Аппарат для разделения газа

Аппарат для разделения газа

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к области разделения и очистки газообразных жидких веществ в электронной, химической и других областях промышленности и может быть использовано для очистки газа от газообразных примесей. Цель изобретения - повышение эффективности разделения газа и понижение потребляемой энергии. Принцип работы аппарата основан на удалении легкоионизируемой газовой примеси электрическим полем коронного разряда из газовой смеси. Аппарат для разделения газа содержит корпус 1, в котором расположены вакуумно-плотно разделительный электрод 2 и диафрагма 3, электрически соединенные с корпусом 1 и заземленные. Электрод 2 разделяет внутренний объем 4 с газом, обогащенным второй компонентой, и объем 5 с газом, обогащенным первой компонентной (примесью). Диафрагма 3 отделяет объем 6 со смесью газов от объема 4. Внутри объема 6 помещен коронирующий электрод 7 с вмонтированными в него остриями 8, электрически соединенный с высоковольтным вводом 9, вакуумно-плотно входящий в высоковольтный изолятор 10. В диафрагму 3 помещены вакуум-плотные изоляционные трубки,торцы которых выходят за пределы острий 8, помещенных коаксиально внутри трубок 11. В разделительный электрод 2 вакуумно-плотно помещены втулки с соплами 12,каждое соосно с соответствующим своим острием 8, расширяющейся частью в сторону последнего. К торцу каждого сопла 12 прикреплена металлическая сетка 13. К корпусу 1 вакуумно-плотно присоединены патрубки 14 и 15 для входа газовой смеси и выхода разделенных потоков газа соответственно из объема 4 и патрубок 16 из объема 5. Все торцы коронирующего электрода 7 закруглены для исключения пробоев. Электрическое соединение разделительного электрода 2 с корпусом 1 и заземление корпуса позволяют упростить электрическую схему, обслуживание аппарата и ускорить снятие заряда с разделительного газа. Сетки 13 позволяют сделать горение короны более равномерным, симметричным с осью сопел 12, направить основной поток ионизированной первой компоненты (примеси) в центральную часть сопел 12. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

5ЮЙИЙЛ ЩЦ(И() Щ""фиг иВАибте Я, сяу В 03 С 3/00

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

СР

4 (л

Ю г ь газаЮ

Ъ

Р ище,жуй гат

1Г б&гащеч алый а,т

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4617869/26 (22) 12.12.88 . (46) 07.07.91. Бюл, N. 25 . (71) Львовский политехнический институт им. Ленинского комсомола и Производственное объединение "Полярон" (72) В.И. Чигинь, R.М. Билый и P.Â. Корбецкий (53) 621.928.8 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

f4 990310, кл. В 03 С 1/00, 1982.

Авторское свидетельство СССР

ЬЬ 1289548, кл. В 03 С 3/00, 1987. (54) АППАРАТ ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ГАЗА (57) Изобретение относится к области разделения и Очистки газообразных жидких веществ в электронной; химической и других областях промышленности и может быть использовано для очистки газа.от газообразных примесей. Цель изобретения повышение эффективности разделения газа и понижение потребляемой энергии. Принцип работы аппарата основан на удалении легкоионизируемой газовой примеси электрическим полем коронного разряда из газо„„ Ж„„1бб0752 А1 вой смеси, Аппарат для разделения газа содержит корпус 1, в котором расположены вакуумно-плотно разделительный электрод

2 и диафрагма 3, электрически соединенные с корпусом. 1 и заэемленные. Электрод 2 разделяет внутренний объем аппарата на объем 4 с газом, обогащенным второй компонентой, и объем 5 с газом, обогащенным первой компонентой (примесью). Диафрагма 3 отделяет объем 6 со смесью газов от объема 4. Внутри объема 6 помещен коронирующий электрод 7 с вмонтированными в него остриями 8, электрически соединен. ный с высоковольтным вводом 9, вакуумноflfIOTHO ВХОДЯЩИМ В ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ изолятор 10. В диафрагму 3 помещены вакуумно-плотные изоляционные трубки, торцы которых выходят за пределы острий 8, помещенных коаксиально внутри трубок 11, В фазделительный электрод 2 вакуумно-плотно помещены втулки с соплами 12, каждое соосно с соответствующим своим острием

8, расширяющейся частью в сторону последнего. К торцу каждого сопла 12 прикреплена металлическая сетка 13. К корпусу

+ — ) 1660752

„5

40

1 вакуумно-плотно присоединены патрубки

14 и 15 для входа газовой смеси и выхода разделенных потоков газа соответственно из объема 4 и патрубок 16 из объема 5. Все торцы коронирующего электрода 7 закруглены для исключения пробоев, Электрическое соединение разделительного электрода 2 с корпусом 1 и заземление корИзобретение относится к области разделения и очистки газообразных и жидких веществ в электронной, химической и других областях промышленности и может быть использовано для очистки газа от газообразных примесей, например, в установ. ках для получения чистых инертных и других газов, очистки воздуха от газообразных загрязнений.

Целью изобретения является повышение эффективности разделения газа, снижение потребляемой мощности.

На чертеже представлен аппарат для разделения газа, Аппарат для разделения газа содержит корпус 1, в котором расположены вакуумноплотно разделительный электрод 2 и диафрагма 3, электрически соединенные с корпусом 1 и заземленные. Электрод 2 разделяет внутренний объем аппарата на объем 4 с газом, обогащенным второй компонентой, и объем 5 с газом, обогащенным первой компонентой (примесью). Диафрагма 3 отделяет объем 6 со смесью газов от объема 4, Внутри объема 6 помещен коронирующий электрод 7 с вмонтированными в нее остриями 8, электрически соединенный с высоковольтным вводом 9 источника тока (не показан), вакуумно-плотно входящим в высоковольтный изолятор

10. В диафрагму 3 помещены вакуумноплотные изоляционные трубки 11, торцы которых выходят. за пределы острий 8, помещенных коаксиально внутри трубок 11.

B разделительный электрод 2 вакуумноплотно помещены металлические втулки с соплами 12, каждое соосно с соответствующим своим острием 8, расширяющейся частью в сторону последнего. К торцу каждого сопла прикреплена металлическая сетка 13.

К корпусу 1 вакуумно-плотно присоединены патрубки 14 для входа газовой смеси, выхода 15 разделенных потоков газа из объема

4 и выхода 16 иэ объема 5. Все торцы коронирующего электрода 7 закруглены для исключения пробоев, Электрическое соединение разделительного электрода 2 с корпусом 1 и заземпуса позволяют упростить электрическую схему, обслуживание аппарата и ускорить снятие заряда с разделительного газа. Сетки 13 позволяют сделать горение короны более равномерным, симметричным с осью сопел 12, направить основной поток ионизированной первой компоненты (примеси) в центральную часть сопел 12, 2 з.п.ф-лы, 1 ил. ление корпуса позволяют упростить электрическую схему, обслуживание аппарата и ускорить снятие заряда с разделительного газа, Сетки 13 позволяют сделать горение короны более равномерным, симметричным с осью сопел 12, направить основной поток ионизированной первой компоненты (примеси) в центральную часть сопел 12.

Аппарат работает следующим образом, Газовая смесь с меньшей концентрацией первой компоненты подается во входной патрубок 14, попадает в объем 6 и проходит вдоль трубок 11, где в положительном коронном разряде ионизируется первая компонента с более низким потенциалом ионизациии образуются положительные ионы, или в отрицательном коронном разряде атомы первой компоненты с более высоким сродством к электрону захватывают электроны и образуются отрицательные ионы, В области вне короны ионы первой компоненты образуются за счет перезарядки ионов второй компоненты на атомах первой компоненты. Положительные (e первом случае) либо отрицательные (во втором) ионы первой компоненты движутся в направлении сеток 13 и попадают на проводящую поверхность сопел 12. Здесь они нейтрализуются и откачиваются сквозь каналы во втулках сопел 12 в объем 5, а оттуда через патрубок 16 удаляются, Диаметры, длина и количество каналов во втулках такие, что разность давлений с обеих сторон разделительного электрода 2 составляет десятые доли атмосферы и обеспечивается откачка только объема газа внутри сопел 12, т.е, порядка долей процента от полного объема газа в объеме 4. Входные диаметры сопел 12 на порядок больше диаметров каналов их втулок и это позволяет исключить образование объемного заряда вблизи них, Сетки 13 позволяют выравнять потенциал вблизи сопел 12, направить ионы в центральную часть сопел, Таким образом обеспечивается максимальная откачка первой, нейтрализованной компоненты (примеси) на стенках сопел 12 и минимальная откачка второй компоненты (основной) газа.

1660752

25 происходит разделение и откачка (очистка) Использование аппарата по сравнению с существующими устройствами обладает рядом преимуществ. Так, применение коронирующего электрода в виде совокупности металлических острий и диафрагмы с коаксиально размещенными трубками позволяет увеличить эффективность разделения газа путем увеличения эффективности ионизации атомов примеси при одном и том же расходе газа — весь поток разделяется на отдельные потоки и каждый из них проходит сквозь область короны, в которой основным является ионизация электронным ударом.

Составитель Н,Годунова

Техред M.Ìîðråíòàë Корректор А,Осауленко

Редактор С,Пекарь

Заказ 2074 Тираж 337 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Расчеты показывают, что для полного устранения влияния пространственного заряда ионов, поток которых из объема короны стягивается на поверхностях сопел 12 при расстоянии острие 8 — сетка 13, равном

2 см, радиусе коронирующего электрода

0,05 см, напряжении короны 5000 В и полном токе ионов 3 10 А при давлении газа в

1 атм внешний диаметр сопла 12 должен быть порядка 1 см. Для откачки из сопел 12 газа, состоящего из смеси второй компоненты и нейтрализованных атомов первой компоненты, путем уменьшения давления в объеме 5 до значения порядка 0,8 — 0,9 атм при глубине конуса сопла 9,5 см и при количестве сопел 12 порядка тысячи диаметры и каналов в хвостовой части сопла должны быть порядка 0,1 см. При этом поток откачиваемого газа сквозь сопла 12 имеет значение порядка 001 л/с, т.е, порядка 1 от принятого полного потока в трубе 1 л/с.

При укаэанных параметрах аппарата, короны и потока газа за расчетное время прохождения газа вдоль трубы, равно 30 с, атомов. кислорода (первой компоненты) из аргона (второй компоненты) от уровня 104 до 10, При расчетах принималось, что ток в короне проходит преимущественно за 30 счет ионизации атомов первой компоненты и количество перенесенных ионов первой компоненты из области короны на стенки сопел пропорционально времени прохождения тока. 35

Кроме того, применение геометрии острие — плоскость (сеток на втулках в виде сопел) позволяет существенно снизить потребляемую мощность разряда короны для разделения одинакового количества газа за счет понижения рабочего напряжения при одном и том же токе короны, Рабочее напряжение короны снижено от 60000 В (в прототипе) к 5000 В. Таким образом, при наборе определенного количества пар острие-сопло, при котором ток короны равен току в аппарате по прототипу, мощность разряда для разделения одного и того же количества газа падает в 12 раз.

Формула изобретения

1. Аппарат для разделения газа, содержащий корпус с патрубками входа газа и выхода продуктов разделения, цилиндрические металлические втулки с отверстиями в виде сопел, размещенные на разделительном электроде, и коронирующий электрод, соединенные с источником тока. о т л и ч Эю шийся тем, что, с целью повышения эффективности разделения газа и снижения потребляемой мощности, он снабжен диафрагмой с изоляционными трубками, расположеной между коронирующим и разделительным электродом, соединенным с корпусом, и сеткой, размещенной между металлическими втулками с соплами и прикрепленной к их торцам, а коронирующий электрод снабжен остриями, коаксиально размещенными в соответствующей изоляционной трубке, причем металлические втулки разделительного электрода установлены под изоляционными трубками соосно им и.остриям коронирующего электрода.

2. Аппарат по п,1. отл и ч а ю щи и с я тем, что для разделения электроотрицательных газов коронирующий электрод с остриями подключен к отрицательному полюсу источника тока, 3, Аппаратпо п.1, отл ича ю щийся тем, что для разделения электроположительных газов коронирующий электрод с остриями подключен к положительному полюсу источника тока.