RU2146167C1

RU2146167C1 - Adsorber

Info

Publication number: RU2146167C1
Application number: RU98122978A
Authority: RU
Inventors: Н.С. Кобелев; Г.В. Викторов; А.Н. Кобелев; А.В. Моржавин
Original assignee: Курский государственный технический университет
Priority date: 1998-12-15
Filing date: 1998-12-15
Publication date: 2000-03-10

Abstract

FIELD: cleaning gases by means of adsorbers; gas cleaning equipment; metallurgy, chemical and other industries. SUBSTANCE: adsorber has vertical housing divided into sections by means of perforated zigzag partitions, thus forming contractions and diffusers alternating in staggered order; upper and lower grids, are supply and gas discharge branch pipes; gas supply branch pipe is made in form of truncated cone from elastic-flexible material. Inner surface of narrowing cone has helical grooves located longitudinally; these grooves are made in form of dovetail; discharge ports having similar diameter are located at one level in direction from larger base of gas supply branch pipe towards its lesser base; they are smoothly distributed among helical grooves; their diameter increases with distance from larger base of branch pipe towards its lesser base; lesser base of gas supply branch pipe is blanked off with elastic-flexible material. EFFECT: enhanced efficiency of gas cleaning both at constant and varying loads; efficient use of space occupied by adsorbent at equalization of hydraulic resistance in sections; reduced usage of metals; improved quality of gas cleaning. 5 dwg

Description

Изобретение относится к технике очистки газов адсорбентами, а именно к газоочистному оборудованию, и может найти применение в химической, металлургической и других отраслях промышленности для очистки газовых смесей. The invention relates to techniques for the purification of gases by adsorbents, namely, gas purification equipment, and can find application in chemical, metallurgical and other industries for the purification of gas mixtures.

Известен адсорбер (см. а.с. 1623732, МКИ 5 B 01 D 53/04, Бюл. 4, 1991), содержащий корпус с входными и выходными патрубками, размещенный между перфорированными перегородками адсорбент, камеру загрязненного газа с центральным рассекателем, основание и вершина которого выполнены из упругоэластичного материала, снабженного винтообразными гофрами, при этом вершина центрального рассекателя конической формы направлена к входному патрубку. A known adsorber (see AS 1623732, MKI 5 B 01 D 53/04, Bull. 4, 1991), comprising a housing with inlet and outlet nozzles, an adsorbent located between perforated walls, a contaminated gas chamber with a central divider, a base and the apex of which is made of an elastic material provided with helical corrugations, while the apex of the central cone-shaped divider is directed towards the inlet pipe.

Недостатком является высокая металлоемкость конструкции, обусловленная необходимостью наличия значительного свободного от сорбента пространства адсорбера, где перемещается рассекатель с перегородкой, причем подача очищаемого газа сверху вниз снижают качество осушки, обусловленное изменяющейся плотностью поглотителя по мере его насыщения. The disadvantage is the high metal consumption of the structure, due to the need for a significant adsorbent-free adsorber space where the divider moves with a partition, and the supply of cleaned gas from top to bottom reduces the quality of drying, due to the varying density of the absorber as it is saturated.

Известен адсорбер (см. а.с. 1662642 МКИ 5 B 01 D 53/04, Бюл. 26, 1991), включающий вертикальный корпус, разделенный перфорированными зигзагообразными перегородками на секции с образованием чередующихся в шахматном порядке конфузоров и диффузоров, верхние и нижние решетки и патрубки подвода и отвода газа. The adsorber is known (see AS 1662642 MKI 5 B 01 D 53/04, Bull. 26, 1991), including a vertical casing, divided by perforated zigzag partitions into sections with the formation of alternating staggered confusers and diffusers, upper and lower grilles and gas inlet and outlet pipes.

Недостатком является неравномерность распределения газа по поверхности начального контакта очищаемого газа и адсорбента, а так как порозность слоя выше у стенок корпуса, чем в его центральной части, то здесь проходит и большее количество газа, т.е. адсорбент у стенок корпуса быстрее насыщается улавливаемым компонентом, чем в центре, что и приводит к ухудшению качества осушки. Кроме того, смещенные по вертикали в корпусе адсорбера дополнительные решетки уменьшают его полезный объем, т.е. объем, занимаемый адсорбентом, что также увеличивает металлоемкость конструкции. The disadvantage is the uneven distribution of gas over the surface of the initial contact of the gas to be cleaned and the adsorbent, and since the porosity of the layer is higher at the walls of the casing than in its central part, a larger amount of gas passes here, i.e. the adsorbent at the walls of the housing is more quickly saturated with the captured component than at the center, which leads to a deterioration in the quality of drying. In addition, the additional gratings displaced vertically in the adsorber housing reduce its useful volume, i.e. the volume occupied by the adsorbent, which also increases the metal consumption of the structure.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности очистки газа как при постоянных, так при переменных нагрузках за счет селективного распределения газового потока по поверхности контакта с адсорбентом, находящимся в секциях. Кроме этого, достигается более полное использование пространства, занимаемого адсорбентом в корпусе адсорбера с обеспечением выравнивания гидравлического сопротивления в секциях, а это в конечном итоге снижает металлоемкость конструкции адсорбера и повышает качество очистки газа. The technical task of the invention is to increase the efficiency of gas purification both at constant and at variable loads due to the selective distribution of the gas stream over the contact surface with the adsorbent in sections. In addition, more complete use of the space occupied by the adsorbent in the adsorber housing is achieved with equalization of the hydraulic resistance in the sections, and this ultimately reduces the metal consumption of the adsorber structure and improves the quality of gas purification.

Технический результат достигается тем, что адсорбер, включающий вертикальный корпус, разделенный перфорированными зигзагообразными перегородками на секции с образованием чередующихся в шахматном порядке конфузоров и диффузоров, содержит верхние и нижние решетки, патрубок отвода газа и патрубок подвода газа, который выполнен в виде суживающего усеченного конуса с заглушенным упругоэластичным материалом меньшим основанием. Патрубок подвода газа выполнен из упругоэластичного материала, на внутренней поверхности которого имеются винтообразные продольно расположенные канавки, причем канавки конструктивно выполнены в виде "ласточкина хвоста". При этом по направлению от большего основания патрубка подвода газа к меньшему его основанию равномерно по периметру на различных горизонтальных уровнях в виде концентрических окружностей между винтообразными канавками размещены выпускные окна, имеющие одинаковый диаметр на уровне каждой концентрической окружности, но диаметр их возрастает по мере удаления от большего основания патрубка подвода газа к меньшему его основанию, кроме того, меньшее основание патрубка заглушено упругоэластичным материалом. The technical result is achieved in that the adsorber, including a vertical housing, divided by perforated zigzag partitions into sections with the formation of staggered confusers and diffusers, contains upper and lower gratings, a gas outlet pipe and a gas supply pipe, which is made in the form of a narrowing truncated cone with damped elastic material with a smaller base. The gas supply pipe is made of an elastic material, on the inner surface of which there are helical longitudinal grooves, and the grooves are structurally made in the form of a "dovetail". At the same time, in the direction from the larger base of the gas supply pipe to its smaller base, outlet windows having the same diameter at the level of each concentric circle are uniformly distributed around the perimeter at various horizontal levels in the form of concentric circles, but their diameter increases with distance from the larger the base of the pipe for supplying gas to its smaller base, in addition, the smaller base of the pipe is drowned out by an elastic material.

На фиг. 1 изображен общий вид адсорбера, на фиг. 2 изображен патрубок подвода в виде ссуживающего усеченного конуса, на фиг. 3 - развертка внутренней поверхности патрубка подвода газа, на фиг. 4 - горизонтальные уровни в виде концентрических окружностей размещения выпускных окон, на фиг. 5 - сечение винтообразной продольно расположенной канавки в виде "ласточкина хвоста". In FIG. 1 shows a general view of the adsorber; FIG. 2 shows a supply pipe in the form of a narrowing truncated cone; FIG. 3 - scan of the inner surface of the gas supply pipe, in FIG. 4 - horizontal levels in the form of concentric circles of the placement of the outlet windows, in FIG. 5 is a cross-sectional view of a helical longitudinally arranged dovetail groove.

Адсорбер (фиг. 1) включает вертикальный корпус 1, боковые стенки 2 которого и установленные в нем секционные перегородки 3 выполнены зигзагообразными и образуют в каждой секции 4 диффузоры 5 и конфузоры 6, расположенные относительно соседних секций в шахматном порядке. Секции снабжены верхними выходными 7 и нижними входными 8 решетками. Отвод очищенного газа осуществляется через патрубок 9, а вход очищаемого газа осуществляется через патрубок ввода газа 10, выполненного в виде ссуживающего усеченного конуса. The adsorber (Fig. 1) includes a vertical casing 1, the side walls 2 of which and the sectional partitions 3 installed therein are zigzag and form in each section 4 diffusers 5 and confusers 6, which are staggered relative to neighboring sections. The sections are equipped with upper output 7 and lower input 8 gratings. The cleaned gas is discharged through the nozzle 9, and the gas to be purified is supplied through the gas inlet 10, which is made in the form of a contracting truncated cone.

На внутренней поверхности патрубка ввода газа 10 (фиг. 2 и 3), состоящего из упругоэластичного материала, имеются винтообразные продольно расположенные канавки 11, между которыми по направлению от большего основания 12 патрубка ввода газа 10 к меньшему его основанию 13 на различных горизонтальных уровнях по периметру в виде концентрических окружностей 14, 15, 16 (фиг. 4) выполнены выпускные окна 17, 18, 19 (фиг. 2, 3, 4). Выпускные окна 17 имеют одинаковый диаметр на одном горизонтальном уровне по периметру в виде концентрической окружности 14, выпускные окна 18 имеют одинаковый, но несколько больший чем окна 17 диаметр на одном горизонтальном уровне по периметру патрубка ввода газа 10 в виде концентрической окружности 15. Та же самая пропорциональность наблюдается с окнами 19 на окружности 16. При этом меньшее основание 13 патрубка ввода газа 10 закрыто упругоэластичным материалом, а винтообразные продольно расположенные канавки 11 выполнены в виде "ласточника хвоста" (фиг. 5). On the inner surface of the gas inlet pipe 10 (Fig. 2 and 3), consisting of an elastic material, there are screw-shaped longitudinally located grooves 11, between which in the direction from the larger base 12 of the gas inlet pipe 10 to its smaller base 13 at different horizontal levels around the perimeter in the form of concentric circles 14, 15, 16 (Fig. 4), outlet windows 17, 18, 19 (Fig. 2, 3, 4) are made. The outlet windows 17 have the same diameter at one horizontal level around the perimeter in the form of a concentric circle 14, the outlet windows 18 have the same but slightly larger diameter than the windows 17 at the same horizontal level around the perimeter of the gas inlet pipe 10 in the form of a concentric circle 15. The same proportionality is observed with the windows 19 on the circumference 16. Moreover, the smaller base 13 of the gas inlet pipe 10 is closed with an elastic material, and the helical longitudinally located grooves 11 are made in the form of hundred "(FIG. 5).

Адсорбер работает следующим образом. The adsorber works as follows.

Газ, подлежащий очистке, подается через патрубок ввода газа 10 в корпус 1 адсорбера. В результате уменьшения проходного сечения патрубка ввода газа 10, выполненного в виде суживающего усеченного конуса с находящимися на внутренней его поверхности винтообразными продольно расположенными канавками 11, происходит возрастание скорости движущегося очищаемого газа. Периферийные слои очищаемого газа, перемещаясь по винтообразным продольно расположенным канавкам 11, закручиваются, что приводит при движении очищаемого газа от большего 12 к меньшему 13 основанию патрубка ввода 10 к вращению всей массы очищаемого газа. The gas to be cleaned is supplied through a gas inlet 10 to the adsorber housing 1. As a result of a reduction in the cross section of the gas inlet pipe 10, made in the form of a narrowing truncated cone with screw-shaped longitudinally located grooves 11 located on its inner surface, an increase in the speed of the moving gas being cleaned occurs. The peripheral layers of the gas to be cleaned, moving along helical longitudinally located grooves 11, twist, which leads to the rotation of the entire mass of the gas to be cleaned when the gas to be cleaned moves from a larger 12 to a smaller 13 base of the inlet 10.

По мере вращения газа в патрубке ввода газа 10, осуществляется выпуск его через выпускные окна 17, 18 и 19. Известно, что скорость движения вращающегося очищаемого газа за счет сужения патрубка ввода газа 10, выполненного в виде суживающего усеченного конуса, увеличивается по мере перехода потока с уровней концентрических окружностей 14 к 15, с 15 к 16. Поэтому возрастание диаметра выпускных окон 18 относительно окон 17 и окон 19 относительно окон 18 приводит к рациональному перераспределению очищаемого газа, поступающего на нижнюю входную решетку 8. As the gas rotates in the gas inlet pipe 10, it is released through the outlet ports 17, 18 and 19. It is known that the speed of the rotating cleaned gas due to the narrowing of the gas inlet pipe 10, made in the form of a narrowing truncated cone, increases as the flow passes from the levels of concentric circles 14 to 15, from 15 to 16. Therefore, an increase in the diameter of the outlet windows 18 relative to the windows 17 and windows 19 relative to the windows 18 leads to a rational redistribution of the gas to be cleaned entering the lower inlet grate 8.

Равномерная эпюра скоростей газового потока в поперечном сечении корпуса 1 адсорбера на выходе из нижней входной решетки 8 поддерживается за счет живого сечения выпускных окон 17, 18 и 19, что особенно важно для периферийной зоны корпуса 1 адсорбера, где порозность слоя адсорбента выше, чем в его центральной части. Одновременно повышение расхода очищаемого газа через центральную часть адсорбера приводит к эжектированию газа из пристенной зоны корпуса 1, вследствие чего эффективность процесса осушки повышается как за счет равномерного насыщения слоя адсорбента по сечению корпуса 1, так и за счет повышения степени очистки газа. A uniform plot of gas flow velocities in the cross section of the adsorber casing 1 at the outlet of the lower inlet grating 8 is supported by the living section of the outlet windows 17, 18 and 19, which is especially important for the peripheral zone of the adsorber casing 1, where the porosity of the adsorbent layer is higher than in it central part. At the same time, an increase in the flow rate of the gas to be purified through the central part of the adsorber leads to ejection of gas from the wall zone of the casing 1, as a result of which the efficiency of the drying process increases both due to the uniform saturation of the adsorbent layer over the cross section of the casing 1 and by increasing the degree of gas purification.

Очищенный газ с оптимальной эпюрой скоростей после входной нижней решетки 8, обеспечивающий рациональный контакт с адсорбером по поперечному сечению корпуса 1, поступает в секции 4 и, проходя последовательно участки диффузоров 5 и конфузоров 6, непрерывно меняет свою скорость, что приводит к турбулизации потока и повышению массообмена, а также к перераспределению в секциях 4 давления газа. Это выравнивает гидравлическое сопротивление газа в секциях 4 и обеспечивает равномерное омывание газом всего объема адсорбента. The purified gas with an optimal velocity diagram after the inlet lower grill 8, which ensures rational contact with the adsorber along the cross section of the housing 1, enters section 4 and, passing successively sections of the diffusers 5 and confusers 6, continuously changes its speed, which leads to flow turbulence and increase mass transfer, as well as redistribution in sections 4 of gas pressure. This equalizes the hydraulic resistance of the gas in sections 4 and ensures uniform gas washing of the entire adsorbent volume.

Если по условиям эксплуатации возникает необходимость увеличить количество очищаемого газа, поступающего в адсорбер, то тогда возрастает газовая нагрузка и, соответственно, напор газа, воздействующего на закрытое меньшее основание 13 патрубка ввода газа 10. В этом случае под воздействием возросшего напора газа на закрытое меньшее основание 13 это основание перемещается вверх вследствие того, что материал патрубка ввода газа 10 упругоэластичный, при этом перемещение осуществляется до достижения динамического равновесия между упругостью материала и величиной напора очищаемого газа. Одновременно с перемещением меньшего основания 13 растягиваются винтообразные продольно расположенные канавки 11, сохраняя свою форму в виде "ласточкина хвоста", и увеличиваются сечения выпускных окон 17, 18 и 19 прямо пропорционально на каждом горизонтальном уровне и равномерно по концентрическим окружностям 14, 15 и 16. Следовательно, в процессе изменения газовой нагрузки обеспечивается независимость получения равномерной эпюры скоростей газового потока, контактирующего с адсорбентом по всему поперечному сечению корпуса 1 адсорбера на выходе из нижней входной решетки 8. If, according to operating conditions, there is a need to increase the amount of gas to be cleaned entering the adsorber, then the gas load increases and, accordingly, the gas pressure acting on the closed smaller base 13 of the gas inlet pipe 10. In this case, under the influence of the increased gas pressure on the closed smaller base 13 this base moves upward due to the fact that the material of the gas inlet pipe 10 is resiliently elastic, while the movement is carried out until a dynamic equilibrium between the elasticity m material and the pressure value of the purified gas. Simultaneously with the movement of the smaller base 13, helical longitudinally located grooves 11 are stretched, keeping their shape in the form of a “dovetail”, and the sections of the outlet windows 17, 18 and 19 are increased in direct proportion to each horizontal level and uniformly along concentric circles 14, 15 and 16. Therefore, in the process of changing the gas load, the independence of obtaining a uniform diagram of the velocities of the gas stream in contact with the adsorbent over the entire cross section of the adsorber housing 1 is ensured. de from the lower input grill 8.

Оригинальность предлагаемого технического решения заключается в том, что выполнение патрубка ввода газа в виде суживающегося усеченного конуса с выпускными окнами одинакового диаметра на одном горизонтальном уровне и прямо пропорционально увеличивающегося диаметра на последующих по ходу движения очищаемого газа горизонталях, которые представляют собой концентрические окружности, поддерживает оптимальное скоростное распределение газового потока по поперечному сечению корпуса адсорбера, что обеспечивает не только заданное качество очистки газа, но и уменьшение металлоемкости конструкции адсорбера. The originality of the proposed technical solution lies in the fact that the implementation of the gas inlet pipe in the form of a tapering truncated cone with outlet windows of the same diameter at the same horizontal level and in direct proportion to the increasing diameter on the horizontals that follow in the direction of the gas being cleaned, which are concentric circles, maintains an optimal speed distribution of the gas flow over the cross section of the adsorber body, which provides not only a given quality in gas purification, but also reducing the metal consumption of the adsorber design.

Claims

The adsorber, including a vertical housing, divided by perforated zigzag partitions into sections with the formation of staggered confusers and diffusers, upper and lower grilles and gas outlet and gas inlets, characterized in that the gas supply tube is a tapering truncated cone of elastic material, on the inner surface of which there are helical longitudinally located grooves, and the grooves are structurally made in the form of a "dovetail", while outlet windows having uniform diameter at one horizontal level and increasing at subsequent horizontal levels as the gas being cleaned from the larger base of the gas supply pipe to it, are directed from the larger base of the gas supply pipe to its smaller base evenly on a horizontal level between helical longitudinally located grooves smaller base, in addition, the smaller base of the gas supply pipe is drowned out by an elastic material.