close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY3901

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(19)
BY (11) 3901
(13)
C1
(51)
(12)
7
B 01D 46/24
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ
КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
(54)
СПОСОБ ОТДЕЛЕНИЯ МАСЕЛ ИЗ ГАЗОВОЙ СМЕСИ И УСТРОЙСТВО
ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
(21) Номер заявки: 970667
(22) 1997.12.03
(46) 2001.06.30
(71) Заявитель: Институт механики металлополимерных
систем им. В.А. Белого НАНБ (BY)
(72) Авторы: Гракович П.Н., Красовский А.М., Иванов
Л.Ф., Рябченко И.Л., Емельянов В.А., Гранько
В.И., Родин Г.Ф. (BY)
(73) Патентообладатель: Институт
механики
металлополимерных систем им. В.А. Белого НАНБ
(BY)
(57)
1. Способ отделения масел из газовой смеси, в частности при работе вакуумного насоса, включающий пропускание газового потока при избыточном давлении через пористую перегородку, отличающийся тем, что перегородка выполнена из волокнисто-пористого политетрафторэтилена с толщиной слоя 2...4 мм и пористостью
85...90 %, а избыточное давление не превышает 20 кПа.
2. Устройство для отделения масел из газовой смеси, в частности при работе вакуумного насоса, содержащее корпус, внутри которого вертикально установлен фильтрующий элемент в форме односторонне замкнутого цилиндра с конусной нижней частью, отличающееся тем, что фильтрующий элемент содержит
фильтрующий слой, выполненный из волокнисто-пористого политетрафторэтилена толщиной 2...4 мм и пористостью 85...90 %.
3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что фильтрующий слой из волокнисто-пористого политетрафторэтилена выполнен с переменной пористостью по толщине, причем более плотный слой находится снаружи.
BY 3901 C1
(56)
SU 1558437 A1, 1990.
SU 1590110 A1, 1990.
EP 0278772 A1, 1988.
Предлагаемое изобретение относится к очистке газов и может быть использовано при отделении масла из
газообразных суспензий, в частности из выхлопных газов механических вакуумных насосов с масляным уплотнением, и может применятся во всех отраслях техники и науки, где используются вакуумные технологии.
Известен способ осаждения аэрозолей под действием инерционных сил, реализованный в центробежных
сепарационных циклонах и инерционных жалюзных каплеотбойниках, например в устройстве для очистки от
аэрозолей, которое содержит корпус, на стенках корпуса попарно установлены сетчатые фильтры, устройство снабжено расширительной камерой, связанной с циклоном, непосредственно закрепленным на входном
патрубке приспособления для ввода загрязненного газа [1].
Этот способ рассчитан на постоянные скорости и объемы очищаемого газа. Однако в ходе откачки скорость потока выхлопных газов изменяется очень значительно. Недостатками его являются: невысокая степень очистки, сравнительно большое аэродинамическое сопротивление, громоздкое оборудование и невозможность, как правило, использовать отделенное масло.
Известен способ мокрой очистки газов от аэрозольных частиц путем промывки, реализованный в пенных
уловителях и струйных скрубберах [2].
Недостатком этого способа является необходимость последующей очистки рабочей жидкости от масла,
невозможность прямого использования отделенного масла и громоздкость оборудования.
Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является
способ отделения масла из аэрозолей фильтрованием. Способ включает пропускание газового потока под
избыточным давлением (не более 70 мм. рт. ст. ~10 кПа) через спеченную пористую перегородку фильтрэлемента из порошка коррозионно-стойкого материала толщиной 2,8...3,5 мм и с размером пор 10...15 мкм
при коэффициенте проницаемости 0,45...0,85х10-12 м2 [3]. При этом происходит разделение газовой аэрозоли
на концентрат жидкости (масло) и газовую составляющую. Капельки масла за счет избыточного давления
выдавливаются на наружную поверхность спеченной пористой перегородки и под действием сил гравитации
стекают по ней.
При этом величина потока выхлопных газов устанавливается подачей постоянного потока газа на вход
насоса, т. е. вакуумный насос работает в режиме перекачки газа, а не откачки объема. Величина избыточного
давления в этих условиях не превышает 70 мм. рт. ст. (~10 кПа), степень отделения масла при этом равна
100 %. При большем избыточном давлении 140 мм. рт. ст. (~20 кПа) степень отделения масла 90 %. Однако
в реальных условиях максимальная нагрузка при работе насоса (по потоку газовой аэрозоли) имеет место в
момент включения насоса и уменьшается по мере снижения остаточного давления в откачиваемом объеме,
постепенно приближаясь к практически нулевому значению. При пуске форвакуумного механического насоса и работе его при высоких расходах газа предельно допустимое давление в выхлопном патрубке не должно
превышать 2 атм. (~ 2х105 Па) [4]. При превышении нарушается герметизация и снижается производительность насоса. Фильтр-элемент в виде втулки диаметром 59 ± 0,5 мм, высотой 150 ± 1 мм с параметрами приведенными выше создаст избыточное давление около 700 мм. рт. ст. (~ 1х105 Па), при этом возникает большая вероятность выхода из строя насоса и появляется проблема количественного отделения масла из-за
большой скорости движения газовой смеси через пористую перегородку. Для снижения пикового давления
до приемлемого уровня 140 мм. рт. ст. (~ 20 кПа) необходим либо фильтр очень большого размера с вышеуказанными параметрами спеченной пористой перегородки или ресивер, в 3...4 раза превышающий откачиваемый объем.
Для отделения масла из газовой смеси фильтрованием применяются различные по конструкции устройства.
Известны устройства, состоящие из двух ступеней очистки, причем вторая, как правило, снабжена вентилятором для принудительного перемешивания потока аэрозоли и уменьшения аэродинамического сопротивления системы. Известно устройство для очистки аэрозолей, содержащее кожух, привод, крышку, входной
патрубок, первую ступень фильтрации, включающую перфорированный барабан, фильтрационный материал, расположенный на внутренней поверхности барабана, и нагнетательный вентилятор, соосно закрепленный
в полости барабана, и вторую ступень фильтрации, включающую камеру с брызгоуловителем [5]. Известно устройство для очистки аэрозолей, содержащее камеру грубой очистки с патрубком входа загрязненного газа, камеру тонкой очистки, в которой на валу привода закреплены соосно перфорированный барабан с фильтрматериалом и вентиляторное колесо [6].
Недостатком этих устройств является необходимость применения двух ступеней фильтрации для достаточно высокой степени очистки и дополнительные энергозатраты на вентилирующие устройства. В целом
такие устройства отличает невысокая степень очистки, сравнительно большое аэродинамическое сопротив2
BY 3901 C1
ление, громоздкое оборудование и необходимость регулярного обслуживания из-за сложности конструкции
устройства. Наличие двух ступеней очистки затрудняет возврат собранного масла в насос.
Известно устройство для очистки аэрозолей, содержащее корпус, закрытый крышкой, в котором между
верхней и нижней распределительными решетками размещен фильтрующий элемент, причем нижняя решетка размещена над бункером, а верхняя установлена с возможностью вертикального перемещения [7].
Хотя в данном устройстве реализован возврат масла в вакуумный насос, в связи с неизбежным изменением механических параметров пористого фильтрующего элемента в ходе работы его улавливающая способность изменяется, например после длительных пауз или при загрязнении объема фильтра твердыми частицами. Наличие подвижных элементов снижает надежность системы и требует регулярного осмотра.
Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является
устройство для очистки газа от жидких аэрозольных частиц, содержащее корпус, в котором монтируется
фильтрующий элемент, выполненный в виде пакета конусообразных тканевых сеток из синтетических мононитей, конусообразный сборник со сливом, необходимый для непрерывного отвода уловленной жидкости из
аппарата [8].
Это устройство не позволяет возвращать уловленное масло непосредственно в вакуумный насос, а требует операции слива масла из сборника. Пакет тканевых сеток из синтетических мононитей должен выполняться из неполярного полимера, для эффективного взаимодействия с маслом, который должен быть стоек к
агрессивным средам.
Задача изобретения - повышение степени и скорости отделения масла из парогазовой смеси и продолжительности работы устройства до замены фильтра.
Поставленная задача решается тем, что: 1) Способ включает пропускание газовой смеси под избыточным
давлением не более 20 кПа через пористую перегородку с пористостью 85...90 %, толщиной 2...4 мм, фильтрующего элемента, выполненного из волокнисто-пористого политетрафторэтилена, получаемого по оригинальной технологии [9], низкая поверхностная энергия которого обеспечивает высокую степень улавливания
масла за счет полной смачиваемости.
2) Устройство для отделения масла содержит корпус, внутри которого установлен фильтрующий элемент, фильтрующий слой которого выполнен в виде цилиндра с нижней частью в форме конуса. Исходя из
объема вакуумируемой герметичной емкости, производительности насоса и удельного сопротивления пористой перегородки, площадь фильтрующего слоя и объем корпуса рассчитываются таким образом, чтобы
сопротивление фильтрующего элемента создавало избыточное давление не более 20 кПа в момент включения насоса. Для улучшения дренажа уловленной жидкости и предотвращения вторичного уноса потоком газа
частиц жидкости с внутренней поверхности волокнисто-пористого слоя он выполнен с переменной пористостью по толщине, причем более плотный слой находится снаружи. Корпус устройства устанавливается на
минимальном расстоянии над выхлопным патрубком вакуумного насоса так, чтобы под действием силы тяжести отделенное масло поступало в насос.
Сущность изобретения заключается в том, что масляная аэрозоль отделяется от выхлопных газов вакуумного насоса при прохождении через пористую перегородку из волокнисто-пористого политетрафторэтилена
фильтрующего элемента, выполненного в виде вертикального цилиндра с нижней частью в виде конуса, последнее позволяет возвращать отделенное масло в насос.
На чертеже 1 представлена схема предлагаемого устройства.
Вакуумный насос 1 выхлопным патрубком 2 соединен с вертикальным корпусом 3 закрытым крышкойфланцем 4. В корпусе 3 вертикально размещен фильтрующий элемент 5, состоящий из перфорированного
или сетчатого каркаса 6, фильтрующего слоя 7 из волокнисто-пористого фторопласта-4, перфорированного
защитного экрана 8 и фланца 9. К внешнему экрану 8 прикреплена отражающая пластина 10, которая расположена над выхлопным патрубком 2 под углом 45° к потоку газовой смеси.
Устройство работает следующим образом.
Включают вакуумный насос 1 и вакуумируют герметичную емкость. Содержащий аэрозоль масла газовый поток из выхлопного патрубка 2 поступает в корпус 3, ударяется об отражающую пластину 10, равномерно распределяется по объему корпуса 3, проходит через фильтрующий слой 7 фильтрующего элемента 5,
очищается в нем от масла и через фланцы 4 и 9 выводится в централизованную выхлопную магистраль. Газы, содержащие частицы аэрозоля, направляются горизонтально через волокнисто-пористый слой. Частицы
сорбируются на отдельных волокнах слоя, соединяются, образуя жидкие пленки, которые перемещаются через волокнисто-пористый слой потоком газа. Уловленное масло выдавливается на внутреннюю поверхность
цилиндра. Под действием силы тяжести капли масла выводятся из фильтрующего слоя 7 через нижнюю конусную часть и стекают по отражателю 10 и корпусу 3 через патрубок 2 в насос.
Как видно из таблицы 1, перегородка из волокнисто-пористого политетрафторэтилена имеет оптимальную степень очистки при толщине слоя 2...4 мм, пористости 85...90 %. Пористость волокнисто-пористого
политетрафторэтилена больше 90 % не достижима технологически.
Вторичное диспергирование капель практически отсутствует за счет того, что слой из волокнистопористого политетрафторэтилена выполнен с переменной пористостью по толщине, причем более плотный
3
BY 3901 C1
слой находится снаружи, что улучшает дренаж уловленной жидкости по внутренней стороне слоя. Капли
стекают внутрь фильтрующего элемента в аэродинамически спокойной зоне, формирующейся за счет низкой
объемной скорости потока очищенного газа. Таким образом обеспечивается снижение эффекта вторичного
уноса с одновременным отводом жидкости через конусообразную нижнюю часть фильтрующего элемента
по отражателю потока в насос, т. е. происходит улучшение процесса саморегенерации фильтрующего элемента и повышение срока работы насоса без добавления или смены масла.
Предлагаемое устройство прошло промышленные испытания на НПО “ИНТЕГРАЛ” на выхлопе форвакуумного механического насоса АВЗ-20 установки “ПЛАЗМА-150”. В ходе испытаний установлено, что
фильтрующая система из фторопластового волокнисто-пористого материала эффективно улавливает масляный аэрозоль, при этом фильтр работает в режиме самоочистки. Количество уловленного масла РЖМ за 744
часа (31 день) работы составляет 185 миллилитров, что составляет 5,1 % от залитого в насос. Уловленное
масло возвращается в насос, что приводит к увеличению срока работы насоса между заправками. Дополнительных затрат на эксплуатацию устройства не требуется. Годовой экономический эффект от внедрения
предлагаемого устройства составляет 13,5 млн. руб. на один насос.
Таблица 1
№ п.п.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Толщина,
мм.
Пористость, %.
1
2
3
4
5
84
85
89
90
84
85
89
90
84
85
89
90
84
85
89
90
84
85
89
90
Пропускная способность, см3/см2 х сек,
∆Р=20 кПа
43
44
49
50
30
31
35
36
24
25
29
30
20
21
23
24
9
10
15
16
Степень очистки, %
60
59
56
55
95
94
91
90
97
97
96
96
98
98
98
98
99
99
99
99
Источники информации:
1. А.с. СССР 1526770 A2, МПК B01D 46/42, 1989.
2. Плановский А.Н., Рамм В.М., Каган С.З. Процессы и аппараты химической технологии / Издание третье
стереотипное. - М.: Химия, 1966. - С. 322-345.
3. А.с. СССР 1558437 A1, МПК B01D 39/12, 1990.
4. Розанов Л.Н. Вакуумная техника / Издание второе, переработанное и дополненное. - М.: Высшая школа, 1990. - С. 86-95.
5. А.с. СССР 778750, МПК B01D 46/24, 1980.
6. А.с. СССР 1549566 A1, МПК B01D 46/25, 50/00, 1990.
7. А.с. СССР 1450846 A1, МПК B01D 46/04, 1989.
8. А.с. СССР 1590110 A1, МПК D46/02, 45/12, 1990.
9. Пат. 1461052 РФ, МКИ D01D 5/00, 1988.
Государственный патентный комитет Республики Беларусь.
220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.
4
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
128 Кб
Теги
by3901, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа