Устройство для осуществления циклического адсорбционно- десорбционного процесса

 

Использование: устройство предназначено для разделения газовых смесей. Сущность: устройство содержит адсорберы, ресивер, сборный ресивер, компрессор и средство для создания вакуума. Адсорберы выполнены в виде совокупностей отдельных, объединенных общей входной камерой ячеек, которые размещены радиально относительно общей продольной оси устройства. Управление клапанами устройства осуществляется от кулачков общего управляющего вала через подпружиненные штоки. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к средствам для разделения газовых смесей методом короткоцикловой безнагревной адсорбции на синтетических цеолитах и может быть использовано в системах для получения кислородо- или азотообогащенного газов, для очистки газов.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для осуществления циклического адсорбционного процесса, содержащее последовательно соединенные продувочный и продуцирующий адсорберы, компрессор, вакуум-насос, управляемые и обратные клапана, а также блок управления клапанами.

Недостатками прототипа являются низкая эффективность процесса, обусловленная низкой эффективностью использования адсорбента, т.к. в существующих конструкциях адсорберов со значительным объемом поток среды распределяется по его объему неравномерно, при обратном движении среды не удается достичь полной их десорбции, требуются большие затраты времени на проведение всех последовательных стадий процесса.

Задачей изобретения является упрощение конструкции и повышение эффективности устройства.

На фиг. 1 представлена схема, поясняющая последовательность перемещения объемов газовых смесей по элементам устройства; на фиг. 2 блок-схема модуля устройства; на фиг. 3 схематично условное изображение продольного разреза устройства; на фиг. 4 разрез по А-А на фиг. 3, на фиг. 5 разрез по Б-Б на фиг. 3; на фиг. 6 разрез по В-В на фиг. 3.

Каждый модуль устройства содержит первый адсорбер 1, второй адсорбер 2, ресивер 3, сборный ресивер 4, трубопровод 5 компрессора (не показан), трубопровод 6 средства для создания вакуума (не показано), обратный клапан 7 между адсорбером 1 и ресивером 3, а также обратный клапан 8 между вторым адсорбером 2 и сборным ресивером 4. На входе адсорбера 1 имеется переключатель режимов 9, обеспечивающий попеременное подключение адсорбера 1 к трубопроводу 6 или к трубопроводу 5, реализованный с помощью управляемых клапанов соответственно 10 и 11.

На входе адсорбера 2 имеется переключатель режимов 12, обеспечивающий попеременное подключение адсорбера 2 к трубопроводу 6 или к соединительному трубопроводу 13 с выхода ресивера 3, реализованный с помощью управляемых клапанов 14 и 15.

На выходе адсорбера 2 установлен переключатель режимов 16, обеспечивающий периодическое подключение выхода адсорбера 2 ко входу сборного ресивера 4, реализованный с помощью управляемого клапана 17. Адсорбер 1 состоит из ячеек 18, которые расположены радиально и центрально-симметрично друг другу и имеют общую входную камеру 19, которая имеет с трубопроводом 5 общую стенку 20, в которой выполнено отверстие, в котором размещена клапанная насадка управляемого клапана 11. Свободный конец штока клапана 11 взаимодействует с кулачком 21 общего управляющего вала (вал показан условно). Ячейки 18 адсорбера 1 имеют также общую вакуумную полость 22, имеющую с трубопроводом 6 общую стенку 23, в сквозном отверстии которой размещена клапанная насадка управляемого клапана 10. Свободный конец штока клапана 10 взаимодействует с кулачком 24 управляющего вала.

Адсорбер 2 состоит из ячеек 25, которые размещены аналогичным образом, имеют общую камеру 26, которая с соединительным трубопроводом 13 от ресивера 3 имеет общую стенку 27, в сквозном отверстии которой размещена клапанная насадка управляемого клапана 15. Свободный конец штока клапана 15 взаимодействует с кулачком 28 управляющего вала. Ячейки 25 адсорбера 2 имеют также общую вакуумную полость 29, которая с трубопроводом 6 имеет общую стенку 30, в сквозном отверстии которой размещена клапанная насадка управляемого клапана 14. Свободный конец штока клапана 14 взаимодействует с кулачком 31 управляющего вала.

Ячейки 25 адсорбера 2 на выходе снабжены общей камерой 32, имеющей общую стенку 33 с трубопроводом, соединенным со входом сборного ресивера 4 через обратный клапан 8, в сквозном отверстии которой размещена клапанная насадка управляемого клапана 17.

Свободный конец штока клапана 17 взаимодействует с кулачком 34 управляющего вала.

Выходы сборного ресивера 4 всех модулей устройства, которые размещаются соосно вдоль оси управляющего вала, являющегося продольной осью устройства, соединены с общим сборным ресивером 35 через обратный клапан 36.

Устройство работает следующим образом (на примере разделения сжатого воздуха с целью получения кислородсодержащего компонента). В исходном положении адсорберы 1 и 2 не заполнены, а ресивер 3 заполнен порцией A обогащенной газовой смеси. Подача порции сжатого воздуха осуществляется так: кулачок 21 управляющего вала воздействует на шток клапана 11 и порция сжатого воздуха B от компрессора поступает в общую входную камеру 19 и одновременно во все ячейки 18 адсорбера 1 и через них и клапан 7 в ресивер 3, вытесняя из него порцию A в адсорбер 2. В это время выход адсорбера 2 закрыт. Далее осуществляется стадия выдержки, на которой управляемые ко=лапана 10, 11, 14, 15 и 17 закрывают входы и выходы адсорберов 1 и 2 на некоторое время, определяемое из условия обеспечения наибольшей эффективности процесса поглощения азота. При этом ячейки адсорберов 1 и 2 выполнены с относительно небольшими объемами, обеспечивающими полное и равномерное их насыщение и регенерацию.

На следующей стадии стадии выдачи продуктового газа в адсорбер 1 аналогичным образом подается новая порция сжатого воздуха C, которая вытесняет порцию B в ресивер 3 и в адсорбер 2. При этом порция A, прошедшая выдержку в адсорбере 2 и представляющая собой продуктовый газ, передается в сборный ресивер 4. Далее осуществляется стадия десорбции, т.е. из адсорберов 1 и 2 путем подключения их вакуумных полостей 22 и 29 с помощью управляемых клапанов 10 и 14 к трубопроводу 6 и вакуумированию с использованием вакуум-насоса или эжектора удаляются содержащиеся в них порции газовой смеси, обогащенной азотом.

Эта стадия осуществляется наиболее эффективным методом противотока и в результате приводит адсорберы 1 и 2 в исходное состояние готовности принять очередные порции газовой смеси. Таким образом единичный цикл работы устройства заканчивается.

Заявленные конструкции адсорберов и ресиверов позволяют реализовать всю программу работы устройства в целом с помощью одного управляющего вала. Конструкция позволяет агрегатировать однотипные модули вдоль управляющего вала, что обеспечивает повышение производительности установки до требуемой. Качественные показатели продуктового газа определяются адсорбционной способностью одного модуля.

Распределение в каждом модуле процесса адсорбции на несколько микрообъемов ячеек, которые работают параллельно, позволяет уменьшить общее время цикла, обеспечить наиболее эффективную работу сорбента и в конечном счете увеличить производительность установки. Таким образом использование заявленного решения по сравнению с известными средствами аналогичного назначения обеспечивает следующие преимущества: повышение эффективности и производительности, повышение качества продуктового газа, упрощение конструкции, простота наладки и управления.

Формула изобретения

1. Устройство для осуществления циклического адсорбционно-десорбционного процесса, включающее адсорберы, компрессор, средство для создания вакуума, соединяющие их трубопроводы и управляемые клапаны, отличающееся тем, что оно содержит по меньшей мере один модуль, выполненный в виде первого адсорбера, выход которого через обратный клапан соединен с входом ресивера, второго адсорбера, группы управляемых клапанов и сборного ресивера, при этом вход первого адсорбера посредством управляемых клапанов попеременно соединен с трубопроводом от выхода компрессора и трубопроводом средства для создания вакуума, вход второго адсорбера посредством управляемых клапанов попеременно соединен с соединительным трубопроводом от выхода ресивера и с трубопроводом средства для создания вакуума, а выход второго адсорбера через обратный клапан соединен с входом сборного ресивера, причем адсорберы каждого модуля выполнены в виде совокупности отдельных ячеек, которые размещены радиально и центрально-симметрично одна другой относительно общей продольной оси, при этом все ячейки объединены общей входной камерой и общей вакуумной полостью, а соединительные трубопроводы, а также трубопроводы компрессора и средства для создания вакуума в местах подсоединения к адсорберам имеют с этими камерами и полостями общие стенки, в которых выполнены сквозные отверстия, при этом все управляемые клапаны выполнены в виде подпружиненного штока, один конец которого размещен в сквозном отверстии соответствующей общей стенки и снабжен клапанной насадкой, а свободный конец штока установлен с возможностью взаимодействия с соответствующими кулачками общего управляющего вала.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно выполнено в виде совокупности модулей и снабжено общим сборным ресивером, к которому подсоединены сборные ресиверы всех модулей.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6