RU2835493C2 - Устройство ионообменной колонны - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к устройству ионообменной колонны, содержащему: корпус контейнера (1), теплообменный механизм и изолирующий опорный механизм (3). Корпус контейнера (1) содержит первое циркуляционное отверстие (11) и второе циркуляционное отверстие (12). Теплообменный механизм установлен в корпусе контейнера (1) и расположен рядом со стороной, на которой находится первое циркуляционное отверстие (11). Изолирующий опорный механизм (3) расположен на стороне, близкой ко второму циркуляционному отверстию (12), относительно теплообменного механизма, и изолирующий опорный механизм (3) содержит фильтрующую сетку (31), причем фильтрующая сетка (31) разделяет корпус контейнера (1) на полость наполнителя (13), пригодную для заполнения наполнителем (6), и теплообменную полость (14), пригодную для установки теплообменного механизма. Технический результат - объединение процесса охлаждения и адсорбции в одном комплексе оборудования, упрощение устройства периферийного охлаждающего оборудования и трубопроводов, более компактная конструкция, уменьшенная занимаемая площадь. 9 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 пр.

Description

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

Настоящая заявка испрашивает приоритет заявки на патент Китая № 202111652953.2 под названием «Устройство ионообменной колонны», поданной в Китайское национальное управление интеллектуальной собственности 30 декабря 2021 г., все содержание которой включено в настоящий документ путем отсылки.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к технической области адсорбционной очистки отработанных газов, в частности, к устройству ионообменной колонны.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В процессах использования ионообменной колонны для адсорбции смолой, использования адсорбционной колонны с активированным углем для адсорбции активированным углем или обработки газа, в связи с различной степенью выделения тепла в процессе адсорбции в промышленности применяют способ распыления или теплообмена перед адсорбцией. Если количество выделяемого тепла невелико, применяют способ прямого ввода в колонну для адсорбции. В последние годы для улучшения адсорбционного действия смолы в промышленности в основном применяют способ подсоединения теплообменника до и после ионообменной колонны, причем обрабатываемую среду охлаждают теплообменником, после чего вводят в ионообменную колонну для адсорбции.

Тем не менее, в существующей конструкции ионообменной колонны, поскольку для осуществления процесса требуется соединение нескольких ионообменных колонн, смежные процессы подсоединяют до и после колонн, что приводит к относительно большому объему устройства в целом, сложным соединениям труб, клапанов, приборов и т.д., а также относительно высокой стоимости.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Таким образом, техническая задача настоящего изобретения заключается в том, что в существующей конструкции ионообменной колонны, поскольку процесс требует подсоединения нескольких ионообменных колонн, соседние процессы подсоединяют до и после колонн, что приводит к относительно большому объему устройства в целом и относительно высокой стоимости.

В связи с этим настоящим изобретением предложено устройство ионообменной колонны, содержащее:

корпус контейнера, содержащий первое циркуляционное отверстие и второе циркуляционное отверстие;

теплообменный механизм, установленный в корпусе контейнера и расположенный рядом со стороной, на которой находится первое циркуляционное отверстие; и

изолирующий опорный механизм, расположенный на стороне, близкой ко второму циркуляционному отверстию, относительно теплообменного механизма, причем изолирующий опорный механизм содержит фильтрующую сетку, причем фильтрующая сетка разделяет корпус контейнера на полость наполнителя, пригодную для заполнения наполнителем, и теплообменную полость, пригодную для установки теплообменного механизма.

В одном из вариантов в вышеупомянутом устройстве ионообменной колонны изолирующий опорный механизм дополнительно содержит решетчатую часть, причем решетчатая часть соединена с внутренней поверхностью стенки корпуса контейнера без возможности разъединения, и фильтрующая сетка установлена на решетчатой части.

В одном из вариантов в вышеупомянутом устройстве ионообменной колонны изолирующий опорный механизм дополнительно содержит кольцевую пластину, причем кольцевая пластина расположена между сеткой и фильтрующей сеткой, кольцевая пластина соединена с корпусом контейнера без возможности разъединения, и фильтрующая сетка соединена с кольцевой пластиной без возможности разъединения.

В одном из вариантов в вышеупомянутом устройстве ионообменной колонны фильтрующая сетка представляет собой плотную сетку.

В одном из вариантов в вышеупомянутом устройстве ионообменной колонны теплообменный механизм содержит:

трубу впуска воды и трубу выпуска воды, причем труба впуска воды может использоваться для сообщения с источником теплообменной среды, а труба выпуска воды может использоваться для сообщения с дренажным резервуаром; и

несколько шунтирующих труб, расположенных в теплообменной полости, причем два конца шунтирующих труб сообщаются с трубой впуска воды и трубой выпуска воды.

В одном из вариантов в вышеупомянутом устройстве ионообменной колонны шунтирующие трубы представляют собой оребренные трубы, резьбовые трубы, гофрированные трубы, структурированные трубы, ниппельные трубы, спеченные трубы, трубы с пескоструйной обработкой или трубы с дробеструйной обработкой.

В одном из вариантов в вышеупомянутом устройстве ионообменной колонны шунтирующие трубы намотаны и расположены в теплообменной полости в виде S-образной структуры.

Теплообменный механизм также содержит соединительный узел, причем соединительный узел установлен на трубе впуска воды или трубе выпуска воды, и соединительный узел соединен с шунтирующими трубами с возможностью разъединения.

В одном из вариантов вышеупомянутое устройство ионообменной колонны дополнительно содержит опору, причем опора расположена на корпусе контейнера.

В одном из вариантов вышеупомянутое устройство ионообменной колонны дополнительно содержит распылительный механизм, причем распылительный механизм расположен рядом со стороной, на которой находится второе циркуляционное отверстие, распылительный механизм содержит распылительную трубу и распылительную головку, один конец распылительной трубы соединен с источником распыляемой среды, а другой конец распылительной трубы соединен с распылительной головкой.

В одном из вариантов в вышеупомянутом устройстве ионообменной колонны распылительная труба представляет собой кольцевую трубу, магистральную трубу или рамочную трубу.

Техническое решение, согласно настоящему изобретению, имеет следующие преимущества.

Устройство ионообменной колонны, предложенное настоящим изобретением, содержит: корпус контейнера, теплообменный механизм и изолирующий опорный механизм. При этом корпус контейнера содержит первое циркуляционное отверстие и второе циркуляционное отверстие; теплообменный механизм установлен в корпусе контейнера и расположен рядом со стороной, на которой находится первое циркуляционное отверстие; изолирующий опорный механизм расположен на стороне, близкой ко второму циркуляционному отверстию, относительно теплообменного механизма, причем изолирующий опорный механизм содержит фильтрующую сетку, причем фильтрующая сетка разделяет корпус контейнера на полость наполнителя, пригодную для заполнения наполнителем, и теплообменную полость, пригодную для установки теплообменного механизма.

Устройство ионообменной колонны данной конструкции объединяет процесс охлаждения и процесс адсорбции в одном комплексе оборудования путем непосредственного размещения теплообменного механизма и изолирующего опорного механизма в корпусе контейнера, упрощает устройство периферийного охлаждающего оборудования и трубопроводов, делает конструкцию более компактной и уменьшает занимаемую площадь; обрабатываемая среда, поступающая в корпус контейнера из первого циркуляционного отверстия, охлаждается и отдает тепло через теплообменный механизм. После прохождения через изолирующий опорный механизм теплообменная среда адсорбируется или вступает в реакцию с ионообменными наполнителями, после чего выводится из корпуса контейнера через второе циркуляционное отверстие. Таким образом, вышеупомянутый теплообменный механизм, установленный в корпусе контейнера, снижает температуру обрабатываемой среды, существенно повышает эффективность адсорбции, улучшает эффективность адсорбции и обработки наполнителей, не нуждаясь в отдельном предварительном теплообменнике или специальном конденсационном теплообменнике на заднем конце. При этом реализуется функция интеграции оборудования и снижения затрат. Кроме того, благодаря высокой степени интеграции теплообменного механизма и изолирующего опорного механизма достигают цели уменьшения общего объема оборудования.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Для наглядной иллюстрации технических решений определенных вариантов осуществления настоящего изобретения или предшествующего уровня техники ниже кратко описаны чертежи, используемые в описании определенных вариантов осуществления изобретения или предшествующего уровня техники. Очевидно, что в последующем описании со ссылкой на чертежи раскрыты лишь некоторые варианты осуществления настоящего изобретения, и специалист в данной области техники сможет получить другие чертежи без приложения творческих усилий.

На фигуре 1 схематично изображена структура устройства ионообменной колонны, представленного в примере осуществления настоящего изобретения;

На фигуре 2 схематично изображена структура распылительного механизма в устройстве ионообменной колонны, предложенном в примере осуществления настоящего изобретения; и

На фигуре 3 схематично изображена структура изолирующего опорного механизма в устройстве ионообменной колонны, предложенном в примере осуществления настоящего изобретения;

Расшифровка ссылочных обозначений:

1 - корпус контейнера; 11 - первое циркуляционное отверстие; 12 - второе циркуляционное отверстие; 13 - полость наполнителя; 14 - теплообменная полость;

21- труба впуска воды; 22 - труба выпуска воды; 23 - шунтирующая труба; 24 - соединительный узел;

3 - изолирующий опорный механизм; 31 - фильтрующая сетка; 32 - решетчатая часть; 33 - кольцевая пластина;

4 - опора;

51 - распылительная труба; 52 - распылительная головка;

6 - наполнитель.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Технические решения настоящего изобретения точно и полно описаны ниже со ссылкой на чертежи. Очевидно, что описанные варианты осуществления являются лишь некоторыми, но не всеми вариантами осуществления настоящего изобретения. Все прочие варианты осуществления изобретения, полученные специалистами в данной области техники на основе вариантов осуществления настоящего изобретения без приложения творческих усилий, входят в защищаемый объем настоящего изобретения.

В описании настоящего изобретения следует отметить, что ориентация или взаимное расположение, обозначаемые терминами «центральный», «верхний», «нижний», «левый», «правый», «вертикальный», «горизонтальный», «внутренний», «внешний» и другие основаны на ориентации или взаимном расположении на чертежах и служат только для удобства и упрощения описания настоящего изобретения, и не указывают и не подразумевают, что упомянутое устройство или элемент должны иметь определенную ориентацию и использовать определенную ориентацию при изготовлении и эксплуатации, поэтому они не должны рассматриваться как ограничивающие объем настоящего изобретения. Кроме того, термины «первый», «второй» и «третий» используются только в описательных целях и не должны истолковываться как обозначающие или подразумевающие относительную важность.

В описании настоящего изобретения следует отметить, что если не указано и не ограничено иное, термины «установленный», «соединенный» и «соединение» следует понимать в широком смысле, например, соединения без возможности разъединения, соединения с возможностью разъединения или исполнения как единого целого; соединение может быть механическим или электрическим; соединение может быть реализовано непосредственно или опосредованно, и соединение может представлять собой внутреннюю связь двух элементов. Специалисты в данной области техники могут понимать конкретные значения вышеуказанных терминов в настоящем изобретении в зависимости от обстоятельств.

Кроме того, технические характеристики в различных вариантах осуществления изобретения, описанных ниже, могут быть объединены, если они не конфликтуют друг с другом.

Пример

В данном примере представлено устройство ионообменной колонны, изображенное на ФИГ. 1- 3 и содержащее: корпус 1 контейнера и теплообменный механизм, а также изолирующий опорный механизм 3, расположенный в корпусе 1 контейнера. При этом корпус 1 контейнера содержит первое циркуляционное отверстие 11 и второе циркуляционное отверстие 12; теплообменный механизм расположен рядом со стороной, на которой находится первое циркуляционное отверстие; изолирующий опорный механизм 3 расположен на стороне, близкой ко второму циркуляционному отверстию, относительно теплообменного механизма, и изолирующий опорный механизм 3 содержит фильтрующую сетку 31, причем фильтрующая сетка 31 разделяет корпус 1 контейнера на полость 13 наполнителя, пригодную для заполнения наполнителем 6, и теплообменную полость 14, пригодную для установки теплообменного механизма. Наполнитель 6 в данном примере представляет собой смолу.

В устройстве ионообменной колонны, предложенном в данном примере, изолирующий опорный механизм 3 дополнительно содержит решетчатую часть 32, причем решетчатая часть 32 соединена с внутренней поверхностью стенки корпуса 1 контейнера без возможности разъединения, и фильтрующая сетка 31 установлена на решетчатой части 32. В устройстве ионообменной колонны, предложенном в данном примере, изолирующий опорный механизм 3 дополнительно содержит кольцевую пластину 33, причем кольцевая пластина 33 расположена между решеткой и фильтрующей сеткой 31, кольцевая пластина 33 соединена с корпусом 1 контейнера без возможности разъединения, и фильтрующая сетка 31 соединена с кольцевой пластиной 33 без возможности разъединения.

В частности, в данном примере фильтрующая сетка 31 представляет собой плотную сетку, и плотная сетка также поддерживает наполнитель 6. Плотная сетка изготовлена методом сварки под давлением с обмоткой кромки и может быть приварена к кольцевой пластине 33 с помощью сварки. Решетчатая часть 32 приварена к внутренней поверхности стенки корпуса 1 контейнера, что увеличивает эффективную площадь взаимодействия фильтрующей части и повышает коэффициент использования ионообменного наполнителя 6. Установка решетчатой части 32 существенно снижает сопротивление адсорбции, делая устройство ионообменной колонны более энергоэффективным, а распределение адсорбционного газа - более равномерным и стабильным. Для обеспечения фиксации плотной сетки на кольцевой пластине 33 на плотной сетке также могут быть предусмотрены ребра для предотвращения перемещения плотной сетки при подаче текучей среды под давлением из первого циркуляционного отверстия 11 во второе циркуляционное отверстие 12 и дальнейшего повышения надежности устройства ионообменной колонны.

В устройстве ионообменной колонны, предложенном в данном примере, теплообменный механизм содержит: трубу 21 впуска воды, трубу 22 выпуска воды и несколько шунтирующих труб 23. При этом труба 21 впуска воды может использоваться для сообщения с источником теплообменной среды, а труба 22 выпуска воды может использоваться для сообщения с дренажным резервуаром; шунтирующие трубы 23 расположены в теплообменной полости 14, и два конца шунтирующих труб 23 сообщаются с трубой 21 впуска воды и трубой 22 выпуска воды. В конструкции вышеупомянутого теплообменного механизма используются шунтирующие трубы 23, что делает конструкцию в целом легко заменяемой и недорогой.

В данном примере шунтирующие трубы 23 представляют собой оребренные трубы. В других дополнительных колоннах шунтирующие трубы 23 могут представлять собой резьбовые трубы, гофрированные трубы, структурированные трубы, ниппельные трубы, спеченные трубы, трубы с пескоструйной обработкой или трубы с дробеструйной обработкой. В устройстве ионообменной колонны, предложенном в данном примере, шунтирующие трубы 23 намотаны и расположены в теплообменной полости 14 в виде S-образной структуры. Шунтирующие трубы 23 свернуты и расположены в виде S-образной структуры, что полностью увеличило длину проточного канала; когда отработанный газ поступает из первого циркуляционного отверстия 11 во второе циркуляционное отверстие 12, отработанный газ полностью контактирует с шунтирующими трубами 23 в теплообменной полости 14, что позволяет реализовать достаточную диффузию отработанного газа в теплообменной полости 14 и дополнительно улучшить коэффициент использования смолы.

Теплообменный механизм также содержит соединительный узел 24, причем соединительный узел 24 установлен на трубе 21 впуска воды или трубе 22 выпуска воды, и соединительный узел 24 соединен с шунтирующими трубами 23 с возможностью разъединения. Например, соединительный узел 24 имеет резьбовую структуру, и соединительный узел 24 соединяют с шунтирующими трубами 23 посредством резьбовой структуры. Труба 21 впуска воды, труба 22 выпуска воды и шунтирующие трубы 23 соединены резьбовой структурой, что облегчает очистку и обслуживание шунтирующих труб 23.

Устройство ионообменной колонны, предложенное в данном примере, дополнительно содержит опору 4, причем опора 4 расположена на корпусе 1 контейнера. Опора 4 в данном примере может представлять собой выступ, расположенный на боковой стенке корпуса 1 контейнера, и в других дополнительных вышеупомянутых способах опора 4 может также представлять собой ножку, расположенную на нижней поверхности корпуса 1 контейнера и служащую опорой для корпуса 1 контейнера.

Устройство ионообменной колонны, предложенное в данном примере, дополнительно содержит распылительный механизм, причем распылительный механизм расположен рядом со стороной, на которой находится второе циркуляционное отверстие 12, распылительный механизм содержит распылительную трубу 51 и распылительную головку 52, один конец распылительной трубы 51 соединен с источником распыляемой среды, а другой конец распылительной трубы 51 соединен с распылительной головкой 52. Например, распылительная труба 51 представляет собой кольцевую трубу. В других дополнительных вариантах осуществления изобретения также может быть выбрана магистральная или рамочная труба при условии сохранения циркуляции среды в распылительной трубе 51 и подачи среды на сторону распылительной головки 52.

В устройстве ионообменной колонны, предложенном в данном примере, при адсорбции отработанного газа текучая среда поступает в корпус 1 из первого циркуляционного отверстия 11, затем проходит через оребренные трубы для теплообмена, после чего теплообменная среда адсорбируется или реагирует с наполнителями из смолы после прохождения через изолирующий опорный механизм и затем выводится из корпуса 1 через второе циркуляционное отверстие. В устройстве ионообменной колонны, предложенном в данном примере, при регенерации смолы пар или высокотемпературный азот сначала поступает через второе циркуляционное отверстие, и пар или высокотемпературный азот проходит через наполнитель. По завершении регенерации пара или высокотемпературного азота в нижней части ионообменной колонны происходит теплообмен, и органический газ в азоте или паре сжижается для достижения разделения или расслоения с регенерационным газом, а затем выводится через первое циркуляционное отверстие; после этого распылительный механизм распыляет охлаждающие среды, такие как циркулирующая вода и т.д. После того как циркулирующая вода пройдет через слой ионообменной смолы, температура слоя ионообменной смолы снижается, а температура циркулирующей воды повышается. После теплообмена через нижние оребренные трубы она охлаждается и отводится. После обработки воду можно использовать повторно. В то же время слой ионообменной смолы завершает регенерацию и охлаждение и может перейти к следующему циклу обработки отходящих газов.

Устройство ионообменной колонны, предложенное в данном примере, данной конструкции объединяет процесс охлаждения и процесс адсорбции в одном комплексе оборудования путем непосредственного размещения теплообменного механизма и изолирующего опорного механизма в корпусе контейнера, упрощает устройство периферийного охлаждающего оборудования и трубопроводов, делает конструкцию более компактной и уменьшает занимаемую площадь; обрабатываемая среда, поступающая в корпус контейнера из первого циркуляционного отверстия, охлаждается и отдает тепло через теплообменный механизм. После прохождения через изолирующий опорный механизм теплообменная среда адсорбируется или вступает в реакцию с ионообменными наполнителями, после чего выводится из корпуса контейнера через второе циркуляционное отверстие. Вышеупомянутый теплообменный механизм, установленный в корпусе контейнера, эффективно снижает температуру обрабатываемой среды и улучшает эффективность адсорбции и обработки наполнителей, не нуждаясь в отдельном предварительном теплообменнике или специальном конденсационном теплообменнике на заднем конце. При этом реализуется функция интеграции оборудования и снижения затрат. Кроме того, благодаря высокой степени интеграции теплообменного механизма и изолирующего опорного механизма достигают цели уменьшения общего объема оборудования. Очевидно, что приведенные выше примеры служат лишь для наглядного описания, а не для ограничения вариантов осуществления изобретения. Специалисты в данной области техники могут осуществить прочие варианты или модификации на основании приведенного выше раскрытия. Все варианты осуществления изобретения не обязательно должны быть и не могут быть исчерпывающе перечислены в настоящем документе. Более того, очевидные вариации или модификации, вытекающие из них, по-прежнему входят в защищаемый объем настоящего изобретения.

Claims (20)

1. Устройство ионообменной колонны, содержащее:

корпус контейнера (1), содержащий первое циркуляционное отверстие (11) и второе циркуляционное отверстие (12);

теплообменный механизм, установленный в корпусе контейнера (1) и расположенный рядом со стороной, на которой находится первое циркуляционное отверстие (11); и

изолирующий опорный механизм (3), расположенный на стороне, близкой ко второму циркуляционному отверстию (12) относительно теплообменного механизма, причем изолирующий опорный механизм (3) содержит фильтрующую сетку (31), причем фильтрующая сетка (31) разделяет корпус контейнера (1) на полость наполнителя (13), пригодную для заполнения наполнителем (6), и теплообменную полость (14), пригодную для установки теплообменного механизма.

2. Устройство ионообменной колонны по п. 1, в котором

изолирующий опорный механизм (3) дополнительно содержит решетчатую часть (32), причем решетчатая часть (32) соединена с внутренней поверхностью стенки корпуса контейнера (1) без возможности разъединения, а фильтрующая сетка (31) установлена на решетчатой части (32).

3. Устройство ионообменной колонны по п. 2, в котором

изолирующий опорный механизм (3) дополнительно содержит кольцевую пластину (33), причем кольцевая пластина (33) расположена между решеткой и фильтрующей сеткой (31), кольцевая пластина (33) соединена с корпусом контейнера (1) без возможности разъединения, и фильтрующая сетка (31) соединена с кольцевой пластиной (33) без возможности разъединения.

4. Устройство ионообменной колонны по п. 3, в котором

фильтрующая сетка (31) представляет собой плотную сетку.

5. Устройство ионообменной колонны по любому из пп. 1-4, в котором

теплообменный механизм содержит:

трубу впуска воды (21) и трубу выпуска воды (22), причем труба впуска воды (21) может использоваться для сообщения с источником теплообменной среды, а труба выпуска воды (22) может использоваться для сообщения с дренажным резервуаром; и

несколько шунтирующих труб (23), причем шунтирующие трубы (23) расположены в теплообменной полости (14), причем два конца шунтирующих труб (23) сообщаются с трубой впуска воды (21) и трубой выпуска воды (22).

6. Устройство ионообменной колонны по п. 5, в котором шунтирующие трубы (23) представляют собой оребренные трубы, резьбовые трубы, гофрированные трубы, структурированные трубы, ниппельные трубы, спеченные трубы, трубы с пескоструйной обработкой или трубы с дробеструйной обработкой.

7. Устройство ионообменной колонны по п. 5, в котором шунтирующие трубы (23) намотаны и расположены в теплообменной полости (14) в виде S-образной структуры,

теплообменный механизм также содержит соединительный узел (24), причем соединительный узел (24) установлен на трубе впуска воды (21) или трубе выпуска воды (22) и соединен с шунтирующими трубами (23) с возможностью разъединения.

8. Устройство ионообменной колонны по любому из пп. 1-4, которое дополнительно содержит опору (4), причем опора (4) расположена на корпусе контейнера (1).

9. Устройство ионообменной колонны по любому из пп. 1-4, которое дополнительно содержит распылительный механизм, причем распылительный механизм расположен рядом со стороной, на которой находится второе циркуляционное отверстие (12), и содержит распылительную трубу (51) и распылительную головку (52), один конец распылительной трубы (51) соединен с источником распыляемой среды, а другой конец распылительной трубы (51) соединен с распылительной головкой (52).

10. Устройство ионообменной колонны по п. 9, в котором распылительная труба (51) представляет собой кольцевую трубу, магистральную трубу или рамочную трубу.