Адсорбционный аппарат (варианты)

 

Изобретение относится к области очистки газовых и жидких сред, в частности к системам адсорбционной очистки. Первый вариант аппарата включает цилиндрический корпус, в котором установлен конусообразный сосуд, разделяющий объем корпуса на две камеры, заполненные адсорбентом или реагентом, крышку, перфорированный диск, установленный в нижней части второй камеры, слои пористого материала и фильтры. Второй вариант аппарата включает цилиндрический корпус, в котором коаксиально установлен цилиндрический сосуд, разделяющий объем корпуса на две камеры, крышку с выступами, перфорированный диск и кольцо, слои пористого материала, фильтры и адсорбент или реагент, заполняющие обе камеры аппарата. Третий вариант аппарата включает цилиндрический корпус, крышку, разделительные перфорированные диски, отделяющие друг от друга вертикально размещенные слои адсорбента или реагента, распределительные устройства, свободно уложенные в слоях адсорбента или реагента, фильтры и слои пористого материала. Изобретение обеспечивает упрощение изготовления, сборки и эксплуатации за счет наличия небольшого числа технологичных деталей и узлов, легко собираемых и надежно уплотняемых, минимальной вероятности смешивания слоев различных адсорбентов и реагентов. 3 с. и 5 з. п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области разработки способов и систем для разделения химических соединений, в частности к системам для адсорбционной очистки жидкостных и газовых потоков.

Известно устройство для удаления мочевины из раствора диализата, содержащее цилиндрический корпус, штуцеры, крышки и слои реагентов (карбамид и фосфат циркония) и адсорбента (окись алюминия или силикат магния) [1] Основным недостатком известного устройства является возможность лишь однократного использования адсорбента, так как при его удалении из корпуса он перемешивается с реагентами.

В другом адсорбционном устройстве размещенные в цилиндрическом корпусе слои разделены между собой перегородками из волокнистого материала, т.е. при использовании слоев различных материалов (адсорбентов или реагентов) возможно их разделение при опорожнении корпуса [2] Однако выполнить это достаточно сложно требуется специальное устройство по одновременному перемещению и выталкиванию всех слоев из корпуса.

В устройстве для очистки воды слои адсорбента размещаются между перфорированными дисками и разделяются вертикальными перегородками. В перегородках выполнены наклонные каналы для перемещения потоков [3] Недостатки известного устройства сложность удаления дисков с адсорбентом из корпуса и возможность засыпки в него только одного адсорбента или реагента.

В адсорбере в корпусе известного аппарата расположено два слоя адсорбента, размещенных по вертикали и окруженных проницаемыми стенками [4] Причем один слой сорбента расположен по уровню выше другого.

Недостатки известного аппарата трудоемкость изготовления и сложность конструкции (наличие большого числа проницаемых стенок, в том числе и наклонных, для фиксации которых требуется большое число деталей и узлов), а также сложность засыпки и удаления адсорбентов.

Известное устройство для адсорбционной очистки жидкостей и газов от примесей содержит корпус, внутри которого расположены внутренняя и внешняя цилиндрическая решетки, между которыми засыпан поглотитель, днище и крышку с патрубками для ввода и удаления очищаемой среды, внешняя цилиндрическая решетка прикреплена к специальному съемному фланцу [5] Очищаемая среда поступает по патрубку, пропущенному через днище в центральную полость устройства, а из него горизонтально проходит во внешнюю кольцевую полость. После этого по кольцевому зазору между крышкой и корпусом очищаемая среда поступает в крышку и удаляется по патрубку из устройства.

Недостатки известного устройства сложность конструкции (наличие большого количества деталей и узлов фланцев, крышки, днища и др. необходимых для удерживания решеток и организации заданного движения потока) и длительность замены поглотителя (из-за трудоемкости разборки и сборки устройства).

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является аппарат, содержащий цилиндрический корпус, внутри которого на горизонтальных перегородках находятся слои адсорбционного материала, проницаемые перегородки (вертикальные), удерживающие адсорбент и образующие внешние и внутренние проходы для очищаемой среды [6] Очищаемый поток поступает из нижней крышки через центральный канал в первой перегородке во внутренний проход первого слоя адсорбента, проходит горизонтально через слой адсорбента и попадает во внешний проход первого слоя, который образует единую кольцевую полость с внешним проходом второго слоя. Далее поток проходит от внешнего прохода во внутренний через второй слой адсорбента и т.д. Таким образом, поток проходит поочередно через слои адсорбента от внутреннего прохода к вешнему и наоборот. Из внутреннего прохода последнего слоя адсорбента очищенный поток попадает в крышку и выводится из нее через штуцер.

Недостатки известного устройства трудоемкость изготовления, сложность сборки и эксплуатации, определяемые: во-первых, наличием большого числа соединяемых деталей и узлов горизонтальных и вертикальных перегородок, фланцев, крышек и др. во-вторых, сложность организации изогнутого направления движения потока, что требует создания большого количества каналов, проходов и полостей, т.е. значительно усложняется взаимное расположение и фиксация деталей и узлов; в-третьих, трудоемкость заполнения и опорожнения аппарата, что определяется сложностью перекрытия и изоляции адсорбента перегородками.

Цель изобретения упрощение изготовления, сборки и эксплуатации аппарата.

Для первого варианта аппарата цель достигается тем, что в аппарат, содержащий цилиндрический корпус, крышку, адсорбционный материл или реагент, штуцеры для подачи и отвода очищаемой среды, введены конусообразный сосуд, установленный в корпусе и разделяющий его объем на две камеры, в каждой из которых размещен адсорбционный материал или реагент, перфорированный диск, установленный в нижней части корпуса и отделяющий камеру между стенками корпуса и сосуда от полости для сбора очищенной среды, расположенной в днище корпуса, трубопровод, соединяющий штуцер для подачи очищаемой среды и нижнюю часть объема сосуда и пропущенный через перфорированный диск и днище корпуса, слои пористого материала, размещенные на дне сосуда, на поверхности перфорированного диска и в кольцевом зазоре между верхней частью конусообразного сосуда и стенкой корпуса, и фильтры, размещенные в трубопроводе для подачи очищаемого потока и на выходе из полости для сбора очищаемой среды. Верхняя часть корпуса перекрыта крышкой, в центральной части которой выполнен выступ, частично входящий в верхнюю часть конусообразного сосуда, между верхним торцом которого и крышкой образован кольцевой канал, соединяющий обе камеры, заполненные адсорбционным материалом или реагентом. Диаметр отверстий в перфорированном диске увеличивается от его периферии к центру. Выступ на крышке может быть выполнен сферическим или коническим. Изобретение обеспечивает упрощение изготовления, сборки и эксплуатации, так как: во-первых, аппарат содержит минимальное число технологичных деталей, несущих адсорбционный материал или реагент, а именно: цилиндрический корпус с днищем, конусообразный сосуд с трубопроводом и штуцерами и перфорированный диск; во-вторых, сборка включает минимальное число простых операций: установка в корпусе перфорированного диска и конусообразного сосуда, засыпка адсорбционного материала и реагента в камеры, закрепление на корпусе крышки; в-третьих, разборка аппарата осуществляется чрезвычайно просто путем снятия крышки, извлечения сосуда с адсорбционным материалом из корпуса и высыпания адсорбционного материала из корпуса и сосуда; в-четвертых, так как при разборке аппарата возможность смешивания материалов в сосуде и корпусе незначительна, то в обеих камерах возможно использование различных (по способу регенерации, по принципу работы адсорбент или реагент) материалов; в-пятых, наличие минимального количества и простота герметизации стыков деталей (корпус крышка, днище корпуса трубопровод) снижает возможность утечки жидкости из аппарата; в-шестых, наличие фильтров в трубопроводе для подачи очищаемого потока и на выходе из полости для сбора очищенной среды позволяет эффективно предохранить адсорбент от взвешенных частиц и устранить попадание частиц адсорбента или реагента в очищенную среду при обеспечении удобства их очистки или замены; в-седьмых, оpганизация равномерного распределения потоков в камерах с помощью выступа на крышке и выполнения перфорационных отверстий в диске различного диаметра дает возможность дольше использовать адсорбент или реагент, т.е. реже заменять их.

На фиг.1 представлен сборочный чертеж первого варианта аппарата.

Аппарат состоит из корпуса 1 с днищем 2, крышки 3 с выступом 4, сосуда 5, разделяющего объем корпуса 1 на две камеры 6 и 7, заполненные, например, адсорбционным материалом и реагентом, перфорированный диск 8, разделяющий камеру 7 и полость 9 для сбора очищенной среды, слоев 10-12 пористого материала, установленных, соответственно, на входе в камеру 6, в кольцевом зазоре 13 между верхней частью конусообразного сосуда 5 и стенкой корпуса 1 и на поверхности диска 8, штуцеров 14 и 15 для подачи и отвода очищаемой среды, трубопровода 16, соединяющего штуцер 14 и нижнюю часть сосуда 5, двух запорных элементов 17 и 18, закрепленных гайками 19 на штуцерах 14 и 15, и двух фильтров 20 и 21, установленных соответственно в трубопроводе 16 и на выходе из полости 9. Между верхним торцем конусообразного сосуда 5 и крышкой 3 образован кольцевой канал 22. Каждый из запорных элементов (17 или 18) состоит из корпуса 23, поворотной пробки 24, патрубка 25 и ввинченного в корпус 23 ниппеля 26. На трубопроводе 16 установлены уплотнительная шайба 27 и гайка 28.

Предлагаемый аппарат работает следующим образом. Очищаемая среда, например вода, подается через запорный элемент 17 к фильтру 20, в котором вода очищается от взвешенных частиц. Через стенки фильтра 20 вода поступает в трубопровод 16, а из него в камеру 6 и, просачиваясь между зернами адсорбента, заполняющими эту камеру, очищается от примесей. Через кольцевой канал 22 и слой пористого материала 11, установленного в кольцевом зазоре 13, вода поступает в камеру 7 и, проходя между зернами реагента, заполняющего эту камеру, минерализуется (при заполнении камеры 7 другим адсорбентом может быть получена еще более чистая вода). Затем, пройдя слой пористого материала 12 через отверстия в диске 8, очищенная вода собирается в полости 9 и из нее поступает к фильтру 21 и далее через запорный элемент 18 подается к месту назначения.

Для второго варианта изобретения цель достигается тем, что в известный аппарат, содержащий цилиндрический корпус, крышку, адсорбционный материал или реагент, штуцеры для подачи и отвода очищаемой среды, введены цилиндрический сосуд, установленный коаксиально в корпусе и жестко соединенный с его днищем. Цилиндрический сосуд разделяет объем корпуса на две камеры, каждая из которых заполнена адсорбционным материалом или реагентом, перфорированный диск, размещенный в нижней части камеры, ограниченной стенками сосуда, и отделяющий эту камеру от полости для распределения подаваемого потока, перфорированное кольцо, расположенное в нижней части камеры, образованной стенками сосуда и корпуса, между этой камерой и полостью для забора очищенной среды, слои пористого материала, два из которых закрывают перфорационные отверстия диска и кольца, а третий перекрывает верхнюю часть камеры, образованной стенками сосуда и корпуса, и два фильтра, размещенные на входе в полость для распределения подаваемого потока и на выходе полости для сбора очищенной среды. Обе полости выполнены в виде углублений в днище корпуса. Верхняя часть корпуса перекрыта крышкой, на которой выполнены два кольцевых выступа, зафиксированных на внутренней цилиндрической поверхности стенки корпуса и на внешней цилиндрической поверхности сосуда и прижимающих третий слой пористого материала к адсорбционному материалу или реагенту, заполняющему камеру между стенками корпуса и сосуда. Внешний выступ выполнен сплошным. Во внутреннем выступе образованы каналы, соединяющие через зазор между верхним торцем сосуда и крышкой обе камеры, заполненные адсорбционным материалом или реагентом. Каналы, соединяющие обе камеры аппарата, либо выполнены в виде радиальных каналов во внутреннем выступе крышки, либо образованы периодически расположенными радиально впадинами на поверхности внутреннего кольцевого выступа, либо выполнены в виде расположенных продольно шлицов, выполненных на поверхности внутреннего кольцевого выступа, прилегающей к внешней поверхности сосуда. Изобретение обеспечивает упрощение изготовления, сборки и эксплуатации аппарата.

На фиг.2 представлен сборочный чертеж второго варианта аппарата.

Аппарат состоит из корпуса 1 с днищем 2, сосуда 3, разделяющего объем корпуса 1 на две камеры 4 и 5, заполненные, например, адсорбционным материалом и реагентом, крышки 6 с двумя кольцевыми выступами 7 и 8, перфорированного диска 9, перфорированного кольца 10, трех слоев пористого материала 11 13, штуцеров 14 и 15 для подачи и отвода очищаемой среды, двух фильтров 16 и 17, установленных, соответственно, на входе в полость 18 для распределения подаваемого потока и на выходе из полости 19 для сбора очищенной среды, и двух запорных элементов 20 и 21, закрепленных на штуцерах 14 и 15 гайками 22. Крышка 6 установлена относительно верхнего торца сосуда 3 с зазором 23, а каналы, соединяющие камеры 4 и 5, выполнены либо в виде продольных шлицов 24 на внутренней поверхности выступа 8 (фиг.3), либо в виде радиальных каналов 25 в выступе 8 (фиг.4), либо в виде впадин 26 на выступе 8 (фиг.5). Каждый из запорных элементов 20 и 21 включает корпус 27, поворотную пробку 28, патрубок 29 и ввинченный в корпус 26 ниппель 30.

Предлагаемый аппарат работает следующим образом. Очищаемая среда, например вода, подается через запорный элемент 20 к фильтру 16, в котором вода очищается от взвешенных частиц. Через стенки фильтра 16 вода поступает в полость 18, из которой по отверстиям в диске 9 через слой 11 пористого материала попадает к зернам адсорбционного материала, находящегося в камере 4. Просачиваясь между зернами адсорбционного материала, вода очищается от примесей и через зазор 23 и шлицы 24 (отверстия 25 или впадины 26) поступает во вторую камеру (5), проходит через слой 13 пористого материала и, просачиваясь между зернами реагента в камере 5, минерализуется (при заполнении этой камеры другим адсорбентом может быть получена еще более чистая вода). Затем, пройдя слой пористого материала 12 через отверстия в кольце 10, вода собирается в полости 18 и из нее поступает к фильтру 18 и далее через запорный элемент 21 поступает к месту назначения.

Третий вариант изобретения отличается тем, что в аппарат, содержащий цилиндрический корпус, крышку, адсорбционный материал или реагент, штуцеры для подачи и отвода очищаемой среды, введены разделительные перфорированные диски, зафиксированные в корпусе аппарата и отделяющие друг от друга вертикально размещенные слои адсорбционных материалов или реагентов, распределительные устройства, свободно уложенные в слоях адсорбционного материала или реагентов и полностью перекрывающие сечение аппарата, слои пористого материала, закрывающие перфорационные отверстия разделительных дисков, и два фильтра, установленных на входе в полость для распределения подаваемого потока, расположенную в нижней части аппарата и отделенную от первого слоя адсорбционного материала перфорированным диском, и в крышке, перекрывающей верхнюю часть корпуса. Каждое из распределительных устройств включает два диска с системой каналов и кольцо, жестко соединенные между собой и ограничивающие распределительную полость. Изобретение обеспечивает упрощение изготовления, сборки и эксплуатации.

На фиг.6 представлен сборочный чертеж третьего варианта аппарата.

Аппарат состоит из корпуса 1 с днищем 2, крышки 3, перфорированных разделительных дисков 4 и 5, установленных снизу камер 6 и 7, заполненных, например, адсорбционным материалом и реагентом, распределительных устройств 8 и 9, свободно уложенных в камерах 6 и 7 в слоях адсорбента и реагента, соответственно, двух фильтров 10 и 11, установленных на входе в полость 12 для распределения подаваемого потока и в крышке 3, слоев пористого материала 13 и 14, перекрывающих перфорационные отверстия дисков 4 и 5, двух запорных элементов 15 и 16, закрепленных на штуцерах 17 и 18 гайками 19, и проволочек 20 для извлечения диска 5 из корпуса 1. Каждое из распределительных устройств 8 (9) включает два диска 20 и 21 (22 и 23) с системой каналов и кольцо 24 (25), жестко соединенные между собой и ограничивающие распределительную полость 26 (27). Каждый из запорных элементов 15, 16 включает корпус 28, поворотную пробку 29, патрубок 30 и ввинченный в корпус 28 ниппель 31.

Предлагаемый аппарат работает следующим образом. Очищаемая среда, например вода, подается через запорный элемент 15 к фильтру 10, в котором вода очищается от взвешенных частиц. Через стенки фильтра 10 вода поступает в полость 12, из которой по отверстиям в диске 4 через слой 13 пористого материала попадает в камеру 6 к зернам адсорбционного материала. Просачиваясь между зернами адсорбционного материала, вода очищается от примесей. В распределительном устройстве 8 различные локальные потоки, проходящие по стенкам корпуса и между зерен адсорбционного материала и имеющие различные скорости движения, перемешиваются за счет попадания этих потоков через каналы в диске 21 в полость 26, смешивания в этой полости и перераспределения в каналах диска 20. Далее поток воды перемещается по слою адсорбционного материала в камере 6 и через отверстия в диске 5 и слой 14 пористого материала поступает в камеру 7 к зернам реагента. Просачиваясь между зерен реагента, вода минерализуется (при заполнении этой камеры адсорбентом может быть получена еще более чистая вода). Проходя через распределительное устройство 9, потоки перемешиваются и перераспределяются, и далее перемещаются между зернами реагента. Очищенная и минерализованная вода проходит через стенки фильтра 11 и запорный элемент 16 и подается по месту назначения.

Формула изобретения

1. Адсорбционный аппарат, содержащий цилиндрический корпус, крышку, адсорбционный материал или реагент и штуцеры для подачи и отвода очищаемой среды, отличающийся тем, что в него введены конусообразный сосуд, установленный в корпусе и разделяющий его объем на две камеры, в каждой из которых размещен адсорбционный материал или реагент, перфорированный диск, установленный в нижней части корпуса и отделяющий камеру между стенками корпуса и сосуда от полости для сбора очищенной среды, расположенный в днище корпуса, трубопровод, соединяющий штуцер для подачи очищаемой среды и нижнюю часть объема сосуда и пропущенный через перфорированный диск и днище корпуса, слои пористого материала, размещенные на дне сосуда, на поверхности перфорированного диска и в кольцевом зазоре между верхней частью конусообразного сосуда и стенкой корпуса, и два фильтра, размещенных в трубопроводе для подачи очищаемого потока и на выходе из полости для сбора очищенной среды, верхняя часть корпуса перекрыта крышкой, в центральной части которой выполнен выступ, частично входящий в верхнюю часть конусообразного сосуда, между верхним торцом которого и крышкой образован кольцевой канал, соединяющий обе камеры, заполненные адсорбционным материалом или реагентом, при этом диаметр отверстий в перфорированном диске увеличивается от его периферии к центру.

2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что выступ на крышке выполнен конусообразным.

3. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что выступ на крышке выполнен сферическим.

4. Адсорбционный аппарат, содержащий цилиндрический корпус, крышку, адсорбционный материал или реагент и штуцеры для подачи и отвода очищаемой среды, отличающийся тем, что в него введены цилиндрический сосуд, установленный коаксиально в корпусе и жестко соединенный с его днищем, при этом цилиндрический сосуд разделяет объем корпуса на две камеры, каждая из которых заполнена адсорбционным материалом или реагентом, перфорированный диск, размещенный в нижней части камеры, ограниченной стенками сосуда, и отделяющий эту камеру от полости для распределения подаваемого потока, перфорированное кольцо, расположенное в нижней части камеры, образованной стенками сосуда и корпуса, между этой камерой и полостью для сбора очищенной среды, слои пористого материала, два из которых закрывают перфорационные отверстия диска и кольца, а третий перекрывает верхнюю часть камеры, образованной стенками сосуда и корпуса, и два фильтра, размещенных на входе в полость для распределения подаваемого потока и на выходе полости для сбора очищенной среды, причем обе полости выполнены в виде углублений в днище корпуса, при этом верхняя часть корпуса перекрыта крышкой, на которой выполнены два кольцевых выступа, зафиксированные на внутренней цилиндрической поверхности стенки корпуса и на внешней цилиндрической поверхности сосуда и прижимающие третий слой пористого материала к адсорбционному материалу или реагенту, заполняющему камеру между стенками корпуса и сосуда, при этом внешний выступ выполнен сплошным, а во внутреннем выступе образованы каналы, соединяющие через зазор между верхним торцом сосуда и крышкой обе камеры, заполненные адсорбционным материалом или реагентом.

5. Аппарат по п.4, отличающийся тем, что каналы, соединяющие камеры аппарата, выполнены в виде радиальных каналов во внутреннем выступе крышки.

6. Аппарат по п.4, отличающийся тем, что каналы, соединяющие обе камеры аппарата, выполнены в виде расположенных продольно шлицев, образованных на поверхности внутреннего кольцевого выступа крышки, прилегающей к внешней поверхности сосуда.

7. Аппарат по п.4, отличающийся тем, что каналы, соединяющие обе камеры аппарата, образованы периодически расположенными радиальными впадинами на внутреннем выступе крышки.

8. Адсорбционный аппарат, содержащий цилиндрический корпус, крышку, адсорбционный материал или реагент и штуцеры для подачи и отвода очищаемой среды, отличающийся тем, что в него введены разделительные перфорированные диски, зафиксированные в корпусе аппарата и отделяющие друг от друга вертикально-размещенные слои адсорбционных материалов и реагентов, распределительные устройства, свободно уложенные в слоях адсорбционных материалов или реагентов и полностью перекрывающие сечение аппарата, слои пористого материала, закрывающие перфорационные отверстия разделительных дисков, и два фильтра, установленных на входе в полость для распределения подаваемого потока, расположенную в нижней части аппарата и отделенную от первого слоя адсорбционного материала перфорированным диском, и в крышке, перекрывающей верхнюю часть корпуса, при этом каждое из распределительных устройств включает два диска с системой каналов и кольцо, жестко соединенные между собой и ограничивающие распределительную полость.

РИСУНКИ

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