Устройство для очистки воздуха от токсичных веществ

 

Изобретение относится к области адсорбционной техники и может быть использовано для очистки воздуха защитных сооружений гражданской обороны. Задачей устройства является повышение экономичности за счет более рационального использования адсорбента. Устройство содержит два параллельно установленных с предупредителями проскока фильтра-поглотителя, соединенных с подающим воздуховодом и вентилятором на выходе. Также имеет систему из четырех гермоклапанов, установленных по одному на входе и выходе каждого из фильтров-поглотителей. На подающем воздуховоде до гермоклапанов последовательно установлены детектор и эжектор, камера пониженного давления которого соединена с всасом вентилятора с помощью введенного обводящего воздуховода через дополнительно размещенные и последовательно соединенные теплообменник и предохранительную камеру с нагревательным элементом, дополнительно снабженную входным и выходным гермоклапанами. При этом выход каждого фильтра-поглотителя непосредственно соединен с входом каждого другого фильтра-поглотителя дополнительными участками воздуховодов с гермоклапанами. Кроме этого, вход эжектора на подающем воздуховоде через гермоклапан соединен с входом в камеру пониженного давления эжектора, а непосредственно на выходе из предохранительной камеры установлен вентиль для подачи воздуха из защитного сооружения. 1 ил.

Изобретение относится к области адсорбционной техники и может быть использовано для очистки воздуха защитных сооружений гражданской обороны от токсичных веществ в период фильтровентиляции.

Известна конструкция адсорбционных аппаратов периодического действия с неподвижным слоем адсорбента, заключенного между перфорированными устройствами для ввода и вывода газа (Авторское свидетельство СССР N 803954 по B 01 D 53/26 за 1978 г.; Кельцев Н.М. Основы адсорбционной техники. - М.: "Химия", 1976, с. 253).

Недостатком данных устройств является то, что в процессе сорбции происходит размытие зоны сорбата по слою шихты, вследствие чего при появлении на выходе из адсорбционного аппарата предельно допустимой концентрации сорбита требуется его остановка с последующей заменой на новый или регенерация сорбента, в то время как часть сорбента еще не полностью отработана. Это влечет за собой снижение эффективности использования адсорбента.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство, включающее два параллельно установленных с предупредителями проскока фильтра-поглотителя, соединенных с подающим воздуховодом и вентилятором на выходе, а также систему из четырех гермоклапанов, установленных по одному на входе и выходе каждого из фильтров-поглотителей (Каммер Ю.Ю. и др. Защитные сооружения гражданской обороны: Устройство и эксплуатация. - М.: "Энергоиздат", 1985, 232 с.).

В данном устройстве при возникновении возможности появления в наружном воздухе токсичных веществ включается система вентиляции и атмосферный воздух подается в защитное сооружение через один из параллельно установленных фильтров-поглотителей до срабатывания предупредителя проскока, свидетельствующего о наличии на выходе из фильтра паров токсичных веществ. После этого включается в работу второй фильтр-поглотитель, а предыдущий заменяется на новый. При этом в условиях периодичности появления токсичных веществ, на вход фильтратов-поглотителей некоторое время может поступать не только загрязненный атмосферный воздух, но и атмосферный воздух, не содержащий паров токсичных веществ. Однако и в этом случае в атмосферном воздухе содержатся различные сорбирующие примеси (пары воды, органические микропримеси искусственного и естественного происхождения), которые не являясь опасными для человека, тем не менее поглощаются адсорбентом фильтра-поглотителя, снижая емкость шихты фильтра по целевому компоненту (по парам токсичных веществ). Причем, если фильтр содержал ранее сорбированное токсичное вещество, то продувка через его шихту незагрязненного атмосферного воздуха может вызвать десорбцию, приводящую к перемещению зоны сорбата по слою шихты и преждевременному появлению паров токсичных веществ на выходе из фильтра, в то время когда сорбционная емкость шихты адсорбента использована лишь частично. К тому же в процессе сорбции происходит размытие сорбционного фронта вследствие ряда кинетических и диффузионных факторов (замедленность процессов массопередачи, продольная, вихревая, динамическая и другие виды диффузий), приводящее к появлению так называемого работающего слоя (зоны массопередачи), что также уменьшает степень использования сорбционной емкости шихты.

Все это снижает эффективность использования дорогостоящего адсорбента и, как следствие, экономичность устройства в целом.

Задачей, решаемой предлагаемым устройством, является повышение экономичности устройства за счет эффективности использования адсорбента.

Задача решается за счет того, что устройство, содержащее два параллельно установленных с предупредителями проскока фильтра-поглотителя, соединенных с подающим воздуховодом и вентилятором на выходе, а также систему из четырех гермоклапанов, установленных по одному на входе и выходе каждого из фильтров-поглотителей, снабжено детектором и эжектором, последовательно установленными на подающем воздуховоде до гермоклапанов, а камера пониженного давления эжектора соединена с всасом вентилятора с помощью вновь введенного обводящего воздуховода через дополнительно размещенные и последовательно соединенные теплообменник и предохранительную камеру с нагревательным элементом, дополнительно снабженную входным и выходным гермоклапанами. При этом выход каждого фильтра-поглотителя непосредственно соединен с входом каждого другого фильтра-поглотителя дополнительными участками воздуховодов с гермоклапанами. Кроме того, вход эжектора на подающем воздуховоде через гермоклапан соединен непосредственно с входом в камеру пониженного давления эжектора, а непосредственно на выходе из предохранительной камеры установлен вентиль для подачи воздуха из защитного сооружения. Причем на подающем воздуховоде перед детектором установлен датчик расхода газового потока, соединенный с автоматической системой управления, содержащей в своем составе преобразователь частоты тока с возможностью регулирования величин тока и напряжения.

Новыми признаками заявляемого устройства являются детектор и эжектор, последовательно установленные на подающем воздуховоде до гермоклапанов, обводящий воздуховод, соединяющий камеру пониженного давления эжектора с всасом вентилятора, теплообменник и предохранительная камера, два гермоклапана, установленные на входе и выходе из предохранительной камеры, дополнительные участки воздуховодов с гермоклапанами, соединяющие выход каждого фильтра-поглотителя непосредственно с входом каждого другого фильтра-поглотителя, гермоклапан, соединяющий вход эжектора на подающем воздуховоде с входом в камеру пониженного давления указанного эжектора, вентиль для подачи воздуха из защитного сооружения, установленный непосредственно на выходе из предохранительной камеры, датчик расхода газового потока, установленный на подающем воздуховоде, автоматическая система управления, соединенная с датчиком расхода газового потока, преобразователь частоты тока с возможностью регулирования величин тока и напряжения, входящий в состав автоматической системы управления.

Хотя указанные выше признаки известны в отдельности, однако их совокупность, за счет вышеуказанных связей, позволяет получить сверхсуммарный эффект, который не получился бы от простого введения этих признаков. Таким образом, заявляемое решение соответствует критерию "изобретательский уровень".

В предлагаемом техническом решении атмосферный воздух, не содержащий паров токсичных веществ, проходит по обводящему воздуховоду через предохранительную камеру и ряд других установленных на нем конструктивных элементов, поступая в атмосферу защитного сооружения.

При проявлении на входе в устройство паров токсичных веществ (о чем свидетельствует установленный на подающем воздуховоде детектор) загрязненный воздух подается на один из фильтров-поглотителей, при этом производится регенерация работавшей до этого предохранительной камеры с целью удаления паров токсичных веществ, попавших в нее в результате инерционности срабатывания детектора, а затем ее последующее охлаждение до первоначальной температуры. Общее время цикла регенерации и охлаждения предохранительной камеры мало по сравнению с временем работы фильтра-поглотителя и зависит, в основном, от времени срабатывания детектора, от характеристик адсорбента в предохранительной камере и от температуры регенерации, определяющейся типом используемого адсорбента.

Вышесказанное позволяет избежать продувки через фильтры-поглотители атмосферного воздуха, несодержащего паров токсичных веществ, что исключает возможность протекания десорбционных процессов в шихте и забивки фильтра-поглотителя сорбирующимися нетоксичными примесями, содержащимися в атмосферном воздухе.

При появлении на выходе из фильтра-поглотителя предельно допустимой концентрации паров токсичных веществ производится последовательное подключение второго фильтра-поглотителя к выходе первого и некоторое время они работают совместно. Время совместной работы фильтров-поглотителей можно приближенно рассчитать по формуле где τ_c - время совместной работы фильтров-поглотителей, с; l₀ - длина работающего слоя (длина зоны массопередачи), м; U - скорость движения сорбционного фронта, м/с; τ_з.д - время защитного действия, с; l_ш - длина слоя шихты, м; За время совместной работы происходит полная отработка шихты первого фильтра-поглотителя.

Таким образом, использование предлагаемого технического решения обеспечивает, по сравнению с прототипом, принятым за базовый объект, более высокую эффективность использования сорбента за счет исключения возможности продувки через фильтры-поглотители атмосферного воздуха, несодержащего паров токсичных веществ, но содержащего другие примеси (нетоксичные сорбирующиеся), а также за счет устранения влияния размытия фронта сорбата в процессе сорбции, что позволяет повысить экономичность устройства в целом. Более высокая эффективность использования сорбента позволяет сократить запасы фильтров-поглотителей, что дополнительно влечет за собой экономию полезной площади в защитных сооружениях.

На чертеже схематически изображено предлагаемое устройство. Устройство состоит из двух параллельно установленных фильтров-поглотителей 1 и 2, заполненных шихтой мелкопористого угля-катализатора, снабженных предупредителями проскока 3. Фильтры-поглотители 1 и 2 соединены с подающим воздуховодом 4, вентилятором 5, установленном на выходе из устройства, и снабжены гермоклапанами 6, 7, 8, 9. На подающем воздуховоде последовательно установлены детектор 10 (например, термоионный детектор, характеризующийся повышенной чувствительностью к фосфор-, азот- и галогенсодержащим соединениям) и эжектор 11, камера пониженного давления которого соединена с вентилятором 5 с помощью вновь введенного обводящего воздуховода 12 через последовательно соединенные теплообменник 13, предохранительную камеру 14, заполненную шихтой мезопористого адсорбента (например, угля марки АР-3), снабженную нагревательным элементом 15 и гермоклапанами 16, 17, при этом выход каждого фильтра-поглотителя соединен с входом каждого другого указанного фильтра системой воздуховодов с гермоклапанами 18, 19. Кроме того, вход эжектора 11 на подающем воздуховоде 4 через гермоклапан 20 соединен участком воздуховода с входом в камеру пониженного давления указанного эжектора 11, а на выходе из предохранительной камеры 14 установлен вентиль 21 для подачи воздуха из защитного сооружения.

Кроме этого, на подающем воздуховоде 4 перед детектором 10 установлен датчик 22 расхода газового потока, соединенный с автоматической системой управления 23, содержащей в своем составе преобразователь частоты тока 24 с возможностью регулирования величин тока и напряжения.

Устройство работает в двух режимах. Во всех режима детектор 10 и вентилятор 5 непрерывно работают.

В первом режиме (до появления на входе в устройство паров токсичных веществ, фиксируемых детектором 10) вентиль 21 и гермоклапаны 6, 7, 8, 9, 18, 19 - закрыты, а гермоклапаны 16, 17, 20 - открыты. Теплообменник 13 и нагревательный элемент 15 предохранительной камеры 14 выключены. Атмосферный воздух с помощью вентилятора 5 поступает из подающего воздуховода 4 в помещение защитного сооружения через участок газопровода с гермоклапаном 20, обводящий воздуховод 12 и установленные на нем теплообменник 13, предохранительную камеру 14 с гермоклапанами 16, 17.

Во втором режиме (после появления на входе в устройство паров токсичных веществ, фиксируемых детектором 10) устройство работает в двух подрежимах.

В первом подрежиме (до срабатывания предупредителя проскока 3) загрязненный атмосферный воздух с помощью вентилятора 5 подается в фортификационное сооружение через один из двух фильтров-поглотителей (например, через фильтр-поглотитель 1). Выбор фильтра-поглотителя 1 или 2 произволен. Вентиль 21 и гермоклапаны 7, 9, 16 - открыты, а гермоклапаны 6, 8, 17, 18, 19, 20 - закрыты. Включается в работу нагревательный элемент 15 и теплообменник 13. За счет разрежения, создаваемого эжектором 11 в обводящем воздуховоде 12, часть воздуха из защитного сооружения через вентиль 21 попадает в нагретую предохранительную камеру 14, где производится десорбция паров токсичных веществ, попавших в нее вследствие инерционности срабатывания детектора 10. Затем содержащий десорбтив воздух охлаждается в теплообменнике 13 и смешивается с основным потоком загрязненного воздуха, поступающего на фильтр-поглотитель 1 из подающего воздуховода 4. После удаления паров десорбтива из предохранительной камеры 14 выключается нагревательный элемент 15 и камера продолжает некоторое время продуваться воздухом из защитного сооружения, охлаждаясь до первоначальной температуры (до температуры воздуха в помещении сооружения). Затем вентиль 21 и гермоклапан 16 закрываются.

Во втором подрежиме (после срабатывания индикатора проскока 3 фильтра-поглотителя 1) гермоклапаны 7, 8, 19 - открыты, а 6, 9, 17, 18, 20 - закрыты. Вентиль 21 и гермоклапан 16 могут быть как закрыты, так и открыты, в зависимости от того, закончен цикл регенерации и охлаждения предохранительной камеры 14 или нет. Загрязненный воздух подается в фортификационное сооружение через два последовательно соединенных фильтра-поглотителя 1 и 2.

По истечении времени τ_с с момента срабатывания индикатора проскока фильтра-поглотителя 1 закрываются гермоклапаны 7, 19 и открывается гермоклапан 6, обеспечивая подачу загрязненного воздуха в защитное сооружение только через фильтр-поглотитель 2. Во время работы фильтра-поглотителя 2 производится замена фильтра-поглотителя 1 на новый. Работа с фильтром-поглотителем 2 аналогична работе с фильтром-поглотителем 1 во всех режимах и подрежимах функционирования устройства.

На протяжении всего времени функционирования на входе в устройство поддерживается постоянный расход газового потока посредством датчика 22, соединенного с автоматической системой управления 23, содержащей в своем составе преобразователь частоты тока 24 с возможностью регулирования величин тока и напряжения.

Вышесказанное позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого изобретения критерию "промышленная применимость".

Формула изобретения

Устройство для очистки воздуха от токсичных веществ, содержащее два параллельно установленных с предупредителями проскока фильтра-поглотителя, соединенных с подающим воздуховодом и вентилятором на выходе, а также систему из четырех гермоклапанов, установленных по одному на входе и выходе каждого из фильтров-поглотителей, отличающееся тем, что оно снабжено детектором и эжектором, последовательно установленными на подающем воздуховоде до гермоклапанов, причем перед детектором установлен датчик расхода газового потока, соединенный с автоматической системой управления, содержащей в своем составе преобразователь частоты тока с возможностью регулирования величин тока и напряжения, а камера пониженного давления эжектора соединена со всасом вентилятора с помощью введенного обводящего воздуховода через дополнительно размещенные и последовательно соединенные теплообменник и предохранительную камеру с нагревательным элементом, дополнительно снабженную входным и выходным гермоклапанами, при этом выход каждого фильтра-поглотителя непосредственно соединен с входом каждого другого фильтра-поглотителя дополнительными участками воздуховодов с гермоклапанами, кроме этого, вход эжектора на подающем воздуховоде через гермоклапан соединен непосредственно с входом в камеру пониженного давления эжектора, а непосредственно на выходе из предохранительной камеры установлен вентиль для подачи воздуха из защитного сооружения.

РИСУНКИ

Рисунок 1