Аппарат для термокаталитического дожига сбросных газов

 

Изобретение относится к аппаратам для дожига сбросных газов термокаталитическим способом и может быть использовано в промышленной экологии при очистке вентиляционных выбросов и в пищевой промышленности при сушке пищевых продуктов топочными газами. Аппарат содержит цилиндрическую камеру с установленным по ее оси источником инфракрасного излучения и соосным ей геликоидальным каталитически активным элементом, выполненным с увеличивающейся к периферии толщиной витка, по меньшей мере одна из сторон профиля которого выполнена по линии, удовлетворяющей уравнению, описывающему множество кривых, равноосвещенных линейным источником излучения. Аппарат обеспечивает отсутствие локальных перегревов развитой поверхности катализатора и повышение качества газоочистки. 19 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к аппаратам для дожига сбросных газов термокаталитическим способом и может быть использовано в промышленной экологии при очистке вентиляционных выбросов и в пищевой промышленности при сушке пищевых продуктов топочными газами.

Известен аппарат для термокаталитического дожига сбросных газов, содержащий цилиндрическую камеру с каталитически активным элементом, выполненным в виде пленки, нанесенной на стенку камеры, и расположенный по оси камеры источник инфракрасного излучения.

Недостатками этого аппарата являются неразвитая поверхность катализатора и его неравномерная освещенность источником инфракрасного излучения, приводящая к локальному перегреву и выходу из строя катализатора.

В предлагаемом аппарате для термокаталитического дожига сбросных газов, содержащем цилиндрическую камеру с каталитически активным элементом и расположенный по оси камеры источник инфракрасного излучения, согласно изобретению каталитически активный элемент выполнен в виде соосного камере геликоида с увеличивающейся к периферии толщиной витка, по меньшей мере одна из сторон профиля которого выполнена по линии, удовлетворяющей уравнению в эллиптических координатах с центром координат на оси камеры: yʹ²·(1-x²)y²-x²+ -yʹ· +(y³-1)y³-x²+ + -4a 0, где х и y координаты; а задаваемая константа, определяющая условия работы катализатора, м².

Это позволяет развить поверхность катализатора и создать его равномерную освещенность, что исключает возможность его локального перегрева и выхода из строя по этой причине.

В предпочтительном варианте витки каталитически активного элемента выполнены примыкающими к внутренней поверхности камеры. Это сокращает материалоемкость аппарата.

В другом варианте витки каталитически активного элемента выполнены примыкающими к источнику инфракрасного излучения. Это сокращает материалоемкость аппарата, повышает КПД использования инфракрасного излучения и надежность газоочистки за счет исключения возможности проскока осевого потока газа, не обработанного на катализаторе.

Предпочтительно выполнение поверхности дальнего от оси камеры витка наклоненным к ней не более, чем на 85^о. Это повышает КПД использования инфракрасного излучения.

Также предпочтительно выполнение угла наклона поверхности витка на ближнем к оси камеры крае в интервале 5-85^о.

Увеличение угла более 85^о приводит к резкому возрастанию гидравлического сопротивления аппарата, а уменьшение меньше 5^о к снижению КПД использования инфракрасного излучения и резкому увеличению материалоемкости.

Для упрощения технологии изготовления каталитически активного элемента возможно выполнение толщины витка, увеличивающейся в одном направлении.

Для выравнивания температуры по поверхности катализатора и повышения КПД использования его поверхности возможно выполнение витка симметричным относительно средней линии, перпендикулярной оси камеры.

Для снижения материалоемкости, увеличения удельной поверхности катализатора на единицу длины камеры и повышения КПД использования инфракрасного излучения возможно выполнение шага геликоида, равным максимальной толщине витка.

Еще одним предпочтительным вариантом предусмотрено снабжение аппарата по меньшей мере одним дополнительным каталитически активным элементом, выполненным с противоположным направлением навивки геликоида и установленным за предыдущим последовательно и соосно.

Это позволяет повысить эффективность газоочистки за счет интенсификации массообменных процессов в газовом потоке при его турбулизации.

Возможен монтаж каталитически активных элементов в съемных кассетах.

Это позволяет снизить материало- и трудоемкость ремонтных работ.

Еще одним предпочтительным вариантом предусмотрено выполнение каталитически активных элементов сетчатыми, перфорированными или пористыми. Это позволяет развить поверхность катализатора.

Возможно выполнение геликоида с уменьшающимся по направлению к выходу из камеры шагом.

Это позволяет интенсифицировать массообменые процессы в газовом потоке, особенно при выполнении каталитически активного элемента сетчатым, перфорированным или пористым, за счет турбулизации газового потока.

Возможно также снабжение аппарата по меньшей мере одной съемной плоской катализаторной кассетой, выполненной сетчатой, перфорированной или пористой, установленной за геликоидальными каталитически активными элементами, полностью перекрывающими сечение камеры.

Это позволяет полностью исключить возможность проскока необработанных на катализаторе струй газового потока, чем повысить качество газоочистки. В этом случае желательна установка плоской катализаторной кассеты под углом 5-85^о к оси камеры.

Это позволяет усилить турбулизацию газового потока без значительного увеличения длины камеры, чем повысить качество газоочистки.

В этом же случае возможно снабжение аппарата дополнительными источниками инфракрасного излучения, объединенными в съемные кассеты, установленные до и/или после плоской катализаторной кассеты, желательно параллельно последней. Это повышает эффективность газоочистки.

Также возможно выполнение плоской катализаторной кассеты из каталитически активной массы с токопроводным наполнителем, соединенной с источником тока и служащей источником инфракрасного излучения. Это позволяет повысить надежность газоочистки.

В этом случае возможно снабжение аппарата источниками ультрафиолетового излучения, объединенными в съемные кассеты, установленные до и/или после плоской катализаторной кассеты, желательно параллельно последней.

Это позволяет повысить качество газоочистки за счет расширения гаммы дожигаемых токсичных веществ при фотокаталитическом окислении пылевидного загрязнителя.

Последним вариантом предусмотрено снабжение аппарата источником ультразвука, соединенным по меньшей мере с одним каталитически активным элементом.

Это позволяет повысить надежность работы аппарата за счет удлинения срока службы катализатора при окислении сорбированных токсичных веществ.

На фиг.1 представлен аппарат, общий вид; на фиг.2 фрагмент геликоидального каталитически активного элемента с толщиной витка, увеличивающейся в одном направлении;на фиг.3 то же, с симметричным витком; на фиг.4 общий вид аппарата с тремя геликоидальными каталитически активными элементами с противоположным направлением навивки; на фиг.5 аппарата с пористыми геликоидальными каталитически активными элементами, дополнительными плоскими катализаторными кассетами, выполненными сетчатыми, и дополнительными источниками инфракрасного излучения, общий вид; на фиг.6 аппарат с плоскими катализаторными кассетами, служащими источниками инфракрасного излучения, общий вид; на фиг.7 то же, с источниками ультрафиолетового излучения.

Аппарат для термокаталитического дожига сбросных газов содержит цилиндрическую камеру 1 с каталитически активным элементом 2, выполненным в виде соосного камере одного (фиг.1,6,7) или нескольких (фиг.4, 5) геликоидов с увеличивающейся к периферии толщиной витка, одна (фиг.2) или две (фиг.3) стороны профиля которого выполнены по линии, удовлетворяющей уравнению (1), и расположенный по оси камеры источник 3 инфракрасного излучения.

Витки каталитически активного элемента 2 выполнены (фиг.2,3) примыкающими к внутренней поверхности камеры и источнику 3 инфракрасного излучения, а их поверхность на дальнем от оси крае наклонена к ней на угол ϕ₁ не превышающим 85^о, а на ближнем к оси крае наклонена к ней на угол ϕ₂, выбранным в пределах 5-85^о. Виток элемента 2 может быть выполнен (фиг.2) с толщиной, увеличивающейся в одном направлении или (фиг.3) симметричным относительно средней линии, перпендикулярной оси камеры 1. Шаг Р геликоида элемента 2 равен максимальной толщине S его витка.

При выполнении аппарата с несколькими геликоидальными элементами 2 (фиг. 4, 5) направление навивки смежных элементов 2 выполняют противоположным, при этом целесообразно монтировать (фиг.5) каталитически активные элементы 2 в съемных кассетах 4.

На фиг. 5 показано выполнение элементов 2 пористыми с уменьшающимся по направлению к выходу из камеры шагом с установленными за ними плоскими сетчатыми катализаторными кассетами 5, полностью перекрывающими сечение камеры, до и после которых в кассетах 6 параллельно им установлены дополнительные источники 7 инфракрасного излучения. Кассеты 5 и источники 7 установлены под углом к оси камеры 1, желательно в интервале 5-85^о. Каталитически активные элементы 2 и 5 соединены последовательно с источником 8 ультразвука.

На фиг.6 и 7 показано выполнение катализаторных кассет 5 из каталитически активной массы с токопроводным наполнителем и их соединение с источником 9 тока, когда кассеты 5 служат источниками инфракрасного излучения. При этом возможна (фиг.7) установка до и после них в кассетах 10 параллельно им источников 11 ультрафиолетового излучения.

Аппарат для термокаталитического дожига сбросных газов работает следующим образом.

Газовый поток, содержащий токсичные примеси, подают в камеру 1 в винтовой канал геликоидального каталитически активного элемента 2, где молекулы токсичных примесей активируются инфракрасным излучением источника 3 и окисляются на поверхности катализатора элемента 2. Локального перегрева поверхности элемента 2 не происходит благодаря равномерному радиационному нагреву излучением источника 3 поверхности с профилем, выполненным по линии, удовлетворяющей уравнения (1), что одновременно обеспечивает равную вероятность окисления токсичных примесей по всей длине элемента, равную скорость протекания химической реакции окисления и равный экзотермический эффект.

При монтаже нескольких элементов противоположное направление навивки геликоидов обеспечивает изменение направления закручивания газового потока и его турбулизацию, увеличивающую вероятность окисления токсичных примесей. Также усиливает турбулизацию потока уменьшение шага геликоида элемента 2, особенно при его выполнении сетчатым, перфорированным или пористым, когда часть газового потока имеет возможность прохода сквозь элемент, что повышает качество газоочистки за счет увеличения вероятности контакта молекул токсичных примесей с катализатором.

Установка сетчатых, перфорированных или пористых плоских катализаторных кассет 5, полностью перекрывающих сечение камеры 1, исключает вероятность проскока отдельных струй газа без контакта с катализатором, чем повышает качество газоочистки, особенно при их установке под углом к оси камеры 1, когда эти кассеты 5 дополнительно туpбулизуют газовый поток, ускоряя в нем массообменные процессы, и облучаются инфракрасным излучением дополнительных источников 7 в кассетах 6, или излучают самостоятельно при пропускании по ним тока от источника 9. В последнем случае при установке между кассетами 5 кассет 10 с источниками 11 ультрафиолетового излучения оно обеспечивает активацию и окисление на поверхности катализатора кассет 5 не только газообразных, но и пылевидных токсичных примесей, повышая качество газоочистки.

Сорбируемые катализатором элементов 2 и 5 токсичные примеси окисляются непосредственно в массе катализатора до безвредных веществ при их активации ультразвуком источника 8, что снижает вероятность отравления катализатора и повышает надежность работы аппарата.

При монтаже в аппарате нескольких каталитически активных элементов 2 и/или 5 и их выходе из строя ремонтные работы производят заменой соответствующих съемных кассет 4 или 5 с сохранением кассет 4 и/или 5 с работоспособным катализатором, что снижает материалоемкость ремонтных работ.

Обработанный на катализаторе газовый поток, токсичные примеси которого окислены до безвредных веществ, удаляется из камеры 1 и в случае использования аппарата в пищевой промышленности для сушки пищевых продуктов топочными газами подается в камеру сушки, а в случае использования в промышленной экологии для детоксикации вентиляционных выбросов сбрасывается в атмосферу.

Таким образом предлагаемый аппарат за счет обеспечения равномерной освещенности развитой поверхности катализатора обеспечивает отсутствие локального перегрева катализатора и повышение эффективности газоочистки.

Формула изобретения

1. АППАРАТ ДЛЯ ТЕРМОКАТАЛИТИЧЕСКОГО ДОЖИГА СБРОСНЫХ ГАЗОВ, содержащий цилиндрическую камеру с каталитически активным элементом и расположенный по оси камеры источник инфракрасного излучения, отличающийся тем, что каталитически активный элемент выполнен в виде соосного с камерой геликоида с увеличивающейся к периферии толщиной витка, по меньшей мере одна из сторон профиля которого выполнена по линии, удовлетворяющей уравнению в эллиптических координатах с центром координат на оси камеры где x и y координаты; a задаваемая константа, определяющая условия работы катализатора, м².

2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что витки каталитически активного элемента выполнены примыкающими к внутренней поверхности камеры.

3. Аппарат по пп.1 и 2, отличающийся тем, что витки каталитически активного элемента выполнены примыкающими к источнику инфракрасного излучения.

4. Аппарат по пп.1 3, отличающийся тем, что поверхность дальнего от оси камеры края витка наклонена к ней не более чем на 85^o.

5. Аппарат по пп.1 4, отличающийся тем, что угол наклона поверхности витка на ближнем к оси камеры крае равен 5-85^o.

6. Аппарат по пп.1 5, отличающийся тем, что толщина витка увеличивается в одном направлении.

7. Аппарат по пп.1 5, отличающийся тем, что виток выполнен симметричным относительно средней линии, перпендикулярной к оси камеры.

8. Аппарат по пп.3 7, отличающийся тем, что шаг геликоида равен максимальной толщине витка.

9. Аппарат по пп.1 8, отличающийся тем, что он снабжен по меньшей мере одним дополнительным каталитически активным элементом, выполненным с противоположным направлением навивки геликоида и установленным за предыдущим последовательно и соосно.

10. Аппарат по пп.1 9, отличающийся тем, что каталитически активные элементы смонтированы в съемных кассетах.

11. Аппарат по пп. 1 10, отличающийся тем, что каталитически активные элементы выполнены сетчатыми, перфорированными или пористыми.

12. Аппарат по пп.1 11, отличающийся тем, что геликоид выполнен с уменьшающимся по направлению к выходу из камеры шагом.

13. Аппарат по пп.1 12, отличающийся тем, что он снабжен по меньшей мере одной съемной плоской катализаторной кассетой, выполненной сетчатой, перфорированной или пористой, установленной за геликоидальными каталитически активными элементами и полностью перекрывающей сечение камеры.

14. Аппарат по п.13, отличающийся тем, что плоская катализаторная кассета установлена под углом 5 85^o к оси камеры.

15. Аппарат по пп. 13 и 14, отличающийся тем, что он снабжен дополнительными источниками инфракрасного излучения, объединенными в съемные кассеты, установленные до и/или после плоской катализаторной кассеты.

16. Аппарат по п. 15, отличающийся тем, что кассеты с дополнительными источниками инфракрасного излучения расположены параллельно плоской катализаторной кассете.

17. Аппарат по пп.13 и 14, отличающийся тем, что плоская катализаторная кассета выполнена из каталитически активной массы с токопроводным наполнителем, соединена с источником тока и служит источником инфракрасного излучения.

18. Аппарат по п.17, отличающийся тем, что он снабжен источниками ультрафиолетового излучения, объединенными в съемные кассеты, установленные до и/или после плоской катализаторной кассеты.

19. Аппарат по п.18, отличающийся тем, что кассеты с источниками ультрафиолетового излучения расположены параллельно плоской катализаторной кассете.

20. Аппарат по пп.1 19, отличающийся тем, что он снабжен источником ультразвука, соединенным по меньшей мере с одним каталитически активным элементом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7