Адсорбционная установка для концентрирования кислорода

Изобретение относится к устройствам для разделения газов адсорбцией и может быть использовано при разделении воздуха путем короткоцикловой безнагревной адсорбции с получением газовой смеси с повышенным содержанием кислорода. Установка содержит два адсорбера, клапаны управления газовыми потоками и обратные клапаны, блок управления, соединительные трубопроводы, дроссельное устройство, ресивер и устройство сброса. Каждый из адсорберов представляет собой блок, состоящий из N параллельно соединенных посредством коллекторов шлангов, одни концы которых соединены одним коллектором, а другие концы соединены другим коллектором. Шланги выполнены из армированного материала и заполнены адсорбентом. В каждый из шлангов с концов вставлены объемные фильтры. Отношение диаметра шланга (d) к его длине (l) меньше или равно 0,3. Количество шлангов определяется из выражения , где V - объем сорбента, необходимый для получения заданной производительности установки. Изобретение позволяет упростить конструктивное исполнение установки и продлить ресурс ее работы. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к устройствам для разделения газов адсорбцией и может быть использовано при разделении воздуха путем короткоцикловой безнагревной адсорбции с получением газовой смеси с повышенным содержанием кислорода.

Известна адсорбционная установка для получения кислорода, содержащая блок из двух заполненных сорбентом адсорберов, входные патрубки которых подключены к системе подачи сжатого воздуха, а выходные патрубки подключены к ресиверу, клапаны управления газовыми потоками и соединительные трубопроводы (патент РФ №2096072, кл. В 01 D 53/04, 1997 г.). Одним из основных недостатков известной установки является сложность конструктивного исполнения адсорберов за счет применения в их конструкции большого числа деталей.

Наиболее близкой, взятой за прототип, является адсорбционная установка, содержащая две параллельно установленные колонки с адсорбентом, соединенные патрубками с газоподающим трубопроводом, дроссельное устройство и блок регулирования, состоящий из блока клапанов и блока управления (патент РФ №2060796, кл. В 01 D 53/04, 1996 г.).

Известная установка имеет следующий недостаток. Отсутствие ресивера не позволяет стабилизировать расход продуктового газа на выходе и его давление. Для обеих указанных установок отсутствие возможности изменения объема адсорберов не позволяет демпфировать возможные пневматические удары на стадиях сорбции и десорбции, что негативно сказывается на свойствах адсорбента и ресурсе работы установки.

Задачей изобретения является упрощение конструктивного исполнения установки и продление ресурса ее работы.

Поставленная задача решается тем, что адсорбционная установка для концентрирования кислорода, содержащая адсорберы, клапаны управления газовыми потоками и обратные клапаны, блок управления, соединительные трубопроводы и дроссельное устройство, дополнительно содержит ресивер и устройство плавного сброса, при этом каждый из адсорберов представляет собой блок, состоящий из N параллельно соединенных посредством коллекторов армированных шлангов, одни концы которых соединены одним коллектором, а другие концы соединены другим коллектором, армированные шланги заполнены адсорбентом, причем в каждый из шлангов с концов вставлены объемные фильтры, внутренний диаметр (d) шланга много меньше его длины (l), причем d/l≤0,3, а количество шлангов определяется из выражения

где V - объем сорбента, необходимый для получения заданной производительности установки.

Отличительными признаками установки являются исполнение адсорберов в виде блоков, состоящих из N параллельно соединенных посредством коллекторов шлангов из армированного материала, с концов которых вставлены объемные фильтры, и применение устройства плавного сброса, предназначенного для плавного сброса давления из шлангов. Применение армированных шлангов позволяет использовать их упругость для лучшего поджатия адсорбента. Это осуществляется следующим образом. На стадии десорбции, при снижении давления в шланге, происходит сжатие стенок шланга и обеспечивается поджатие адсорбента. Улучшение поджатия позволяет уменьшить разрушение адсорбента при колебаниях давления в адсорберах и продлить тем самым его ресурс, а следовательно и ресурс работы установки в целом.

Отношение внутреннего диаметра шланга к его длине, равное или менее 0,3, позволяет повысить эффективность работы установки за счет обеспечения практически беспроскоковой работы адсорбента и тем самым способствует увеличению ресурса работы установки.

Пример реализации данной установки показан на чертеже.

Установка состоит из двух адсорберов А и Б. Адсорбер А состоит из шести шлангов 5, одни концы которых подсоединены к патрубкам коллектора 1 посредством хомутов, а другие концы шлангов подсоединены к патрубкам коллектора 2, также посредством хомутов. В шланги засыпан цеолит 6. Для предотвращения просыпания цеолита в коллекторы, с концов шлангов вставлены объемные фильтры 7, выполняющие также функцию противопылевых фильтров. Конструкция адсорбера Б аналогична. Адсорбер Б состоит из шести шлангов 5, одни концы которых подсоединены к патрубкам коллектора 4 посредством хомутов, а другие концы шлангов подсоединены к патрубкам коллектора 3, также посредством хомутов. В шланги засыпан цеолит 6. Входы коллекторов 1 и 4 подсоединены к блоку электро-пневматических клапанов 8, 9, 10, 11, управляемых блоком управления 12. Входы клапанов 9 и 11 объединены в общий трубопровод и подключены к источнику сжатого воздуха, например, компрессору (на чертеже не показан). Выход клапана 9 соединен со входом клапана 8 и со входом коллектора 1 общим трубопроводом. Выход клапана 11 соединен со входом клапана 10 и со входом коллектора 4 общим трубопроводом. Выходы клапанов 8 и 10 соединены общим трубопроводом со входом устройства сброса 13. Выход устройства сброса соединен с атмосферой.

Каждый из коллекторов 2 и 3 имеет по два выхода 14, 17 и 15, 16 соответственно. Выходы 17 и 16 коллекторов 2 и 3 объединены дроссельным устройством 18. Выход 14 коллектора 2 соединен со входом обратного клапана 19, выход которого соединен трубопроводом с ресивером продуктового газа 21. Выход 15 коллектора 3 соединен со входом обратного клапана 20, выход которого соединен трубопроводом с ресивером продуктового газа 21.

Работа установки осуществляется циклически в два полуцикла. Сжатый воздух подается на вход электро-пневматических клапанов 9 и 11. На первом полуцикле клапаны 9 и 10, управляемые блоком управления 12 открываются (клапаны 8, 11 закрыты). Сжатая до 2-3 атм воздушная смесь поступает на вход коллектора 1 адсорбера А и распределяется по шлангам 5 с внутренним диаметром 16 мм, в которые насыпан цеолит 6. С концов шлангов вставлены объемные фильтры 7, предназначенные для очищения газовой смеси от пыли. Воздушная смесь под давлением, проходя через слой адсорбента, обогащается кислородом. Обогащенная кислородом воздушная смесь с коллектора 2 разделяется на два потока, часть потока через обратный клапан 19 поступает в ресивер кислорода 21, а затем к потребителю, а другая часть через дроссельное устройство 18 поступает на коллектор 3 адсорбера Б на промывку цеолита. В шлангах адсорбера Б происходит регенерация цеолита. Газовая смесь из адсорбера Б собирается в коллекторе 4 и через открытый клапан 10 и устройство сброса 13 сбрасывается в атмосферу. На втором полуцикле адсорбер Б находится в стадии сорбции, а адсорбер А - на стадии десорбции.

Расчет количества шлангов обычно производится исходя из требуемой производительности установки.

Так, например, для установки с производительностью 3 л/мин кислорода с армированными шлангами внутренним диаметром 16 мм необходимый объем адсорбента составляет 4 дм³. В этом случае количество армированных шлангов составит:

при условии, что соотношение .

Соотношение является пороговым значением, при котором гарантируется беспроскоковый режим работы.

Упрощение конструктивного исполнения установки достигается тем, что по сравнению с прототипом существенно упрощается конструкция адсорберов. Продление ресурса работы установки достигается применением шлангов из армированного материала в конструкции адсорберов, что позволяет использовать их упругость для лучшего поджатия адсорбента на стадии сброса давления из адсорбера. Кроме этого, использование устройства плавного сброса 13 позволяет снизить эффект пневматического удара при сбросе давления из адсорберов и уменьшить разрушение цеолита при его работе, что позволяет продлить ресурс работы установки в целом.

1. Адсорбционная установка для концентрирования кислорода, содержащая адсорберы, клапаны управления газовыми потоками и обратные клапаны, блок управления, соединительные трубопроводы, дроссельное устройство, отличающаяся тем, что дополнительно содержит ресивер и устройство плавного сброса, при этом каждый из адсорберов представляет собой блок, состоящий из N параллельно соединенных посредством коллекторов армированных шлангов, одни концы которых соединены одним коллектором, а другие концы соединены другим коллектором, шланги заполнены адсорбентом, причем в каждый из шлангов с концов вставлены объемные фильтры, а отношение диаметра шланга к его длине меньше или равно 0,3.

2. Адсорбционная установка по п.1, отличающаяся тем, что количество шлангов определяется из выражения

где V - объем сорбента, необходимый для получения заданной производительности установки;

d - диаметр шланга;

l - длина шланга.