Способ получения гипоксической и гипероксической смесей и установка для его осуществления

 

Использование: для получения гипоксической и гипероксической смесей с улучшенными характеристиками. Сущность: поток отфильтрованного сжатого воздуха подвергают влагоотделению, попеременно не менее 2-х раз продувают промежуточную и крайние полости сепаратора, а затем для получения гипероксической смеси как целевого компонента разделения с максимальной концентрацией кислорода поток воздуха внутрь волокон сепаратора, получают гипероксическую смесь, очищают ее от двуокиси углерода и направляют потребителю, а для улучшения как целевого продукта гипоксической смеси с максимальным расходом поток воздуха подают в промежуточную полость сепаратора, получают гипоксическую смесь увлажняют и направляют потребителю. Установка, реализующая данный способ, дополнительно включает двухпозиционный газовый переключатель, поглотитель двуокиси углерода и сепаратора с дополнительным входом и перфорированной трубкой, герметично соединяющей основной вход сепаратора с промежуточной полостью сепаратора. Вход влагоотделителя соединен с выходом фильтра, а выход с входом газового перелючателя. У переключателя два выхода соединены соответственно через дополнительный вход сепаратора и его выход с крайними полостями, а третий соединен с основным входом сепаратора, у которого выход из промежуточной полости через увлажнитель и поглотитель двуокиси углерода связан с потребителем. 2 с. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к технике разделения газов и предназначено для получения гипоксической и гипероксической смесей. Может быть использовано в медицине при гипокситерапии и оксигенотерапии, для насыщения бассейнов кислородом, для создания регулируемой газовой среды при сохранении продукции сельского хозяйства и пищевой промышленности, создания нейтральной газовой среды при очистке танкеров и резервуаров и т.п.

Известен способ и установка для разделения газовой смеси (1). В данном техническом решении газ сжимают и сжатую смесь пропускают между мембранными элементами. Для повышения надежности разделения производится вакуумирование пространства между мембранными элементами, что значительно усложняет установку.

Наиболее близким по техническому решению является способ получения гипоксической смеси путем разделения потока воздуха в сепараторе с половолокнистыми мембранами, включающий сжатие, фильтрацию потока воздуха, его подогрев, пропускание внутрь полых волокон, диффузию "быстрых" компонентов через полупроницаемые стенки волокон и отвод к потребителю сверхсухой гипоксической смеси. Поток обогащенного кислородом воздуха в данной установке не используется и выпускается в атмосферу (2).

Установка, реализующая данный способ, представлена на фиг.1 и включает воздушный компрессор 1, фильтры твердых частиц и паров масла 2, подогреватель воздуха 3, сепаратор с половолокнистой мембраной 4, имеющей один вход 5 и два выхода 5 и 7, контрольно-измерительную и управляющую аппаратуру.

Однако в практике использования продуктов разделения воздуха часто возникает необходимость обеспечения одного и того же потребителя гипоксической или гипероксической смесью, например, при гипокситерапии и оксигенотерапии в медицине, т.е. необходимо организовать так процесс, чтобы по одной и той же линии к потребителю могла поступать по его желанию та или другая смесь. Но в прототипе имеется только один режим разделения воздуха, определяемый одновариантной схемой подачи потока сжатого воздуха внутрь волокон сепаратора.

Кроме того, очевидно, что способ организации разделения воздуха должен обеспечивать максимальный уровень концентрации и расхода целевых продуктов. Экспериментальные исследования процесса разделения, проведенные на предприятии, показали, что при подаче воздуха внутрь волокон сепаратора концентрация получаемой гипероксической смеси выше, чем при подаче его вне полых волокон и может достигать 42% вместо 35% а подавая сжатый воздух в пространство сепаратора вне волокон, можно получать больший расход гипоксической смеси при одинаковых расходах воздуха.

Для эффективной работы сепаратора важно отсутствие конденсата водяных паров, содержащихся в потоке сжатого воздуха, внутри и вне полых волокон, так как иначе уменьшается эффективная площадь поверхности разделения. В прототипе с этой целью используется подогреватель воздуха, что предъявляет повышенные требования к допустимой температуре нагрева материала для полых волокон сепаратора. Кроме того, высокая температура продуктов разделения, получаемых при этом, является нежелательным фактором при использовании гипоксической и гипероксической смесей в медицине и сельском хозяйстве и требует предварительного охлаждения перед подачей ее потребителю. Следует добавить, что получаемая в прототипе гипоксическая смесь сверхсухая, а гипероксическая смесь содержит всю углекислоту исходного воздуха.

Целью изобретения является разработка способа и установки, обеспечивающих универсальность получения гипоксической и гипероксической смесей с улучшенными характеристиками.

Поставленная цель достигается тем, что предварительно перед разделением осушенным воздухом попеременно не менее 2-х раз продувают полые волокна сепаратора внутри и вне их, при этом для получения в качестве целевого продукта гипероксической смеси воздух подают внутрь волокон сепаратора, а гипоксической смеси вне волокон, причем первую из указанных смесей перед подачей потребителю очищают от двуокиси углерода, а последнюю увлажняют.

Установка для получения гипоксической и гипероксической смесей дополнительно содержит увлажнитель и поглотитель двуокиси углерода, параллельно подключенные к выходу для потребителя посредством дополнительно введенных запорных элементов, и двухпозиционный переключатель газового потока, который входом сообщен с влагоотделителем, одним из выходов с основным входом сепаратора, а вторым с дополнительно введенным входом сепаратора, выполненным в виде размещенной в промежуточной полости сепаратора перфорированной трубки для сообщения с внешней поверхностью волокон, при этом длина участка перфораций трубки равна длине промежуточной полости сепаратора.

На фиг. 2 представлена схема предлагаемой установки. Установка содержит компрессор, фильтры твердых частиц и паров масла 2, влагоотделитель 3, двухпозиционный газовый переключатель 4 с входом 5 и выходами 6, 7, 8, сепаратор 9 с дополнительным входом 10, основным входом 11, выходами 12, 13, крайними полостями 14, 15, изолированной промежуточной полостью с половолокнистой мембраной и перфорированной трубкой 16, увлажнитель 17, поглотитель двуокиси углерода 18, запорные вентили 19.22, контрольно-измерительную и управляющую аппаратуру.

Установка работает следующим образом. Поток сжатого воздуха из компрессора 1 через фильтр 2 и влагоотделитель 3 поступает на вход 5 двухпозиционного переключателя 4, из выхода которого 8 в положении "А" через вход 10 и перфорированную трубку 16 сепаратора 9 поступает в промежуточную полость, при этом основной вход 11 и выходы переключателя 6 и 7 через трубопроводы соединяют между собой две крайние полости 14 и 15, в которые поступает газ из полых волокон. В сепараторе происходит перетекание "быстрых" молекул воздуха кислорода, двуокиси углерода и паров воды из промежуточной полости через стенки внутрь волокон. Оставшийся газ гипоксическая смесь, практически при давлении подаваемого потока сжатого воздуха вытекает из выхода 13 и через увлажнитель 17 направляется потребителю, а гипероксическая смесь, практически при атмосферном давлении выпускается в атмосферу или направляется дополнительному потребителю.

В положении переключателя "В" поток сжатого воздуха через выход 6 поступает в крайнюю полость сепаратора 14 и полые волокна, при этом гипероксическая смесь с максимально возможной концентрацией кислорода образуется в промежуточной полости, а гипоксическая смесь внутри волокон. Гипероксическая смесь через выход 13 и поглотитель двуокиси углерода 18 поступает потребителю, а гипоксическая смесь через выход 12 или направляется дополнительному потребителю или выпускается в атмосферу при давлении практически равным давлению потока сжатого воздуха.

Наличие вентилей 19.22 позволит подключать увлажнитель и поглотитель двуокиси углерода в зависимости от требований потребителя.

Следует отметить, что возможность подавать поток сжатого воздуха при давлении, практически равном давлению исходного потока как внутрь волокон, так и промежуточную полость позволяет проводить очистку этих полостей, от конденсата водяного пара. Эту операцию рекомендуется проводить путем переключения двухпозиционного переключателя попеременно из положения "А" в положение "В" 2-3 раза перед началом работы.

Для контроля за составом газовой смеси, направляемой потребителю, рекомендуется использовать комбинированный газоанализатор, позволяющий измерять парциальное давление кислорода, двуокиси углерода и водяных паров.

Технико-экономическое сравнение предлагаемого способа и установки с известными показывает, что предлагаемые технические решения позволяют: получать гипоксическую и гипероксическую смеси повышенной концентрации и расхода на одной и той же установке без дорогостоящих и трудоемких операций по переналадке установки; обеспечить устойчивую работу сепаратора без дополнительного подогрева, что позволяет использовать мембрану с низкой допустимой температурой подаваемого газа, что значительно расширяет применимость способа и не требует дополнительного охлаждения газовой смеси при использовании ее в медицине и сельском хозяйстве; улучшить свойства получаемых газовых смесей, при необходимости увлажняя и очищая от двуокиси углерода.

Формула изобретения

1. Способ получения гипоксической и гипероксической смесей, заключающийся в сжатии, фильтрации, влагоотделении и разделении воздуха путем пропускания последнего через сепаратор с половолокнистой мембраной с последующей подачей потребителю в качестве целевого продукта гипоксической смеси, отличающийся тем, что предварительно перед разделением осушенным воздухом попеременно не менее двух раз продувают полые волокна сепаратора внутри и вне их, при этом для получения в качестве целевого продукта гипероксической смеси воздух подают внутрь волокон сепаратора, а гипоксической смеси вне волокон, причем первую из указанных смесей перед подачей потребителю очищают от диоксида углерода, а последнюю увлажняют.

2. Установка для получения гипоксической и гипероксической смесей, содержащая сообщающиеся воздушный компрессор, фильтры твердых частиц и паров масел, влагоотделитель и сепаратор с изолированной промежуточной полостью для размещения половолокнистой мембраны с основным входом и двумя выходами соответственно для сообщения с потребителем и с атмосферой, отличающаяся тем, что она содержит увлажнитель и поглотитель диоксида углерода, параллельно подключенные к выходу для потребителя посредством дополнительно введенных запорных элементов, и двухпозиционный переключатель газового потока, входом сообщенный с влагоотделителем, одним из выходов с основным входом сепаратора, а вторым с дополнительно введенным входом сепаратора, выполненным в виде размещенной в промежуточной полости сепаратора перфорированной трубки для сообщения с внешней поверхностью волокон, при этом длина участка перфорации трубки равна длине промежуточной полости сепаратора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2