Способ осушки газов вымораживанием и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к технике осушки газов вымораживанием и используется преимущественно в системе воздухоподготовки при производстве кинофотоматериалов. Сущность изобретения: в способе осушки газов вымораживанием, включающем последовательное прохождение газа через камеру 8 подвода ротора 4, первую ступень кольцевой теплообменной насадки 14 в прямоток хладоагенту, промежуточную камеру 19, вторую ступень кольцевой теплообменной насадки 14 в противоток хладоагенту, камеру 10 отвода ротора 4, осушающий газ подают на поверхность охлаждения вертикально вниз, скорость прохождения газа по фронтальному сечению через первую ступень охлаждения 5 - 10 м/с, и, что в устройстве, включающем корпус 1 с патрубками 2 и 3 подвода влажного газа и отвода холодного осушенного, ротор, разделенный перегородками 7 на камеры 8 и 10 подвода и отвода газовых потоков, многоходовый кольцевой теплообменник 14 с радиальными перегородками 7 и патрубками подвода и отвода хладоагента, промежуточной камерой 19 с патрубками 20 отвода избыточного количества газа, ротор 4 располагают выше, а промежуточную 19 камеру - ниже кольцевого теплообменника 14, между ротором 4 и кольцевым теплообменником 14 устанавливают направляющий аппарат 13 потока газа, причем отверстия 9 камеры 8 подвода ротора 4 составляют 25-50% фронтальной поверхности кольцевого теплообменника, а отверстия 11 камеры 10 отвода составляют 50-75%, при этом в камере 10 отвода ротора 4 устанавливают экраны 12. 2 с.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

Изобретение относится к технике осушки газов вымораживанием, а более конкретно к способу осушки технологического воздуха и устройству для его осуществления, и предназначено, преимущественно, для использования в системе воздухоподготовки при производстве кинофотоматериалов.

Известен способ сушки воздуха или газа, в котором воздух проходит через несколько последовательно установленных теплообменников, при достижении массы льда заданного значения последовательность прохождения воздуха через теплообменники изменяют на обратное.

Основным недостатком данного способа является нестабильность параметров осушаемого воздуха и неэффективность использования хладоагента при изменении прохождения воздуха через теплообменник (патент Японии N 58-883, 1983).

Известно устройство для осушки газа, содержащее корпус с патрубками для подвода теплого, влажного и отвода холодного газового потока, установленного в корпусе многосекционного ротора с насадкой, и расположенные по разные стороны от ротора газораспределительные камеры, образующие с секциями и патрубками каналы для движения газовых потоков против направления вращения ротора, а также влагоотделитель, соединяющий две смежные камеры ротора (авт. св. СССР N 9356678, 1982).

Основным недостатком данного устройства являются обмерзание контура охлаждающего воздуха из-за неизбежной передачи влаги от осушаемого газа к охлаждающему воздуху и малый коэффициент теплопередачи.

Наиболее близким к предлагаемому способу и технической сущности является способ осушки газов вымораживанием, где осушаемый газ последовательно проходит камеру подвода, первую ступень кольцевого теплообменника в прямоток хладоагенту, вторую ступень кольцевого теплообменника в противоток хладоагенту, камеру отвода и устройство, включающее корпус с патрубками подвода влажного газа и отвода холодного осушенного, установленные в корпусе ротор, разделенный перегородками на камеры подвода и отвода газовых потоков, соосно ротору, многоходовой кольцевой теплообменник с радиальными перегородками и патрубками подвода и отвода хладоагента, соосно и снаружи теплообменной насадки, промежуточная камера с патрубками отвода избыточного количества газа.

Основным недостатком данного способа и устройства для его осуществления является то, что осушаемый газ подается на первую ступень охлаждения горизонтально и с малой скоростью, поэтому влага, сконденсировавшаяся на теплообменнике, полностью не сдувается в промежуточную камеру, и оставшаяся часть ее уносится потоком газа в камеру отвода, где она накапливается в виде льда и заклинивает ротор (авт. св. по заявке N 467760, решение о выдаче от 07.08.90).

Целью изобретения является обеспечение условий полного удаления капель конденсата с поверхности теплообменника первой ступени охлаждения и повышение надежности работы устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в способе осушки газа вымораживанием осушаемый газ последовательно проходит через камеру подвода ротора, первую ступень кольцевой теплообменной насадки в прямоток хладоагенту, вторую ступень теплообменника в противоток хладоагенту, камеру отвода ротора, при этом осушаемый газ подают на поверхность охлаждения вертикально вниз, скорость прохождения газа по фронтальному сечению через первую ступень охлаждения 5-10 м/с, а через вторую 3-5 м/с, и что в устройстве, включающем корпус с патрубками подвода влажного газа и отвода холодного осушенного, с установленным в нем соосно ротором, снабженным распределительными камерами, и механизмом дискретного вращения, кольцевым многоходовым теплообменником с патрубками подвода хладоагента на ее внутренней стороне и отвода хладоагента на ее внешней стороне, промежуточной камерой с патрубками отвода газа, причем ротор располагают выше, а промежуточную камеру ниже кольцевого теплообменника, между ротором и кольцевым теплообменником устанавливают направляющий аппарат потока газа, отверстия камеры подвода ротора охватывают 25-50% фронтальной поверхности кольцевого теплообменника, а отверстия камеры отвода охватывают 50-75% при этом в камере отвода ротора устанавливают экраны. Наличие данных свойств в предлагаемом решении обеспечивает ему соответствие критериям "новизна" и "существенные отличия".

Устройство осушки газов вымораживанием схематично можно разделить на две ступени охлаждения. Первая ступень охлаждения это путь, проходимый газом через часть теплообменной поверхности от камеры подвода газа до промежуточной камеры. Вторая ступень охлаждения от промежуточной камеры до камеры отвода газа. При вращении ротора теплообменные трубы омываются газом поочередно: то первой, то второй ступени.

На первой ступени охлаждения, на оребренных трубах теплообменника плавится снег за счет теплоты конденсации паров влаги и охлаждения газа. Образовавшаяся жидкокапельная влага срывается потоком газа с ребер теплообменных трубок и уносится в промежуточную камеру. В промежуточной камере влага теряет свою кинетическую энергию, стекает в поддон и отводится наружу. Однако в известном устройстве часть влаги экранируется от газового потока поверхностью трубок и остается на горизонтальном оребрении теплообменника. При переходе теплообменника на режим второй ступени (поворот ротора) газ, идущий на вторую ступень охлаждения (после промежуточной камеры), сдувает остаточную влагу в камеру отвода. При этом влага накапливается на перегородках ротора в виде льда. Зазор между ротором и планшайбой уменьшается, что ведет к заклиниванию ротора и остановке устройства.

Для бесперебойной работы устройства и улучшения удаления конденсата с поверхности оребренных трубок теплообменника первой ступени необходимо расположить оребренные трубки теплообменника горизонтально, вынести ротор по центральной оси в верхнюю часть устройства и установить над теплообменником, а промежуточную камеру под теплообменником; такое расположение элементов конструкции устройства позволит направить поток газа, идущий от камеры подвода до промежуточной камеры, не горизонтально, а вертикально, что совпадает с направлением силы тяжести конденсата; кроме того, для уменьшения габаритов ротора дополнительно установить неподвижный направляющий аппарат; установить экраны в камере отвода газа, экраны создадут преграду газовому потоку с остаточной влагой, проходящему через ту часть теплообменной поверхности, которая только перешла на режим второй ступени охлаждения и находится в переходном периоде; уменьшить живое сечение отверстий камеры подвода для выхода газового потока на первую ступень теплообменника и, соответственно, увеличить живое сечение отверстий для прохода воздуха в камеру отвода; тогда, в первом случае, увеличится массовая скорость газового потока, идущего от камеры подвода до промежуточной камеры, и, следовательно, улучшится сдув конденсата с ребер трубок первой ступени охлаждения, во втором случае массовая скорость газа от промежуточной камеры до камеры отвода уменьшится, что уменьшит и вероятность захвата конденсата с оребренных трубок второй ступени охлаждения.

На фиг. 1 изображается предлагаемое устройство, разрез; на фиг. 2 вид сверху; на фиг. 3 ротор.

Устройство осушки газов вымораживанием, изображенное на фиг. 1, 2 и 3, содержит корпус 1 с патрубками 2 и 3 соответственно для подвода теплого влажного и отвода холодного осушенного газового потока с расположенным в нем ротором 4, укрепленным на валу 5 с приводом 6 и разделенным перегородками 7 на камеру подвода 8 с отверстиями 9 выхода газа и камеру отвода 10 с отверстиями 11 входа газа и с экраном 12, направляющим аппаратом 13, теплообменником 14 с горизонтальными трубками 15, с гребенками 16 и 17 подвода и отвода хладоагента и радиальными перегородками 18, промежуточной камерой 19 с патрубком 20 и сливным штуцером 21.

Устройство работает следующим образом.

Влажный теплый газ поступает через входной патрубок 2 устройства 1 в камеру подвода 8 ротора 4. Поток газа через отверстия 9 камеры подвода ротора и направляющий аппарат 13 подается на участок кольцевого теплообменника 14, уже покрытый инеем в предыдущем цикле осушки. При этом многоходовой кольцевой теплообменник 14 охлаждается хладоагентом, поступающим в гребенку 16 и выходящим из гребенки 17.

В процессе теплообмена снег на горизонтальных трубках 15 плавится за счет охлаждения газа и теплоты конденсации паров, содержащихся в осушаемом газе. Образовавшаяся жидкокапельная влага, под воздействием собственной силы тяжести и вертикально направленного потока газа, стекает в промежуточную камеру 19 и через сливной штуцер 21 отводится наружу. Избыточный газ через патрубок 20 поступает в технологическую линию, а осушаемый газ через промежуточную камеру 19 поступает на не загороженный экраном 12 участок теплообменника 14, освобожденный от снега в предыдущем цикле, и на этом участке происходит дальнейшее охлаждение и осушение газа. При этом выпадающая влага оседает на поверхности теплообменника 14 в виде инея. Осушенный и охлажденный газ через отверстия 11 поступает в камеру отвода 10 и далее через патрубки 3 поступает потребителю. Через определенные промежутки времени привод 6 поворачивают через вал 5, ротор 4 и цикл осушки повторяется.

Устройство обеспечивает для зоны студенения эмульсионных слоев требуемую степень осушки d₂ 2,5 г/кг с. в. следующим режимом: температура воздуха на входе в устройство Т₁ 12^oC; влагосодержание d₁ 9 г/кг с. в.

температура воздуха на выходе из установки Т₂ -5^oC; температура этиленгликоля на входе в поверхности теплообменника Т_x1 -12^oC, на выходе Т_x2 -7^oC; поворот ротора на 15^o через 30 с; количество воздуха Q 2,8 м³/с.

Примеры работы устройства при изменении отверстий в распределительной камере ротора, охватывающих поверхность кольцевого теплообменника, приведены в таблице.

На основании вышеизложенного и результатов, приведенных в таблице, следует, что устройство осушки газов вымораживанием работает экономично и надежно, если отверстия камеры подвода ротора охватывают 25-50% поверхности кольцевого теплообменника, а отверстия камеры отвода охватывают 50-75% при этом скорость прохождения газа по фронтальному сечению первой ступени охлаждения 5-10 м/с, а через вторую 3-5 м/с.

В таблице даны примеры работы устройства при изменении площади отверстий в распределительной камере ротора, охватывающих поверхность кольцевого теплообменника.

Использование изобретения обеспечивает полное удаление капель конденсата с поверхности теплообменника первой ступени охлаждения за счет изменения направления потока осушаемого газа и увеличения скорости его прохождения через первую ступень пропорционально уменьшению скорости его прохождения через вторую ступень.

Формула изобретения

1. Способ осушки газов вымораживанием, включающий последовательное прохождение газа через камеру подвода ротора, первую ступень кольцевой теплообменной насадки в прямоток хладагенту, промежуточную камеру, вторую ступень кольцевой теплообменной насадки в противоток хладагенту, камеру отвода ротора, отличающийся тем, что, с целью обеспечения условий полного удаления капель конденсата с поверхности теплообменника первой ступени охлаждения, осушаемый газ подают на поверхность охлаждения вертикально вниз, скорость прохождения газа по фронтальному сечению через первую ступень охлаждения 5 - 10 м/с, а через вторую 3 5 м/с.

2. Устройство осушки газов вымораживанием, включающее корпус с патрубками подвода влажного газа и отвода холодного осушенного, установленные в корпусе ротор, разделенный перегородками на камеры подвода и отвода газовых потоков с отверстиями, соосно ротору многоходовой кольцевой теплообменник с радиальными перегородками и патрубками подвода и отвода хладагента, промежуточную камеру с патрубками отвода избыточного количества газа, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы устройства, ротор располагают выше, а промежуточную камеру ниже кольцевого теплообменника, между ротором и кольцевым теплообменником дополнительно установлен направляющий аппарат потока газа, причем отверстия камеры подвода ротора составляют 25 50% фронтальной поверхности кольцевого теплообменника, а отверстия камеры отвода 50 75% при этом в камере отвода ротора дополнительно установлены экраны.

РИСУНКИ

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