Аппарат для разделения газа

 

Изобретение относится к устройствам для разделения смеси газов на отдельные компоненты и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства для обогащения газов отдельными его составляющими и при очистке газов от вредных газовых примесей. Цель - интенсификация процесса разделения газов на отдельные составляющие и упрощение конструкции аппарата. Аппарат содержит корпус с патрубками входа и выхода продуктов разделения, отделенными друг от друга перегородкой с отверстиями для пропуска ионов газа, коронирующий электрод, расположенный по оси камеры и подключенный к полюсу высоковольтного источника постоянного тока, когда второй заземленный полюс подключен к корпусу аппарата. Перегородка из диэлектрического материала с сопротивлением ρ≥10H/ε<SB POS="POST">0</SB>εKE, где H - межэлектродное расстояние

E - напряженность поля

ε, K - диэлектрическая проницаемость и подвижность ионов разделяемого газа

ε<SB POS="POST">0</SB> - электрическая постоянная. Отношение расстояния между перегородкой и стенкой корпуса к межэлектродному расстоянию находится в пределах 0,02 - 0,5, отношения шага между равномерно расположенными отверстиями к межэлектродному расстоянию - менее 0,2, а отношение суммарной площади отверстий к общей площади перегородки лежит в пределах 0,06 - 0,16. Патрубки входа и выхода снабжены регулируемыми заслонками. 1 з.п.ф-лы, 1 ил., 4 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РеспуБлИк (я)ю В 01 0 53/32

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

И (21) 4682358/26 (22) 07.02.89 (46) 15.07.91. Бюл, М 26 (71) Московский энергетический институт и

Ивановский энергетический институт (72) В,. К. Семенов и Л. M. Макальский (53) 621.359(088.8) (56) Ужов В, Н.,Вальдберг А. Ю.,Мягков Б, И, . и Решидов И. К. Очистка промышленных газов от пыли. Из-во; Энергия, 1982, Авторское свидетельство СССР

hb 11228899554488, кл. В 03 С 3/00. (54) АППАРАТ ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ГАЗА (57) Изобретение относится к устройствам для разделения смеси газов на отдельные компоненты и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства для обогащения газов отдельными его составляющими и при очистке газов от вредных газовых примесей, Цель — интенсификация процесса разделения газов на отдельные составляющие и упрощение конструкции аппарата, Аппарат содержит корпус с патрубками входа и выхода продукт

Изобретение относится к устройствам разделения газовой смеси на составляющие компоненты и может быть использовано в химической, автомобильной, энергетической и других отраслях промышленности при очистке газов от вредных газообразных примесей и при обогащении газа отдельными его составляющими..

Цель изобретения — интенсификация разделения газов на отдельные составляющие и упрощение конструкции аппарата.

„„5U ÄÄ 1662646 А1 тов разделения, отделенными друг от друга перегородкой с отверстиями для пропуска ионов газа, коронирующий электрод, расположенный по оси камеры и подключенный к полюсу высоковольтного йсточника постоянного тока, когда второй заземленный полюс подключен к корпусу аппарата.

Перегородка из диэлектрического материа ла с сопротивлением р > 10 Н/ео с КЕ, где

Н вЂ” межэлектродное расстояние; Š— напряженность поля; е, К вЂ” диэлектрическая проницаемость и подвижность ионов разделяемого газа; е, — электрическая по. стоянная. Отношение расстояния между перегородкой и стенкой корпуса к межэлектродному расстоянию находится в пределах 0,02 — 0,5, отношение шага между равномерно расположенными отверстиями к межэлектродному расстоянию — менее 0,2, а отношение суммарной площади отверстий к общей площади перегородки лежит в пределах 0,06 — 0,16, Патрубки входа и выхода снабжены регулируемыми заслонками. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.,5 табл, 0

На чертеже изображен аппарат для разделения газа.

Аппарат содержит корпус 1 с патрубком входа 2 и выхода 3 продуктов разделения, перегородка 4 отделяет патрубки вывода друг от друга, отверстия 5 служат для преимущественного прохода одной из составляющих газовой смеси, поступающей по патрубку 2, Источник 6 высокого напряжения пбдключен между коронирующим электродом 7 и корпусом аппарата. Во входном и выходных патрубках установлены регули1662646 руемые заслонки 8. Аппарат может быть выполнен цилиндрическим и прямоугольным.

Перегородка 4 выполнена издиэлектрического материала с удельным поверхностным сопротивлением р, определяемым из отношения

10Н

DEKE где Н вЂ” межэлектродное расстояние между коронирующими электродами и стенкой корпуса;

Š— напряженность электрического поля между ними: е, К вЂ” диэлектрическая проницаемость и подвижность ионов разделяемого газа соответственно;

eо — электрическая постоянная, отношение расстояние h между перегородкой и стенкой корпуса к межэлектродному расстоянию 0,02 - h/Í. 0,5, отношение шага i между равномерно расположенными отверстиями к межэлектродному расстоянию Н удовлетворяет неравенству I/Н 0,2, а отношение суммарной площади отверстий

Sp к общей площади перегородки S удовлетворяет условию 0,06 <: Я /S 0,16, Аппарат для разделения газа работает следующим образом.

Газовая смесь поступает по входному патрубку 2 и проходит вдоль аппарата. Коронирующий электрод 7 создает s аппарате ионы. При положительном коронном разряде ионизируется компонент с более низким потенциалом ионивации (таким газом может быть, например, гелий), в отрицательном коронном разряде — молекулы смеси газов с более высоким значением сродства к электрону (например, кислород, окись углерода).

Двигаясь по силовым линиям электрического поля, ионы достигают поверхности диэлектрической перегородки и осаждаются на ней, заряжая ее, Часть ионов проходит сквозь отверстия в перегородке к осадительному электроду. После того, как диэлектрическая перегородка зарядится, напряженность электрического поля вблизи ее поверхности уменьшается практически до нулевого значения, тогда как вблизи отверстий она увеличивается.

Под действием перераспределенного электрического поля начинается интенсивный транспорт ионов через отверстия перегородки в зазор между перегородкой 4 и корпусом 1. Попадая на поверхность корпуса, ионы нейтрализуются и отводятся по боковому выводному патрубку 3. Обедненная газовая смесь отводится по центральному выводному патрубку 3. При проходе ионов

10

35 работу аппарата разделения газов является отношение расстояния между перегородкой и заземленным корпусом h к расстоянию между коронирующими электродами и

40 корпусом Н.

Экспериментальные данные по исследованию разработанного устройства приведены в табл. 3 (Го2 поток ионов кислорода из воздуха).

25 сквозь отверстия возникает интенсивный электрический ветер, скорость которого достигает десятков метров в секунду, что затрудняет возврат нейтрализованных ионов через отверстия в перегородке в зону коронного разряда. Электрический ветер заставляет нейтрализованный газ двигаться по каналу между корпусом и перегородкой.

Таким образом, обеспечивается максимальное выделение ионизированной в коронном разряде компоненты смеси газа, Для примера в качестве входного газа использовался комнатный воздух. В области укаэанных критериальных соотношений аппарат обеспечивал поток ионов кислорода сквозь отвеустия в перегородке с плотностью 10 — 10 ионов/см .с.

12 1 2

Теоретические значение предельно достижимых плотностей потока Го2 ионов кислорода, выделяемых из атмосферного воздуха в зависимости от межэлектродного расстояния Н приведены в табл, 1, Таким образом, предлагаемый аппарат обеспечивает высокую степень. выделения ионов кислорода из воздуха.

Предельное минимальное значение удельного поверхностного сопротивления р, при котором происходит эффективное разделение 10 1/см с для различных

13 . 2 межэлектродных расстояний, приведено в табл. 2 (эти значения соответствуют выражению в сэмом общем случае, приведенному в описании изобретения р

10H

) о К Важным параметром, определяющим

Частота отверстий на диэлектрической перегородке влияет на интенсификацию разделения газов. Экспериментальные исследования показали, что при малой частоте количество разделения газов мало.

Это связано с тем, что величина- расстояния между отверстиями перегородки приводит к возникновению обратной короны и происходит срыв разделения газов, При большой частоте отверстий разрядные явления, транспортирующие отдельные компоненты газа к отверстию возникают только у отдельных отверстий и разделение идет, не снижая эффективности (см, табл. 4), 1662646

Таблица 1

3,3 10

2 10

10 з

5 10

1014

Н, см

Гв2, 1 см . с

Таблица 2

109

1,2 10

8 10

5 10

2 . 10

Н,см . Ом . м

Таблица 3

0,05 0,1 0,2 0,4 . 0,5

3,7 10 5 10 2,4 10 7,1 10 4,3 10

h/Н, отн.ед. 0,02

Im 1/cM c 2 10

Таблица 4

0,1 0,15 0,2 . 0,25 0,3

0,8 10 5,4 10 6,4 10 4,4 10 1,3 10

l/Í

Гог

0,05

7,2- 10

Таблица 5

Установлено, что эффективность разделения газов зависит от относительной площади отверстий на диэлектрической пластине оптимальным диапазоном можно считать 0,06 5о/S 0,16 за пределами 5 этого диапазона выход кислорода из воздуха больше, чем в 100 раз (см. табл, 5), Формула изобретения

1. Аппарат для разделения газа, содержащий корпус с патрубками входа и выхода 10 продуктов разделения, отдельными друг от друга перегородкой, снабженной отверстиями, установленной вдоль стенки корпуса, коронирующий электрод, расположенный по оси корпуса, подключенный к высоко- 15 вольтному выводу источника постоянного напряжения, а второй вывод источника подключен к корпусу аппарата, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью интенсификации процесса разделения газов на отдельные 20 составляющие и упрощения конструкции аппарата, перегородка выполнена из диэлектрического материала с удельным поверхностным сопротивлением р, удовлетворяющим условию

10H

ЕокКЕ где К вЂ” расстояние между коронирующими электродами и стенкой корпуса;

Š— напряженность электрического поля между ними, е, К вЂ” диэлектрическая проницаемость и подвижность ионов разделяемого газа, ео — электрическая постоянная; отношение расстояния h между перегородкой и стенкой корпуса к межзлектродному расстоянию (Н) 0,02 < h/H < 0,5. отношение шага между равномерно расположенными отверстиями к межэлектродному расстоянию удовлетворяет неравенству I/Н 0,2, а отношение суммарной площади отверстий

So к общей площади перегородки S удовлетворяетусловию 0,06 Яо/S 0,16.

2. Аппарат по и. 1, отл и ч а ю щийс я тем, что патрубки входа и выхода газа снабжены регулируемыми заслонками, 1662646

Лофлты

Составитель H.Ãoäóíoâà

Редактор M.Êåëåìåø Техред М.Моргентал Корректор А.Осауленко

Заказ 2219 Тираж 440 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям,при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101