65g/mol，处理规模较大的1000Nm³/h油气回收设备，20分钟吸脱附交替为例计算：

吸附20分钟以上参数的较高浓度油气放出的吸附热为，1000÷65×20×1/3＝102564.1kJ，以六水合氯化钙的相变热175kJ/kg，制作成金属翅片管后的蓄能物质有效装填密度1600kg/m³计算：

则含金属翅片管体积的六水合氯化钙相变物质需站的容积为：102564.1÷175÷1600＝0.3663m³，1000Nm³/h规模的直接吸附式油气回收其活性炭罐的充填容积至少为20m³，可以计算可知，由于此蓄能材料的加入，使吸附罐损失的容积为：0.3663÷20＝1.8％，蓄能物质的经济性非常明显。

本实用新型由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

(1)本实用新型一种带固液相变物质的吸附罐中的蓄能物质具有相对于显热大得多的相变热，相比于吸附罐内部设置冷却盘管采用不会相变的冷却水或其他循环的液体介质工艺，减少了所需盘管的体积，使现场设备更少，更加节约投资，无动设备，运行更加安全稳定。同时，由于增加了相变蓄能物质，使吸附时温度控制在蓄能物质的相变点附近，增加了吸附工艺的安全性。且由于相变蓄能物质单位吸热量大，吸附罐内部充填相变蓄能物质，损失容积比小，大约只损失1.8％。

(2)吸附时蓄热，减小了吸附剂的温升，由于吸附容量与吸附温度成反比例关系，相应地使吸附剂的吸附容量得以增大。

(3)由于减压脱附过程是个吸热过程，脱附时，蓄热物质相变放热，稳定了脱附过程的温度，减小了由于脱附降温导致吸附质结晶从而使吸附剂中毒的风险，脱附温度维持在蓄能物质的较高相变温度下，也使得脱附更容易，吸附剂再生更加彻底。

(4)本实用新型一种带固液相变物质的吸附罐中翅片管的设计，强化了与热气流的热交换，使吸附温升能够有效地传递到到蓄能物质内。且由于内部布设有较多翅片管，增强了被吸附气流的扰动，使吸附剂径向的吸附更加均匀，吸附罐中心和吸附罐边缘吸附的吸附质接近一致，提高了吸附剂的利用率。

(5)本实用新型所述一种带固液相变物质的吸附罐通过多层翅片管、螺旋形盘管以及竖管的设置，使得吸附罐具备了散热迅速、吸附吸热、脱附放热、吸脱附温度变化小、结构合理、构思巧妙等特点。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种带固液相变物质的吸附罐，其特征在于，包括吸附罐本体、进气口、排气口、换热管和吸附剂，其中：

所述进气口设置于所述吸附罐本体的底部；

所述排气口设置于所述吸附罐本体的顶部；

所述吸附剂充填于所述吸附罐本体的内部；

所述换热管固定连接于所述吸附罐本体内部的上下两端并穿设于所述吸附剂之间。

2.根据权利要求1所述的一种带固液相变物质的吸附罐，其特征在于，所述换热管外设置有翅片，所述翅片采用铝、铜或不锈钢材质的导热材料。

3.根据权利要求1或2所述的一种带固液相变物质的吸附罐，其特征在于，所述换热管采用多层翅片管，由一层横向排列的翅片管和一层纵向排列的翅片管交替设置组成，使得每层翅片管的翅片平行于气流方向。

4.根据权利要求3所述的一种带固液相变物质的吸附罐，其特征在于，每层翅片管之间的间距在100-500mm之间。

5.根据权利要求3所述的一种带固液相变物质的吸附罐，其特征在于，还包括若干支撑环，若干所述支撑环设置于所述吸附罐本体内壁上，所述翅片管焊接或卡接于所述支撑环上。

6.根据权利要求1或2所述的一种带固液相变物质的吸附罐，其特征在于，所述换热管采用盘管或竖管，所述盘管呈螺旋形。

7.根据权利要求1或2所述的一种带固液相变物质的吸附罐，其特征在于，所述换热管为中空结构，所述换热管内充填有10～70℃区间产生固液相变的蓄能物质。

8.根据权利要求7所述的一种带固液相变物质的吸附罐，其特征在于，所述蓄能物质采用六水氯化钙、五水合硫代硫酸钠、三水合醋酸钠、磷酸氢二钠、乙酸或对二甲苯。

9.根据权利要求8所述的一种带固液相变物质的吸附罐，其特征在于，所述蓄能物质包括增稠剂和成核剂，所述增稠剂采用明胶、羧甲基纤维素或水溶性石蜡，所述成核剂采用水合氯化锶或四硼酸钠。

10.根据权利要求7所述的一种带固液相变物质的吸附罐，其特征在于，所述换热管内留有1～20％左右的气相空间，用于给蓄能物质固液相变时体积变化留出足够余量。