RU164140U1 - Адсорбер - Google Patents

Abstract

1. Адсорбер, содержащий наполненный гранулированным адсорбентом корпус с верхним основанием и днищем, входной патрубок и выходной патрубок, входной патрубок расположен с возможностью подачи газа от верхнего основания к днищу, а корпус с внешней стороны снабжен нагревательным элементом с наружной теплоизоляцией, выполненным с возможностью равномерного нагревания корпуса по его длине, отличающийся тем, что выходной патрубок расположен с возможностью отвода газа от днища.2. Адсорбер по п. 1, отличающийся тем, что внутренний диаметр корпуса имеет значение от 3 до 30 см.3. Адсорбер по п. 1, отличающийся тем, что верхнее основание выполнено в виде крышки, присоединенной к корпусу путем разъемного крепления.4. Адсорбер по п. 1, отличающийся тем, что днище прикреплено к корпусу путем разъемного соединения.5. Адсорбер по п. 1, отличающийся тем, что нагревательный элемент выполнен в виде металлической спирали, обмотанной вокруг корпуса с шагом, обеспечивающим равномерный прогрев корпуса по его длине, выполненной с возможностью подключения к источнику питания.6. Адсорбер по п. 1, отличающийся тем, что нагревательный элемент выполнен в виде металлических колец, обмотанных вокруг корпуса с шагом, обеспечивающим равномерный прогрев корпуса по его длине, выполненных с возможностью подключения к источнику питания.7. Адсорбер по п. 1, отличающийся тем, что нагревательный элемент выполнен в виде теплоизолированной рубашки с циркулирующим теплоносителем, выполненной с возможностью подключения к средству для нагрева теплоносителя.8. Адсорбер по п. 1, отличающийся тем, что внутри входного и выходного патрубков поперек потоку воздуха предпочтительно размещены

Description

МПК B01D 53/04

Описание полезной модели

Адсорбер

Заявляемая полезная модель относится к области газовой, нефтяной, химической и других отраслей промышленности и может быть использована для промышленной адсорбции газов или паров.

Известен адсорбер вертикальный с неподвижным слоем адсорбента, который содержит вертикальный корпус, штуцер на верхнем днище корпуса адсорбера для входа перерабатываемого газа и выхода регенерационного газа, штуцер на нижнем днище корпуса адсорбера для выхода перерабатываемого газа и входа регенерационного газа, опорную решетку с насыпным слоем адсорбента, распределительные устройства для перерабатываемого и регенерационного газа, слой керамических шаров, размещенных через разделительную сетку на опорной решетке перед слоем адсорбента, и слой керамических шаров, размещенных через разделительную сетку сверху слоя адсорбента, причем над верхним слоем адсорбента, покрытого слоем керамических шаров, размещена горизонтальная кольцевая перфорированная перегородка, перекрывающая поперечное сечение корпуса адсорбера, центральная часть которой выполнена в форме расширяющегося кверху конического стакана, на дне которого предусмотрены сквозные отверстия, при этом в перфорированной перегородке на площади между коническим стаканом и корпусом адсорбера выполнены отверстия с разными диаметрами и расстояниями между ними [Патент на изобретение RU2530112, дата публикации 10.10.2014, МПК B01D53/04 (2006.01)].

В качестве прототипа был выбран адсорбер, который содержит вертикально ориентированный корпус с цилиндрической стенкой, крышкой и днищем, и входной и выходной патрубки с размещенными в них фильтрующими элементами, при этом корпус заполнен адсорбентом, а на наружной поверхности стенки корпуса закреплен нагревательный элемент, закрытый теплоизолирующим кожухом, входной и выходной патрубки адсорбера расположены в крышке корпуса. [Патент на полезную модель RU34399, дата публикации 10.12.2003, МПК B01D53/04].

Общим недостатком известных устройств является низкая эффективность регенерации адсорбера. При этом в устройстве по прототипу наблюдается недостаточная равномерность нагрева адсорбера от нагревательного элемента. Адсорбент, расположенный у внутренней поверхности корпуса, в процессе регенерации нагревается на большие температуры, чем адсорбент, находящийся в центре адсорбера. Таким образом, адсорбент регенерируется неравномерно, что понижает эффективность работы адсорбера в дальнейшем.

Техническая задача, на решение которой направлен заявляемый адсорбер - повышение эффективности и надежности работы адсорбера.

Технический результат, на достижение которого направлен заявляемый адсорбер - повышение эффективности и надежности работы адсорбера за счет отвода газа от днища.

Сущность заявляемого устройства заключается в следующем.

Адсорбер содержит наполненный гранулированным адсорбентом корпус с верхним основанием и днищем, входной патрубок и выходной патрубок. Входной патрубок расположен с возможностью подачи газа от верхнего основания к днищу. Корпус с внешней стороны снабжен нагревательным элементом с наружной теплоизоляцией, выполненным с возможностью равномерного нагревания корпуса по его длине. В отличие от прототипа, выходной патрубок расположен с возможностью отвода газа от днища.

Предпочтительно, внутренний диаметр корпуса имеет значение от 3 до 30 см, что позволяет повысить эффективность работы адсорбера за счет повышения эффективности регенерации адсорбера, обеспечиваемое равномерным нагревом адсорбера в процессе регенерации.

Выполнение внутреннего диаметра корпуса адсорбера в определенном диапазоне позволяет обеспечить равномерный прогрев адсорбента по всему его объему, как в центре адсорбера, так и у внутренней поверхности корпуса. Обеспечение равномерного прогревания адсорбента позволяет повысить эффективность регенерации адсорбера. Повышение эффективности регенерации позволяет достичь повышения эффективности работы заявляемого адсорбера в целом, поскольку внутренний диаметр корпуса, выполненный в определенном диапазоне, позволяет обеспечить равномерное прохождение газа через весь слой адсорбента, исключая застойные зоны, и равномерно прогреть всю массу адсорбента, в том числе в центре.

Необходимый размер внутреннего диаметра корпуса был определен опытным путем. Значение внутреннего диаметра корпуса зависит от мощности нагревательного элемента. В случае выполнения внутреннего диаметра корпуса менее 3 см, ближе к центральной оси корпуса регенерация адсорбера будет не эффективной потому, что будет наблюдаться слишком высокая скорость движения газа, динамическая адсорбция не будет успевать проходить. В случае выполнения внутреннего диаметра корпуса более 30 см, ближе к центральной оси корпуса адсорбент не будет нагреваться, тем самым в процессе регенерации адсорбера образуется застойная зона, где адсорбент остается не отрегенерированным.

В зависимости от давления газа, подаваемого на адсорбер, подбирают толщину и материал составных элементов адсорбера.

В качестве гранулированного адсорбента может быть использован, например алюмосиликатный осушитель, силикагель, цеолит, активированный оксид алюминия или иной гранулированный адсорбент.

Высота столба адсорбента определяется расчетным путем, исходя из размеров внутреннего диаметра корпуса. Из литературы известно, что отношение высоты столба адсорбента к внутреннему диаметру корпуса должно быть не менее 4. Если отношение высоты адсорбента к внутреннему диаметру корпуса не соблюдено, то значительно увеличивается вероятность образования застойных зон: не вся площадь адсорбента используется для адсорбции, что обуславливает необходимость более частой регенерации зоны адсорбера, на которую направлена наибольшая нагрузка.

Корпус выполнен в виде полого цилиндра, при этом верхнее основание может быть выполнено в виде крышки, то есть может быть присоединено к корпусу путем разъемного крепления, например, путем использования шпильки с гайкой. Разъемное крепление верхнего основания позволяет ускорить процесс замены адсорбента в адсорбере, а именно загрузки адсорбента, а значит повысить производительность адсорбера.

Днище корпуса может быть жестко прикреплено к корпусу, например, путем сварки или путем разъемного соединения, например, путем использования шпильки с гайкой. Разъемное крепление днища позволяет ускорить процесс замены адсорбента в адсорбере, а именно выгрузки адсорбента, а значит повысить производительность адсорбера.

Нагревательный элемент может быть выполнен в виде металлической спирали или колец с шагом, обеспечивающим равномерный прогрев корпуса по его длине, выполненных с возможностью подключения к источнику питания и обмотанных вокруг корпуса, или в виде теплоизолированной рубашки с циркулирующим теплоносителем, выполненной с возможностью подключения к средству для нагрева теплоносителя или иного средства, обеспечивающего равномерный прогрев корпуса по его длине. Шаг спирали или колец зависит от длины корпуса и предпочтительно составляет от 0 до 4 см, что позволяет достичь максимально равномерного нагрева корпуса.

Внутри входного и выходного патрубков, поперек потока воздуха, предпочтительно, размещены фильтрующие элементы, препятствующие выносу адсорбента за пределы адсорбера. Входной и выходной патрубки могут быть выполнены в виде полого цилиндра или в виде цилиндроообразного элемента, состоящего из соединенных между собой двух частей: первой части, выполненной в виде полого цилиндра и размещенной снаружи корпуса, и второй части, размещенной внутри корпуса и выполненной перфорированной. Перфорация позволяет более равномерно распределить поток газа внутри адсорбера.

Входной патрубок может быть расположен в верхнем основании, обязательным условием является обеспечение подачи газа по направлению от верхнего основания к днищу, то есть подачи воздуха сверху, когда адсорбер находится в вертикальном положении.

Выходной патрубок может быть расположен в днище. Выполнение выходного патрубка так, что он расположен с возможностью отвода газа от днища, то есть снизу адсорбера, когда адсорбер находится в вертикальном положении, обеспечивает движение газа сверху вниз, что препятствует возникновению кипящего слоя в адсорбенте и увеличивает срок службы адсорбента, а также повышает эффективность работы адсорбера.

Корпус может быть снабжен верхним и нижним торцевыми фланцами, при этом торцевые фланцы предпочтительно являются ограничителями теплоизоляции нагревательного элемента, что ускоряет естественное охлаждение адсорбера в процессе регенерации за счет теплоотдачи в окружающую среду, а значит, повышает эффективность регенерации, сокращая ее время. Таким образом, верхняя и нижняя части корпуса с внешней стороны предпочтительно снабжены верхним и нижним торцевыми фланцами соответственно, предназначенными для крепления адсорбера, например, к панели в составе установки для осушки газа. Торцевые фланцы могут быть жестко присоединены к корпусу, например, посредством спайки или разъемно с помощью закладного кольца, которое размещено в пазе каждого торцевого фланца между соответствующим торцевым фланцем и корпусом и обеспечивает их соединение без зазора. При этом закладное кольцо препятствует срыванию верхнего и нижнего торцевых фланцев вверх и вниз соответственно. Использование закладного кольца позволяет избежать сварного соединения нежелательного для сосудов из высокопрочных сталей, используемых при высоких давлениях. Использование закладных колец повышает надежность крепления торцевых фланцев к корпусу.

Дополнительно, корпус может быть снабжен датчиком температуры и давления нагревательного элемента, выполненными с возможностью подключения к блоку управления, входящему в состав установки для осушки газа, а входной патрубок каждого адсорбера - датчиком давления газа (не показан на чертежах), которые предназначены для управления работой нагревательного элемента.

Заявляемое устройство, в отличие от прототипа, обладает рядом отличительных признаков, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию патентоспособности «новизна».

Заявляемое устройство может быть изготовлено и применено с помощью известных средств, методов и веществ, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию патентоспособности «промышленная применимость».

Заявляемое устройство поясняется чертежом, где совместно изображены адсорбер (вид спереди) и продольное сечение адсорбера.

Адсорбер содержит наполненный гранулированным адсорбентом 1 цилиндрический корпус 2 с верхним основанием 3 и днищем 4, входной патрубок 5 и выходной патрубок 6. Верхнее основание 3 выполнено в виде крышки и присоединено к корпусу 2 путем использования шпильки 7 с гайкой 8. Днище прикреплено к корпусу 2 путем использования шпильки 9 с гайкой 10. Входной патрубок 5 выполнен с возможностью герметичного соединения с входом для подачи газа (не показан на чертежах) установки для осушки газа (не показана на чертежах) и расположен в верхнем основании 3. Выходной патрубок 6 выполнен с возможностью герметичного соединения с выходом для газа (не показан на чертежах) установки для осушки газа (не показана на чертежах) и расположен в днище 4. Корпус 2 с внешней стороны снабжен нагревательным элементом с наружной теплоизоляцией (не показано на чертежах), выполненным с возможностью равномерного нагревания корпуса 2 по его длине h. Внутренний диаметр d корпуса 2 имеет значение А см.

В качестве гранулированного адсорбента 1 использован алюмосиликатный осушитель.

Нагревательный элемент выполнен в виде металлической спирали, подключенной к источнику питания (не показан на чертежах) и обмотанной вокруг корпуса 2 с шагом 20 мм.

Входной патрубок 5 или выходной патрубок 6 каждый выполнен в виде полого цилиндра. Внутри входного и выходного патрубков 5 и 6 поперек размещены фильтрующие элементы (не показаны на чертежах), препятствующие выносу адсорбента 1 за пределы адсорбера.

Корпус 2 снабжен верхним и нижним торцевыми фланцами 11 и 12 соответственно, при этом торцевые фланцы 11 и 12 являются ограничителями теплоизоляции нагревательного элемента. Торцевые фланцы 11 и 12 присоединены к корпусу 2 с помощью закладных колец 13 и 14, каждое из которых размещено в пазе (не обозначены на чертежах) соответствующего торцевого фланца 11 или 12.

Корпус 2 снабжен датчиком температуры (не показан на чертежах) и датчиком давления (не показан на чертежах).

Принцип работы заявляемого устройства заключается в следующем.

Корпус 2 заявляемого адсорбера располагают вертикально, с помощью торцевых фланцев 11 и 12 прикрепляют корпус 2 к панели.

Газ сверху через входной патрубок 5 поступает в адсорбер, проходя слой адсорбента 1, очищается от паров воды и выходит снизу через выходной патрубок 6. При этом фильтрующие элементы препятствуют выносу адсорбента за пределы корпуса 2.

При необходимости осуществляют процесс регенерации заявляемого адсорбера. Нагревательный элемент нагревает корпус 2 равномерно, то есть по всей длине корпуса 2 наблюдается одно значение температуры корпуса 2, фиксируемое датчиком температуры. Посредством нагрева адсорбента 1 обеспечивается регенерация адсорбера. Образующийся десорбированный пар выходит через входной патрубок 5. В процессе регенерации газ в адсорбер не подается.

По завершению процесса регенерации нагревательный элемент выключается, корпус 2 остывает естественным образом, при этом торцевые фланцы 11 и 12 ускоряют процесс естественного охлаждения за счет теплоотдачи в окружающую среду.

Далее цикл повторяется.

С целью подтверждения достижения технического результата были изготовлены опытные образцы.

Пример 1 - 6.

Устройства, показанные на чертеже, отличающиеся размером внутреннего диаметра d корпуса. Полученные значения эффективности регенерации устройств по примерам 1- 6 представлены в Таблице 1.

Как видно из Таблицы 1, заявляемое устройство обеспечивает равномерный нагрев адсорбента, находящегося как у внутренней поверхности корпуса, так и в центре адсорбера. При выполнении внутреннего диаметра корпуса менее 3 см, время адсорбции стремится к нулю, так как увеличивается скорость прохождения слоя адсорбента, а следовательно эффективность адсорбции падает. При выполнении внутреннего диаметра корпуса более 30 см, температура в центре адсорбера значительно падает. Выполнение заявляемого устройства с возможностью отвода газа от днища позволяет достичь следующий технический результат - повышение эффективности и надежности работы адсорбера.

Claims (11)

1. Адсорбер, содержащий наполненный гранулированным адсорбентом корпус с верхним основанием и днищем, входной патрубок и выходной патрубок, входной патрубок расположен с возможностью подачи газа от верхнего основания к днищу, а корпус с внешней стороны снабжен нагревательным элементом с наружной теплоизоляцией, выполненным с возможностью равномерного нагревания корпуса по его длине, отличающийся тем, что выходной патрубок расположен с возможностью отвода газа от днища.

2. Адсорбер по п. 1, отличающийся тем, что внутренний диаметр корпуса имеет значение от 3 до 30 см.

3. Адсорбер по п. 1, отличающийся тем, что верхнее основание выполнено в виде крышки, присоединенной к корпусу путем разъемного крепления.

4. Адсорбер по п. 1, отличающийся тем, что днище прикреплено к корпусу путем разъемного соединения.

5. Адсорбер по п. 1, отличающийся тем, что нагревательный элемент выполнен в виде металлической спирали, обмотанной вокруг корпуса с шагом, обеспечивающим равномерный прогрев корпуса по его длине, выполненной с возможностью подключения к источнику питания.

6. Адсорбер по п. 1, отличающийся тем, что нагревательный элемент выполнен в виде металлических колец, обмотанных вокруг корпуса с шагом, обеспечивающим равномерный прогрев корпуса по его длине, выполненных с возможностью подключения к источнику питания.

7. Адсорбер по п. 1, отличающийся тем, что нагревательный элемент выполнен в виде теплоизолированной рубашки с циркулирующим теплоносителем, выполненной с возможностью подключения к средству для нагрева теплоносителя.

8. Адсорбер по п. 1, отличающийся тем, что внутри входного и выходного патрубков поперек потоку воздуха предпочтительно размещены фильтрующие элементы.

9. Адсорбер по п. 1, отличающийся тем, что входной и выходной патрубки выполнены в виде цилиндроообразного элемента, состоящего из соединенных между собой двух частей: первой части, выполненной в виде полого цилиндра и размещенной снаружи корпуса, и второй части, размещенной внутри корпуса и выполненной перфорированной.

10. Адсорбер по п. 1, отличающийся тем, что корпус дополнительно снабжен верхним и нижним торцевыми фланцами, при этом торцевые фланцы являются ограничителями теплоизоляции нагревательного элемента.

11. Адсорбер по п. 9, отличающийся тем, что торцевые фланцы разъемно присоединены к корпусу с помощью закладного кольца без зазора, размещенного в пазе каждого торцевого фланца между соответствующим торцевым фланцем и корпусом.

Images