RU2366493C1

RU2366493C1 - Air cleaner

Info

Publication number: RU2366493C1
Application number: RU2007147045/15A
Authority: RU
Inventors: Павел Анатольевич Солженикин (RU); Павел Анатольевич Солженикин; Владимир Григорьевич Стогней (RU); Владимир Григорьевич Стогней; Владимир Викторович Черниченко (RU); Владимир Викторович Черниченко
Priority date: 2007-12-17
Filing date: 2007-12-17
Publication date: 2009-09-10
Also published as: RU2007147045A

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: proposed plant comprises suction air humidifies, compressor, heater, different-temperature condensation chamber with rectangular-section gas duct, all communicating streamwise. Outlet of different-temperature condensation chamber gas duct communicates with moisture separator. Aforesaid gas duct represents a diffuser with its smaller flow section arranged at the gas duct inlet, while its larger flow section is made at the duct outlet. Different-temperature condensation chamber gas duct can vary diffuser inlet and outlet cross sections.

EFFECT: efficient condensate mechanical impurity separation from gas at lower power consumption.

2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к процессам пылеулавливания и может быть использовано в любой отрасли народного хозяйства, где требуется улавливание высокодисперсных аэрозолей из воздушного протока, в частности в пищевой промышленности.The invention relates to dust collection processes and can be used in any sector of the national economy, which requires the capture of highly dispersed aerosols from the air duct, in particular in the food industry.

Известна установка для улавливания высокодисперсных аэрозолей путем насыщения запыленного воздушного потока водяными парами с последующим конденсационным укрупнением и улавливанием аэрозольных частиц из паровоздушного потока (SU 1607899 А1, МПК B01D 47/05, 23.11.90 - прототип).A known installation for collecting highly dispersed aerosols by saturating a dusty air stream with water vapor, followed by condensation enlargement and trapping of aerosol particles from a vapor stream (SU 1607899 A1, IPC B01D 47/05, 11.23.90 prototype).

Указанная установка работает следующим образом. Газ с аэрозольными частицами через конфузор подается в камеру, где равномерно по всему объему насыщается парами жидкости, подаваемыми через сопло, и подходит в канал прямоугольного сечения газоподводящего устройства с разнотемпературными стенками, из которых наружная стенка - холодная, а внутренняя - горячая.The specified installation works as follows. Gas with aerosol particles through the confuser is fed into the chamber, where it is saturated throughout the entire volume with liquid vapor supplied through the nozzle and fits into a rectangular channel of the gas supply device with different temperature walls, of which the outer wall is cold and the inside is hot.

По мере прохождения в канале пересыщенной парогазовой смеси происходит конденсация паров жидкости на аэрозольных частицах, как на ядрах конденсации, и образовавшиеся капли выделяются из парогазовой смеси под действием центробежных, диффузионных и термодиффузионных сил. Пленка жидкости, увлекаемая газовым потоком, движется вдоль по охлаждаемой стенке, попадает в цилиндрические ловушки и выводится через отверстия в днище в сборник конденсата под действием силы тяжести.As the supersaturated vapor-gas mixture passes through the channel, condensation of liquid vapor occurs on aerosol particles, as on condensation nuclei, and the resulting droplets are released from the vapor-gas mixture under the action of centrifugal, diffusion, and thermal diffusion forces. The liquid film, carried away by the gas flow, moves along the cooled wall, gets into cylindrical traps and is discharged through openings in the bottom into the condensate collector under the action of gravity.

Не успевшие отсепарироваться по длине канала капли улавливаются в центральной сепарационной зоне, выделяясь из потока, закручивающегося вокруг выходного штуцера, и стекают через зазор между охлаждаемой стенкой и конусом в сборник конденсата и выводятся через штуцер, а очищенный газовый поток, отражаясь от конуса, где происходит дополнительная сепарация капель, образуя внутренний вихрь, выходит через выходной патрубок. Конус обечайки препятствует вторичному уносу жидкости из приемного сборника, жидкость, попавшая в обечайку, выводится через штуцер.Droplets that did not have time to separate along the length of the channel are captured in the central separation zone, separated from the stream swirling around the outlet nozzle, and flow through the gap between the cooled wall and the cone into the condensate collector and are discharged through the nozzle, and the cleaned gas stream is reflected from the cone where it occurs additional separation of droplets, forming an internal vortex, leaves through the outlet pipe. The cone of the shell prevents the secondary entrainment of fluid from the collection tank, the fluid entering the shell is discharged through the nozzle.

Основным недостатком данной установки является то, что поток газа встречает на своем пути значительное гидравлическое сопротивление, возникающее в узких каналах насадки, что приводит к значительным потерям энергии, а также недостаточно эффективное отделение капель конденсата из потока очищаемого воздуха, что снижает эффективность процесса очистки и приводит к значительным потерям энергии.The main disadvantage of this installation is that the gas stream encounters significant hydraulic resistance in its path that occurs in the narrow channels of the nozzle, which leads to significant energy losses, as well as insufficiently efficient separation of condensate droplets from the stream of cleaned air, which reduces the efficiency of the cleaning process and leads to to significant energy losses.

Технической задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков и создание установки для очистки воздуха, применение которой позволит обеспечить более полное отделение конденсата и механических примесей от потока газа, подвергаемого очистке.The technical task of the invention is to eliminate these drawbacks and create an installation for air purification, the use of which will allow for more complete separation of condensate and solids from the gas stream to be cleaned.

Решение поставленной задачи достигается за счет того, что в предложенной установке для очистки воздуха, содержащей увлажнитель всасываемого воздуха, компрессор, увлажнитель сжатого воздуха, подогреватель, разнотемпературную конденсационную камеру с газовым трактом, преимущественно прямоугольного сечения, соединенные последовательно между собой, причем одна из его продольных стенок выполнена с возможностью радиального перемещения, а выходная часть газового тракта разнотемпературной конденсационной камеры соединена с влагоотделителем, согласно изобретению газовый тракт разнотемпературной конденсационной камеры выполнен в виде диффузора, меньшее проходное сечение которого расположено во входной части разнотемпературного газового канала, а большее - в выходной.The solution to this problem is achieved due to the fact that in the proposed installation for air purification, containing an intake air humidifier, a compressor, a compressed air humidifier, a heater, a different-temperature condensation chamber with a gas path, mainly of rectangular cross section, connected in series with each other, one of its longitudinal the walls are made with the possibility of radial movement, and the output part of the gas path of the multi-temperature condensation chamber is connected to the moisture separator Lemma according to the invention the gas path diverse temperature condensation chamber is formed as a diffuser, minimal flow cross-section which is disposed in the input portion of the gas duct at different temperatures, and more - to the output.

Для обеспечения возможности получения на одной установке различных режимов работы газовый тракт разнотемпературной конденсационной камеры выполнен с возможностью изменения входных и выходных сечений диффузора.To ensure the possibility of obtaining at one installation various operating modes, the gas path of the multi-temperature condensation chamber is made with the possibility of changing the input and output sections of the diffuser.

В предложенной установке очистки воздуха газовый тракт разнотемпературной конденсационной камеры выполнен в форме диффузора, который образован диагональным расположением противоположных соседних стенок, имеющих разную температуру.In the proposed installation of air purification, the gas path of the multi-temperature condensation chamber is made in the form of a diffuser, which is formed by the diagonal arrangement of opposite adjacent walls having different temperatures.

Данное конструкционное решение было выбрано для повышения эффективности улавливания аэрозольных частиц.This design solution was chosen to increase the efficiency of capture of aerosol particles.

В этом случае скорость потока падает и уменьшается его температура за счет эффекта Джоуля-Томпсона.In this case, the flow velocity decreases and its temperature decreases due to the Joule-Thompson effect.

По мере прохождения в канале пересыщенной парогазовой смеси происходит конденсация паров жидкости на аэрозольных частицах, как на ядрах конденсации, и образовавшиеся капли выделяются из парогазовой смеси под действием диффузионных и термодиффузионных сил.As the supersaturated vapor-gas mixture passes through the channel, condensation of liquid vapor occurs on aerosol particles, as on condensation nuclei, and the resulting droplets are released from the vapor-gas mixture under the influence of diffusion and thermal diffusion forces.

При движении парогазовой смеси вдоль холодной поверхности давление паров жидкости над ней получается значительно меньше, чем в центральной части потока. Вследствие этого в смеси возникает диффузионный поток пара, который воздействует на находящиеся в смеси аэрозольные частицы и капли.When a vapor-gas mixture moves along a cold surface, the vapor pressure of the liquid above it is significantly less than in the central part of the stream. As a result of this, a diffusion vapor stream arises in the mixture, which acts on the aerosol particles and droplets in the mixture.

В результате этого воздействия частицы и капли движутся в сторону охлаждаемой поверхности. Конденсация пара на холодной поверхности сопровождается уменьшением объема, что приводит к общему течению парогазовой смеси к этой поверхности. Возникающий при этом конвективный поток, называемый стефановским течением, усиливает диффузионный поток и всегда направлен в сторону уменьшения объема, т.е. к холодной поверхности.As a result of this effect, particles and droplets move toward the surface to be cooled. Condensation of steam on a cold surface is accompanied by a decrease in volume, which leads to a general flow of the vapor-gas mixture to this surface. The convective flow that arises in this case, called the Stefan flow, enhances the diffusion flow and is always directed towards a decrease in volume, i.e. to a cold surface.

С другой стороны при движении потока между разнотемпературными поверхностями в парогазовой смеси возникает температурный градиент, обуславливающий появление термодиффузионных сил, под действием которых частицы и капли тоже движутся к холодной поверхности и осаждаются на ней.On the other hand, when the flow moves between different temperature surfaces in a gas-vapor mixture, a temperature gradient arises that causes the appearance of thermal diffusion forces, under the influence of which particles and droplets also move to the cold surface and settle on it.

Непрерывность конденсации и укрупнения частиц при движении вдоль канала поддерживается вследствие высокой степени пересыщения, которая возникает в результате увеличения парциального давления у обогреваемой поверхности и снижения его у охлаждаемой. Причем величина пересыщения растет от обогреваемой поверхности к охлаждаемой.The continuity of condensation and enlargement of particles during movement along the channel is maintained due to the high degree of supersaturation, which occurs as a result of an increase in the partial pressure of the heated surface and its decrease in the cooled. Moreover, the amount of supersaturation increases from a heated surface to a cooled one.

В канале, постепенно расширяющемся от входа к выходу газа, процесс конденсации на частицах идет более интенсивно за счет снижения скорости парогазового потока, которое приводит к увеличению парциального статического давления паров жидкости, т.е. к увеличению степени пересыщения и более высокому выходу конденсата, осаждающемуся в виде капель на холодной стенке и образующему на ней пленку жидкости.In the channel, which gradually expands from the gas inlet to the outlet, the process of condensation on the particles proceeds more intensively due to a decrease in the vapor-gas flow rate, which leads to an increase in the partial static pressure of the liquid vapor, i.e. to an increase in the degree of supersaturation and a higher yield of condensate deposited in the form of drops on a cold wall and forming a liquid film on it.

Таким образом, совокупность существенных признаков заявляемого технического решения, благодаря наличию новых признаков, обеспечивает получение технического результата, выражающегося в улучшении условий отделения конденсата и механических частиц от очищаемого потока газа.Thus, the set of essential features of the claimed technical solution, due to the presence of new features, provides a technical result, expressed in improving the conditions for the separation of condensate and mechanical particles from the cleaned gas stream.

Указанные существенные признаки в совокупности, характеризующей сущность заявляемого технического решения, не известны в настоящее время для устройств очистки воздуха от посторонних примесей. Аналог, характеризующийся идентичностью всем существенным признакам заявляемого изобретения, в ходе исследований не обнаружен, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «Новизна».These essential features in the aggregate characterizing the essence of the claimed technical solution are not currently known for air purification devices from impurities. The analogue, characterized by the identity of all the essential features of the claimed invention, was not found during the studies, which allows us to conclude that the claimed technical solution meets the criterion of "Novelty."

Существенные признаки заявляемого изобретения не могут быть представлены как комбинация, выявленная из известных решений с реализацией в виде отличительных признаков для достижения технического результата, из чего следует вывод о соответствии критерию «Изобретательский уровень».The essential features of the claimed invention cannot be represented as a combination identified from known solutions with the implementation in the form of distinctive features to achieve a technical result, from which it follows that the criterion of "Inventive step" is met.

В связи с тем, что описанное техническое решение предназначено для использования в рамках реальной системы очистки воздуха, изготовлено заявителем и прошло испытания с достижением заявляемого технического результата, предлагаемое изобретение соответствует критерию «Промышленная применимость».Due to the fact that the described technical solution is intended for use within the framework of a real air purification system, it was manufactured by the applicant and tested to achieve the claimed technical result, the proposed invention meets the criterion of "Industrial applicability".

Сущность изобретения иллюстрируется чертежом, где показана принципиальная схема установки для очистки воздуха.The invention is illustrated in the drawing, which shows a schematic diagram of an installation for air purification.

Установка для очистки воздуха содержит увлажнитель всасываемого воздуха 1, компрессор 2, увлажнитель сжатого воздуха 3, подогреватель 4, разнотемпературную конденсационную камеру 5 с газовым трактом 6 преимущественно прямоугольного сечения, соединенные последовательно между собой.The air purification installation comprises an intake air humidifier 1, a compressor 2, a compressed air humidifier 3, a heater 4, a different temperature condensation chamber 5 with a gas path 6 of mainly rectangular cross section, connected in series with each other.

Тракт 6 образован продольными стенками 7.The path 6 is formed by the longitudinal walls 7.

Тракт конденсационной камеры выполнен с соотношением длины к высоте более 20 исходя из того, что при меньшей величине не успевает произойти конденсационный рост частиц.The path of the condensation chamber is made with a ratio of length to height of more than 20 based on the fact that, at a lower value, the condensation growth of particles does not have time.

Выходная часть газового тракта 6 разнотемпературной конденсационной камеры соединена с влагоотделителем 8, работающим по принципу трубы Вентури.The output of the gas path 6 of the multi-temperature condensation chamber is connected to a moisture separator 8, operating on the principle of a venturi.

Указанный способ реализуется следующим образом.The specified method is implemented as follows.

Очищаемый воздух предварительно увлажняется в увлажнителе 1 и поступает в компрессор 2, где происходит его сжатие до заданных параметров.The cleaned air is pre-humidified in the humidifier 1 and enters the compressor 2, where it is compressed to the specified parameters.

Из компрессора 2 сжатый очищаемый воздух подается в увлажнитель сжатого воздуха 3 и далее в подогреватель 4, где ему придается требуемая влажность и температура.From the compressor 2, the compressed cleaned air is supplied to the compressed air humidifier 3 and then to the heater 4, where it is given the required humidity and temperature.

Далее сжатый воздух, вырабатываемый компрессором 2, прошедший через увлажнитель сжатого воздуха 3 и подогреватель 4, подается в разнотемпературную камеру 5, в которой происходит конденсация водяных паров на ядрах конденсации, например, механических примесях, газовых ионах и на поверхности самопроизвольно образующихся зародышей и их рост до размеров капель.Next, the compressed air produced by the compressor 2, passed through a compressed air humidifier 3 and a heater 4, is supplied to a different-temperature chamber 5, in which water vapor condenses on the condensation nuclei, for example, mechanical impurities, gas ions and on the surface of spontaneously formed nuclei and their growth to the size of the drops.

За счет того, что одна из стенок камеры выполнена с возможностью радиального перемещения, обеспечиваются требуемые условия прохождения очищаемого потока через газовый тракт разнотемпературной камеры путем изменения площади проходного сечения тракта.Due to the fact that one of the walls of the chamber is made with the possibility of radial movement, the required conditions for the passage of the cleaned stream through the gas path of the multi-temperature chamber by changing the area of the passage section of the path are provided.

За счет выполнения начальной части стенок более горячей, чем остальные части, происходит значительное уменьшение на входе метастабильного пересыщения и соответственно увеличивается зона устойчивого пересыщения, однородного по сечению как вдоль, так и поперек потока.Due to the fulfillment of the initial part of the walls hotter than the other parts, there is a significant decrease at the inlet of the metastable supersaturation and, accordingly, the zone of stable supersaturation, uniform in cross section both along and across the flow, increases.

Для обеспечения возможности получения на одной установке различных режимов работы, газовый тракт разнотемпературной конденсационной камеры выполнен с возможностью изменения входных и выходных сечений диффузора, величина которых определяется в зависимости от параметров потока.To ensure the possibility of obtaining different operating modes at one installation, the gas path of the multi-temperature condensation chamber is configured to change the inlet and outlet sections of the diffuser, the value of which is determined depending on the flow parameters.

Одна часть конденсата улавливается в камере 5, а другая, оставшаяся, - в расположенном за ней влагоотделителе 8. Комплект, состоящий из увлажнителей и подогревателя, позволяет изменять влажность и температуру воздушного потока в широком диапазоне.One part of the condensate is trapped in the chamber 5, and the other, the remaining one, is located in the moisture separator 8 located behind it. The kit, consisting of humidifiers and a heater, allows you to change the humidity and temperature of the air flow in a wide range.

Проведенные авторами экспериментальные и аналитические исследования предложенного устройства на влажном воздухе, имеющем следующие параметры: давление на входе 1-3 атм, температура 20-40°С, относительная влажность 90-95%, загрязненность (влагосодержание) 9-18 г/кг, максимальный размер осаждаемых частиц 6·10^-6 подтвердили правильность заложенных конструкторско-технологических решений.The authors carried out experimental and analytical studies of the proposed device in moist air having the following parameters: inlet pressure of 1-3 atm, temperature of 20-40 ° C, relative humidity of 90-95%, contamination (moisture content) of 9-18 g / kg, maximum the size of the deposited particles 6 · 10 ^-6 confirmed the correctness of the design and technological solutions.

Использование предложенного технического решения позволит более эффективно отделять конденсат и механические примеси от очищаемого газа, при меньших затратах энергии.Using the proposed technical solution will allow more efficient separation of condensate and solids from the gas to be cleaned, with less energy.

Claims

1. Installation for air purification, comprising an intake air humidifier, a compressor, a compressed air humidifier, a heater, a multi-temperature condensation chamber with a gas path of mainly rectangular cross-section, connected in series with each other, the output part of the gas path of the multi-temperature condensation chamber is connected to a moisture separator, characterized in that the gas path of the multi-temperature condensation chamber is made in the form of a diffuser, the smaller passage section of which is located in the input part of the gas path, and more - in the output.

2. Installation for air purification according to claim 1, characterized in that the gas path of the multi-temperature condensation chamber is configured to change the input and output sections of the diffuser.