SK288658B6

SK288658B6 - A separation of the aerosol particles and separators

Info

Publication number: SK288658B6
Application number: SK5036-2015A
Authority: SK
Inventors: František Dzianik; Marián Peciar; Roman Fekete
Original assignee: Slovenská Technická Univerzita V Bratislave
Priority date: 2015-08-18
Filing date: 2015-08-18
Publication date: 2019-05-06
Also published as: SK50362015A3

Abstract

Aerosol particle separator unit comprises a first separating stage comprising a cylindrical housing part (1) with a large (4) and a conical housing part (2) connected thereto with a liquid outlet pipe (3) and further comprising a tangential or axial inlet aerosol opening (5). It further comprises a second separation stage formed by an overflow pipe part (6) with an impermeable wall extending through the lid (4) into the space (17) of the first separation stage. An overflow pipe part (7) with a permeable porous wall adjoins the overflow pipe part (6) of the impermeable wall outside the space (17) of the first separation stage. The overflow tube portion (7) of porous permeable wall is terminated by an axial closure (8) with a liquid agent inlet opening (15) and a liquid agent distribution device (16). The outer surface of the overflow tube portion (7) with the permeable porous wall is the purified gas outlet (14).

Description

Oblasť technikyTechnical field

Vynález sa týka konštrukcie odlučovacej jednotky aerosólových častíc a odlučovacieho zariadenia. Vynález patrí do oblasti separačných (oddeľovacích) zariadení v oblasti procesnej techniky.The invention relates to the construction of an aerosol particle separator unit and a separator device. The invention belongs to the field of separation devices in the field of process technology.

Doterajší stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

V súčasnosti sa na separáciu aerosólových častíc v rôznych technických aplikáciách používajú rozličné konštrukčné typy odlučovacích zariadení, ktorých princíp činnosti je založený na niekoľkých základných fyzikálnych a fyzikálnochemických javoch a ich kombináciách (zotrvačné sily, odstredivé sily, sily povrchového napätia, difúzne javy, elektrokinetické javy a pod.), s cieľom dosiahnuť v pracovných priestoroch odlučovacích zariadení vzájomný relatívny pohyb jednotlivých zložiek aerosólu vedúci k ich následnej separácii. Z hľadiska princípu činnosti k základným typom odlučovačov aerosólových častíc patria: sitové a lame lové odlučovače demistery, vírové odlučovače s nemenným axiálnym smerom vírového prúdenia - vírové trubice, vírové odlučovače s otočením axiálneho smeru vírového prúdenia - cyklóny, odlučovače so štruktúrovanou vláknitou priehradkou - koalescenčné filtre. Tieto základné typy odlučovačov môžu byť v odlučovacích zariadeniach rôzne kombinované a prípadne doplnené aj ďalšími odlučovačmi prvkami využívajúcimi napríklad sorpčné deje.At present, different types of separators are used for separation of aerosol particles in various technical applications, the principle of operation of which is based on several basic physical and physicochemical phenomena and their combinations (inertial forces, centrifugal forces, surface tension forces, diffusion phenomena, electrokinetic phenomena and etc.) in order to achieve relative relative movement of the individual components of the aerosol in the separating device working areas leading to their subsequent separation. In terms of the principle of operation, the basic types of aerosol particle separators include: sieve and lamella separators of the demister, vortex separators with fixed axial vortex flow direction - vortex tubes, vortex separators reversing the axial vortex flow direction - cyclones, separators with structured . These basic types of separators can be variously combined in the separating devices and possibly supplemented with other separators using elements such as sorption processes.

Štandardný cyklónový odlučovač (cyklón) obsahuje prepadovú rúru, ktorej funkciou je odviesť vyčistenú tekutinu z odlučovača a prípadne aj optimalizovať transformáciu kinetickej Ibrmy mechanickej energie tekutiny (dynamický tlak) na tlakovú formu mechanickej energie tekutiny (statický tlak). V niektorých prípadoch sa konštrukčne upevňuje dovnútra prepadovej rúry rotačné symetrický deflektor a priamo k prepadovej rúre odsávací ventilátor alebo filtračná jednotka s pórovitou filtračnou priehradkou, ako druhý stupeň odlučovania dispergovaných častíc z tekutej zmesi, ktorá s a vyznačuje relatívne vysokou stratou tlaku. Obdobné riešenie je opísanénapr. v patentovej prihláške US2013/0312609 A1 s názvom „Apparatus and methods for filtration of solid particles and separation of liquid droplets and liquid aerosols from a gas stream“. Citovaný dokument US2013/0312609 A1 definuje zariadenie na separáciu pevných a kvapalných častíc z prúdu plynov a tiež na separáciu zložiek aerosólov. Toto odlučovacie zariadenie pozostáva z dvoch do série zaradených separačných stupňov, pričom plynná zmes az nej odlúčené zložky prechádza separačnými stupňami jednorazovo bez akejkoľvek recirkulácie. Prvý separačný stupeň je vírový odlučovač s nemenným axiálnym smerom vírového prúdenia plynnej zmesi - vírová trubica. Slúži na separáciu väčších pevných a kvapalných dispergovaných časté z plynnej zmesi. Odlúčené častice sú odvádzané cez otvory na obvode vírovej trubice. Druhý separačný stupeň je koalescenčný filter v tvare dutého valca, ktorý obsahuje vláknitú filtračnú priehradku (môže byť viacvrstvová) tvorenú jemnými vláknami (priemer vlákien 0,1 až 20 pm). Filter zabezpečuje koalescenciu jemných kvapalných častíc a filtráciu jemných pevných častíc, ktoré neboli odlúčené z plynu v prvom stupni. Dá sa očakávať, že opísané separačné zariadenie môže dosahovať dobrý separačný účinok aj pri aerosóloch obsahujúcich veľmi jemné častice, tak ako je to deklarované v citovanom dokumente US2013/0312609 Al. Treba všakdodať,že optimálna prevádzka takéhoto separačného zariadenia sapri vhodnej veľkosti separačných prvkov pravdepodobne vyznačuje relatívne vysokou tlakovou stratou (aj keď sú použité dva sériovo zapojené separačné stupne, z ktorých prvý separačný stupeň má zabezpečiť odľahčenie druhého separačného stupňa od odlúčených zložiek plynnej zmesi), ktorá rastie s možným zanášaním druhého separačného stupňajemnými pevnými časticami, aksúpritomné v separovanej plynnej zmesi. Problém možného zanášania koalescenčného filtra pevnými časticami v citovanom dokumente nie je riešený.A standard cyclone separator (cyclone) comprises an overflow pipe, the function of which is to remove the purified fluid from the separator and optionally to optimize the transformation of the kinetic Ibrma of mechanical fluid energy (dynamic pressure) into the pressure form of mechanical fluid energy (static pressure). In some cases, a rotational symmetrical deflector is mounted inside the overflow pipe and directly to the overflow pipe is a suction fan or filter unit with a porous filter baffle, as a second stage of separating the dispersed particles from the fluid mixture which exhibits a relatively high pressure loss. A similar solution is described for example. in patent application US2013 / 0312609 A1 entitled "Apparatus and methods for filtration of solid particles and separation of liquid droplets and liquid aerosols from a gas stream". The cited document US2013 / 0312609 A1 defines an apparatus for separating solid and liquid particles from a gas stream and also for separating aerosol components. This separation device consists of two separation stages arranged in series, the gas mixture and the components separated therefrom passing through the separation stages one time without any recirculation. The first separation stage is a vortex separator with a fixed axial direction of the vortex flow of the gas mixture - vortex tube. It serves to separate larger solid and liquid dispersed particles from the gas mixture. The separated particles are discharged through openings at the periphery of the vortex tube. The second separation stage is a hollow-cylindrical coalescing filter which comprises a fibrous filter partition (may be multilayered) formed of fine fibers (fiber diameter 0.1 to 20 µm). The filter ensures the coalescence of the fine liquid particles and the filtration of the fine solid particles not separated from the gas in the first stage. It can be expected that the described separation device can achieve a good separation effect even with aerosols containing very fine particles, as stated in the cited document US2013 / 0312609 A1. It should be noted, however, that optimum operation of such a separation device with a suitable size of the separation elements is likely to be characterized by a relatively high pressure drop (although two serially connected separation stages are used, the first separation stage being intended to relieve the second separation stage from the separated gas mixture components) increases with the possible fouling of the second separation step with the solid particles present in the separated gas mixture. The problem of possible fouling of the coalescing filter with solid particles in the cited document is not solved.

Vzhľadom na to, aby sapri optimálnych prevádzkových podmienkach dosiahla vysoká účinnosť odlučovania aerosólových častíc a relatívne nízka strata tlaku bez ďalších špeciálnych požiadaviek na energiu a pomocné médiá, naskytla s a tak možnosť riešiť tento problém technickými prostriedkami.With optimum operating conditions, high aerosol particle separation efficiency and a relatively low pressure loss without additional special energy and auxiliary media requirements have been made available, and thus have the opportunity to solve this problem by technical means.

Výsledkom tohto úsilia je ďalej opisovanáodlučovacia jednotka aerosólových častíc a odlučovacie zariadenie podľa tohto vynálezu.As a result, the aerosol particle separator unit and the separator device of the present invention are described below.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Uvedené nedostatky sú v podstatnej miere odstránené konštrukciou odlučovacej jednotky aerosólových častíc a odlučovacieho zariadenia podľa tohto vynálezu. Riešenie je založené na tom, že oddeľovanie zložiek aerosólu v zariadení sa dosiahne najmä optimálnou kombináciou účinku odstredivej sily a síl povrchového napätia namedzifázových rozhraniach. Odstredivá sila vznikne pri voľnom vírovom prúdení s otočením axiálneho smeru vírového prúdu v statických rotačné symetrických odlučovacích jednotkách odlučovacieho zariadenia a spôsobíoddeľovanie dispergovaných zložiek aerosólu od plynnej fázy v dôsledku rozdielnych hustôt. Veľkosti síl povrchového napätia na medzifázových rozhraniach ovplyvňujú koalescenciu kvapalných častíc a zmáčanie pevných častíc aerosólu, ale aj schopnosť kvapalných častíc priľnúť k pevnému alebo kvapalinou zmáčanému povrchu v pórovitej štruktúre separačnej zóny v odlučovacích jednotkách odlučovacieho zariadenia. Odlučovacie zariadenie umožňuje aj zachytávanie určitej zložky plynnej fázy aerosólu do kvapaliny na difúznom princípe (absorpcia). Inovácia odlučovacej jednotky, ktorá je základným procesným prvkom odlučovacieho zariadenia aerosólových častíc, spočíva v konštrukčnom riešení prepadovej rúry, ktoré umožňuje jej procesné využitie ako druhý stupeň odlučovania a zabezpečuje čiastočnú vnútornú recirkuláciu odlúčenej kvapalnej látky (alebo kvapalnej zmesi látok) spolu s kvapalným činidlom (ak je použité) naspäť do prvého odlučovacieho stupňa odlučovacejjednotky. Rozptýlenie recirkulovanej kvapaliny v primárnom odlučovačom priestore priaznivo ovplyvňuje separačný proces, pri ktorom sa okrem účinku odstredivej sily uplatňujú aj ďalšie efekty, ako súkoalescencia a difúzia.Said drawbacks are substantially eliminated by the construction of the aerosol particle separator unit and the separator device of the present invention. The solution is based on the fact that the separation of the aerosol components in the device is achieved in particular by an optimal combination of the effect of the centrifugal force and the surface tension forces at the said-phase interfaces. The centrifugal force is generated in a free vortex flow by reversing the axial direction of the vortex flow in the static rotary symmetric separator units of the separator and causing the dispersed aerosol components to separate from the gas phase due to different densities. The magnitude of the surface tension forces at the interphase interfaces affect the coalescence of the liquid particles and the wetting of the solid aerosol particles, but also the ability of the liquid particles to adhere to the solid or liquid wetted surface in the porous structure of the separation zone in the separator units. The separation device also allows the trapping of a particular component of the gaseous phase of the aerosol into the liquid on a diffusion basis (absorption). Innovation of the separation unit, which is the basic process element of the aerosol particle separator, consists in the design of the overflow pipe, which allows its process utilization as a second stage of separation and ensures partial internal recirculation of the separated liquid (or liquid mixture of substances) together with the liquid reagent is used) back to the first separating stage of the separating unit. The dispersion of the recirculated liquid in the primary separator space favorably influences the separation process, in which other effects, such as coalescence and diffusion, are applied in addition to the centrifugal force effect.

Podstata konštrukcie odlučovacej jednotky aerosólových častíc spočíva v tom, že je tvorená prvým odlučovacím stupňom, ktorý obsahuje valcovú časť plášťa s vekom plášťa a na ňu nadväzujúcu kužeľovú časť plášťa s rúrou na odvod kvapaliny a ďalej obsahuje tangenciálny alebo axiálny vstupný otvor na aerosól. V prípade axiálneho vstupu aerosólu je vnútri za otvorom umiestnená sústava vhodne tvarovaných lamiel na inicializáciu vírového prúdenia. Konštrukcia odlučovacej jednotky aerosólových častíc ďalej pozostáva z druhého odlučovacieho stupňa tvoreného prepadovou rúrou, ktorá pozostáva z dvoch rotačné symetrických súosových častí. Prvá časť prepadovej rúry je tvorená pevnou disperznú tekutinu neprepúšťajúcou stenou valcového alebo kužeľového tvaru (môže mať špeciálne upravenú geometriu vnútorného povrchu z dôvodu optimalizácie vnútornej recirkulácie kvapalnej látky) a cez horné veko plášťa je zapustená do vnútorného priestoru valcovej sekcie prvého odlučovacieho stupňa,pričom s plášťom odlučovacej jednotky tvoria kompaktný koncentrický celok. Ústie na vnútornom konci prepadovej rúry môže byť z procesných dôvodov kužeľovo rozšírené. Druhá časť prepadovej rúry je súosovokonštrukčneupevnenákvonkajšiemu koncu prvej časti prepadovej rúry nad horným vekom plášťa, pričom vnútorné priemery výstupu prvej časti prepadovej rúry a vstupu druhej časti prepadovej rúry sú rovnaké. Druhá časť prepadovej rúry je tvorená rotačné symetrickou (najčastejšie valcovou) štruktúrovanou pórovitou stenou (napr. sito zvinuté do špirály s malým stúpaním), vyznačujúcou sa vysokou pórovitosťou (viac ako 0,9), nízkym hydraulickým odporom proti stekaniu kvapalnej látky pórovitou štruktúrou steny v axiálnom smere účinkom gravitačnej sily, nízkym aeromechanickým odporom proti pretekaniu plynnej látky pórovitou štruktúrou steny prevažne v radiálnom smere a vhodnými povrchovo aktívnymi vlastnosťami. Druhá časť prepadovej rúry je v axiálnom smere zhora nepriepustné uzatvorená axiálnym uzáverom, súčasťou ktorého je distribučné (rozstrekovacie) zariadenie pomocnej kvapalnej látky (kvapalného činidla) vstupujúcej vstupnýmotvoromkvapalného činidla. Vonkajší povrch časti prepadovej rúry s priepustnou pórovitou stenou je výstupomvyčisteného plynu.The essence of the aerosol particle separator unit is that it consists of a first separating stage comprising a cylindrical housing part with a housing lid and a conical housing part with a fluid outlet tube thereafter and a tangential or axial inlet opening for the aerosol. In the case of an axial aerosol inlet, a system of suitably shaped lamellas for initiating the vortex flow is located behind the opening. The structure of the aerosol particle separator unit further comprises a second separator stage formed by an overflow tube, which consists of two rotationally symmetrical concentric portions. The first part of the weir consists of a solid dispersion fluid impermeable to the wall of a cylindrical or conical shape (may have a specially adapted inner surface geometry to optimize the internal recirculation of the fluid) and is recessed through the upper housing cover into the interior of the cylindrical section of the first separating stage; The separation units form a compact concentric unit. The orifice at the inner end of the overflow pipe may be conically widened for procedural reasons. The second part of the downcomer is coaxially fixed to the outer end of the first part of the downcomer above the upper casing lid, the inner diameters of the outlet of the first part of the downcomer and the inlet of the second part of the downcomer are the same. The second part of the overflow pipe consists of a rotationally symmetrical (mostly cylindrical) structured porous wall (eg, a coil with a low pitch helix), characterized by high porosity (more than 0.9), low hydraulic resistance to liquid flow through the porous wall structure. axial direction due to gravitational force, low aeromechanical resistance to gaseous flow through the porous wall structure predominantly in the radial direction, and suitable surfactant properties. The second part of the overflow pipe is sealed in the axial direction from the top by an axial closure, which comprises a distribution device (spraying) of the auxiliary liquid (liquid reagent) entering the inlet opening of the liquid agent. The outer surface of the permeable porous wall portion of the overflow pipe is the outlet of the cleaned gas.

Funkciu odlučovacej jednotky aerosólových častíc možno objasniť nasledovne. Prúd aerosólu obsahujúci veľmi jemné kvapalné a prípadne aj pevné dispergované častice (od veľkosti ~1 μιη) vstupuje do odlučovacej jednotky cez vstupnú sekciu, ktorá zabezpečí vytvorenie primárneho vírového prúdenia vo vnútomompriestore odlučovacej jednotky (priestor uzavretý valcovou a kužeľovou časťou plášťa a horným vekom). V tomto priestore prebieha prvá fáza odlučovacieho procesu hlavne účinkom odstredivej sily. Dispergované kvapalné a pevné častice sú odstredivou silou unášané k vnútornému povrchu plášťa odlučovacej jednotky, po ktorom kvapalná fáza (aj sjemnými pevnými časticami, ak ich aerosól obsahuje) steká nadolk otvoruna konci kužeľovej časti plášťa, cez ktorý odteká rúrkou do zberného priestoru na odseparovanú kvapalnú látku. Aerosól zbavený určitého podielu dispergovaných častíc prúdi sekundárnym vírovým pohybom v centrálnej časti odlučovacej jednotky smerom do prepadovej rúry. Sekundárne vírové prúdenie sa vyznačuje opačne orientovanou axiálnou zložkou rýchlosti v porovnaní s primárnym vírovým prúdením V časti prepadovej rúry so štruktúrovanou pórovitou stenou prebieha druhý stupeň odlučovania dispergovaných častíc z aerosólu. Druhý stupeň odlučovacieho procesu je založený na kombinácii viacerých dejov. Pri kontakte aerosólu, prúdiaceho v prepadovej rúre vírovým pohybom s dominantnou tangenciálnou zložkou rýchlosti, so štruktúrovanou rotačné symetrickou pórovitou stenou prepadovej rúry nastáva pri vhodných povrchovo aktívnych vlastnostiach povrchov tejto steny (aj povrchov v pórovitej štruktúre) koalescencia kvapalných častíc aerosólu. Proces koalescencie môže byť podporený distribúciou optimálneho množstva pomocnej kvapalnej látky (kvapalného činidla) do priestoru v oblasti vnútorného povrchu pórovitej časti prepadovej rúry a do štruktúry pórovitej časti prepadovej rúry z rozstrekovacieho zariadenia, ktoré je súčasťou axiálneho uzáveru prepadovej rúry. Opísaný proces sa vyznačuje účinným odlučovaním veľmi jemných dispergovaných častíc (kvapalných a prípadne aj pevných)z aerosólu a tiež možným zachytávaním určitej zložky plynnej fázy aerosólu do kvapaliny na difúznom princípe (absorpcia). Odseparovaná kvapalná látka (alebo kvapalná zmes látok) steká účinkom gravitácie z pórovitej štruktúry perforovanej čas ti prepadovej rúry k vnútornému povrchu neperforovanej čas ti prepadovej rúry, po ktorom pri optimalizovaných aeromechanických pomeroch prúdenia aerosólu v prepadovej rúre steká k jej vnútornému ústiu.Na elimináciu nežiaduceho unášania stekajúcej kvapalnej látky sekundárnym v Írovým prúdením môže byť geometria vnútorného povrchu neperforovanej časti prepadovej rúry špeciálne upravená Z obvodu ústia prepadovej rúry je kvapalná látka účinkom dominantnej tangenciálnej zložky rýchlosti vírového prúdenia aerosólu rozstrekovaná do primárneho odlučovacieho priestoru odlučovacej jednotky a účinkom odstredivej sily je dopravovaná na vnútorný povrch valcovej akužeľovej steny odlučovacej jednotky, po ktorom steká účinkom gravitácie aprimámeho vírového prúdenia do výtokového otvoru na konci kužeľovej časti cyklóna podobne ako primáme odlúčený podiel dispergovanej zložky aerosólu. Pri rozptýlení kvapalnej látky spätne privedenej zo sekundárneho odlučovacieho stupňa odlučovacej jednotky, v primárnom odlučovačom priestore sa okrem účinku odstredivej sily uplatňujú aj ďalšie efekty (koalescencia, difúzia), ktoré priaznivo ovplyvňujú separačný proces v tomto priestore. Vyčistená plynná zložka aerosólu odteká cez pórovitú rotačné symetrickú časť steny prepadovej rúry prevažne v radiálnom smere takou rýchlosťou, aby nenastávalo strhávanie kvapalnej látky z pórovitej štruktúry steny do plynnej fázy. Odlučovanie zložiek aerosólu v odlučovacej jednotke savyznačuje vysokou účinnosťou odlučovania a relatívne nízkou tlakovou stratou(~l kPa) pri optimalizovaní geometrie (tvary a veľkosti pracovných priestorov odlučovacej jednotky, geometria pórovitej štruktúry perforovanej časti prepadovej rúry a pod.) a procesných parametrov (veľkosť prietoku aerosólu odlučovacoujednotkou,prietok adistribúcia pomocnej kvapalnej látky -činidla, povrchovo aktívne vlastnostipovrchov pracovných priestorov odlučovača a kvapalného činidla, pórovitosť štruktúry v perforovanej časti prepadovej rúry a pod.).The function of the aerosol particle separator can be explained as follows. An aerosol stream containing very fine liquid and possibly solid dispersed particles (from ~ 1 μιη size) enters the separator unit via an inlet section that ensures the formation of a primary vortex flow within the separator unit space (space enclosed by the cylindrical and conical housing and upper lid). In this space, the first phase of the separation process takes place mainly under the influence of centrifugal force. Dispersed liquid and solid particles are entrained by centrifugal force to the inner surface of the separator unit jacket, after which the liquid phase (even fine particulate, if any aerosol), flows downwardly through the end of the conical part of the jacket through which flows into the liquid collecting space. . The aerosol free of some of the dispersed particles flows by secondary vortex movement in the central part of the separator unit towards the overflow tube. The secondary vortex flow is characterized by an oppositely oriented axial velocity component as compared to the primary vortex flow In the part of the overflow tube with a structured porous wall there is a second stage of separation of dispersed particles from the aerosol. The second stage of the separation process is based on a combination of several events. By contacting the aerosol flowing in the overflow tube by a vortex motion with a dominant tangential velocity component, with the structured rotating symmetrical porous wall of the overflow tube, coalescence of the liquid aerosol particles occurs at the appropriate surface-active properties of the wall surfaces (as well as the surfaces in the porous structure). The coalescence process can be aided by distributing the optimum amount of liquid auxiliary agent (liquid agent) to the space in the inner surface area of the porous portion of the overflow tube and into the porous portion of the overflow tube from the sprinkler that is part of the overflow tube axial closure. The process described is characterized by the efficient separation of very fine dispersed particles (liquid and possibly solid) from the aerosol and also the possible capture of a component of the gaseous phase of the aerosol into a liquid on a diffusion basis (absorption). The separated liquid substance (or liquid mixture of substances) flows under the influence of gravity from the porous structure of the perforated overflow pipe section to the inner surface of the unperforated overflow pipe section, after which, at optimized aeromechanical flow rates of the aerosol in the overflow pipe flows to its internal orifice. of the flowing liquid by the secondary flow, the geometry of the inner surface of the unperforated part of the overflow tube can be specially treated From the perimeter of the overflow tube, the liquid is sprayed into the primary separating space of the separating unit under the effect of the dominant tangential component of the vortex. cylindrical acuidal wall of the separation unit, after which it flows under the influence of gravity and direct vortex flow into the outlet opening at the end of the cones % of the cyclone portion, similar to the primed portion of the dispersed aerosol component. When dispersing the liquid recycled from the secondary separating stage of the separating unit, in the primary separating space, in addition to the effect of centrifugal force, other effects (coalescence, diffusion) are applied which favorably influence the separation process in this space. The cleaned gaseous aerosol component flows through the porous rotationally symmetrical part of the wall of the weir, predominantly in a radial direction at such a rate that there is no entrainment of liquid from the porous wall structure into the gas phase. Separation of aerosol components in the separator unit is characterized by high separation efficiency and a relatively low pressure drop (~ 1 kPa) while optimizing the geometry (shapes and sizes of the separator unit workspaces, the geometry of the porous structure of the perforated section of the overflow tube, etc.) and process parameters (aerosol flow rate). separating unit, flow and distribution of auxiliary liquid substance - reagent, surface active properties of separator and liquid reagent work surfaces, porosity of the structure in the perforated part of the overflow pipe, etc.).

Na dosiahnutiepožadovanejkapacity odlučovacieho zariadenia danej celkovým prietokom aerosólu sapoužije potrebný počet paralelne pracujúcich odlučovacích jednotiek, vhodne usporiadaných v jednom uzatvorenom konštrukčnom celku aparátového typu, ktorý sanazýva multiodlučovač. Plášť multiodlučovača obsahuje vstup aerosólu, výstup vyčistenej plynnej zložky aerosólu, výstup odlúčenej kvapalnej látky (alebo kvapalnej zmesi látok), vstup pomocnej kvapalnej látky (kvapalného činidla) a prípadne odkaľovací otvor. Konštrukčné riešenie multiodlučovača musí zabezpečiť hermetické oddelenie priestoru vstupu aerosólu, priestoru odvádzania vyčistenej plynnej zložky aerosólu a priestoru za vyústením rúrok na odvádzanie odlúčenej kvapalnej látky (alebo kvapalnej zmesi látok) buď pevnou stenou alebo kvapalinovým uzáverom Kvapalinový uzáver medzi priestorom vstupu aerosólu a priestorom, z ktorého je odvádzaná odlúčená kvapalná látka je vytvorený zdržou dostatočného množstva kvapaliny v dolnej časti multiodlučovača, do ktorej ústia rúrky odvádzajúce odlúčenú kvapalnú látku zvnútra odlučovacích jednotiek a tiež rúra odvádzajúca kvapalnú látku z priestoru odvádzania vyčistenej plynnej zložky aerosólu v hornej časti multiodlučovača (predpokladá sa, že určité množstvo kvapalnej látky môže stiecť z vonkajších povrchov pórovitých častí prepadových rúr odlučovacích jednotiek aj na stenu do priestoru odvádzania vyčistenej plynnej zložky aerosólu). Udržiavanie optimálnej úrovne hladiny zadržanej kvapaliny v dolnej časti multiodlučovača s možnosťou jej kontinuálneho odtekania je zabezpečené kvapalinovým uzáverom vytvoreným dvomi koncentrickými rúrami. Vonkajšia rúra je zhora uzatvorená a jej dolný okraj (alebo perforovaná časť rúry) je dostatočne ponorený, aby počas normálnej prevádzky hladina zadržanej kvapaliny nepoklesla k tomuto okraju. Vnútorná rúra zabezpečuje odtokkvapaliny prepadovým spôsobom, pričom úroveň jej vstupného ústia vzhľadom na úroveň hladiny zadržanej kvapaliny definuje tlakovú diferenciu medzi priestorom vstupu aerosólu a priestorom, do ktorého odteká kvapalná látka z dolnej časti multiodlučovača. V prípade nadmerného zvýšenia tlaku v priestore vstupu aerosólu (havarijný prevádzkový stav)sazníži hladina zadržanej kvapaliny pod dolný okraj vonkajšej rúry a aerosól začne unikať cez vnútornú rúru do priestoru, kam pri normálnom prevádzkovom stave multiodlučovača odteká zadržaná kvapalná látka. Multiodlučovač ďalej obsahuje rozvodné potrubie zabezpečujúce prívod pomocnej kvapalnej látky (kvapalného činidla) zo vstupného hrdla do odlučovacích jednotiek. V niektorých prípadoch môže byť pomocná kvapalná látka (kvapalné činidlo) rozstrekovaná aj do priestoru vstupu aerosólu, s cieľom iniciovať prvý stupeň separácie ešte pred vstupom aerosólu do odlučovacích jednotiek. V takýchto prípadoch je nutné inštalovať rozstrekovacie zariadenie pomocnej kvapalnej látky aj do priestoru vstupu aerosólu. Ak aerosól obsahuje aj veľmi jemné pevné častice, ktoré sapo separácii dostanú do zadržanej kvapalnej látky, je potrebné zabezpečiť odkaľovanie zdržného priestoru kvapalnej látky inštaláciou odkaľovacieho otvoru v spodnej časti multiodlučovača. Pomocnú kvapalnú látku (kvapalné činidlo) možno vo väčšine prípadov do značnej miery opakovane použiť jej vonkajšourecirkuláciou medzi priestorom (napr. zásobnánádrž), kam odteká kvapalná látka z multiodlučovača a vstupom pomocnej kvapalnej látky (kvapalného činidla) do multiodlučovača. Na túto recirkuláciu postačuje nízkokapacitné čerpadlo s pomerne malým príkonom Z recirkulačného okruhu bude priebežne odvádzaná kvapalina v množstve, ktoré zodpovedá odlúčenej kvapalnej látke z aerosólu. Súčasne môže byť do vstupného prúdu pomocnej kvapalnej látky (kvapalného činidla) dávkovaná povrchovoaktívna látka (ak je použitá ako zložka pomocnej kvapalnej látky) v množstve zodpovedajúcom jej vyplavovaniu v odvádzanej kvapaline.In order to achieve the desired capacity of the separator device given by the total aerosol flow rate, it will use the necessary number of parallel separator units suitably arranged in a single enclosed assembly of the apparatus type that carries out the multi-separator. The multi-separator housing comprises an aerosol inlet, an outlet of the purified gaseous aerosol component, an outlet of the pumped liquid (or liquid mixture of substances), an inlet of an auxiliary liquid (liquid reagent), and optionally a sludge opening. The design of the multi-separator shall provide for the hermetic separation of the aerosol inlet area, the cleaned gas aerosol component outlet area and the space behind the outlet of the separated liquid substance (or liquid substance mixture) outlet through either the solid wall or the liquid shutoff. the separated liquid is discharged by holding a sufficient amount of liquid in the lower part of the multi-separator into which the tubes for draining the liquid are discharged from within the separating units and also the tube for draining the liquid from the discharge space of the cleaned gaseous aerosol component at the upper part of the multi-separator; the amount of liquid substance can run off from the outer surfaces of the porous parts of the overflow tubes of the separator units and onto the wall into the discharge area of the cleaned other aerosol component). Maintaining the optimum level of the retained liquid in the lower part of the multicollector with the possibility of its continuous run-off is ensured by a liquid closure formed by two concentric tubes. The outer pipe is closed from above and its lower edge (or perforated portion of the pipe) is sufficiently submerged so that the level of liquid retained does not drop to that edge during normal operation. The inner tube provides liquid effluent via an overflow method, the level of its inlet opening relative to the level of liquid retained defining a pressure difference between the aerosol inlet area and the space into which the liquid flows from the bottom of the multiconditioner. In case of excessive pressure increase in the aerosol inlet area (emergency operating state), the level of retained liquid will lower the lower edge of the outer tube and the aerosol will escape through the inner tube into the space where the retained liquid is discharged during normal operation. The multi-separator further comprises a manifold for providing the auxiliary liquid (liquid reagent) from the inlet throat to the separation units. In some cases, the auxiliary liquid (liquid agent) may also be sprayed into the aerosol inlet area to initiate a first separation stage before the aerosol enters the separation units. In such cases, it is necessary to install the spray liquid addition device into the aerosol inlet area. If the aerosol also contains very fine solid particles which sapo-separates into the retained liquid, it is necessary to provide a drainage of the liquid storage space by installing a drainage opening in the lower part of the multi-separator. The excipient (liquid agent) can in most cases be reused to a large extent by its external recirculation between the space (e.g., reservoir) where the fluid flows from the multi-separator and the entry of the auxiliary liquid (liquid reagent) into the multi-separator. For this recirculation, a low-capacity pump with a relatively low power consumption will be sufficient from the recirculation circuit to continuously drain liquid in an amount corresponding to the liquid to be separated from the aerosol. At the same time, a surfactant (if used as an excipient component) can be dosed into the inlet stream of the auxiliary liquid (liquid agent) in an amount corresponding to its leaching in the effluent.

Výhody odlučovacej jednotky aerosólových častíc a odlučovacieho zariadenia podľa vynálezu sú zjavné z účinkov, ktorými s a prejavujú navonok. Vo všeobecnostimožno konštatovať, že odlučovacie zariadenie aerosólových častíc je určené na odlučovanie veľmi jemných dispergovaných častíc aerosólu (od veľkosti ~1 μηι) z disperznej plynnej fázy. Umožňuje tiež absorpciu určitej zložky plynnej fázy do pomocného kvapalného činidla. Pri dodržaní optimálnych prevádzkových podmienok sa odlučovacie zariadenie aerosólových častíc vyznačuje vysokou účinnosťou odlučovania aerosólových častíc a relatívne nízkou stratou tlaku bez ďalších špeciálnych požiadaviek na energiu a pomocné médiá okrem kvapalného činidla (nemusí byť aplikované vo všetkých prípadoch), ktoré možno vo väčšine prípadov do značnej miery opakovane použiť jeho vonkajšou recirkuláciou. Tieto vlastnosti odlučovacieho zariadenia v mnohých prípadoch dovoľujú jeho dodatočné použitie v technologickej linke (zaradenie do potrubnej vetvy) bez nutnosti výmeny alebo úpravy ostatných technologických zariadení, čo je výhodné aj z ekonomického hľadiska. Odlučovacie zariadenie (multiodlučovač) obsahuje optimálny počet paralelne pracujúcich odlučovacích jednotiek, ktoré sú základné procesné prvky zariadenia. Každá odlučovacia jednotka pozostáva z dvoch odlučovacích stupňov tvoriacich jeden statický konštrukčný celok Odlučovacia jednotka s a vyznačuje relatívne nízkou stratou tlaku (~1 kPa) a vysokou účinnosťou separácie dosiahnutej v dvoch do série usporiadaných odlučovacích stupňoch, medzi ktoiými nastáva vnútorný spätný tok kvapaliny (kvapalná zmes látok pozostávajúca z odlúčenej kvapalnej fázy aerosólu, pomocného kvapalného činidla a odlúčených veľmi jemných pevných častíc, ak ich aerosól obsahuje).The advantages of the aerosol particle separator and the separator device according to the invention are apparent from the effects they exert and externally. In general it can be stated that the aerosol particle separator is designed to separate very fine dispersed aerosol particles (from ~ 1 μηι in size) from the dispersed gas phase. It also allows the absorption of a component of the gas phase into the liquid auxiliary agent. Under optimum operating conditions, the aerosol particle separator is characterized by high aerosol particle separation efficiency and a relatively low pressure loss without additional special energy requirements and auxiliary media other than the liquid reagent (not necessarily applied in all cases), which in most cases can be largely reuse it by external recirculation. In many cases, these characteristics of the separator allow its additional use in the technological line (inclusion in the pipeline branch) without the need to replace or modify other technological equipment, which is also advantageous from an economic point of view. The separator (multi-separator) contains an optimal number of parallel separator units, which are the basic process elements of the plant. Each separation unit consists of two separation stages forming a single structural unit. The separation unit is characterized by a relatively low pressure loss (~ 1 kPa) and by high separation efficiency achieved in two series-separated separation stages between which an internal liquid reflux occurs (liquid mixture of substances) consisting of a separated liquid phase of the aerosol, a liquid auxiliary agent, and a separated ultrafine particulate, if any).

Prehľad obrázkov na výkresochBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Odlučovacia jednotka aerosólových častíc a odlučovacie zariadenie podľa vynálezu budebližšie objasnené na výkresoch, kde na obr. 1 je v názornom bočnom pohľade a v dvoch priečnych rezoch znázornená odlučovacia jednotka aerosólových častíc. Na obr. 2 je v názornom bočnom pohľade znázornené odlučovacie zariadenie.The aerosol particle separating unit and the separating device according to the invention will be explained in more detail in the drawings. 1 is a side elevational view and two cross-sections of an aerosol particle separator. In FIG. 2, a separating device is shown in a side view.

Príkladý uskutočnenia vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Jednotlivé uskutočnenia podľa vynálezu sú predstavované na ilustráciu a nie ako obmedzenia technických riešení. Odborníci poznajúci stav techniky nájdu alebo budú schopní zistiť s použitím nie viac ako rutinného experimentovania mnoho ekvivalentov k špecifickým uskutočneniam technického riešenia. Aj takéto ekvivalenty budú patriť do rozsahu nasledujúcich nárokov na ochranu. Odborníkom poznajúcim stav techniky nemôže robiť problém optimálne navrhnutie zapojenia a výber jeho prvkov, preto tieto znaky neboli detailne riešené.The various embodiments of the invention are presented by way of illustration and not by way of limitation of technical solutions. Those skilled in the art will find or be able to ascertain using no more than routine experimentation many equivalents to specific embodiments of the invention. Such equivalents will also fall within the scope of the following protection claims. The optimal design of the wiring and the selection of its elements cannot be a problem for those skilled in the art, so these features have not been solved in detail.

Príklad 1Example 1

V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia predmetu vynálezu je opísaná konštrukcia odlučovacej jednotky aerosólových častíc, ako je to znázornené na obr. 1. Odlučovacia jednotka aerosólových častíc je tvorená prvým odlučovacím stupňom, ktorý obsahuje valcovú časť 1 plášťa s vekom 4 plášťa a na ňu nadväzujúcu kužeľovú časť 2 plášťa s výtokovým otvorom 19 na konci kužeľovej časti 2 plášťa a rúrou 3 na výstup 13 kvapaliny, a ďalej obsahuje tangenciálny alebo axiálny vstupný otvor 5 na prúd 9 aerosólu, kde sa vytvára primáme vírové prúdenie 10 vo vnútornom priestore 17 prvého odlučovacieho stupňa odlučovacej jednotky. Zariadenie ďalej pozostáva z druhého odlučovacieho stupňa s vnútorným priestorom 18 tvoreného časťou 6 prepadovej rúry s nepriepustnou stenou zasahujúcou cez veko 4 do priestoru 17 prvého odlučovacieho stupňa so sekundárnym vírovým pohybom 11 v centrálnej časti odlučovacej jednotky smerom do časti 6 prepadovej rúry. Pritom na časť 6 prepadovej rúry s nepriepustnou stenou už mimo priestoru 17 prvého odlučovacieho stupňa nadväzuje časť 7 prepadovej rúry s priepustnou pórovitou stenou. Časť 7 prepadovej rúry s priepustnou pórovitou stenou je ukončená axiálnym uzáverom 8 so vstupnýmotvorom 15 kvapalného činidla a distribučným zariadením 16 kvapalného činidla. Vonkajší povrch časti 7 prepadovej rúry s priepustnou pórovitou stenou je výstupom 14 vyčisteného plynu. Časť 6 prepadovej rúry s nepriepustnou stenou, zasahujúcej cez veko 4 do priestoru 17 prvého odlučovacieho stupňa, má rozšírené hrdlo. Na obr. 1 je znázornená aj kvapalná látka 12 spätne privádzaná z vnútorného priestoru 18 druhého odlučovacieho stupňa odlučovacej jednotky.In this example of a particular embodiment of the invention, the construction of an aerosol particle separator unit is shown, as shown in FIG. An aerosol particle separator unit is formed by a first separating stage comprising a cylindrical housing part 1 with a housing lid 4 and a conical housing part 2 with an outlet opening 19 at the end of the conical housing part 2 and a pipe 3 for the liquid outlet 13 thereafter. it comprises a tangential or axial inlet 5 for the aerosol stream 9, where a primary vortex flow 10 is formed in the interior 17 of the first separation stage of the separation unit. The apparatus further comprises a second separation stage with an interior space 18 formed by a part 6 of the overflow tube with an impermeable wall extending through the lid 4 into the space 17 of the first separation stage with a secondary vortex movement 11 in the central part of the separation unit towards the part 6 of the overflow tube. At the same time, the impermeable wall portion 6 of the impermeable wall is already outside the space 17 of the first separation stage adjoining the pore wall portion 7 with the permeable porous wall. The passage wall portion 7 with permeable porous wall is terminated by an axial closure 8 with a liquid reagent inlet 15 and a liquid reagent distribution device 16. The outer surface of the pore wall permeable porous wall portion 7 is an outlet 14 of the purified gas. The part 6 of the impermeable wall with an impermeable wall extending through the lid 4 into the space 17 of the first separating stage has a widened neck. In FIG. 1 also shows the liquid substance 12 fed back from the interior 18 of the second separation stage of the separation unit.

Príklad 2Example 2

V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia predmetu vynálezu je opísané odlučovacie zariadenie aerosólových častíc tzv. multiodlučovač, ako je to znázornené na obr. 2. Pozostáva z paralelnej sústavy odlučovacích jednotiek 32 uzatvorených v plášti 31a uchytených o nepriepustnú stenu 33 v miestach styku prvých a druhých odlučovacích stupňov, a tak vytvárajúcich priestor 29 odvádzania vyčisteného plynu a priestor 30 vstupu aerosólu. Do priestoru 30 vstupu aerosólu ústi vstup 23 aerosólu a z priestoru 29 odvádzania vyčisteného plynu vyúsťuje výstup 24 vyčisteného plynu. Druhé odlučovacie stupne odlučovacích jednotiek 32 sú pripojené na vstup 26 kvapalného činidla cez rozvodné potrubie 20 kvapalného činidla. Priestor 29 odvádzania vyčisteného plynu a priestor 30 vstupu aerosólu sú prepojené prepojovacou rúrou 21 vyúsťujúcou pod hladinu zadržanej kvapaliny 27. Plášť 31 je v spodnej časti vybavený vnútornou a vonkajšou rúrou 28, 22 kvapalinového uzáveru. Zadržaná kvapalina 27 sa zachytáva na dne multiodlučovača. Vnútorná rúra 28 kvapalinového uzáveru predstavuje zároveň aj výstup 25 kvapaliny.In this example of a particular embodiment of the present invention, an aerosol particle separator device known as a " a multi-separator as shown in FIG. It consists of a parallel array of separator units 32 enclosed in the housing 31a attached to an impermeable wall 33 at the junctions of the first and second separating stages, thereby forming a clean gas evacuation space 29 and an aerosol inlet space 30. An aerosol inlet 23 opens into the aerosol inlet space 30 and a clean gas outlet 24 opens out of the cleaned gas outlet space 29. The second separation stages of the separation units 32 are connected to the liquid reagent inlet 26 via the liquid reagent manifold 20. The clean gas evacuation space 29 and the aerosol inlet space 30 are interconnected by an interconnecting tube 21 which extends below the level of the retained liquid 27. The housing 31 is provided at the bottom with an inner and an outer liquid stopper tube 28, 22. The retained liquid 27 is collected at the bottom of the multi-separator. The inner fluid seal tube 28 also constitutes the liquid outlet 25.

Priemyselná 'využiteľnosťIndustrial usability

Odlučovacie zariadenie aerosólových častíc má dostatočne vysoký potenciál uplatnenia vo viacerých odvetviach prie my s lu a v oblasti ochrany životného prostredia. Možno ho využiť v priemyselných technológiách 5 chemického, petrochemického, potravinárskeho a spracovateľského priemyslu, v energetike, v environmentálnych technológiách, v oblasti výroby, prepravy a uskladňovania plynných látok a pod.The aerosol particle separator has a sufficiently high potential for use in several industrial sectors and in the field of environmental protection. It can be used in industrial technologies 5 of the chemical, petrochemical, food and processing industries, in power engineering, in environmental technologies, in the area of production, transport and storage of gaseous substances, etc.

Claims

PATENT CLAIMS

An aerosol particle separator unit comprising a first separator stage comprising a cylindrical portion of a housing with a lid and a conical portion of the housing with a liquid discharge pipe thereto and further comprising a tangential or axial aerosol inlet opening, further comprising: comprising a second separating stage formed by the impermeable wall portion (6) of the impermeable wall extending through the lid (4) into the space (17) of the first separating stage, wherein the impermeable wall portion (6) is already outside the space (17) of the first separating stage (7) an overflow porous wall; the overflow porous wall portion (7) is terminated by an axial closure (8) with a liquid reagent inlet (15) and a liquid reagent distribution device (16); wherein the outer surface of the pore wall permeable porous wall portion (7) is a clean gas outlet (14).

An aerosol particle separator unit according to claim 1, characterized in that the part (6) of the overflow pipe with an impermeable wall extending through the lid (4) into the space (17) of the first separating stage has an enlarged neck.

An aerosol particle separator comprising: a parallel array of separator units according to claims 1 or 2 enclosed in a housing (31) and secured to an impermeable wall (33) at the junctions of the first and second separation stages; and forming a purge gas discharge space (29) and an aerosol inlet space (30); therein, an aerosol inlet (23) opens into the aerosol inlet space (30) and a clean gas outlet (24) results from the cleaned gas outlet (29); the second separation stages of the separation units (32) are connected to the liquid reagent inlet (26); the cleaned gas evacuation space (29) and the aerosol inlet space (30) are interconnected by an interconnecting tube (21) resulting below the level of the retained liquid (27); the housing (31) is provided in the lower part with an inner and an outer tube (28, 22) of the liquid cap.