Устройство для разделения газовых смесей

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<11955990 (61) Дополнительное к авт. свид-ву(51)M Кл з (22) Заявлено 25.02.81 (21) 3253872/23-26 с присоединением заявки Нов (23) Приоритет -.

Опубликовано 07,09. 82.Бюллетень М 33

В 01 D 53/04

Государствеииый «омитет

СССР по делам изобретеиий и открытий (53) УДК 66.074. 7 (088.8) Дата опубликования описания 07.09.82 (72) Авторы изобретения

И.Я.Вицютко, Э.A.Ãåíèí, A.Ä.Nàëÿð÷èêîâ и Г;А.Фатеев в

" с.

Ордена Трудового Красного Знамени инс. итут: тепло- и массообмена им. A.Â.Ëûêîâà (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ

Изобретение относится к техйологическим системам для разделения смесей путем сорбции с последующим.выделением основного компонента например отбора углекислого газа иэ воздушной среды для обеспечения. жизнедеятельности организмов в ограниченных, преимущественно герметичных, объемах и может быть использовано как в транспортных средствах, так и стационарных установках различных отраслей промышленности.

Известно устройство для разделения газовой среды, включающее корпус и транспортирующий механизм для перемещения сорбента (13

Такое устройство сложно в изготовлении и эксплуатации вследствие наличия механизма перемещения сорбента.

При этом возможны перетоки газа в сис- 2О теме, что снижает качество очистки.

Наличие элементов движения обуславливает вибрацию и шум.

Известно устройство для разделения газовых смесей, включающее корпус со слоем адсорбента, камеры, теплообменные элементы, соединенные с камерами, термоэлектрическую батарею и патрубки ввода и вывода газа f2).

В этом устройстве сорбционный слой выполнен из большого числа элементов, расположенных на одинаковом расстоянии один от другого, а между элементами образованы каналы для подвода и отвода газа (смеси и компонентов), Термоэлементы установлены в поглотителе таким образом, что между ними и каждым сорбционным элементом осуществляется теплопередача. Термоэлементы отводят тепло от адсорбционных элементов во время адсорбции и подводят во время десорбции.

К недостаткам относится неэффективность секционного теплораспределения по толщине сорбента при циклическом изменении температуры. При этом термоэлементы имеют незначительные перепады температур между спаями, что снижает эффективность адсорбции слоя.

Высокая инерционность системы нв обеспечивает высокой чистоты очистки и экономичности процесса.

Целью изобретения является повы-. шение экономичности процесса эа счет улучшения условия теплообмена.

Эта цель достигается тем, что в устройстве для разделения газовых смесей, включающем корпус со слоем адсорбента, камеры, размещенные в слое

955990 адсорбента, .теплообменные элементы, соединенные с камерами,и термоэлектрическую батарею, теплообменные элементы выполнены в виде труб с капиллярно-пористыми фитилями, при этом камеры заполнены капиллярно-пористым 5 материалом.

Устройство снабжено соединенным с патрубком вывода газа теплообменником и отделителем жидкости. В этом устройстве адсорбция и десорбция за- 10 данного компонента из газовой смеси осуществляется в поглотителе при изМенении его температуры посредством развитой системы теплообмена, а потоки газовой смеси обусловлены изменением давления в адсорбере-десорбере за счет разности температур в помещении и аппарате без принудительных систем переноса газа и его компонентов, При этом, при десорбции поглощенный гаэ поступает в теплообменник и отделитель жидкости, обеспечивая высокую степень очистки жизнеобеспечивающей среды и воэможность утилизации сжиженного компонента.

На чертеже представлена схема устройства для разделения газовых смесей. устройство ключает корпус, содержащий два блока 1 и 2 со слоем адсорбента 3, трубы 4 с фитилями 5,объединенные камерами б, заполненными капиллярно-пористым материалом, преимущественно металлокерамикой. Между камерами установлена реверсивная термоэлектрическая батарея 7. Блоки с а„цсорбентом снабжены патрубками ввода 8 и вывода 9 газа с вентилями

10, 11, 12 и 13. Предусмотрены заборный фильтр-осушитель 14, теплообмен-. ник-конденсатор 15 с теплосъемниками 40

16, отделитель жидкости 17 со сливным патрубком 18, вентилем 19, уровнемером 20, газоотводом 21 и регулирующим клапаном 22.

Устройство работает следующим об- 45 разом.

При подаче на термобатарею 7 постоянного или выпрямленного тоха происходит в одном блоке, например 1, нагрев поглотителя (сорбента) 3, а в другом блоке 2 - охлаждение его за счет теплообмена теплообменных элементов. При этом съем тепла с горячего спая термобатареи 7 осуществляется промежуточни„ теплоносителем, например аце 55 тоном,,с температурой кипения около

70ОС, испаряющимся из капиллярно-пористой структуры в камере. Пары диффундируют к поверхностям труб 4, которые рассеивают тепло фазового перехода в адсорбенте 3, конденсируются и жидкий ацетон по капиллярно-пористой структуре фитилей 5, выстилающей их поверхность и контактирующей с материалом общей камеры 6, возвращается 65 к горячим поверхностям труб 4. Рассеянное в поглотителе тепло осуществляет десорбцию поглощенного компонента, который через вентиль 12 при закрытых вентилях 10 и 13 через патрубок 9 направляется в теплообменникконденсатор 15> где за счет отвода тепла с его тейлосъемников 16 при рабочем давлении в системе, установленном регулирующим вентилем 22 (порядка 15-17 атм),конденсируется и поступает в отделитель жидкости 17, а пары по трубопроводу 21 выводятся из системы. Когда отделитель жидкости заполнится, что видно по уровнемеру

20, жидкость выводят иэ системы через трубопровод 18 и вентиль 21. Одновременно cдесорбцией протекает процесс сорбции в блоке 2, поглотитель которого охлаждается холодным спаем термобатареи 7. Благодаря охлаждению поглотитель сорбирует из поступающей через фильтр-осушитель

14 и патрубок 9 газовой смеси (воздуха) СО.Тепло адсорбции из аппарата отводится трубами 4, в которых осуществляется испарение ацетона из капиллярно-пористой структуры фитилей

5, а также пристеночного слоя. Тепло фазового перехода переносится парами к охлаждаемому капиллярнопористому материалу в камере 6. Пары конденсируются на холодных поверхностях, а конденсат возвращается вновь в зону испарения. И так до полного насыщения и десорбции,после чего, изменяя направление тока, перекрывая соответственно вентили 11 и 12 и открывая вей или 10 и 13, превращают блок 1 в адсорбер, а блок

2 в десорбер., Циклы повторяются.

Система клапанов основана на автоматическом принципе работы эа счет давлений в адсорберах- десорберах, определяя таким образом продолжительность периодов сорбции и десорбции с одновременным переключением тока, подаваемого на клеммы термобатареи. Для увеличения интенсивности процесса фильтр-осушитель дополнительно комплектуется вентиляторомнагревателем газовой среды.

Благодаря выполнению устройства разделения газовых смесей в соответствии с заявляемым техническим решением достигается наиболее глубокая очистка воздуха от одного из компонентов, в соответствии с выбранным поглбтителем, например or углекислого газа (за счет особенностей поглотителя и разделения газа в отделителе на жидкую и газовую фазы), в оптимальном режиме при сравнительно простом аппаратурном оформлении.Кроме того, достигается возможность утилизации СО, а исключение приводных механизмов гарантирует бесшум955990

Формула изобретения ность работы агрегата. Экономичность устройства объясняется многократностью использования тепла на процесс десорбции посредством его поочередного транспортирования иэ одного адсорбционно-десорбционного агрегата в другой в зависимости от рабочего цикла поглотителя.

1. Устройство для разделения газовых смесей, включающее корпус со слоем адсорбента,камеры, размещенные в слое адсорбента, теплообменные элементы, соединенные с камерами, термоэлектрическую батарею и патрубки ввода и вывода газа, о т л и. ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повыаения экономичности процесса за счет улучшения условий теплообмена, теплообменные элементы выполнены в виде труб с капнллярно-пористыми фитилями, при этом камеры заполнены капиллярно-пористым материалом и теплоносителем, преимущественно ацетоном.

2. Устройство по п.1, о т л ич а ю щ.е е с я тем, что оно снаб о жено соединенными с патрубками вывода газа теплообменником-конденсатором и отделителем жидкости.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1 ° Патент CtaA 9 2643972, кл. 196-147, 1958.

2. Патент США 9 3626671, кл. 55-179, 1971 (прототип).

ВНИИПИ Заказ 6863/6

Тираж 734 Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4