Устройство для очистки воздуха

Устройство для очистки воздуха

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к химии и позволяет повысить скорость очистки воздуха за счет того, что электроды в количестве не менее четырех, помещенные в ионопроницаемые чехлы, размещены в сорбционной секции абсорбера, причем соотношение суммарных объемов чехлов и сорбционной секции составляет от 1:1 до 1:10.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)л В 01 D 61/00, 53/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4727729/26 (22) 25.04.89 (46) 15.07,91. Бюл. ¹ 26 (72) В,В,Крохв и Т.Н.Благосклонова (53) 621.3.035(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1353476, кл. В 01 D 53/00, 11.06.86, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА

Изобретение относится к химии. Устройство для очистки воздуха (газа) от ионогенных примесей может быть использовано в приборостроении, радиоэлектронике и химической промышленности для экологической защиты окружающей среды от промышленных выбросов в атмосферу токсичных ионогенных химических соединений, например аммиака и кислых примесей.

На фиг.1 представлено предлагаемое устройство, общий вид; на фиг,2 — зависимость скорости очистки от отношения суммарного объема чехлов к объему сорбционной секции.

Предлагаемое устройство (абсорбер вертикального типа) содержит корпус 1 из стали, футерованный коррозионно-стойким полимером или целиком из стойкого полимера, сорбционную секцию 2 с насадкой 3 в виде колец Рашига, насыпанных навалом распылителями 4 воды, питаемыми водой через трубу 5, нижней опорной решеткой 6 и верхней решеткой 7, нижним штуцером 8 ввода и верхним штуцером 9 вывода газа, прямоугольные ионопроницаемые чехлы 10 .(из пористой керамики или ионитовых мембран и т.д.) с пластинчатыми графитовыми электродами: катодами 11 и анодами 12 (в промышленных абсорберах при значительной высоте абсорбера могут применяться составные разборные электроды, соеди

„„Я ) „„1662603 А1 (57) Изобретение относится к химии и позволяет повысить скорость очистки воздуха за счет того, что электроды в количестве не менее четырех, помещенные в ионопроницаемые чехлы, размещены в сорбционной секции абсорбера, причем соотношение суммарных объемов чехлов и сорбционной секции составляет от 1:1 до

1:10. ненные друг с другом соединительными токопровбдящими муфтами из коррозионностойкого материала), токоподводами 13,14, штуцерами 15, 16 вывода электродных газов, систем 17, 18 проточной воды и т.д. в электродных чехлах .(на фиг.1 показаны лишь системы проточной воды в двух крайних чехлах, в остальных чехлах аналогичные системы проточной воды), верхний уровень

19 жидкой воды с ионогенными примесями в нижней части абсорбера, сливную трубу

20, емкости-приемники извлеченных газообразных и растворенных в виде ионогенных примесей и емкости для католита и анолита (не показаны), краны 21, 22, 23, сорбционные секторы 24, образованные из сорбционной секции 2 разделением ее на части чехлами 10, источник постоянноготока, пи- . тающий электроды 11, 12 и боковые люки 1 загрузки и выгрузки, при необходимости,, насадки и электроды (не показаны.).

Предлагаемое устройство для очистки воздуха (газа) от ионогенных примесей работает следующим образом.

В сорбционной секции 2 во всех ее секторах 24 включают распылители 4 воды при закрытом донном кране 23 и открытом кране 21 сливной трубы 20. При этом насадка 3 во всех сорбционных секторах 24 увлажняется водой и вода заполняет нижнюю часть

1662603 абсорбера до уровня сливной трубы 20, после чего ее избыток, не достигая нижней опорной решетки насадки, стекает в ем- кость-приемник, размещенный вне абсорбера (не показан). При этом в результате 5 работы распылителей воды в сорбционных секторах происходит непрерывное орошение насадки (колец Рашига) пленкой воды, Затем при полуоткрытых кранах 22 вовнутрь ионопроницаемых чехлов непрерыв- 10 но подают воду из систем 17, 18 проточной воды и т.д. и на электроды 11, 12 подают напряжение постоянного тока от выпрямителя тока или соединенных вместе выпрямителей тока. Открывают нижний штуцер 8 15 ввода очищаемого газа с ионогенными примесями при открытом верхнем штуцере 9 вывода газа, При этом газ с примесями, прахоця через сорбционные секторы 24 с орошаемой водой насадкой 3, очищается от 20 . этих примесей. Ионогенные примеси растворяются в пленке воды, образуя в ней электрически заряженные ионы, которые в электрическом поле электродов 11, 12 движутся через стенки ионопроницаемых чех- 25 лов к электродам, а очищенный от ионогенных примесей гаэ (воздух и др.) подHNvB6 csI 8B8px BgoJl b орошаемой насадки K верхнему штуцеру 9 вывода очищенного газа и выходит наружу. 30

Таким образом, ионы ионогенных примесей, растворенные в пленке воды сорбционных секторов сорбционной секции, B электрическом пале свободно переходят из, сорбционных секторов в чехлы и, разряжа- 35 ясь на электродах в виде газов, поднимаются вверх в, чехлах и удаляются из них, уходя наружу через штуцеры 15, 16 выхода электродных газов по трубам.

Благодаря применению пластинчатых 40 анодов и катодов в ионопроницаемых чехлах, образующиеся на анодах и катодах кислород и водород не вступают друг с другом в контакт и раздельно выводятся из чехлов вместе с примесями в газообразной форме 45 через трубопроводы в емкости-приемники (газгольдеры), размещенные вне абсорбера, причем близость расстояния между электродами с высокоразвитой поверхностью и многочисленность таких электродов; 50 размещенных непосредственно в сорбционной секции по всей ее высоте,. позволяют быстро(со скоростью по меньше мере в 11 — 12 . раз больше скорости очистки в прототипе) и одновременно удалять ионы примесей из 55 всех сорбционных секторов 24 сорбционной секции 2. В прототипе же, вследствие размещения электродов вне сорбционной секции и применения только двух электродов с относительно небольшой поверхностью и сильно удаленных друг от друга, ионам примесей приходится преодолевать значительно большие расстояния, чем в предлагаемом устройстве, вследствие чего для их удаления требуется больше времени и меньшие скоро- . сти пропускания через абсорбер очищаемого воздуха, что обуславливает скорость очистки в прототипе значительно меньшую, чем в предлагаемом устройстве. При этом электроды прорабатывают всю сорбционную зону сорбционной секции по всей ее высоте, а в прототипе два электрода прорабатывают только небольшую часть сорбционной эоны, чем также вызвана большая скорость очистки в предлагаемом устройстве по сравнению с прототипом, Таким образом в предлагаемом устройстве очистку газов от ионогенных примесей возможно осуществлять при значительно большей скорости очистки и при более высоких концентрациях ионогенных примесей в газе, что в прототипе, как явствует иэ приводимых ниже примеров 1 — 3, что имеет важное значение для экологической защиты атмосферы при аварийных, залповых выбросах токсичных ионогенных примесей и для повышения эффективности работы абсорберов.

Техническое обоснование заявленного в формуле изобретения соотношения суммарных объемов чехлов и сорбцианной секции от 1:1 до 1:10 на основе опытов, проведенных в условиях примера 2 (см. ниже) при разных соотношениях этих объемов от 1:1 ло 1:14 представлено графически на фиг.2, На фиг.2 на оси ординат приведено отношение суммарного объема чехлов к объему сорбционной секции, а на оси абсцисс указано во сколько раз скорость очистки в предлагаемом устройстве больШе скорости очистки в прототипе (объем сарбцианной секции образуется суммой объемов всех сорбционных секторов).

Как видно из данных фиг.2, при соотношении объемов менее 1:10 происходит резкий спад скорости очистки в предлагаемом устройстве относительно прототипа — вследствие значительного увеличения расстояния между электродами. При соотношениях больше 1:1, то есть 2:1, 3:1, резко уменьшается количество насадки, то есть резко уменьшается сарбцианный объем с пленкой воды, что вызывает в свою очередь резкое уменьшение скорости очистки.

Минимальное число применяемых в устройстве электродов — четыре: два.анода и два катода, причем аноды и катоды чередуются, образуя три электрических поля. Это минимальное число электродов обусловле1662603 но тем, что при применении только двух электродов (катода и анода) расстояние между электродами получается слишком большим, что вызывает снижение скорости очистки и ухудшает экономичность процесса, 5

В ходе очистки газа (воздуха) напряжение на электродах понижают в пределах от

1100 В (в начале процесса) до 370 В (при выходе на стационарный режим). При этом характер изменения напряжения определя- 10 ется, в основном, типом применяемых электродных чехлов: для чехлов из пористой керамики (оптимальный материал). Этот предел напряжений находится в интервале от 1100 до 370 В. В устройстве применены 15 чехлы из пористой ионопроницаемой керамики, так как они химически и механически более стойкие, чем чехлы из ионитовых мембран. При применения чехлов и ионообменных ионоселективных ионитовых мембран 20 необходимо аноды помещать в анионитовые чехлы из анионитовых мембран типа

МА-100 (или аналогичных марок}, а катоды— в катионитовые чехлы из кгтионитовых мембран типа MK-100 (или аналогичных марок). 25

Напряжение при применении ионитовых чехлов целесообразно поддерживать в заявленных пределах 1100 — 370 В, так как при повышенных напряжениях процесс очистки протекает значиТельно быстрее, чем при бо- 30 лее низких напряжениях.

Устройство для очистки работает непрерывно практически с неограниченным временем его эксплуатации, При необходимости, например при за- 35 мене электродов на свежие или насадки на новую, выключение абсорбера производят в следуюшей последовательности; перекрывают нижний штуцер 8 ввода газа, затем выключают электроды 11,12 и распылители 40

4 воды, опускают из абсорбера воду через донный кран 23, открывают, боковые люки, демонтируют и вынимают через люки электроды с чехлами, заменяя их на свежие, заменяют насадку на новую при необходи- 45 мости..

Оптимальные параметры устройства для очистки, газов от ионогенных примесей следующие: размеры абсорбера 3,6 х 10 х; 50 размеры каждого из керамических чехлов с толщиной стенки 3 мм, 3 х10 х 81; размеры сорбционных секторов (пространства с насадкой между электродными чехлами) по 3,6 10х76 см каждый; 55 общая высота столба насадки из колец

Рашига (размер насадки каждого кольца 1х х1 х 0,5 см) 71 — 75 см; высота слоя жидкой воды на дне сорбционной секции 3 — 5 см; скорость потока очищаемого газа (воздуха) 14,5 — 15,5 л/с; скорость подачи сверху на насадку распыляемой воды в сорбционные секторы сорбционной секции по 0,5 л/ч, скорость подачи воды в электродные чехлы по 10 л/ч; соотношение суммарных объемов чехлов и объема сорбционной секции абсорбера 1:1; величина налагаемого на электроды напряжения; начальное 1100 В, на стационарном режиме напряжение понижается до

370  — в зависимости от типа материала чехла и концентрации ионогенных примесей в пленке воды, стекающей по насадке; плотность тока от 0,05 А/дм в начале процесса очистки до 0,2 А/дм на стационарном режиме очистки; расстояние между соседними электродами по 6,7 см; примененное в оптимальных условиях число электродов — 6; активная рабочая площадь каждого из пластинчатых графитовых электродов с толщиной 0,5 см при их высоте по 76 см и ширине 10 см по 15,6 дм; у электродов, прилегающих к стенкам, по 8 дм, охлаждение электродов — за счет проточной воды -в керамических чехлах.

Источник электропитания электродов постоянным током — соединенные вместе выпрямители тока типа ВСА-5 или другие типы выпрямителей.

Промышленные абсорберы могут иметь значительно большие, габариты, расход воды, величины тока, высоту и площади электродов и более мощные выпрямители тока, Устройство и весь технологический процесс очистки поддаются полной автоматизации, Пример 1. Параметры абсорбера аналогичны вышеприведенным оптимальным значениям, начальное напряжение

1100 В, напряжение на стационарном режиме 370 В, начальная плотность тока 0,05

А/дм, плотность тока на стационарном режиме до 0,2 А/дм . Число электродов — че2 тыре (два анода и два катода). Число сорбционных секторов — три. Удаляемая из очищаемого газа (воздуха) ионогенная примесь — аммиак с концентрацией 100 мг/л, скорость подачи очищаемого воздуха

14,5 л/с.

В устройстве полная очистка газа осуществлялась практически без ограничения продолжительности процесса очистки и при этом проскока примеси через насадку не наблюдалось, В прототипе в абсорбере с сорбционной зоной, равной объему сорбционной секции

1662603 предлагаемого устройства, который равен суммарному объему сорбционных секторов, при оптимальных условиях проведения опытов в прототипе (напряжения 1200 В и величине тока 0,2 А) проскок примеси аммиака наблюдался сразу же после начала работы (концентрация аммиака в очищаемом воздухе и скорость его пропускания были идентичны опыту в предлагаемом устройстве).

Очистка от ионогенной примеси в прототипе достигалась только при концентрации прймеси не выше 20 мг/л и то лишь при скорс".ти подачи очищаемого воздуха не выше 2,2 л/с, то есть скорость очистки в устройстве в 11,6 раз выше скорости очистки в прототипе: за счет увеличения концентрации в 5 раз по сравнению с прототипом и еще в 6,6 раз за счет увеличения скорости подачи очищаемого воздуха в абсорбер в предлагаемом устройстве, то есть в сумме скорость очистки в 11,6 раз выше скорости очистки в прототипе, При оптимальном числе электродов 6 (три анода и три катода) в условиях примера

1 скорость очистки возросла в 13,5 раз по сравнению с прототипом.

При применении только двух электродов(анода и катода) скорость очистки резко снизилась: повышение скорости очистки составила до 7 раз по сравнению с прототипом (расстояние между электродами в опыте при этом составляло 32 см).

Пример 2. Условия проведения опытов те же, что в примере 1.

Скорость подачи очищаемого газа (воздуха) составила 15,5 л/с, концентрация удаляемой ионогенной примеси (двуокиси азота)

100 мг/л. Скорость очистки в устройстве оказалась в 12 раз выше скорости очистки в прототипе: в пять раз за счет повышения концентрации примеси с 20 мг/л (в прототипе выше этой концентрации происходит проскок примеси) до 100 мг/л и в семь раз за счет повышения скорости подаваемого на очистку газа с 2,2 л/с (в прототипе) до

15,5 л/с (в предлагаемом устройстве), то есть в сумме в 12 раз, При оптимальном числе электродов равном шести (три анода и три катода) в условиях примера 2 скорость очистки возросла в 14 раз по сравнению с прототипом.

При применении только двух электрор,оВ (анода и катода, при расстоянии между ними 32 см) скорость очистки составила только в 8 раз выше скорости в прототипе.

Пример 3. Условия проведения опытов те же, что в примере 1, Скорость подачи очищаемого газа (воздуха) 15,5 л/с, концентрация удаляемой ионогенной примеси (хлористого водорода) 100 мг/л. Скорость очистки в предлагаемом устройстве оказалось в 12 раз выше, чем в прототипе: в 5 раз за счет повышения концентрации примеси в воздухе с 20 мг/л (в прототипе, выше — проскок) до 100 мг/л (в . предлагаемом устройстве) и еще в 7 раз за счет повышения скорости подаваемого на очистку воздуха с 2,2 л/с(в прототипе, выше— проскок примеси) до 15,5 л/с (в предлагаемом устройстве).

При оптимальном числе электродов, равном шести (3 анода и 3 катода) в условиях примера 3 скорость очистки возросла в 14 раз по сравнению с прототипом.

При применении только двух электродов (анода и катода, ггри расстоянии между

15 ними 32 см) скорость очистки была только в

7,5 раз выше скорости очистки в прототипе.

Повышение скорости очистки газов от ионогенных примесей по сравнению с прототипом по меньшей мере в 11 — 12 раз при четырех электродах (два анода и два катода) достигнуто за счет применения пластинча20 тых электродов в ионопроницаемых чехлах, размещенных всорбционной секции абсорбера при соотношении суммарных объемов чехлов и сорбционной секции от 1:1 до 1;10.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство для очистки

30 воздуха, преимущественно от аммиака и кислых примесей, содержащее вертикальный абсорбер с системой распыления воды, нижний штуцер ввода и верхний штуцер вывода газов, емкость — приемник извлеченных ионогенных примесей, которое с целью повышения эффективности очистки воздуха снабжено пятикамерным электролизером, средняя камера которого. размещена перед

35 штуцером вывода газов, выполнена с перфо40 рированным днищем из диэлектрика, перекрывающим поперечное сечений абсорбера, и снабжена фильтром в виде слоя силикагеля, при этом остальные камеры размещены с внешней стороны корпуса абсорбера

В прототипе, проскочившие через зону распыления воды, ионогенные примеси, диафрагмами, обладающими омическим сопротивлением, Недостатком прототипа является существование недостаточно высокого верхнего

55 предела скорости очистки.

Предлагаемое устройство позволяет не только повысит скорость очистки газов от ионогенных примесей по сравнению с прототипом по меньшей мере в 11 — 12 раз за счет их извлечения сразу из всего объема растворившиеся в пленке воды на тонком слое силикагеля, удаляют в электрическом . поле высокого напряжения 1200 — 1500 В из

50 абсорбера в боковые камеры — ловушки с

1662603

10 пленочной воды сорбционной секции абсорбера по всей его высоте, но и предотвращает практически любые залповые выбросы токсичных ионогенных примесей из абсорбера в окружающую атмосферу при резком повышении концентрации этих примесей в газе, защищая от них экологическую среду, и резко повышает эффективность работы абсорбера пленочного тица.

При применении только двух электродов (анода и катода) Скорость очистки резко снижается, повышение .скорости очистки составляет лишь в 7 — 8 раз больше скорости очистки в прототипе, Вследствие этого в формуле изобретения указывается, что число электродовдолжно быть "... в количестве не менее четырех", так как начиная с применения четырех электродов, происходит резкое уменьшение расстояния между соседними электродами и наблюдается скачкообразное возрастание скорости очистки, вызванное этим уменьшением межэлектродного расстояния.

Формула изобретения

Устройство для очистки воздуха от аммиака и кислых примесей, содержащее сорбци10 онную секцию, внутри которой помещена насадка, систему распыления воды, нижний штуцер ввода и верхний штуцер вывода„ .электроды с источником питания постоянным током, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с

15 целью увеличения скорости очистки, электроды снабжены чехлами иэ ионопроницаемого материала, установлены в сорбционной секции и суммарный объем чехлов относится к объему сорбционной секции как 1:(1 — 10).

1662603

Составитель О. Зобнин

Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор С. Черни

Редактор А. Огар

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

Заказ 2216 Тираж 449 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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