TWI580466B

TWI580466B - 臥式轉輪及流體淨化處理系統

Info

Publication number: TWI580466B
Application number: TW104138918A
Authority: TW
Inventors: 張豐堂
Original assignee: 傑智環境科技股份有限公司; 張豐堂
Priority date: 2015-11-24
Filing date: 2015-11-24
Publication date: 2017-05-01
Also published as: TW201718075A

Description

臥式轉輪及流體淨化處理系統

本發明係關於一種流體處理設備，特別係關於一種具有可擴充功能且便於清洗的轉輪式流體處理設備。

TW I297281號發明專利揭示了一種廢氣除臭裝置及其方法，該廢氣除臭裝置具有一環形轉輪，轉環式吸脫附器是繞一垂直軸旋轉並設有沸石層，沸石層僅在水平方向上具有可供流體通過的流道，轉輪中央底部設有底板而形成氣密，此類環形轉輪或轉環式吸脫附器有其缺點在於，一旦裝置完成組裝，即無法擴充安裝額外的吸附材料，因此當製程條件變化而使待處理廢氣的化合物組成或濃度發生變化時，此類環形轉輪或轉環式吸附器將可能無法適用於新製程，從而對業者帶來困擾。

除此之外，這類環形轉輪或轉環式吸脫附器另有一缺點在於，不易以洗滌液清洗吸附層(例如沸石層)，原因在於，此類吸附層的流道係在水平方向上延伸，且吸附器中央底部被底板所密封，因此若以洗滌液由外朝內灌洗時，洗滌液容易在吸附器中央容室的底部累積，不易對外排出；而若以洗滌液由內朝外灌洗，則需由工作人員進入吸附器中央容室人工灌洗，因此缺乏工作效率。

為了解決此類環形轉輪所存在不易清洗的問題，以往業界常用如TW I318892號發明專利所揭示的直立式轉輪，該轉輪具有一平行於水平面的轉軸，且其吸附材內具有在水平方向上延伸的流道，如此一來，可使用洗滌液從這類直立式轉輪的一面朝另一面灌洗，洗滌液可由另一面流出而不累積在轉輪內部。

但是，此類直立式轉輪吸脫附器仍然無法解決吸附層無法擴充的問題，因為此類直立式轉輪的兩側被支撐架所夾持，兩支撐架之間的間距既已固定，轉輪的厚度即無法調整，也因此這類直立式轉輪仍欠缺可擴充性，從而無法或難以適應日後製程可能發生的變化。

再者，習用的環形轉輪或轉環式吸脫附器或直立式轉輪吸脫附器，因其受風面的氣流方向均垂直於重立方向，因此以往的轉輪其支撐結構除需承載重力方向上的轉輪重量之外，還必須承載水平方向的受風面壓力，因此容易受到所處理氣流(特別是較大面積的吸附側)受風面壓力的作用而在水平方向上產生偏移，從而通常無法處理面風速大於3.5m/s以上或經過轉輪的風壓差大於75mmWG以上的氣流，致使單一吸脫附器所能處理的風量受限，而無法滿足低濃度而特大風量(一般大於200,000m³/hr)的處理需求，或者造成吸脫附器的吸附材厚度受限(一般蜂巢狀吸附單體厚度小於500mm)。

有鑑於此，本發明之主要目的在於提供一種具有可擴充性且便於清洗的臥式轉輪。

為了達成上述及其他目的，本發明提供一種臥式轉輪，其包括一箱體、一轉輪單元及一驅動手段，該箱體具有至少一流體入口及至少一流體出口，該轉輪單元具有一轉軸而可轉動地設於該箱體內，該轉輪單元將箱體分隔為一上容室及一位置低於上容室的下容室，流體入口係連通上、下容室其中一者，流體出口則連通上、下容室另一者，轉軸之軸向實質垂直於一水平面，轉輪單元具有一上轉輪面、一位置低於上轉輪面的下轉輪面、及設於上、下轉輪面之間的第一處理材，上、下轉輪面實質平行於水平面，第一處理材中定義有連接上、下轉輪面的第一流道而供流體在實質平行於轉軸軸向的方向上流動於上、下容室之間，驅動手段則用以驅動轉輪單元相對箱體轉動。

為了達成上述及其他目的，本發明還提供了一種流體淨化處理系統，用以處理含揮發性有機化合物之廢氣，該流體淨化處理系統包含前述臥式轉輪及一後端處理設備，該臥式轉輪及後端處理設備之間以風管連結，該後端處理設備係用以進一步淨化自該箱體排出的含揮發性有機化合物之廢氣，該後端處理設備為一焚化爐、冷凝器或流體化浮動床吸脫附設備。

本發明所揭示的臥式轉輪具備可擴充性，亦即可在上轉輪面上方增設額外的處理材或額外的轉輪，因而得以因應日後製程可能的變化。除此之外，該臥式轉輪的流道大致垂直於水平面，使得洗滌液不易殘留在轉輪內部，從而具備便於清洗的功能。

1‧‧‧臥式轉輪

2‧‧‧流體淨化處理系統

3‧‧‧後端處理設備

10‧‧‧箱體

11‧‧‧流體入口

12‧‧‧流體出口

13‧‧‧上容室

14‧‧‧下容室

15‧‧‧中隔板

16‧‧‧環狀封板

17‧‧‧密封圈

18‧‧‧支撐架

181‧‧‧滾輪

19‧‧‧維修門

20‧‧‧轉輪單元

21‧‧‧轉軸

22‧‧‧上轉輪面

23‧‧‧下轉輪面

24‧‧‧第一處理材

25‧‧‧法蘭

26‧‧‧環形框架

27‧‧‧吸附區

28‧‧‧脫附區

29‧‧‧冷卻區

31‧‧‧馬達減速機構

311‧‧‧馬達護罩

32‧‧‧輸出軸

33‧‧‧支撐軸

331‧‧‧齒盤

332‧‧‧止推軸承

34‧‧‧導軸

35‧‧‧套管組

40‧‧‧上風箱

41‧‧‧延伸段

42‧‧‧穿孔

43‧‧‧隔板

50‧‧‧下風箱

53‧‧‧隔板

55‧‧‧支撐架

60‧‧‧輔助輪單元

61‧‧‧上輔助輪面

62‧‧‧下輔助輪面

63‧‧‧第二處理材

第1圖為本發明臥式轉輪第一實施例的立體圖。

第2圖為本發明臥式轉輪第一實施例的大部位分解圖。

第3圖為本發明臥式轉輪第一實施例的細部分解圖，其中箱體未繪出。

第4圖為本發明臥式轉輪第一實施例的前視圖，其中箱體內部以剖面表示。

第5圖為本發明臥式轉輪第一實施例的局部放大剖面圖，主要表現支撐軸與上風箱的連結機構。

第6圖為本發明臥式轉輪第一實施例的局部放大剖面圖，主要表現密封結構。

第7圖為本發明臥式轉輪第二實施例的細部分解圖，其中箱體未繪出。

第8圖為本發明臥式轉輪第二實施例的局部放大剖面圖，主要表現支撐軸與上風箱的連結機構。

第9圖為本發明臥式轉輪第三實施例的前視圖，其中箱體內部以剖面表示。

第10圖為本發明流體淨化處理系統較佳實施例的示意圖。

請參考第1至5圖，所繪示者為本發明第一實施例之臥式轉輪，該臥式轉輪1包括一箱體10、一轉輪單元20及一驅動手段。臥式轉輪1是用以對氣體或液體等流體進行處理，包括但不限於將氣體或液體中的部分物質加以去除、改質或使其物理狀態產生變化。所述「臥式」係指，相較於既有的水平軸向轉輪，本發明的臥式轉輪的軸向則是在垂直方向延伸。

箱體10具有一流體入口11及一流體出口12，其外型可為但不限於方形六面體，流體入口11位於其中一側壁下半部的位置，流體出口12則位於頂壁；若欲在箱體內形成多個流體通道，箱體10還可具有額外的流體入口及流體出口，從而適應於其他可能的流道設計需求。流體入口11與流體出口12的位置並不以前述為限，惟兩者以分別位於箱體10的上、下半部為佳，例如，流體入口可改位於箱體的上半部，而流體出口則改位於箱體的下半部；在其他可能的實施例中，箱體可改為其他外型，例如圓筒形。另外，在箱體10的其中一側壁上還可設有可供人員進出箱體10的維修門19。

轉輪單元20具有一轉軸21而可轉動地設於箱體10內，轉輪單元20將箱體10分隔為一上容室13及一位置低於上容室13的下容室14，流體入口11連通上、下容室13、14其中一者，流體出口12則連通於上、下容室13、14另一者。本實施例中，流體入口11是連通下容室14，流體出口12則連通於上容室13。本實施例中，轉軸21為一輪鼓，亦即轉軸21的中心呈中空，轉軸21的軸向實質垂直於一水平面，亦即與重力的方向實質平行或僅在可能的誤差範圍內與重力方向略有夾角。轉輪單元20還具有一上轉輪面22、一位置低於上轉輪面22的下轉輪面23、及設於上、下轉輪面22、23之間的第一處理材24，上、下轉輪面22、23實質平行於水平面且垂直於轉軸21的軸向，第一處理材中定義有連接上、下轉輪面22、23的第一流道而供流體在實質平行於轉軸21軸向的方向上流動於上、下容室13、14之間。所述實質平行於轉軸21軸向包括但不限於完全平行或大致平行，例如在可能的場合中，第一流道雖非完全呈線性而有曲折的流道，但整體而言可將流體由上轉輪面22導引至下轉輪面23或由下轉輪面23導引至上轉輪面22，亦為本文所述的「實質平行於轉軸軸向」。本文所述「實質平行於轉軸軸向」不包括使流體經由轉輪單元的徑向內側或徑向外側對外排出或向內引入。

其中，第一處理材24具有可使待處理的流體中的部分物質加以去除、改質或使其物理狀態產生變化的能力，而根據所欲實現的處理效果，第一處理材24可選用但不限於觸媒、沸石、活性碳、高分子樹酯、碳分子篩、多孔性吸附材或其組合。以多孔性吸附材為例，第一處理材24可為親水性或殊水性的沸石、活性碳、活性氧化鋁、矽膠或其組合，其中親水性沸石例如為A型、13X 型或低矽鋁比Y型沸石，殊水性沸石則例如為ZSM-5型、MCM型(Mobil composite of matter)或高矽鋁比Y型沸石，所述MCM型沸石例如可為具六角晶狀結構(hexagonal)的MCM-41、具立方結構(cubic)的MCM-48、具層狀結構(lamellar)的MCM-50等M41S族沸石，這些沸石材料例如可自天津南化催化劑有限公司購得；又或者，多孔性吸附材也可為蜂巢狀吸附單體，所述吸附單體的材質可為蜂巢狀沸石吸附單體、蜂巢狀矽膠吸附單體、蜂巢狀活性碳纖維紙或纖維布、或蜂巢狀瓦楞紙吸附單體等，這些吸附單體可在軸向方向上彼此堆疊，這些吸附單體例如可自Nichias Corp.或Seibu Giken Corp.購得。

為了實現上、下容室13、14之間可能需要的氣密性，箱體10及轉輪單元20之間可僅具有一組密封結構，密封結構使流體僅能經由第一流道24而在上、下容室13、14之間流動。在本實施例中，箱體10還包括一水平延伸的中隔板15，中隔板15中央形成與轉輪單元20外輪廓實質互補的開口，另如第6圖所示，中隔板15沿該開口朝上垂直延伸一環狀封板16，環狀封板16上固定一密封圈17，密封圈17與轉輪單元20外周緣的法蘭25保持緊貼並形成氣密，密封圈17的剖面可呈但不限於P形(如本實施例)、n形、V形、長方形、扁條形、圓形、橢圓形、三角形、其他幾何造型或其他不規則造形，密封圈17之材質可選用但不限於橡膠、矽膠或鐵弗龍(聚四氟乙烯)。本實施例中，密封圈17是緊貼於法蘭25的底部，惟在其他可能實施例中，密封圈17也可改緊貼於法蘭25的外側環緣或頂部，此時中隔板15及法蘭25的外型亦可對應調整。與已知需配置兩組密封結構的直立式轉輪相較，本實施例能夠減少一組密封結構的設置，因而有助於降低為實現密封性所衍生的加工成本。本實施例中，所述中隔板、環狀封板、密封圈及法蘭構成所述密封結構，為密封結構的型態並不以此為限，例如也可僅包括密封圈而與轉輪單元外周面緊貼合。

驅動手段是用以驅動轉輪單元20相對箱體10轉動，為此驅動手段可以包括一馬達減速機構31以及連接於馬達減速機構31與轉輪單元20之間的傳動元件，所述馬達減速機構31是指馬達與減速機之結合，其中馬達用以產生並輸出動力，減速機用以降低轉速，馬達減速機構31之整體具有一輸出軸32用以對外輸出動力，傳動元件可為但不限於連接於輸出軸32與轉輪單元20的傳動軸、齒輪、傳動帶等元件。

本實施例中，傳動元件為一支撐軸33，支撐軸33穿設於轉軸21並可受馬達減速機構31驅動旋轉，支撐軸33底部具有可與輸出軸32嚙合的齒盤331，支撐軸33與轉軸21呈同步轉動關係且可支撐轉輪單元20的至少一部份重量。在其他可能的實施例中，傳動元件可為繞設於馬達減速機構之輸出軸與轉輪單元外周面的傳動帶。

為了防止馬達減速機構31污損或受到腐蝕，馬達減速機構31外側可罩設一馬達護罩311，使馬達減速機構31與下容室14其他區域隔離，避免馬達減速機構31直接與待處理流體接觸。

本實施例中，為了在箱體10內形成至少一獨立的流體通道，臥式轉輪1還可包括一上風箱40及一下風箱50，上、下風箱40、50的位置在軸向上重疊，且上風箱40局部罩設於上轉輪面22，下風箱50局部罩設於下轉輪面23，上風箱40具有一朝支撐軸33延伸的延伸段41，延伸段41具有一可供支撐軸33可轉動地穿設的穿孔42，上風箱40的至少一部份重量可由支撐軸33負荷，此時支撐軸33上更套設有一止推軸承332，用以供延伸段41承靠，支撐軸33與延伸段41之間另可設有滾珠軸承等其他軸承，下風箱50的重量則可由設於下風箱50下方的支撐架 55負荷。其中，對應於被上、下風箱40、50局部罩設區域的第一流道、上風箱40內部及下風箱50內部界定出所述獨立的流體通道。本實施例中，上、下風箱40、50內部各具有一徑向延伸的隔板43、53，藉此，轉輪單元20可被區隔為一吸附區27、一脫附區28及一冷卻區29，吸附區27界定於未被上、下風箱40、50局部罩設的區域，脫附區28及冷卻區29界定於被上、下風箱40、50罩設的區域內，且脫附區28及冷卻區29被所述隔板43、53隔開，較佳者，上、下風箱40、50與上、下轉輪面22、23之間也具有密封圈而使脫附區28及冷卻區29分別位於各自獨立的流體通道內，這些獨立的流體通道分別與位於箱體10側壁上的流體出口/流體入口分別連通。

在其他可能的實施例中，上、下風箱40、50可不具有所述隔板43、53，此時轉輪單元20僅具有一吸附區27及一脫附區28，上、下風箱40、50局部罩設的區域圍構所述脫附區28，其中脫附區28與吸附區27在上轉輪面22的面積比通常介於1：2-15，較佳介於1：8-12。

在其他可能的實施例中，較大面積比的吸附區27所處理的氣流面風速為0-10m/s，經過轉輪的風壓差介於0-250mmWG，而本發明的好處在於，由於氣流方向與重力方向平行，因此即便在較大風速(例如3.5-10m/s高風速)或/及較大風壓差(例如75-250mmWG風壓差)的情況下，轉輪單元也不會因為結構支撐性不足而產生水平方向上的偏移，而能夠穩固地運轉。

在其他可能的實施例中，上、下風箱亦可省略，此時箱體10內僅具有單一的流體通道，使流體經由流體入口11進入箱體10之後，將流經第一流道而自流體出口12離開箱體10。

在如第7至8圖所式的第二實施例中，驅動手段具有前述馬達減速機構31、一穿設於轉軸21內的導軸34、及一設於馬達減速機構31與導軸34之間的套管組35，此時套管組35之作用與前述傳動元件相同，亦即套管組35可受馬達減速機構31驅動旋轉，並將馬達減速機構31的動力輸出至轉軸21，使得套管組35與轉軸21可同步轉動，導軸34則相對靜止而與套管組35及轉軸21呈可相對轉動關係。在可能的實施例中，套管組35可為交叉滾子型轉盤軸承組。

上風箱40同樣可具有一延伸段41朝導軸34延伸，延伸段41的穿孔42則供導軸34穿設而使導軸34可負荷上風箱40的至少一部份重量。由於此時導軸34與上風箱40相對靜止，因此導軸34與上風箱40之間可不設有軸承。

本發明所揭示之臥式轉輪其中一項優點在於，上轉輪面22可不設有用以支撐轉輪單元20重量的機構，亦即轉輪單元20的重量主要由設於下轉輪面23及轉軸21的重量負荷機構所負荷，這些重量負荷機構包括但不限於驅動手段中的支撐軸33或套管組35、以及設於下容室14的支撐架18，轉輪單元10更具有一位於下轉輪面23的環形框架26，支撐架18頂端具有一抵頂於環形框架26的滾輪181，用以負荷該轉輪單元20一部份的重量，也因此，臥式轉輪在上轉輪面22上方具有較佳的可擴充性。

例如，在第9圖所示的使用狀態中，臥式轉輪1更包括一輔助輸單元60，輔助輪單元60選擇性地設於上容室13而位於上風箱40與上轉輪面22之間，輔助輪單元60具有一上輔助輪面61、一位置低於上輔助輪面61的下輔助輪面62、及設於上、下輔助輪面61、62之間的第二處理材63，上、下輔助輪面61、62實質平行於水平面，下輔助輪面61緊貼於上轉輪面22，且第二處理材中定義有連接上、下輔助輪面61、62的第二流道，第一、第二流道彼此連通而供流體在實質平行於轉軸軸向的方向上流動於上、下容室13、14之間。

本實施例中，轉輪單元20與輔助輪單元60彼此疊設並形成氣密，因此箱體與轉輪單元之間仍可僅設有一組密封結構，使流體僅能經由第一、第二流道而在上、下容室之間流動。

第二處理材可為與第一處理材相同或相異的材質。在可能的實施例中，第一、第二處理材均為多孔性吸附材，且第一、第二處理材的平均孔徑相異而用以分別吸附具有不同分子徑的揮發性有機化合物；例如，第一處理材可為平均孔徑為1奈米以下的微孔多孔性吸附材而主要用以處理分子徑為1奈米以下的揮發性有機化合物，第二處理材則可為平均孔徑為1奈米以上的中孔多孔性吸附材而主要用以處理含有較大分子徑的揮發性有機化合物，例如石油腦(Naphtha)或三甲苯；在其他可能的實施例中，第一處理材可改為中孔多孔性吸附材，而第二處理材則可改為微孔多孔性吸附材。在可能的實施例中，第一、第二處理材其中一者為親水性材質而用以處理具有極性的揮發性有機化合物，且第一、第二處理材另一者為殊水性材料而用以處理實質不具有極性的揮發性有機化合物。藉由不同材質的吸附特性，能對含有揮發性有機化合物的廢氣進行有效處理淨化

輔助輪單元60可選擇性地設置於上容室13或選擇性地自上容室13移出，故較佳者，上風箱40可在第一位置及第二位置之間相對轉軸單元20軸向位移，當上風箱40位於第一位置時，上風箱40局部罩設於上轉輪面22，即如第4圖所示，而當上風箱40位於第二位置時，上風箱40與上轉輪面22分離，此時上風箱40與上轉輪面22之間可設有該輔助輪單元60，從而上風箱40可局部罩設於上輔助輪面61，此時即如第9圖所示。當上風箱40的軸向位置改變時，與上風箱40相連的箱體10側板亦可能需要一併替換，使該側板上的流體入口/出口的位置能與上風箱40的高度相對應。

藉由前述輔助輪單元可選擇性設置或移出的特性，本發明的臥式轉輪將能實現習用轉輪所欠缺的可擴充性。

請參考第10圖，所繪示者為具有前述臥式轉輪1的流體淨化處理系統2，該流體淨化處理系統2更具有一後端處理設備3，臥式轉輪1及後端處理設備3之間以風管連接，後端處理設備3是用以進一步淨化自箱體排出的含揮發性有機化合物之廢氣，後端處理設備3可為但不限於焚化爐、冷凝器或流體化浮動床吸脫附設備。

基於上述設計，本發明可實現的有益效果包括但不限於：(1)具備可擴充性，轉輪的厚度選擇更具彈性；(2)轉輪單元內的流道是實質平行於轉軸軸向，便於以洗滌液灌洗處理材；(3)轉輪單元的受風面氣流方向與重力方向平行，能夠抵抗較大的入口風壓及氣流流速；(4)轉輪的重量負荷機構易於設計與製作；(5)能夠減少一組密封結構的設置；(6)轉輪的蜂巢狀吸附單體厚度可大於500mm。