Устройство для регулирования содержания кислорода и углекислого газа в хранилищах сельскохозяйственной продукции

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22) Заявлено 16 РЗЯ 1 (21) 3261145/28-13 с присоединением заявки Нов Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(23) Приоритет -1 И) УДК 664.8. .0371(088.8) Опубликовано 1510 В 2.Бюллетень М 38 Дата опубликования описания 151032 71) Заявите ститут газа АН Украинской СС54 УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ СОДЕРЖАНИЯ КИСЛОРОДА И УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА В ХРАНИЛИЩАХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕН ПРОДУКЦИИвыхм в ог ац Изобретение относится к хранению сельскохозяйственных продуктов, на-. пример плодов, овощей, винограда, зерна и т.д, в регулируемой газовой среде с пониженным содержанием кислорода и повышенным - углекислого газа и азота.Известно устройство для регулирования содержания кислорода и углекислого газа в хранилищах сельскохозяйственной продукции, содержащее каталитический реактор с ротаметрами, теплообменник, адсорберы, подогреватель, вентилятор воздуха, расположенные до и после адсорберов четырехходовые переключатели газо потоков и соединяемые с хранилище вентилятор газовой среды.и скруббер 1.Однако если в известном устройстве увеличить расход подаваемого в реактор топлива при неизменном расходе газовой среды, циркулирующей через реактор, то в результате экэотермической реакции окисления углеводородов температура катализатора начинает возрастать и при достижении 600 фС и более начинается термическое разрушение катализатора.Таким образом, в известном устройстве количество циркулирующей газовой среды находится в строго определенной зависимости от расхода сжигаемого топлива, максимальная концентрация которого определяется термической стойкостью катализатора. Поэтому. увеличение расхода сжигаемого топлива в известном устройстве вле чет за собой увеличение количества у циркулирующей газовой среды. При этом увеличивается тепловой поток на ее подогрев, мощность вентилятора, диаметр циркуляционных трубопроводов, диаметр и объем насадки ад сорберов для поглощения углекислогогаза, так как в процессе фсорбции необходимо соблюдать вполне определенную скорость газовой среды, проходящей через адсорбер, величина которой не должна превышать допустимую, т.е, в известном устройстве увеличение скорости регулирования содержания кислорода и углекислого газа путем увеличения расхода топли ва нецелесообразно.Кроме того, в известном устройсте необходимо также определенноеколичество тепловой энергии для под рева воздуха, идущего на регене р ию сорбентов, используемых дляпоглощения избыточного количества углекислого газа в системе.Это приводит к увеличению удельного расхода энергии на единицу хранимой продукции, габаритов и веса устройства, что снижает в итоге эф фективность хранейия сельскохозяйственной продукции в регулируемой газовой среде.Целью изобретения является повышение скорости регулирования содер- Ю жания кислорода и углекислого газа в газовой среде хранилища и снижение удельных энергетических затрат.Указанная цель достигается тем, что устройство для регулирования 5 содержания кислорода и углекислого газа в хранилищах сельскохозяйственной продукции, содержащее каталитический реактор с ротаметрами, теплообменник, адсорберы, подогреватель, вентилятор воздуха, расположенные до и после адсорберов четырехходовые переключатели газовых потоков и соединяемые с хранилищем вентилятор газовой среды и скруббер, снабжено дополнительными теплообменниками, каталитический реактор выполнен,из четного числа секций, установленных с образованием зазоров между ними, а каждый теплообменник расположен в соответствующем зазоре между секциями, при этом боковые патрубки переключателей газовых потоков соединены соответственно с нижней и верхней частью адсорберов, верХние - с теплообменниками каталитическогоЗ 5 реактора, нижний патрубок верхнего переключателя потоков сообщен с атмосферой, а нижний патрубок нижнего переключателя потоков - с вентилятором газовой среды, первый тепло обменник и первая секция каталитического реактора соединены с подогревателем, .а остальные теплообменники - с вентилятором воздуха.Ф 45. На чертеже представлена принципиальная схема предлагаемого устройства.Устройство содержит хранилище 1, которое связано с вентилятором 2, предназначенным для циркуляции газовой среды.по замкнутому контуру "хранилище - устройство - хранилище", который посредством трубопровода 3 связан с нижним патрубком 4 четырех-, ходового переключателя 5 газовых потоков, предназначенного для распределения потоков газовой среды и подогретого воздуха, подаваемых в блок адсорбции. Боковые патрубки 6 и 7 переключателя 5 газовых потоков . 60 соединены о нижней частью адсорберов 8 и 9, а верхний патрубок 10 - с межтрубными пространствами рекуперативных, кожухотрубчатых теплообменников 11 и 12 посредством трубопро водов 13, 14 и 15. Боковые патрубки 16 и 17 переключателя 18 газовых потоков, предназначенного для переключения потоков газовой среды и смеси воздуха с углекислым газом, соединены с верхней частью адсорберов 8 и 9. Нижний патрубок 19 переключателя 18 газовых потоков соединен с атмосферой, а верхний патрубок 20 переключателя 18 газовых потоков посредством трубопровода 21 связан с межтрубным пространством рекуперативного теплообменника 22, которое, в свою очередь, трубопроводом 23 соединено с подогревателем 24. Подогреватель 24 соединен с первой секцией 25 многосекционного каталитического реактора трубопроводом 26, который связан с трубопроводом 27 и ротамет-. ром 28, по которым поступает топливо.Многосекционный каталитический реактор представляет собой корпус, в котором последовательно, расположены. секция 25, теплообменник 22, секция 29, теплообменник 11, секция 30, теплообменник 12 и секция 31 (т.е. каждый из теплообменников расположен в соответствующем зазоре между секциями). Ротаметры 32, 33 и 34 связаны газопроводами с верхними частями секций 29, 30 и 31 соответственно. Вентилятор 35, предназначенный для подачи воздуха, идущего на регенерацию сорбентов, связан с межтрубными пространствами теплообменников 11 и 12 трубопроводами 36 и 37 соответственно. Последняя секция 31 реак-. тора соединена трубопроводом 38 с водяным скруббером 39, предназначенным для охлаждения и увлажнения газовой среды.Водяной скруббер 39 представляет собой колонну, в средней части которой имеется насадка из колец Рашига. К верхней части колонны присоединен трубопровод 40 для подачи воды, а в нижней части колонны имеется трубоф- провод 41 для слива воды. Водяной скруббер 39 связан с хранилищем 1 трубопроводом 42.Предлагаемое устройство работает следующим образом.Охлажденную в хранилище 1 газовую среду с пониженным содержанием кислорода. и повышенным - углекислого газа и азота забирают вентилятором 2 и подают по трубопроводу 3 через нижний 4 и боковой 6 патрубки переключателя 5 газовых потоков в нижнюю часть адсорбера 8, в котором производится поглощение углекислого газа иэ газовой среды цеолнтами СаА. Работа адсорберов 8 и 9 периодическая. В то время, когда адсорбер 8 работает в режиме поглощения. углекислого газа, адсорбер 9 - в режиме регенерации сорбентов. РегенерациюЗа последней секцией 31 реакторапродукты катализа охлаждают и увлажняют в водяном скруббере 39 водой, поступающей по трубопроводу 40, и подают по трубопроводу 42 в хранилище 1. При достижении в атмосФере хранилища 1 требуемых концентраций О и СО работу устройства прекращают, При отклонении концентраций О и СО в атмосфере хранилища от заданных значений состав атмосферы бО периодически корректируют.В предлагаемой таблице приведеныхарактеристики известного и предлагаемого устройства для регулирования содержания О и СО в газовой среде 65 хранилищ. проводят воздухом, который нагнетают вентилятором 35 и нагревают в меж-.трубном пространстве теплообменников 11 и 12 продуктами каталитического окисления топлива, выходящими из секций 29 и 30 реактора и проходящими в трубном пространстве теплообменников 11 и 12, до 300 фС и подают по трубопроводам 14, 15 и 13 через верхний 10 и боковой 7 патрубки переключателя 5 газовых потоков в нижнюю часть адсорбера 9. Выходящую иэ верхней части адсорбера 9 смесь воздуха и углекислого газа через боковой 17 и .нижний 19 патрубки переключателя 18 газовых потоков выводят в атмосферу, 15 а выходящую из верхней части адсорбера 8 газовую среду, освобожденную от СО , через боковой 16 и верхний 20 патрубки переключателя 18 газовых потоков по трубопроводу 21 подают в 20 теплообменник 22.Перевод адсорберов из режима сорбции в режим регенерации осуществляют поворотом заслонок переключателей 5 и 18 газовых потоков на 90 . Тогда 25 газовую среду подают по трубопроводу 3 через нижний 4 и боковой 7 патрубки переключателя 5 газовых потоков, адсорбер 9, боковой 17 и верхний 20 патрубки переключателя 18 га- ЗО зовых потоков, а воздух подают по тру- . бопроводу 13 через верхний 10 и боковой б патрубки переключателя 5 газовых потоков, адсорбер 8, боковой 16 и нижний 19 патрубки переключателя 18 газовых потоков и выводят в атмосферу.Переключение переключателей 5 и 18 газовых потоков производят автоматически в процессе достижения заданной концентрации углекислого газа в 40 хранилище 1.ЫСГазовую среду, свободную от углекислого газа, по трубопроводу 21 подают в межтрубное пространство теп лообменника 22, в котором ее нагре- вают за счет тепла продуктов каталитического окисления топлива, выходящихиз секции 25 каталитического реактора с температурой 600 С и проходящих в трубном пространстве теплообменника 22, и далее по трубопроводу 23 - в подогреватель 24, Подогреватель 24 служит для подогрева газовой среды до 300 С при запуске устройства. При работе устройства подогреватель отключают. После подогревателя 24 газовую среду смешивают с углеводородным топливом, поступающим по трубопроводу 27 через рота- метр 28, по трубопроводу 26 подают в первую секцию 25 реактора, заполненную гранулированным катализатором, в которой происходит каталитическое окисление углеводородного топлива кислородом, содержащимся в газовой среде. В результате экзотермической реакции окисления топлива выделяетсябольшое количество тепла, котороепередается продуктам катализа и на.садке катализатора. После секции 25реактора продукты катализа охлаждают в трубном пространстве теплообменника 22 до 300 С, смешивают стопливом, поступающим по трубопроводу 27 через ротаметр 32, и подаютв секцию 29, засыпанную гранулированным алюмохромовым катализатором, вкоторой аналогичным образом происходит процесс каталитического окисления углеводородов кислородом, содержащимся в газовой среде. Продуктыкатализа после секции 29 охлаждаютв трубном пространстве теплообменника 11 воздухом, который .подают в межтрубное пространство теплообменника 11, до 300 фС, смешивают с углеводородным топливом, поступающим потрубопроводу 27 через ротаметр 33,и подают в секцию 30, засыпаннуюгранулированным катализатором, в которой аналогичным образом происходитпроцесс каталитического окисленияуглеводородов кислородом, содержащимся в газовой среде. После секции 30реактора продукты катализа охлаждают в трубном пространстве теплообменника 12 до 300 фС воздухом, проходящим в межтрубном пространстве теплообменника 12, смешивают с топливом,поступающим по трубопроводу 27 черезротаметр 34, и подают в секцию 31реактора, засыпанную гранулированнымкатализатором, в котором осуществляется каталитическое окисление углеводородов кислородом, оставшимсяв циркулирующей газовой среде. Расход топлива, поступающего вкаждую секцию реактора, регулируют,а его подачу производят автоматическипри достижении заданной температурыподогрева газовой среды перед каждойсекцией реактора.965393 о ( п( о аа В Я оын(п хЦ 4 Фхю ц а охх ф х о( ," ц ах цех эхо нвн Ф сх с ххах охн мфх Ф Эф цохй о а ах аО) Х й,х о и( аеа цхх оКак видно из таблицы,при одних и тех же количествах циркулирующей газовой среды и удельных расходах пропана на 1 т хранимой продукции за сезон хранения применение предлагаемого устройства позволяет в 4 ра-. 5 за увеличить емкость обслуживаемого хранилища и скорость регулирования концентраций О и СО в атмосфере хранилища, в 2,4 раза снизить удельный расход тепловой энергии на 1 т О продукции.Применение предлагаемого устройства при хранении фруктов в регули-. руемой газовой среде позволяет получить экономический эффект в разме ре 3,4 млн.руб сэкономить при этом 2235 т металла и сократить численность обслуживающего персонала более чем йа 1208 чел.В конечном итоге, применение предлагаемого устройства позволяет значительно повысить эффективность хранения сельскохозяйственной продукции в регулируемой газовой среде.25Формула изобретения Устройство для регулирования содержания кислорода и углекислого газа в хранилищах сельскохозяйственной продукции, содержащее каталити.ческий реактор с ротаметрами,теплообменник, адсорберы, подогреватель, вентилятор воздуха, расположенные до и после адсорберов четырехходовыепереключатели газовых потоков и соединяемые с хранилищем вентилятор газовой среды и скруббер, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что, с цельюповышения скорости регулированиясодержания кислорода и углекислогогаза в газовой среде хранилища иснижения удельных энергетическихзатрат, оно снабжено дополнительнымитеплообменниками, каталитическийреактор выполнен из четного числасекций, установленных с образованиемзазоров между ними, а каждый теплообменник расположен в соответствующем зазоре между секциями, при этомбоковые патрубки переключателей газовых потоков соединены соответственно с нижней и верхней частью адсорберов, верхние - с теплообменникамикаталитического реактора, нижнийпатрубок верхнего переключателя потоков сообщен с атмосферой, а нижнийпатрубок нижнего переключателя потоков " с вентилятором газовой среды,первый теплообменник и первая секция каталитического реактора соединены с подогревателем, а остальныетеплообменники - с вентилятором воз-;духа,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Рециркуляционный генераторРГГС. Проспект, Киев, "Реклама",1977.965393 Составитель С. Белаяндура Техред А.Бабинец Корректор НБУРИ едактор М лиал ППП "Патентф, г. Ужгород, ул, Проектная, 4 каз 7718/1 ТираВНИИПИ Государпо делам изо113035, Москва 699 Подписноевенного комитета СССРетений и открытийЖ, Раушская наб., д. 4/5