CS276402B6 - Apparatus for separating particles from hot gas flow carrying dais particles - Google Patents

Description

(57) Anotace :

Zařízení je tvořeno reaktorem, ve kterém . vzniká proud horkého plynu se suspendovanými částicemi, například proud horkého plynu obsahující retortové saze, přičemž za tímto reaktorem je zařazen nepřímo chlazený tepelný výměník, a sa tímto výměníkem je kanál (20) ve tvaru Venturiho trubice, který sestává ze vstupní sbíhavé části (22), na kterou navazuje úzké hrdlo (24) a^výstupní rozbíhavá část (26), přičemž v prostoru úzkého hrdla (24) je umístěna přívodní trubka (25) procházející boční stěnou kanálu (20) zakončena koncovou krytkou (27) s velkým počtem radiálně orientovaných otvorů (29) pro rozptylování vody v horkém plynném proudu. Výstupní rozbíhavá část (26) kanálu (20) svírá s osou tohoto kanálu úhel v rozmezí od 6 do 14 .

Za kanálem (20) ve tvaru Venturiho trubice je zařazena filtrační jednotka (15)·

Vynález se týká zařízení k oddělování částic od horkého plynného proudu unášejícího tyto částice a vznikající v reaktoru, přičemž součástí tohoto zařízení je jednotka ke chlazení tohoto horkého plynného proudu s unášenými částicemi a filtrační jednotka k oddělování unášených Částic na tkaninovém filtru.

V řadě průmyslových pochodů vznikají produkty nebo vedlejší produkty ve formě suspendovaných částic v plynném horkém proudu, jako jsou například suspenze pevných částic unášených horkým plynným proudem. Jako příklad je možno uvést retortové saze, které se vyrábějí tepelným rozkladem a/nebo nedokonalým spalováním uhlovodíkové suroviny, přičemž při provádění běžného postupu vzniká na počátku tohoto procesu aerosol nebo suspenze těchto sazových částic, které představují konečný produkt tohoto procesu, v horkých spalinách, které představují vedlejší produkt. Tento plynný proud s obsahem sazí se prudce chladí v retortě sa účelem ukončení této reakce, při které vznikají saze, přičemž potom se dále ochlazuje takto vzniklý plynný proud se zbytkem podílu sazí, který se potom filtruje na tkaninovém filtru, na němž se zachycují saze představující produkt tohoto procesu. Další příklad průmyslového postupu, při kterém se horký plynný proud s obsahem pevných částic nejprve chladí a potom se filtruje na tkaninovém filtru, a u kterého lze aplikovat princip zařízení podle vynálezu, je zpracovávání spalin z tepelných elektráren vytápěných uhlím před filtrováním pevných částic, dále chlazení plynných proudů vznikajících při kalcinaci prováděné pří výrobě cementu, a dále chlazení plynných proudů obsahujících pevné částice kalcínované rudy nebo pevné částice kamenného prachu, a pod.

Při běžně prováděné filtraci na tkaninovém filtru se plynný proud obsahující pevné částice vede jedním nebo několika filtračními elementy z prostupné tkaniny nebo látky (prostupné pro plyn), která má předem určenou pórovitost nebo prostupnost, která je dána požadavkem, aby plynné složka mohly filtrem procházet, zatímco pevné Částice je nutno na filtru zachycovat. Nežádoucí částice, nebo částice, které jsou určeny k oddělení, se separují od plynné fáze a shromažSují se na vnější neboli sběrné straně tkaninových filtrů. Filtr je obvykle opatřen prostředky, které usnadňují odstraňování částic z filtračních elementů, což se například provádí periodickým snižováním tlaku nebo změnou směru průtoku proudu plynu tkaninovým filtrem, dále mechanickým setřásáním zachycených částic nebo vibrováním filtračního elementu, a pod. Oddělené částice se obvykle vodou do sběrné nádrže a z ní se periodicky odebírají, přičemž potom se zpracovávají na formu vhodnou k expedování nebo se dále zpracovávají ns požadovaný produkt. Při běžně prováděných postupech výroby retortových sazí na létavé saze. zachycené ve filtrační jednotce, mohou dále zpracovávat například peletováním za mokra nebo za sucha, nebo zhutňováním, kalcinaci, povrchovou oxidací vzduchem, ozónem nebo minerálními kyselinami, dále mletím, například v tyčovém, kladivovém nebo kolcidním mlýnu, nebo zpracováváním a povrchově aktivními látkami, oleji nebo olejovými emulzemi, a pod.

Textilní materiály používané pro výrobu filtračních elementů sestávají obvykle z tkaných nebo netkaných textilních vláken ze skla, bavlny, vlny, polyamidu, polyesteru, polytetrafluorethylenu nebo ze smeeí těchto materiálů. Tyto textilní materiály se vytvarují nebo sešijí do požadovaných geometrických tvarů potřebných pro konkrétní filtrační jednotky. Jedním z běžně používaných filtračních zařízení je tzv. pytlový filtr, jehož filtrační elementy mají podlouhlý trubkovitý tvar. Jiné známé filtrační elementy mohou mít tvar plášťů, plochých filtračních elementů, filtračních vrstev nebo kotoučů. Některé jiné známé filtrační prvky mohou být v podstatě beztvaré a mohou sloužit jako výplň ve filtračním prvku, kterým prochází plynný proud unášející částice.

Při použití kteréhokoliv ze známých filtračních ústrojí s tkaninovým filtrem je podstatné, aby plynný proud přiváděný do filtru neměl příliš vysokou teplotu, a tím

CS 276402 £6 aby nepoškodil materiál, ze kterého jsou zhotoveny tkaninové filtrační elementy.

Naproti tomu ja rovněž důležité, aby teplota plynného proudu přiváděného do filtračního zařízení byla dostatečně vysoká, aby v prostoru ve filtračním zařízení byla teplota nad teplotou rosného bodu plynné složky, čímž se zabraňuje kondenzaci látek schopných za těchto podmínek kondenzovat. Při nedodržení prvního požadavku se značně zkracuje doba životnosti filtračního elementu. Při nedodržení druhého kritéria může dojít k tomu, že zachycené částice jsou znehodnocené a/nebo mokré, takže ucpávají filtrační elementy. V případě výroby retortových sazí má zachycování vlhkých gazí v tkaninovém filtru nejen nepříznivý vliv na účinnost zachycování, nýbrž ovlivňuje nepříznivě i účinnost a jakost následujících dokončovacích výrobních fází, jako je například peletizování, zhutňování nebo chemické dodatečné zpracování sazí, a tím i jakost a stejnosměrnost kvality konečného produktu, to znamená retortových sazí,

I přesto, že lze horký plynný proud s obsahem unášených částic ochladit na teplotu vyhovující výše uvedeným požadavkům přičemž se použije prostředků pro nepřímou tepelnou výměnu, je účinný a ekonomický provoz těchto tepelných výměníků pracujících na principu nepřímé tepelné výměny značně problematický. Požadovaná teplota plynného proudu s obsahem částic, který se má filtrovat tkaninovým filtrem, se při běžném provádění tohoto procesu pohybuje v rozmezí od asi 149 °C do přibližně 371 °C. Nepřímá tepelná výměna představuje z ekonomického hlediska přijatelný způsob odnímání tepla pouze v těch případech, kdy snížení teploty, které se má dosáhnout, je poměrně veliké, například asi 300 °C nebo ještě větší, a kdy se teplota horkého plynného proudu, určeného k ochlazování, pohybuje značně nad asi 538 °C. Tak například je možno uvést, že k uskutečnění ochlazení plynného proudu s obsahem Částic, který má teplotu asi 538 °C, na teplotu asi 260 °C nepřímou tepelnou výměnou je všeobecně zapotřebí použít velké a drahé zářízení, jehož ekonomický provoz nelze zpravidla realizovat, a to i v případech, kdy se předpokládá dokonalé využití odebrané tepelné energie.

Mimoto zařízení pro nepřímou tepelnou výměnu jsou obvykle vhodnfí pro provoz v relativně konstantních pracovních podmínkách a není z tohoto důvodu vhodné jich použít k přesné regulaci pracovních podmínek v závislosti na měnících se podmínkách během provádění výrobního postupu. V důsledku těchto potíží se v chemických zařízeních obvykle pracuje tak, že se nejprve z horkého proudu odnímá a zpětně využívá co největší množství tepla nepřímou tepelnou výměnou co nejekonomičtějším způsobem, a potom se tento plynný proud rychle ochlazuje na teplotu, která je vhodná k provádění filtrace tohoto plynného proudu tkaninovými filtry, přičemž toto rychlé ochlazení se provádí tak, že se do plynného proudu rozprašuje voda atomizováním na malé kapičky.

Toto rychlé ochlazování plynného proudu na teplotu vhodnou pro filtraci za pomoci tkaninového filtru se v obvyklém provedení provádí tlakovým nebo dvoutekutinovým rozprašováním vody atomizováním na malé kapičky do plynného proudu v místě, které leží poměrně daleko před vstupem ochlazeného proudu do tkaninového filtru. Toto rozprašování vody atomizováním na malé kapičky na rozdíl od jednoduchého rozstřikování vody do plynného proudu se provádí proto, aby vznikly drobounké kapičky, které se samozřejmě vypařují rychleji než poměrně velké kapky, které vznikají při jednoduchém rozstřikování vody do plynného proudu. Podélné potrubí umístěné mezi místem rozprašování chladicí vody atomizováním na malé kapičky do plynného proudu a filtrační jednotkou slouží k tomu, aby kapičky atomizované vody měly dost času k úplnému odpaření dřív, než se ochlazený plynný proud zavádí do tkaninového filtru. Jestliže se nepodaří uskutečnit úplné odpaření vody v horkém plynném proudu je samozřejmé, že mohou nastat obtíže analogické problémům, které byly popsány v souvislosti s kondenzací plynných složek v tomto zpracovávaném plynném proudu, ke kterému dochází uvnitř filtru.

Důvod, proč má mít chladící voda po atomizování na malé kapičky v plynném proudu poměrně dlouhou dobu zdržení v tomto plynném proudu, spočívá v tom, že ani dvoutekutinová ani tlaková atomizační technika, která se v současné době používá, nestačí k vytvoření

CS 276402 Βδ kapiček velmi malých rozměrů v dostatečně širokém rozmezí pracovních podmínek, aby bylo zajištěno stejnoměrně rychlé a úplné vypaření kapiček v plynném proudu. Při tlakovém rozprašování vody na atomizované malé kapičky se voda vytlačuje z trysky s malým otvorem, přičemž účinnost s jakou se tato voda atomizuje na malé kapičky a rozptyluje v plynném proudu a průměrná velikost kapiček do značné míry závisí na velikosti otvoru atomizační trysky a na ztrátě tlaku v tomto otvoru. Průtočná rychlost vody otvorem daných rozměrů je samozřejmě funkcí ztráty tlaku, přičemž platí, že čím vyšší je ztráta tlaku, tím větší je průtočná rychlost. Již malé změny jednoho z vedených parametrů mají velice pronikavý účinek na stejnoměrnost a velikost vytvářených kapiček. Ve většině průmyslových chemických provozů lze velikost otvorů dané tlakové atomizační trysky považovat za neměnný parametr. To ovšem neplatí pro průtočnou rychlost a tlakovou ztrátu. V průmyslových provozech se tlak vody v potrubí a její průtočná rychlost a dále teplota a průtočná rychlost plynného proudu určeného ke chlazení obvykle značně mění. Když se změní teplota a/nebo průtočná rychlost horkého plynného proudu, například v důsledku změněných podmínek panujících v reaktoru, ve kterém se vytváří tento plynný proud, přičemž tyto podmínky se změní za účelem změn vlastností vyráběného produktu, je obvykle nezbytné rovněž změnit množství a rychlost chladicí vody, která se použije ke chlazení tohoto horkého plynného proudu, což se provádí atotnizováním této chladicí vody na malé kapičky do uvedeného horkého plynného proudu za účelem dosažení požadované teploty tohoto plynného proudu před filtrací na tkaninovém filtru. V důsledku toho může docházet náhodně nebo záměrně ke značnému kolísání tlaku vody, která se přivádí do atomizačních trysek, takže v určitých periodách výrobního procesu nepracují atomizační trysky a ani nemohou pracovat s tlakovou ztrátou a průtočnou rychlostí pro jaké byly dimenzovány a konstruovány.

Za takovýchto podmínek se mohou rozměry kapiček, vyráběných tlakovým atomizováním, značně zvětšit a rovněž mohou být tyto kapičky co do rozměru nestejnoměrné, takže k tomu aby se zajistilo úplné odpaření vody v plynném proudu je třeba podstatné delší doby zdržení těchto atomizovaných kapiček v chlazeném plynném proudu. Dvoutekutinové atomizační trysky používají nosného plynu k atomizování chladicí vody na malé kapičky do chlazeného plynného proudu a k rozptylování těchto kapiček unášených nosným plynem ve zpracovávaném plynném proudu, to znamená v proudu určeném ke chlazení. K tomu, aby tyto dvoutekutinové atomizační trysky pracovaly s dostatečnou účinností, se používá poměrně velkého průtočného objemu nosného plynu, který obvykle není v daném průmyslovém provozu k dispozici, což znamená, že výroba tohoto proudu nosného plynu představuje v každém případě dodatečné provozní náklady na získávání nebo výrobu této přídavné složky daného plynného proudu, a kromě toho je nutno uvést, že celý tento plyny proud tvořený zpracovávaným plynným proudem a přídavným proudem nosného plynu se musí zpracovávat v dále zařazeném tkaninovém filtru.

Za účelem maximálního prodloužení doby prodlevy chladicí vody atomizované tlakovou nebo dvoutekutinovou tryskou do zpracovávaného plynového proudu se obvykle zařazuje mezi místo, ve kterém se atomizuje chladicí voda na malé kapičky do zpracovávaného plynného proudu, a filtrační zařízení potrubí s velkým objemem nebo tak zvané stoupací potrubí. Za těchto okolností, kdy je velikost kapiček atomizované chladicí vody poměrně velká, se může rychlost odpařování těchto kapiček uvnitř plynného proudu proudícího vzestupným potrubím značně zmenšit. Při výrobě retortových sazí múze mít taková zmenšená rychlost odpařování za následek to, že částice plynovým proudem uvnitř vzestupného potrubí mají větší možnost ke zvlhčení a ke shlukování, takže oddělované saze představující produkt tohoto průmyslového procesu obsahují značné množství tvrdých hrubých shluků. Protože plynný proud může být často silně korozivní, musí mít vzestupné potrubí antikorozivní vlastnosti a musí být vyrobeno ze slitin odolávajících korozi, které jsou velice drahé. Nutnost zabránit přítomnosti kapaliny v látkovém filtru však nicméně až dosud vyvažovala značné ekonomické nevýhody spočívající v konstrukci a provozu velkoobjemových vzestupných potrubí ze slitiny odolné

CS 276402 3S proti korozi a v nebezpečí spočívajícím ve shlukování částic uvnitř stoupacího potrubí. V průmyslových provozech tedy byly tyto potíže až dosud považovány za neodstranitelné, přičemž se s nimi počítalo při navrhování těchto provozů v tom smyslu, aby bylo zajištěno úplné vypaření chladicí vody přiváděné do zpracovávaného plynného proudu v širokém rozmezí používaných pracovních podmínek.

Cílem uvedeného vynálezu je navrhnout zařízení, které by odstraňovalo nebo ve značné míře zmírňovalo nedostatky výše uvedených zařízení podle dosavadního stavu techniky.

Podstata zařízení k oddělování částic od horkého plynného proudu unášejícího tyto částice a vznikající v reaktoru, za kterým je zařazen nepřímo chlazený tepelný -výměník , spočívá podle uvedeného vynálezu v tom, že je tvořeno kanálem ve tvaru Venturiho trubice, který sestává ze vstupní sbíhavé části, na kterou navazuje úzké hrdlo a výstupní rozbíhavá část, přičemž v prostoru úzkého hrdla je umístěna přívodní trubka procházející boční stěnou kanálu a zakončená koncovou krytkou s velkým počtem radiálně orientovaných otvorů pro rozptylování vody v horkém plynném proudu. Výstupní rozbíhavá část kanálu svírá s osou tohoto kanálu úhel v rozmezí od 6 do 14 °, přičemž za kanálem ve tvaru Venturiho trubice je zařazena filtrační jednotka, ’

Ve výhodném provedení tohoto zařízení je před vstupní sbíhavou částí umístěna trubka o krátké vzdálenosti s usměrňovacími prvky k omezení turbulence.

Uvedená filtrační jednotka je ve výhodném provedení vybavena pytlovými filtry.

Iíezi výstupním koncem, kanálu ve tvaru Venturiho trubice a vstupem do filtrační jednotky je výhodně umístěn teplotní snímač, který je spojen s regulátorem napojeným na regulovaný ventil ve vložené přívodní trubce pro regulaci přívodu vody.

Při konstruování výše uvedeného kanálu- je velice výhodné, jestliže je alespoň výstupní rozbíhavá část tohoto kanálu tepelně izolovaná, čímž se dosáhne stabilnějšího teplotního provozu.

Zařízení podle uvedeného vynálezu představuje mnohem kompaktnější jednotku než jsou zařízení podle dosavadního stavu techniky, přičemž uspořádání tohoto zařízení není omezeno na pouze vertikální umístění, ale je možno jej uspořádat i šikmo nebo horizontálně. Podstatnou výhodou zařízení podle vynálezu je to, že atomizování chladicí vody na malé kapičky a rozptylování těchto kapiček ve zpracovávaném plynném proudu závisí v zařízení podle vynálezu převážně na kinetické energii urychleného plynného proudu ve Venturiho trubici, takže průměr otvorů v koncové krytce a tlak nebo rychlost proudění chladicí vody přiváděné k atomizování se mohou značně měnit. Zařízení podle vynálezu je dále velice málo citlivé na kolísání vstupní teploty zpracovávaného plynového proudu než tomu bylo u zařízení s vertikálním vzhůru směrovaným potrubím podle dosavadního stavu techniky.

Při provádění postupu v zařízení podle uvedeného vynálezu se horký plynný proud s obsahem částic vede kanálem ve tvaru Venturiho trubice, jehož rozměry a tvar jsou zvoleny tak, aby v tomto kanálu došlo k urychlení plynného proudu na Machovo číslo alespoň rovné 0,25. Uvnitř hrdla kanálu ve tvaru Venturiho trubice se do plynového proudu vstřikuje v podstatě napříč proudění tohoto plynového proudu chladicí voda velkým počtem otvorů. Poněvadž v místě přivádění chladicí vody má plynný proud velkou rychlost rozptylují se rychle jednotlivé proudy vody na stejnoměrné kapičky o velmi malých rozměrech, to znamená, že dochází k atomizování této chladicí vody na malé kapičky, přičemž rychlým vypařováním těchto atomizovaných kapiček vody se z plynného proudu odebírá teplo. Ochlazený plynný proud ee potom vede do filtrační jednotky s tkaninovým filtrem, kde se z tohoto plynového proudu odstraňují unášené částice.

CS 276402 Βδ

Zařízení k oddělování částic od horkého plynného proudu unášejícího tyto částice podle uvedeného vynálezu bude blíže ilustrováno s pomocí připojených výkresů, kde na obr. 1 je znázorněno schematicky toto zařízení v celku v kombinaci s dalšími navazujícími jednotkami, přičemž plnými čarami je v pravé části obrázku zakresleno zařízení podle vynálezu napojené na typické zařízení pro výrobu retortových sazí, zatímco přerušovanou Čarou je znázorněno zařízení podle dosavadního stavu techniky úměrně stejné kapacity, na obr. 2 je schematicky podélný řez provedením zařízení podle vynálezu z obr. 1, a na obr. 3 je ve zvětšeném měřítku podélný řez částí zařízení podle Obr. 2.

Na obr. 1 je znázorněno zařízení k oddělování částic od horkého plynného proudu unášejícího tyto částice podle vynálezu napojeného na linku na výrobu retortových sazí. Uhlíkovodíková surovina, palivo a oxidační plyn, obvykle je to vzduch, se přivádějí do reaktoru 1. V reaktoru 1 se směs zapálí a hořící reakční směs přichází do reakční komory se žáruvzdornou vyzdívkou, kde se udržují podmínky vhodné pro tvorbu sazí, což je vlastně uhlík. Teplota uvnitř reakční komory 5 se udržuje obvykle v rozmezí od asi 1315 °C do asi 1760 °C, přičemž přesná teplota závisí především na požadovaných vlastnostech vyráběných sazí. Regulace teploty uvnitř reakční komory se obvykle provádí vhodným dávkováním oxidačního plynu, paliva a suroviny, které jsou přiváděny do tohoto reaktoru 1. Konec reakce, při které vzniká uhlík, začíná tak zvaným prudkým ochlazením reakční směsi, pří kterém se tryskou 6 vstřikuje do reakční směsi voda, která postupuje do reakční komory 2 směrem do zadní částí. Rychlost s jakou se tato chladicí voda nastřikuje do reakční směsi se volí tak, aby se teplota plynného proudu snížila na asi 1204 °C nebo na teplotu nižší. Protože obsah tepelné energie v reakční směsi je v tomto místě procesu poměrně velký je zajištěno rychlé vypaření primární chladicí voda nastřikované tryskou 6 do reakční komory £, takže funkce chladicí trysky není při tomto průběhu procesu v obyklém provedení podstatná.

Vznikající plynný proud, který sestává ze sazí suspendovaných ve spalinách, se potom vede z reaktoru 1 do nepřímo chlazeného tepelného výměníku 2» kde se dále chladí, v obvyklém provedení na teplotu v rozmezí od asi 426 do asi 648 °C. Tento nepřímo chlazený tepelný výměník £ se obvykle chladí oxidačním plynem, sloužícím k výrobě plynné Bměsi pro spalování uhlovodíkové suroviny na saze, to znamená, že se jedná o plyn vedený do oxidační reakce, který se tímto způsobem předehřívá před zaváděním do reaktoru 1. Tímto způsobem se využije značné množství tepla, které by bylo jinak nevyužito a představovalo by tepelné ztráty, Čímž se zlepšuje tepelná účinnost celého výrobního procesu.

Oddělení sazí od plynného proudu se provádí ve filtrační jednotce 15 s tkaninovým filtrem, například se používá pytlového filtru, ve kterém se plynný proud vede prostupnými tkaninovými filtračními elementy, které zachycují na vnější sběrné straně saze a propouštějí plynný proud. Saze představující produkt tohoto postupu, které jsou oddělené a zachycené na tkaninovém filtru v uvedené filtrační jednotce 15, se potom buďto balí nebo dále zpracovávají, jak již bylo uvedeno.

Aby se nepoškodily tkaninové filtrační elementy umístěné v uvedené filtrační jednotce 15, je nejprve nezbytné ochladit ještě poměrně horký plynný proud odváděný z nepřímo chlazeného výměníku j), obvykle na teplotu v rozmezí od 149 °C do 371 °C. Přesná požadovaná teplota se určuje jednak s přihlédnutím k teplotě rosného bodu plynné složky zpracovávaného plynného proudu s obsahem pevných částic a jednak s ohledem na tepelnou odolnost tkaninovým filtračních elementů ve filtrační jednotce 15.

Toto přídavné nebolí sekundární prudké ochlazování plynného proudu unášejícího částečky sazí před filtrací na tkaninovém filtru se provádí podle dosavadního stavu techniky tak, že se částečně ochlazený plynný proud z nepřímo chlazeného tepelného výměníku vede vertikálním, vzhůru směrovaným potrubím 14, které je dlouhé a má velký objem, přičemž do jeho vstupní části se roztřikuje voda. Vertikální vzhůru směrované potrubí 14 může mít například délku asi 30,48 metru, průměr asi 1,524 metru a toto potrubí je obvykle vyrobeno z drahé antikorozivní slitiny. Ve vstupní části tohoto vertikálního vzhůru směrovaného potrubí 14 je umístěna jedna nebo několik tlakových nebo dvoutekutinových atomizačních trysek 16, kterými sa do plynného zpracovávaného proudu rozprašuje voda atomizovóním na malé kapičky v takovém množství aby bylo dosaženo ochlazení tohoto plynného proudu na požadovanou teplotu, část vertikálního vzhůru směrovaného potrubí 14 ležící ve směru proudění za atoraizačními tryskami 16 slouží především k tomu, aby ochlazený plynný proud měl dostatečnou dobu prodlevy a aby se chladicí voda atomizovaná na malé kapičky úplně odpařila dřív, než se plynný proud zavede do filtrační jednotky 15 s tkaninovým filtrem. V každém případě, jestliže jsou kapičky atomizované vody z jakéhokoliv důvodu poměrně veliké, například asi 0,3 milimetru nebo ještě větší, jejich rychlost vypařování v plynném proudu je poměrně malá, což jim poskytuje možnost, aby se dostaly v dostatečné míře do kontaktu se suspendovanými částicemi během průtoku plynného proudu vertikálním vzhůru směrovým potrubím 14. Jak již bylo uvedeno, jestliže k takovému zvlhčení částic sazí dojde, mohou se tyto částice navzájem dostávat do kontaktu a tvořit větší shluky. Mokré částice sazí mohou přijít rovněž do styku se stěnami vertikálního vzhůru směrovaného potrubí 14 a vytvořit usazeniny a spečené povlaky na jeho vnitřní straně.

Zařízení podle uvedeného vynálezu je znázorněno na obr. 1 a na obr. 2 a 3 plnou čarou, přičemž stejné části jsou označeny stejnými vztahovými značkami. V tomto zařízeni podle vynálezu se poměrně horký plynný proud unášející částice sazí a vycházející z nepřímo chlazeného tepelného výměníku 9 vede kanálem 20 ve tvaru Venturiho trubice, jejíž rozměry a tvar je zvolen tak, aby v této Venturiho trubici došlo k urychlení zpracovávaného plynného proudu na Machovo číslo alespoň 0,25 uvnitř hrdla 24.

Pod pojmem Machovo číslo se rozumí bezrozměrný poměr skutečná rychlosti plynného proudu a rychlosti zvuku uvnitř tohoto proudu v daném místě. V důsledku toho je Machovo číslo plynného proudu závislé jak na jeho teplotě tak na jeho složení a dá se určit za panujících podmínek s přihlédnutím k teplotě a složení konkrétního plynného proudu. Ve výhodném provedení zařízení podle vynálezu se rozměry a tvar kanálu 20 ve tvaru Venturiho trubice volí tak, aby se v hrdle 24 plynný proud urychloval na Machovo číslo nejméně 0,4.

Kanál 20 ve tvaru Venturiho trubice sestává z relativně rychle sbíhavé vstupní části 22, z hrdla 24 a z relativně mírně rozbíhavé výstupní části 26. V konkrétním provedení znázorněném na výkresech je v ose hrdla 24 uložena přívodní trubka 25 zakončená koncovou krytkou 27. Přívodní trubka 25 je zajištěna ve své osové poloze vzpěrou 28, která je připevněna na stěně sbíhavé vstupní části 22 kanálu 20. Koncová krytka 27 je opatřena velkým počtem otvorů 22» které jsou orientovány radiálně vzhledem k ose kanálu 20, a kterými se přivádí chladicí voda ve směru v podstatě napříč do plynného proudu protékajícího hrdlem 24. Rychlost proudu vody otvory 29 lzs regulovat regulovaným ventilem 50 a regulátorem 51. Regulátor 51 dostává údaje týkající se teploty plynného proudu z výstupního termočlánku T_Q. Integruje tyto údaje s přihlédnutím k předem zvolené teplotě a nastavuje regulačníTentil 50 pro přívod vody podle potřeby tak, aby plynný proud se ochladil na požadovanou teplotu. Protože podle vynálezu závisí atomizování chladicí vody na maličké kapičky a jejich zavádění do plynného proudu za účelem rozptýlení chladicí vody na malá kapičky a dispergování těchto kapiček v plynném proudu převážně na kinetické energii urychleného plynného proudu, průměr otvorů 29 a tlak nebo rychlost proudění chladicí vody protékající těmito otvory 29 se mohou značně měnit a nejsou v běžném provedení podstatně důležité pro vznik drobných, stejmoměrných a rychle se vypařujících kapiček v plynném proudu. Tento výhodný znak zařízení podle vynálezu představuje značný odklon od hlavních požadavků, které jsou běžně spojeny s funkcí tlakových nebo dvoutekutinových atomizačních trysek

CS 276402 Ββ podle dosavadního stavu techniky. Bodle uvedeného vynálezu je vhodné, aby počet a průměr nebo průměry otvorů 29 byly zvoleny tak, aby s přihlédnutím k předpokládanému rozmezí průtočné rychlosti chladicí vody, které přichází v úvahu při provádění konkrétního postupu, vznikl v každém otvoru 29 dostatečně velký tlak, aby proud chladicí vody vystupoval z otvoru nebo otvorů 29 do plynného proudu alespoň do nepatrné vzdálenosti od povrchu koncové krytky 27 dříve, než dojde k jeho úplnému rozptýlení a rozložení na kapičky v tomto plynném proudu.

Úhel výstupní rozbíhavé části 26 kanálu 20 _Ve tvaru Venturiho trubice není důležitý. Nicméně je výhodné, aby tento úhel ležel v rozmezí od asi 6° do asi 14°, a nejvýhodněji v rozmezí od asi 7° do asi 10°. V těchto mezích funguje výstupní rozbíhavá část 26 jako difuzer, čímž se sníží na minimum ztráta tlaku v kanálu 20 při daném zrychlení plynného proudu a prodlouží se délka kanálu 20, při které se plynný proud udržuje vysokou rychlost. Podle dalěího výhodného provedení zařízení podle vynálezu je alespoň výstupní rozbíhavá část 26 kanálu 20 tepelně izolovaná izolačním obkladem 30. Izolační obklad 30 zmenšuje síly vznikající tepelným působením horkého plynného proudu, které by mohly způsobit usazování částic na stěnách výstupní rozbíhavé části těsně za hrdlem 24.

Podle dalšího výhodného provedení zařízení podle vynálezu je dc přívodní oblasti vstupní sbíhavé části 22 kanálu 20 ve tvaru Venturiho trubice přiváděn zpracovávaný proud přes krátkou trubku 18, která uvnitř obsahuje usměrňovači prvky 19. Umístění trubky 18 s usměrňovacími prvky 19 do místa bezprostředně před kanál 20 snižuje na nejmenší míru turbulenci a vířivé proudy v plynném proudu, který se přivádí do kanálu 20, a tím zajišťuje účinné urychlení plynného proudu ve Venturiho trubici.

Protože chladicí voda přiváděná do plynného proudu podle vynálezu se velice rychle atómizuje na malé kapičky, které se potom rychle odpařují, mohou mít jak kanál 20 ve tvaru Venturiho trubice tak spojovací potrubí 31. které tvoří spojení mezi výstupním koncem kanálu 20 a vstupem do filtrační jednotky 15 s tkaninovým filtrem při stejném výkonu podstatně kompaktnější konstrukci než sekundární chladicí soustava s vertikálním směrem vzhůru směrovaným potrubím podle dosavadníh stavu techniky. To představuje značnou výhodu zařízení podle uvedeného vynálezu, protože, jak již bylo uvedeno, tvoří vertikální vzhůru směrované potrubí pro sekundární prudké chlazení plynné směsi v zařízení podle dosavadního stavu techniky jednotku s velkým rozměrem a velkou délkou. Při použití zařízení podle vynálezu lze například plynný proud obsahující retortové saze, který je stejného typu jako byl uvažován podle dosavadního stavu techniky a k jehož zpracování byly stanoveny rozměry vertikálního vzhůru směrovaného potrubí 14 diskutované v části dosavadního stavu techniky, účinně chladit na požadovanou teplotu v kanále 20 ve tvaru Venturiho trubice jehož vstupní a výstupní průměr je asi 0,8128 metru, průměr hrdla 24 je asi 0,4064 metru a celková délka je v rozmezí od 3,6576 metru do 4,572 metru. Délka nebo objem spojovacího potrubí 31 je dána v podstatě pouze tím, aby tvořilo plynotěsné spojení pro ochlazený plynný proud přiváděný do filtrační jednotky 15 s tkaninovým filtrem. Mimoto zařízení podle vynálezu nemusí být orientováno svisle jako vertikální vzhůru směrované potrubí v zařízení podle dosavadního stavu techniky, nýbrž může mít jakoukoliv orientaci, která je nejvhodnější s přihlédnutím k místu a konstrukci celého zařízení.

Zařízení podle uvedeného vynálezu je podstatně méně citlivé na kolísání vstupní teploty zpracovávaného plynného proudu, než zařízení s vertikálním vzhůru směrovaným potrubím, ve kterém se chladicí voda rozstřikuje tlakem, podle dosavadního stavu techniky. Při použití tlakového rozprašování na atomizované kapičky ve vertikálním vzhůru směrovaném potrubí podle dosavadního stavu techniky má pokles vstupní teploty plynného proudu, zaváděného do vertikálního vzhůru směrovaného potrubí 14, asi o 38 °C za následek snížení rychlosti průtoku chladicí vody potřebné pro tlakové atomizování

CS 276402 Βδ do zpracovávaného plynného proudu asi o 20 %, aby se dosáhlo požadované teploty zpracovávaného plynného proudu. Jestliže se tlak vody sníží takovým způsobem, aby se rychlost prouděni vody snížila o 20 %, zvětší se průměrná velikost každé kapičky a stejně tak se zvětší doba prodlevy potřebná k vypaření těchto větších kapiček vody i objem následujícího potrubí, ve kterém se musí zajistit tato prodloužená doba zdržení. Jestliže se naproti tomu použije zařízení podle uvedeného vynálezu, má analogický pokles vstupní teploty plynného proudu a analogické snížení rychlosti průtoku chladicí vody za následek pouze poměrné malé zvětšení rozměru atomizovaných kapiček vody a pouze malé zvýšení doby zdržení, nezbytné k úplnému vypaření kapiček chladicí vody. Na rozdíl od zařízení s vertikálním vzhůru směrovaným potrubím podle dosavadního stavu techniky nemusí být do zařízení podle vynálezu vestavěno žádné nebo jenom krátké přídavné potrubí s malým objemem a to pouze za tím účelem, aby se zajistila, úměrná doba zdržení pro úplné vypaření chladicí vody v plynném proudu v závislosti na změnách teploty a průtoku plynného zpracovávaného proudu a přiváděné chladicí vody. I když lze atomizování chladicí vody na malé kapičky rozptylované do plynného zpracovávaného proudu v zařízení podle vynálezu považovat za druh dvoutekutinového atomizování, nepochází nosný plyn pro atomizování chladicí vody z vnějšího zdroje ale je odebírán jako část zpracovávaného plynného proudu a tvoří s ním tedy jeden celek. V zařízení podle vynálezu nedochází tedy k dalšímu ředění zpracovávaného plynného proudu vnějším plynem, takže filtrační jednotka 15 s tkaninovým filtrem nemusí mít zvýšenou kapacitu ke zpracovávání tohoto většího množství plynu.

když bylo toto zařízení podle vynálezu podrobně ilustrováno v souvislosti s výrobou retortových sazí a pouze ve spojení s oddělováním částic od plynného proudu filtrací za použití tkaninového filtru, je zřejmé, že toto zařízení podle vynálezu, resp. princip zpracovávání plynného produ unášejícího pevné částice, lze s výhodou uplatnit i v jiných obdobných chemických procesech, ve kterých je zapotřebí chladit horký plynný proud obsahující suspendované tuhé částice účinným způsobem v malé kompaktní jednotce, která by nebyla tak závislá na vstupních parametrech zpracovávaného plynného proudu a chladicí kapaliny.

Ve výše uvedeném textu byly popsány určité výhodné varianty zařízení podle vynálezu, přičemž je samozřejmé, že tento popis má pouze ilustrativní charakter a nijak neomezuje rozsah uvedeného vynálezu. Například je možno uvést., že bylo popsáno a znázorněno konkrétní provedení podle kterého uvnitř hrdla 24 potrubí 20 ve tvaru Venturiho trubice je uložena osově koncová krytka 27, která slouží k zavádění chladicí vody do plynného proudu, přičemž je samozřejmě možné, že místo tohoto provedení lze použít i jiných funkčních ekvivalentů. Tak například ústrojí k zavádění chladicí vody do plynného proudu může být tvořeno velkým počtem radiálních otvorů, které prochází stěnou a jsou umístěny na obvodu hrdla 24 kanálu 20 ve tvaru Venturiho trubice. Tyto otvory mohou být připojeny ke společnému roz váděčímu potrubí spojenému s přívodním potrubím pro přivádění vody do tohoto systému.

Vzhledem k výše uvedenému je tedy zřejmé, že zde existuje řada vhodných alternativních a ekvivalentních konstrukčních řešení jednotlivých částí zařízení podle vynálezu, přičemž všechny tyto zjevné konstrukční ekvivalenty a modifikace spadají do rozsahu uvedeného vynálezu.

Claims (5)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Zařízení k oddělování částic od horkého plynného proudu unášejícího tyto částice a vznikající v reaktoru, za kterým je zařazen nepřímo chlazený tepelný výměník, vyznačující se tím, že je tvořeno kanálem (20) ve tvaru Venturiho trubice, který sestává ze vstupní sbíhavé části (22), na kterou navazuje úzké hrdlo (24) a výstupní rozbíhavá část (26), přičemž v prostoru úzkého hrdla (24) je umístěna přívodní trubka (25) procházející boční stěnou kanálu (20) a zakončená koncovou krytkou (27) s velkým počtem radiálně orientovaných otvorů (29) pro rozptylování vody v horkém plynném proudu, a výstupní rozbíhavá část (26) kanálu (20) svírá s osou tohoto kanálu úhel v rozmezí od 6° do 14° a za kanálem (20) ve tvaru Venturiho trubice je zařazena filtrační jednotka (15).
2. 2. Zařízení podle bodu 1, vyznačující se tím, že před vstupní sbíhavou částí (22) je umístěna trubka (18) o krátké vzdálenosti s usměrňovacími prvky (19) k omezení turbulence.
3. 3. Zařízení podle bodu 1, vyznačující se tím, že filtrační jednotka (15) je tvořena pytlovými filtry.
4. 4. Zařízení podle bodu 1, vyznačující se tím, že mezi výstupním koncem kanálu (20) ve tvaru Venturiho trubice a vstupem do filtrační jednotky (15) je umístěn teplotní snímač (T_Q), který je spojen s regulátorem (51) napojeným na regulační ventil (50) ve vložené přívodní trubce (25) pro regulace přívodní vody.
5. 5. Zařízení podle bodu 1, vyznačující se tím, že alespoň výstupní rozbíhavá část (26) kanálu (20) je tepelně izolována.