RU2569550C2

RU2569550C2 - Air cleaning in different-temperature condensation chamber

Info

Publication number: RU2569550C2
Application number: RU2013130498/05A
Authority: RU
Inventors: Павел Анатольевич Солженикин; Владимир Григорьевич Стогней; Владимир Викторович Черниченко; Геннадий Геннадьевич Воронов; Федор Александрович Белогубец
Priority date: 2013-07-02
Filing date: 2013-07-02
Publication date: 2015-11-27
Also published as: RU2013130498A

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to dust separation and may be used in whatever industry, particularly, in food industry. Proposed method consists in cooling and oversaturation of cleaned flow by steam at forcing it through humidifier and different-temperature condensation chamber with gas stage, primarily, of rectangular cross-section. Gas stage walls temperature over the entire length is kept equal. Temperature difference between adjacent walls of said gas stage makes 50-70°C. Note here that turbulent mixing of gas flows is performed from periphery to centre by creation of intensive free-convective gas motion. Said motion allows swirling the flow to be cleaned in motion along the gas stage. Thereafter, water vapours are condensed at condensation nuclei and grown to sizes of drops with further separation from airflow of solid and condensed phases.

EFFECT: efficient separation of condensate and mechanical impurities from gas.

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.

Известен способ улавливания высокодисперсных аэрозолей путем насыщения запыленного воздушного потока водяными парами с последующим конденсационным укрупнением и улавливанием аэрозольных частиц из паровоздушного потока (а.с. СССР №546364, МПК B01D 47/00,1975).A known method of trapping highly dispersed aerosols by saturating a dusty air stream with water vapor, followed by condensation enlargement and trapping of aerosol particles from a vapor air stream (USSR AS No. 546364, IPC B01D 47 / 00.1975).

Основным недостатком известного способа является то, что поток газа встречает на своем пути значительное гидравлическое сопротивление, возникающее в узких каналах насадки, что приводит к значительным потерям энергии.The main disadvantage of this method is that the gas stream meets in its path significant hydraulic resistance that occurs in the narrow channels of the nozzle, which leads to significant energy losses.

Известен способ улавливания высокодисперсных аэрозолей, заключающийся в охлаждении и пересыщении очищаемого потока водяными парами при пропускании его через увлажнитель и разнотемпературную конденсационную камеру с газовым трактом преимущественно прямоугольного сечения, противоположные соседние стенки которого имеют разную температуру, с последующим отделением из потока твердой и конденсированной фаз, при этом разность температур между входной горячей и выходной холодной частями каждой стенки обеспечивают в пределах 20-35°C, между соседними стенками тракта - в диапазоне 35-55°C, причем изменение температуры обеспечивают по линейному закону, время пребывания частиц в тракте разнотемпературной конденсационной камеры выбирают в пределах 0,3-6 с, а после разнотемпературной конденсационной камеры очищаемый поток воздуха дополнительно пропускают через влагоотделитель (Патент РФ №2323033, МПК: B01D 47/05 - прототип).A known method of collecting highly dispersed aerosols, which consists in cooling and supersaturation of the cleaned stream with water vapor while passing it through a humidifier and a different-temperature condensation chamber with a gas path of mainly rectangular cross section, the opposite adjacent walls of which have a different temperature, with subsequent separation from the stream of solid and condensed phases, the temperature difference between the inlet hot and outlet cold parts of each wall is within 20-35 ° C, between the adjacent walls of the tract in the range of 35-55 ° C, and the temperature is varied linearly, the residence time of the particles in the path of the multi-temperature condensation chamber is selected within 0.3-6 s, and after the multi-temperature condensation chamber, the cleaned air stream is additionally passed through a dehumidifier (RF patent No. 2323033, IPC: B01D 47/05 - prototype).

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

Очищаемый воздух предварительно увлажняется в увлажнителе и поступает в компрессор, где происходит его сжатие до заданных параметров. Из компрессора сжатый очищаемый воздух подается в увлажнитель сжатого воздуха и далее в подогреватель, где ему придается требуемая влажность и температура.The cleaned air is pre-humidified in the humidifier and enters the compressor, where it is compressed to the specified parameters. From the compressor, the compressed cleaned air is supplied to a compressed air humidifier and then to the heater, where it is given the required humidity and temperature.

Далее сжатый воздух, вырабатываемый компрессором, прошедший через увлажнитель сжатого воздуха и подогреватель, подается в разнотемпературную камеру, 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, passed through a compressed air humidifier and heater, is fed into a multi-temperature chamber, in which water vapor is condensed on condensation nuclei, for example, mechanical impurities, gas ions, and on the surface of spontaneously formed nuclei and grow to drop sizes.

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 initial part of the walls being hotter than the other parts, there is a significant decrease in the input of metastable supersaturation and, accordingly, the zone of stable supersaturation, uniform in cross section both along and across the flow, increases.

Одна часть конденсата улавливается в камере, а другая, оставшаяся, в расположенном за ней водоотделителе. 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, and the other remaining in the water separator located behind it. The kit, consisting of humidifiers and a heater, allows you to change the humidity and temperature of the air flow over a wide range.

Основным недостатками данного способа является неоптимально подобранный температурный режим нагрева стенок, что приводит к снижению эффективности очистки и, соответственно, увеличению времени очистки газового потока от загрязнений. The main disadvantages of this method is the suboptimal temperature regime for heating the walls, which leads to a decrease in the cleaning efficiency and, consequently, an increase in the time for cleaning the gas stream from pollution.

Технической задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков и создание способа очистки воздуха, применение которого 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 a method of air purification, the use of which will allow for more complete separation of condensate and mechanical impurities from the gas stream being cleaned.

Решение поставленной задачи достигается за счет того, что в предложенном способе очистки воздуха, согласно изобретению, очищаемый поток воздуха охлаждают и пересыщают водяными парами путем пропускания его через увлажнитель и разнотемпературную конденсационную камеру с газовым трактом преимущественно прямоугольного сечения, при этом температуру стенок тракта по всей их длине поддерживают равной, причем разность температур между соседними стенками тракта обеспечивают в диапазоне 50-70°C, при этом обеспечивают турбулентное перемешивание слоев газового потока от периферии к центру путем создания интенсивного свободно-конвективного движения газа, при помощи которого закручивают очищаемый поток, движущийся в продольном направлении по каналу, после чего осуществляют конденсацию водяных паров на ядрах конденсации и обеспечивают их рост до размеров капель с последующим отделением из очищаемого потока воздуха твердой и конденсированной фаз.The solution to this problem is achieved due to the fact that in the proposed method of air purification, according to the invention, the cleaned air stream is cooled and supersaturated with water vapor by passing it through a humidifier and a multi-temperature condensation chamber with a gas path of predominantly rectangular cross-section, while the temperature of the walls of the duct throughout the length is maintained equal, and the temperature difference between adjacent walls of the tract is provided in the range of 50-70 ° C, while providing turbulent mixing e layers of the gas stream from the periphery to the center by creating an intense free-convective gas movement, by means of which a cleaned stream is twisted, moving in the longitudinal direction along the channel, after which water vapor is condensed on the condensation nuclei and provided to grow to the size of droplets, followed by separation from the cleaned air stream of solid and condensed phases.

Проведенные экспериментальные работы на модельных камерах показали, что для наиболее интенсивного ведения процесса газоочистки в разнотемпературном тракте перепад температур между «холодной» и «горячей» стенками необходимо поддерживать в диапазоне 50-70°C.The conducted experimental work on model chambers showed that for the most intensive gas cleaning process in a different temperature path, the temperature difference between the “cold” and “hot” walls must be maintained in the range of 50-70 ° C.

Меньший перепад температур приводит к недостаточному перемешиванию газового потока по тракту, в результате не обеспечивается максимальная интенсификация процессов тепломассообмена, которая только будет сравнима с процессами в «холодном» тракте. Больший перепад оказывает негативное влияние на формирующуюся зону устойчивого пресыщения в разнотемпературном тракте, в которой происходит укрупнение частиц примеси до размеров крупных капель и выпадение их в осадок. При слишком интенсивном перемешивании слоев газа происходит ее разрушение, что резко снижает степень очистки газового потока.A smaller temperature difference leads to insufficient mixing of the gas flow along the path, as a result, the maximum intensification of heat and mass transfer processes is not ensured, which will only be comparable with the processes in the “cold” path. A larger difference has a negative effect on the emerging zone of stable saturation in the different temperature path, in which the impurity particles coarsen to the size of large droplets and precipitate. With too intense mixing of the gas layers, its destruction occurs, which sharply reduces the degree of purification of the gas stream.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показана принципиальная схема установки для очистки воздуха.The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 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. 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 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. 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, condensation growth of particles does not have time.

Продольная стенка 7 выполнена с возможностью радиального перемещения. Выходная часть газового тракта 6 разнотемпературной конденсационной камеры соединена с влагоотделителем 8, работающим по принципу трубы Вентури.The longitudinal wall 7 is made with the possibility of radial movement. 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.

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 a 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 и 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 and 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 spontaneously formed nuclei on the surface and their growth to the size of the drops.

При очистке загрязненный газовый поток подается в рабочий тракт прямоугольного сечения, стенки которого имеют разную температуру. При такой организации температурного поля по поперечному сечению рабочего тракта наблюдается интенсивное свободно-конвективное движение газа, которое закручивает поток, движущийся в продольном направлении по тракту. Такое продольно-винтовое движение способствует интенсивному перемешиванию слоев газового потока, в результате чего наблюдается интенсификация тепло- и массообменных процессов в газовом потоке, что приводит к более интенсивному отделению вредных примесей. В частности, коэффициенты теплоотдачи и массоотдачи увеличиваются при этом в среднем в 2-3 раза. Такой положительный эффект, вносимый свободной конвекцией в процесс газоочистки, доказывается серией сравнительных экспериментов на пилотной установке. Происходило сравнение объема выделившейся примеси при газоочистке в «холодном» рабочем тракте, стенки которого имеют одинаковую температуру, порядка 20°C, и в «разнотемпературном» рабочем канале, когда температура более холодной стенки поддерживалась около 20°C, а более горячей стенки - около 90°C. Эксперименты показали, что при разнотемпературной организации рабочего тракта происходит в 2 раза большее выделение примесей из газового потока.During cleaning, the contaminated gas stream is fed into a working path of rectangular cross section, the walls of which have different temperatures. With this organization of the temperature field along the cross section of the working path, an intense free-convective gas movement is observed, which swirls the flow moving in the longitudinal direction along the path. Such a longitudinal-helical movement promotes intensive mixing of the layers of the gas stream, as a result of which there is an intensification of heat and mass transfer processes in the gas stream, which leads to a more intensive separation of harmful impurities. In particular, the heat transfer and mass transfer coefficients increase with an average of 2-3 times. Such a positive effect introduced by free convection into the gas purification process is proved by a series of comparative experiments on a pilot plant. The volume of the released impurities was compared during gas purification in the “cold” working path, the walls of which have the same temperature, of the order of 20 ° C, and in the “different temperature” working channel, when the temperature of the colder wall was maintained at about 20 ° C and the hotter wall was about 90 ° C. The experiments showed that with the different temperature organization of the working path, a 2-fold greater release of impurities from the gas stream occurs.

Предлагаемый способ газоочистки обеспечивает осаждение вредных примесей в объеме вблизи и на поверхности «холодной» стенки, поэтому дополнительное преимущество применения «разнотемпературного» рабочего канала будет наблюдаться в случае выделения из потока таких агрессивных веществ, как кислоты и т.д. В результате вредного воздействия на рабочую поверхность по истечении некоторого времени, замене подлежит всего лишь одна «холодная» стенка, в отличие, если бы рабочий канал был полностью «холодным». Экономия будет достигаться на материале «холодной» стенки при обслуживании. 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.The proposed method of gas purification provides the deposition of harmful impurities in the volume near and on the surface of the "cold" wall, so the additional advantage of using a "different temperature" working channel will be observed in the case of the release of aggressive substances such as acids, etc. from the stream. As a result of harmful effects on the working surface after some time, only one “cold” wall is subject to replacement, in contrast, if the working channel was completely “cold”. Savings will be achieved on the material of the "cold" wall during maintenance. 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.

Далее, по ходу движения потока одна часть конденсата улавливается в камере 5, а другая, оставшаяся, в расположенном за ней водоотделителе. Комплект, состоящий из увлажнителей и подогревателя, позволяет изменять влажность и температуру воздушного потока в широком диапазоне.Further, in the direction of flow, one part of the condensate is trapped in the chamber 5, and the other remaining in the water separator located behind it. The kit, consisting of humidifiers and a heater, allows you to change the humidity and temperature of the air flow over a wide range.

Использование предложенного технического решения позволит обеспечить более полное отделение конденсата и механических примесей от потока газа, подвергаемого очистке при меньших затратах энергии.Using the proposed technical solution will allow for a more complete separation of condensate and mechanical impurities from the gas stream subjected to purification with less energy.

Claims

The method of air purification, characterized in that the cleaned air stream is cooled and supersaturated with water vapor by passing it through a humidifier and a multi-temperature condensation chamber with a gas path of predominantly rectangular cross section, while the temperature of the walls of the path along their entire length is kept equal, and the temperature difference between adjacent walls the path provide in the range of 50-70 ° C, while providing turbulent mixing of the layers of the gas stream from the periphery to the center by creating intense free-convective movement of gas, with the help of which a cleaned stream, moving in the longitudinal direction along the path, is twisted, after which water vapor is condensed on the condensation nuclei and provided to grow to the size of droplets, followed by separation of the solid and condensed phases from the cleaned air stream.