SU1660752A1 - Аппарат дл разделени газа - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области разделени  и очистки газообразных жидких веществ в электронной, химической и других област х промышленности и может быть использовано дл  очистки газа от газообразных примесей. Цель изобретени  - повышение эффективности разделени  газа и понижение потребл емой энергии. Принцип работы аппарата основан на удалении легкоионизируемой газовой примеси электрическим полем коронного разр да из газовой смеси. Аппарат дл  разделени  газа содержит корпус 1, в котором расположены вакуумно-плотно разделительный электрод 2 и диафрагма 3, электрически соединенные с корпусом 1 и заземленные. Электрод 2 раздел ет внутренний объем 4 с газом, обогащенным второй компонентой, и объем 5 с газом, обогащенным первой компонентной (примесью). Диафрагма 3 отдел ет объем 6 со смесью газов от объема 4. Внутри объема 6 помещен коронирующий электрод 7 с вмонтированными в него остри ми 8, электрически соединенный с высоковольтным вводом 9, вакуумно-плотно вход щий в высоковольтный изол тор 10. В диафрагму 3 помещены вакуум-плотные изол ционные трубки,торцы которых выход т за пределы острий 8, помещенных коаксиально внутри трубок 11. В разделительный электрод 2 вакуумно-плотно помещены втулки с соплами 12,каждое соосно с соответствующим своим острием 8, расшир ющейс  частью в сторону последнего. К торцу каждого сопла 12 прикреплена металлическа  сетка 13. К корпусу 1 вакуумно-плотно присоединены патрубки 14 и 15 дл  входа газовой смеси и выхода разделенных потоков газа соответственно из объема 4 и патрубок 16 из объема 5. Все торцы коронирующего электрода 7 закруглены дл  исключени  пробоев. Электрическое соединение разделительного электрода 2 с корпусом 1 и заземление корпуса позвол ют упростить электрическую схему, обслуживание аппарата и ускорить сн тие зар да с разделительного газа. Сетки 13 позвол ют сделать горение короны более равномерным, симметричным с осью сопел 12, направить основной поток ионизированной первой компоненты (примеси) в центральную часть сопел 12. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

Description

1 вакуумно-плогно присоединены патрубки 14 и 15 дл  входа газовой смеси и выхода разделенных потоков газа соответственно из объема 4 и патрубок 16 из объема 5. Все торцы коронирующего электрода 7 закруглены дл  исключени  пробоев. Электрическое соединение разделительного электрода 2 с корпусом 1 и заземление корпуса позвол ют упростить электрическую схему, обслуживание аппарата и ускорить сн тие зар да с разделительного газа. Сетки 13 позвол ют сделать горение короны более равномерным, симметричным с осью сопел 12, направить основной поток ионизированной первой компоненты (примеси) в центральную часть сопел 12.2з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относитс  к области разделени  и очистки газообразных и жидких веществ в электронной, химической и других област х промышленности и может быть использовано дл  очистки газа от газо- образных примесей, например, в установках дл  получени  чистых инертных и других газов, очистки воздуха от газообразных загр знений .

Целью изобретени   вл етс  повыше- ние эффективности разделени  газа, снижение потребл емой мощности.

На чертеже представлен аппарат дл  разделени  газа.

Аппарат дл  разделени  газа содержит корпус 1, в котором расположены вакуумно- плотно разделительный электрод 2 и диафрагма 3, электрически соединенные с корпусом 1 и заземленные. Электрод 2 раздел ет внутренний объем аппарата на объ- ем 4 с газом, обогащенным второй компонентой, и объем 5 с газом, обогащенным первой компонентой (примесью). Диафрагма 3 отдел ет объем 6 со смесью газов от объема 4. Внутри объема 6 помещен ко- ронирующий электрод 7 с вмонтированными в нее остри ми 8, электрически соединенный с высоковольтным вводом 9 источника тока (не показан), вакуумно-плот- но вход щим в высоковольтный изол тор 10. В диафрагму 3 помещены вакуумно- плотные изол ционные трубки 11, торцы которых выход т за пределы острий 8, помещенных коаксиально внутри трубок 11. В разделительный электрод 2 вакуумно- плотно помещены металлические втулки с соплами 12, каждое соосно с соответствующим своим острием 8, расшир ющейс  частью в сторону последнего. К торцу каждого сопла прикреплена металлическа  сетка 13. К корпусу 1 вакуумно-плотно присоединены патрубки 14 дл  входа газовой смеси, выхода 15 разделенных потоков газа из объема 4 и выхода 16 из объема 5. Все торцы коронирующего электрода 7 закруглены дл  ис- ключени  пробоев.

Электрическое соединение разделительного электрода 2 с корпусом 1 и заземление корпуса позвол ют упростить электрическую схему, обслуживание аппарата и ускорить сн тие зар да с разделительного газа. Сетки 13 позвол ют сделать горение короны более равномерным, симметричным с осью сопел 12, направить основной поток ионизированной первой компоненты (примеси ) в центральную часть сопел 12.

Аппарат работает следующим образом.

Газова  смесь с меньшей концентрацией первой компоненты подаетс  во входной патрубок 14, попадает в объем 6 и проходит вдоль трубок 11, где в положительном коронном разр де /ионизируетс  перва  компонента с более низким потенциалом ионизациии образуютс  положительные ионы, или в отрицательном коронном разр де атомы первой компоненты с более высоким сродством к электрону захватывают электроны и образуютс  отрицательные ионы. В области вне короны ионы первой компоненты образуютс  за счет перезар дки ионов второй компоненты на атомах первой компоненты. Положительные (в первом случае) либо отрицательные (во втором ) ионы первой .компоненты движутс  в направлении сеток 13 и попадают на провод щую поверхность сопел 12. Здесь они нейтрализуютс  и откачиваютс  сквозь каналы во втулках сопел 12 в объем 5, а оттуда через патрубок 16 удал ютс , Диаметры, длина и количество каналов во втулках такие , что разность давлений с обеих сторон разделительного электрода 2 составл ет дес тые доли атмосферы и обеспечиваетс  откачка только объема газа внутри сопел 12, т.е. пор дка долей процента от полного объема газа в объеме 4. Входные диаметры сопел 12 на пор док больше диаметров каналов их втулок и это позвол ет исключить образование объемного зар да вблизи них. Сетки 13 позвол ют выравн ть потенциал вблизи сопел 12, направить ионы в центральную часть сопел. Таким образом обеспечиваетс  максимальна  откачка первой , нейтрализованной компоненты (примеси ) на стенках сопел 12 и минимальна  откачка второй компоненты (основной) газа

Расчеты показывают, что дл  полного устранени  вли ни  пространственного зар да ионов, поток которых из объема короны ст гиваетс  на поверхност х сопел 12 при рассто нии острие 8 - сетка 13, равном 2 см, радиусе коронирующего электрода 0,05 см, напр жении короны 5000 В и полном токе ионов А при давлении газа в 1 атм внешний диаметр сопла 12 должен быть пор дка 1 см. Дл  откачки из сопел 12 газа, состо щего из смеси второй компоненты и нейтрализованных атомов первой компоненты, путем уменьшени  давлени  в объеме 5 до значени  пор дка 0,8-0,9 атм при глубине конуса сопла 9,5 см и при количестве сопел 12 пор дка тыс чи диаметры и каналов в хвостовой части сопла должны быть пор дка 0,1 см. При этом поток откачиваемого газа сквозь сопла 12 имеет значение пор дка 0,01 л/с, т.е. пор дка 1% от прин того полного потока в трубе 1 л/с.

При указанных параметрах аппарата, короны и потока газа за расчетное врем  прохождени  газа вдоль трубы, равно 30 с, происходит разделение и откачка (очистка) атомов кислорода (первой компоненты) из аргона (второй компоненты) от уровн  до 10 %. При расчетах принималось, что ток в короне проходит преимущественно за счет ионизации атомов первой компоненты и количество перенесенных ионов первой компоненты из области короны на стенки сопел пропорционально времени прохождени  тока.

Использование аппарата по сравнению с существующими устройствами обладает р дом преимуществ. Так, применение коронирующего электрода в виде совокупности металлических острий и диафрагмы с коак- сиально размещенными трубками позвол ет увеличить эффективность разделени  газа путем увеличени  эффективности ионизации атомов примеси при одном и том же расходе газа - весь поток раздел етс  на отдельные потоки и каждый из них проходит сквозь область короны, в которой основным  вл етс  ионизаци  электронным ударом.

Кроме того, применение геометрии острие - плоскость (сеток на втулках в виде сопел) позвол ет существенно снизить потребл емую мощность разр да короны дл  разделени  одинакового количества газа за счет понижени  рабочего напр жени  при одном и том же токе короны, Рабочее напр жение короны снижено от 60000 В (в прототипе ) к 5000 В. Таким образом, при наборе определенного количества пар острие-сопло , при котором ток короны равен току в аппарате по прототипу, мощность разр да дл  разделени  одного и того же количества

газа падает в 12 раз.

Claims (3)

1.Аппарат дл  разделени  газа, содержащий корпус с патрубками входа газа и выхода продуктов разделени , цилиндрические металлические втулки с отверсти ми в виде сопел, размещенные на разделительном электроде, и коронирующий электрод, соединенные с источником тока, отличающийс  тем, что, с целью повышени 

эффективности разделени  газа и снижени  потребл емой мощности, он снабжен диафрагмой с изол ционными трубками, распо- ложеной между коронирующим и разделительным электродом, соединенным

с корпусом, и сеткой, размещенной между металлическими втулками с соплами и прикрепленной к их торцам, а коронирующий электрод снабжен остри ми, коаксиально размещенными в соответствующей изол ционной трубке, причем металлические втулки разделительного электрода установлены под изол ционными трубками соосно им и остри м коронирующего электрода.

2.Аппарат по п.1.отличающийс  тем, что дл  разделени  электроотрицательных газов коронирующий электрод с остри ми подключен к отрицательному полюсу источника тока.

3.Аппарат по п.1,отличающийс  тем, что дл  разделени  электроположительных газов коронирующий электрод с ос- три ми подключен к положительному полюсу источника тока.