Установка для очистки газов от паров растворителей

Изобретение относится к технике очистки газов от паров растворителей с переводом этих паров в конденсат, пригодный для дальнейшего применения по прямому назначению, и может быть использовано в машиностроении, нефтехимической, химической и других отраслях промышленности. Установка для очистки газов от паров растворителей содержит герметичную камеру 1 с газовыпускным патрубком 2 в верхней ее части и сливным патрубком 23 в нижнем днище 22, газовпуск 4, впускной патрубок 5, снабженный завихрителем 6 с радиальным выходом. Соосно с впускным патрубком 5 прикреплен кольцевой коллектор 7 для криогенной жидкости с входным патрубком 8. Контактный теплообменник 9 образован усеченной конической обечайкой 10, большим основанием прикрепленной через кольцевой коллектор 7 к верхнему днищу камеры, а меньшим основанием, снабженным расширяющимся насадком 11, обращенной к нижней части камеры. Между контактным теплообменником и боковой стенкой камеры 1 установлен кольцевой фильтр 12. Во внутренней стенке коллектора 7 криогенной жидкости выполнены тангенциальные выпускные отверстия, напротив которых расположена кольцевая направляющая в виде выступа на днище 3. Греющий теплообменник 24 и донный фильтр 20 размещены в нижней части камеры. Теплообменник снабжен размещенным ниже завихрителя 6 впускного патрубка 5 центральным телом 17 и винтовым приводом 19 перемещения его вдоль оси теплообменника, образующим кольцевой проход для отделяющейся суспензии и являющимся одновременно демпфером колебаний давления. Это позволяет при увеличении концентрации паров растворителя в очищаемом газе увеличить как расход криогенной жидкости, так и проходное сечение для отвода образующейся дисперсии, а при снижении концентрации уменьшить расход криогенной жидкости. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к технике очистки газов от паров растворителей с переводом этих паров в конденсат, пригодный для дальнейшего применения по прямому назначению, и может быть использовано в машиностроении, нефтехимической, химической и других отраслях промышленности.

Известно приспособление для очистки отработанных газов из емкостей и промышленных установок, состоящее из камеры, работающей под давлением, содержащей газовпуск и газовыпуск, причем впускное приспособление присоединено к камере тангенциально, камера обеспечена нагревающими приспособлениями, содержит газовыпуск с нагревательным приспособлением и тангенциально введенные дюзы для подачи в камеру инертного газа в жидком состоянии, внутри камеры и на газовыпуске установлены направляющие (пат. ФРГ №2316570, кл. В01D 5/00, 1973).

К недостаткам этого приспособления относятся повышенный расход криогенной жидкости, идущей на охлаждение газа, конденсацию паров растворителей и охлаждение обогреваемых стенок камеры, применение теплоносителя для обогрева стенок камеры и газовыпуска, унос паров и аэрозольных кристаллов загрязнений с потоком газов через газовыпуск.

Известна установка для очистки газов от паров растворителей, содержащая камеру с газовыпускным патрубком в верхней части и сливным патрубком в нижнем днище, газовпуск, включающий входящий в верхнее днище впускной патрубок, снабженный завихрителем с радиальным выходом, охватывающие впускной патрубок и соосные с ним контактный теплообменник, образованный усеченной конической обечайкой, большим основанием прикрепленной к верхнему днищу камеры, а меньшим основанием, снабженным расширяющимся насадком, обращенной к нижней части камеры, кольцевой коллектор криогенной жидкости с входным патрубком, во внутренней стенке которого выполнены тангенциальные выпускные отверстия, и кольцевая направляющая, размещенная напротив выпускных отверстий коллектора, кольцевой фильтр, внутренний край которого прикреплен к обечайке теплообменника, а наружный - к внутренней стенке камеры, греющий теплообменник и донный фильтр, размещенные в нижней части камеры (пат. RU №2103044, кл. В01В 5/00, 1992).

Недостатком этой установки является узкий концентрационный диапазон паров растворителя в очищаемом газе, при котором установка работает в оптимальном режиме.

При превышении этого диапазона, вследствие увеличения теплоподвода, обусловленного увеличением тепла конденсации паров растворителя, криогенная жидкость в коллекторе вскипает, что нарушает стабильность ее подачи через тангенциальные выпускные отверстия, уменьшает расход и вызывает пульсации давления в теплообменнике. В результате стенка теплообменника, начиная с горловины, осушается и на незащищенную пленкой криогенной жидкости поверхность налипают кристаллики растворителя, закупоривая нижнюю часть теплообменника. Пульсации давления нарушают стабильность работы установки. Подавление кипения криогенной жидкости повышением давления только сдвигает диапазон в сторону повышенной концентрации.

При концентрации паров растворителя ниже границы диапазона непроизводительно расходуется криогенная жидкость.

В силу изложенного эта установка малопригодна для очистки газов с переменной концентрацией паров растворителя, например при удалении остатков растворителя из емкостей, где концентрация по мере очистки уменьшается.

Еще одним недостатком известной установки является недостаточная эффективность отделения дисперсной фазы от газа, что при повышенной концентрации паров растворителя в газе приводит к забиванию фильтра частицами дисперсной фазы.

Технической задачей, решаемой изобретением, является расширение расходных и концентрационных диапазонов устойчивой работы установки и уменьшение относительного расхода криогенной жидкости.

Дополнительной технической задачей является повышение эффективности отделения дисперсной фазы от газа.

Эти технические задачи решаются за счет того, что в установке для очистки газов от паров растворителей, содержащей камеру с газовыпускным патрубком в верхней части и сливным патрубком в нижнем днище, газовпуск, включающий входящий в верхнее днище впускной патрубок, снабженный завихрителем с радиальным выходом, охватывающие впускной патрубок и соосные с ним контактный теплообменник, образованный усеченной конической обечайкой, большим основанием прикрепленной к верхнему днищу камеры, а меньшим основанием, снабженным расширяющимся насадком, обращенной к нижней части камеры, кольцевой коллектор криогенной жидкости с входным патрубком, во внутренней стенке которого выполнены тангенциальные выпускные отверстия, и кольцевая направляющая, размещенная напротив выпускных отверстий коллектора, кольцевой фильтр, внутренний край которого прикреплен к обечайке теплообменника, а наружный - к внутренней стенке камеры, греющий теплообменник и донный фильтр, размещенные в нижней части камеры, контактный теплообменник снабжен размещенным ниже завихрителя впускного патрубка центральным телом и средством перемещения его вдоль оси теплообменника.

При перемещении центрального тела изменяется кольцевой зазор между ним и конической обечайкой теплообменника, изменяя тем самым расходные характеристики последнего, причем, увеличение расхода, в основном, компенсируется увеличением расхода криогенной жидкости. Это позволяет при увеличении концентрации паров растворителя в очищаемом газе увеличить как расход криогенной жидкости, так и проходное сечение для отвода образующейся дисперсии, а при снижении концентрации уменьшить расход криогенной жидкости, т.е. обеспечить оптимальную работу установки в более широком диапазоне концентраций.

Кроме того, газовый поток, обтекая центральное тело, разворачивается, вынося частицы дисперсии в приосевую зону камеры, что способствует их отделению от газа.

Если центральное тело выполнено с открытой снизу полостью, при его обтекании газовым потоком у его кромки формируется горообразный вихрь, в котором происходит сепарация кристалликов растворителя: более крупные выносятся в приосевую зону камеры, а более мелкие, рециркулируя, возвращаются в поток и служат центрами кристаллизации. Это способствует укрупнению кристалликов и, следовательно, более быстрому их оседанию.

Кроме того, полость служит демпфером пульсации давления в камере.

Для стабилизации стекающей по внутренней стенке обечайки контактного теплообменника пленки криогенной жидкости и снижения ее расхода обечайка может быть снабжена снаружи теплоизоляцией.

Снабжение камеры дополнительным газовыпускным патрубком, размещенным под донным фильтром, способствует оседанию кристалликов растворителя и разгружает кольцевой фильтр.

Камера может быть снабжена внутренними продольными ребрами, которые тормозят вихревое движение выходящего из теплообменника потока и при обтекании которых частицы дисперсии дополнительно сепарируются, концентрируются, разгружая тем самым фильтры.

Коллектор криогенной жидкости может быть снабжен каналами для дополнительной подачи криогенной жидкости в пространство над кольцевым фильтром между коническим теплообменником и стенками камеры. Это позволяет дополнительно охладить обечайку контактного теплообменника снаружи, стабилизируя стекающую по внутренней стенке пленку криогенной жидкости, и перераспределить поток газа в сторону увеличения расхода через дополнительный газовыпускной патрубок.

При этом оптимальное отношение суммарных площадей проходных сечений каналов для дополнительной подачи криогенной жидкости и тангенциальных каналов составляет 0,2-0,3.

На фиг.1 представлен общий вид установки для очистки газов от паров растворителей, на фиг.2 - разрез по А-А, на фиг.3 - разрез по Б-Б.

Установка для очистки газов от паров растворителей содержит герметичную камеру 1 с газовыпускным патрубком 2 в верхней ее части. На верхнем днище 3 камеры расположен газовпуск 4, включающий входящий в верхнее днище впускной патрубок 5, снабженный завихрителем 6 с радиальным выходом. К верхнему днищу 3 соосно с впускным патрубком 5 прикреплен кольцевой коллектор 7 для криогенной жидкости с входным патрубком 8. Охватывающий впускной патрубок и соосный с ним контактный теплообменник 9 образован усеченной конической обечайкой 10, большим основанием прикрепленной через кольцевой коллектор 7 к верхнему днищу камеры, а меньшим основанием, снабженным расширяющимся насадком 11, обращенной к нижней части камеры. Между контактным теплообменником и боковой стенкой камеры 1 установлен отделяющий верхнюю часть камеры с газовыпускным патрубком 2 кольцевой фильтр 12, внутренний край которого герметично прикреплен к обечайке 10 теплообменника на уровне горловины, а наружный - к внутренней стенке камеры. Во внутренней стенке 13 коллектора 7 криогенной жидкости выполнены тангенциальные выпускные отверстия 14, напротив которых расположена кольцевая направляющая 15 в виде выступа на днище 3. Коллектор снабжен также каналами 16 для дополнительной подачи криогенной жидкости в пространство над кольцевым фильтром между конической обечайкой 10 теплообменника и боковой стенкой камеры. По оси теплообменника 9, под впускным патрубком 5, размещено центральное тело 17 с полостью 18, открытой снизу, снабженное винтовым приводом 19 перемещения его вдоль оси теплообменника.

Донная часть камеры отделена донным фильтром 20, к боковой стенке этой части присоединен дополнительный газовыпускной патрубок 21, а коническое нижнее днище 22 снабжено сливным патрубком 23. Нижняя часть камеры охвачена греющим теплообменником 24. Обечайка 10 контактного теплообменника и камера 1 снабжены наружной теплоизоляцией 25 и 26 соответственно. Боковая стенка камеры между кольцевым и донным фильтрами снабжена внутренними продольными ребрами 27.

Для дополнительной подачи криогенной жидкости камера снабжена расположенным на верхнем днище патрубком 28. Для контроля режимов процесса установка снабжена термодатчиками 29 и манометрами 30.

Установка для очистки газов от паров растворителей работает следующим образом.

Криогенная жидкость, например жидкий азот, подается через патрубок 28 непосредственно в контактный теплообменник 9, а через патрубок 8 в коллектор 7 и далее через тангенциальные выпускные отверстия 14 и каналы 16 в теплообменник и в пространство над кольцевым фильтром 12. Производится захолаживание установки. По окончании захолаживания и прекращения кипения криогенной жидкости в коллекторе прекращают подачу криогенной жидкости через патрубок 28, продолжая подачу через патрубок 8. Жидкость вытекает из коллектора с большой скоростью через тангенциальные выпускные отверстия 14 на кольцевую направляющую 15, растекается по ней и, частично разбрызгиваясь, закрученной кольцевой пеленой стекает на коническую обечайку 10, а по ней - в нижнюю часть камеры.

Подлежащий очистке газ через газовпуск 4 и завихритель 6 впускного патрубка 5 подают в контактный теплообменник 9, при этом происходит интенсивный теплообмен между потоком испаряющейся криогенной жидкости и закрученным завихрителем газовым потоком. Происходит быстрая кристаллизация паров растворителя, содержащихся в потоке газа, образование суспензии из кристаллов растворителя в криогенной жидкости и аэрозоля из кристаллов растворителя в очищаемом газе и испаряющейся криогенной жидкости. Образовавшаяся в пристенном потоке жидкости суспензия стекает в нижнюю часть камеры, где криогенная жидкость продолжает испаряться, поддерживая внутри нее необходимую для исключения преждевременного плавления кристаллов растворителя температуру. Поток аэрозоля, обтекая центральное тело 17, разворачивается сначала в сторону оси теплообменника, а затем вдоль нее. При этом кристаллики растворителя выносятся в приосевую зону. При обтекании центрального тела с открытой снизу полостью 18, вследствие возникающего в ней из-за эжекции разрежения, формируется торообразный вихрь, в котором происходит сепарация кристалликов растворителя: более крупные выносятся в приосевую зону камеры, а более мелкие, рециркулируя, возвращаются в поток и служат центрами кристаллизации для не закристализовавшегося растворителя, что способствует укрупнению кристалликов. Далее поток, проходя через завесу падающих капель суспензии и дополнительно очищаясь, разделяется. Одна часть, огибая край расширяющегося насадка 11, проходит через кольцевой фильтр 12 и отводится через газовыпускной патрубок 2. Другая часть, проходя через среднюю часть камеры и донный фильтр 20, отводится через дополнительный газовыпускной патрубок 21. При этом вихревое движение потока тормозится внутренними продольными ребрами 27, причем при обтекании ребер частицы дисперсии задерживаются ими.

Процесс контролируется при помощи термодатчиков 29 и манометров 30 и регулируется перемещением центрального тела 17 при помощи винтового привода 19 вдоль оси теплообменника. При большой концентрации растворителя в газе центральное тело смещают вверх, увеличивая проходное сечение между ним и конической обечайкой 10 и увеличивая тем самым расход через теплообменник. Это увеличение расхода, в основном, компенсируется увеличением расхода криогенной жидкости, обеспечивающим отвод при ее испарении увеличенного тепла конденсации паров растворителя. При уменьшении концентрации центральное тело смещают вниз, уменьшая проходное сечение и, соответственно, уменьшая расход криогенной жидкости.

При очистке газов с постоянной концентрацией растворителя в качестве средства перемещения центрального тела могут использоваться сменные прокладки, устанавливаемые при настройке, что упрощает конструкцию установки.

Кристаллизованный растворитель накапливается в камере 1 на донном фильтре 20 и на ребрах 27.

По окончании процесса очистки газа или при заполнении камеры 1 подачу очищаемого газа и криогенной жидкости прекращают, герметизируют камеру, включают греющий теплообменник 24 и уловленный кристаллизованный растворитель подвергают плавлению. Слив расплавленного растворителя производят через сливной патрубок 23.

1. Установка для очистки газов от паров растворителей, содержащая камеру с газовыпускным патрубком в верхней части и сливным патрубком в нижнем днище, газовпуск, включающий входящий в верхнее днище впускной патрубок, снабженный завихрителем с радиальным выходом, охватывающие впускной патрубок и соосные с ним контактный теплообменник, образованный усеченной конической обечайкой, большим основанием прикрепленной к верхнему днищу камеры, а меньшим основанием, снабженным расширяющимся насадком, обращенной к нижней части камеры, кольцевой коллектор криогенной жидкости с входным патрубком, во внутренней стенке которого выполнены тангенциальные выпускные отверстия, и кольцевая направляющая, размещенная напротив выпускных отверстий коллектора, кольцевой фильтр, внутренний край которого прикреплен к обечайке теплообменника, а наружный - к внутренней стенке камеры, греющий теплообменник и донный фильтр, размещенные в нижней части камеры, отличающаяся тем, что контактный теплообменник снабжен размещенным ниже завихрителя впускного патрубка центральным телом и средством перемещения его вдоль оси теплообменника.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что центральное тело выполнено с открытой снизу полостью.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что камера снабжена дополнительным газовыпускным патрубком, размещенным под донным фильтром.

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что обечайка контактного теплообменника снабжена снаружи теплоизоляцией.

5. Установка по п.1, отличающаяся тем, что камера снабжена внутренними продольными ребрами.

6. Установка по п.1 или 3, отличающаяся тем, что коллектор криогенной жидкости снабжен каналами для дополнительной подачи криогенной жидкости в пространство над кольцевым фильтром между коническим теплообменником и стенкой камеры.

7. Установка по п.6, отличающаяся тем, что отношение суммарных площадей проходных сечений каналов для дополнительной подачи криогенной жидкости и тангенциальных каналов составляет 0,2-0,3.