Коалесцирующий патрон
COALESCING CHUCK

Изобретение относится к конструкциям средств разделения газа и мелкодисперсных капель жидкости и может быть использовано в энергетике, нефтеперерабатывающей, нефтяной, химической и газовой промышленности.
Известен (SU, авторское свидетельство 850142, опубл. 30.07.1981) коалесцирующий патрон, содержащий каркас и закрепленные на нем внутренние и наружные опорные элементы, между которыми размещен коалесцирующий материал. Опорные элементы выполнены в виде вязаного сетчатого рукава, уложенного по винтовой спирали.
Недостатком этого устройства является то, что при очистке от мелкодисперсных капель жидкости происходит укрупнении капель и накопление жидкости в коалесцирующем материале, при этом уменьшается живое сечение коалесцирующего патрона, его производительность и увеличивается его гидравлическое сопротивление, что ведет к необходимости увеличения толщины опорной решетки, на которой размещены патроны, увеличению высоты гидравлических затворов и высот аппаратов.
Известен также (RU, патент 2153918, опубл. 10.08.2000) коалесцирующий фильтр-патрон, на входе которого установлен рукав из пористого материала, а между слоями - полосы из полимерной пленки, ориентированные вдоль фильтр-патрона и выполняющие функцию дренажных элементов. Эти дренажные элементы (полосы из полимерной пленки) незначительно уменьшают жидкостную нагрузку на коалесцирующий материал, сокращая сроки заполнения его жидкостью.
Однако дренажные элементы из полос полимерной пленки не могут накапливать и дренировать значительное количество жидкости из-за отсутствия в них пор, поэтому излишек жидкости в виде капель срывается с них и попадает на коалесцирующий материал, т.е. они не предотвращают накопление жидкости в слое коалесцирующего материала, а, следовательно, не снижают гидравлическое сопротивление фильтр-патрона.
Наиболее близким аналогом разработанного устройства следует признать (RU, патент 2455048, опубл. 10.07.2012) коалесцирующий патрон, содержащий каркас и закрепленные на нем слои коалесцирующего материала и слои гибкого дренажного элемента, расположенные перед слоями или между слоями коалесцирующего материала, причем гибкие дренажные элементы выполнены из гофрированной пластины, расстояние между гофрами которой составляет от 1 до 100 мм, при этом на гофрированную пластину нанесено покрытие, уменьшающее ее смачиваемость.
Недостатком известного технического решения следует признать низкую механическую прочность слоев коалесцирующего материала.
Техническая задача, решаемая посредством разработанного изобретения, состоит в оптимизации конструкции коалесцирующего патрона.
Технический результат, получаемый при реализации разработанного технического решения, состоит в повышении механической прочности коалесцирующего патрона при одновременном повышении его срока службы при той же эффективности использования.
Для достижения указанного технического результата предложено использовать коалесцирующий патрон разработанной конструкции.
Коалесцирующий патрон разработанной конструкции содержит каркас и закрепленные на нем слои коалесцирующего материала и слои гибкого дренажного элемента, расположенные перед слоями или между слоями коалесцирующего материала, причем гибкие дренажные элементы выполнены из гофрированной пластины, расстояние между гофрами которой составляет от 1 до 100 мм, при этом на гофрированную пластину нанесено покрытие, уменьшающее ее смачиваемость, причем в качестве коалесцирующего материала использован двухслойный нетканый материал, выполненный из спанбонда, полученного по технологии термоскрепления, при этом между указанными слоями нетканого материала расположена армирующая сетка, выполненная из полиамидного волокна.
Покрытие на гибких дренажных элементах выполнено преимущественно из полистирола, полиамида, фторопласта, стеклопластика и т.д. Сами пластины предпочтительно выполнены из несмачиваемого водой материала, устойчивого к действию водяного пара. Гофры выполнены обычным образом. Относительно оси патрона гофры могут быть ориентированы любым образом - вдоль оси патрона, перпендикулярно оси патрона, под углом к оси патрона. Гофрированная пластина выполнена с отверстиями (перфорирована).
Расстояние между гофрами может составлять от 1 мм до 100 мм. Коалесцирующий патрон может дополнительно содержать корпус с патрубками подвода исходной смеси и отвода разделенных составляющих смеси, в котором расположены каркас и закрепленные на нем гибкие дренажные элементы и коалесцирующий материал.
Указанное выполнение коалесцирующего патрона позволило исключить разрыв слоя коалесцирующего материала из-за скопления большого количества жидкости за счет усиления механической прочности коалесцирующего слоя, что, несомненно, позволяет увеличить срок патрона службы при той же эффективности использования.
Спанбонд представляет собой название технологии производства нетканого материала из расплава полимера фильерным способом. Часто в профессиональной среде термином «спанбонд» обозначают также материал, произведенный по технологии «спанбонд».
Для получения материала спанбонд в качестве исходного материала предпочтительно, но не исключительно, используют полипропилен.
Для спанбонда характерна высокая механическая прочность и долговечность, обусловленные способом скрепления волокон в материале.
Полиамидные волокна (капрон, дедерон, нейлон) - синтетические волокна, формируемые из расплава полиамидов - гетероцепных полимеров, содержащих амидные группы (-CO-NH2-). Наиболее используемые капроновые или нейлоновые волокна. Сетка из них может быть получена любым известным путем.
Коалесцирующий патрон состоит из перфорированного каркаса с фланцами по торцам. На перфорированном каркасе расположена сетка, на которую помещен коалесцирующий материал - спанбонд, полученный по технологии термоскрепления на каландре и прослоенный сеткой из капрона, сверху которого наложены гофрированные пластины, поверх гофрированных пластин уложен слой коалесцирующего материала (двуслойный спанбонд, причем между слоями расположена капроновая сетка).
Коалесцирующий патрон работает следующим образом.
Исходную (например, газожидкостную) смесь подают снаружи во внутрь патрона, где она проходит 1-ю стадию коалесценции и фильтрации на сетке и слое спанбонда с образованием укрупненных капель жидкости. Часть укрупненных капель жидкости стекает по сетке, а основная часть - по гофрированным пластинам. Газожидкостной поток без жидкости, отделенной на 1-й стадии, поступает на 2-ю стадию коалесценции и фильтрации в слой спанбонда, где вновь происходит укрупнение капель жидкости. При этом газовый поток окончательно очищается, а укрупненные капли жидкости под действием сил гравитации стекают по сетке и перфорированному каркасу.
Разделение исходной смеси с использованием коалесцирующего патрона может вестись и при подаче ее внутрь с отбором с наружной поверхности.
Аналогично коалесцирующий патрон работает и при подаче исходной смеси в виде эмульсии - легкая жидкая фаза/тяжелая жидкая фаза.
Использование в коалесцирующих патронах спанбонда, армированного сеткой из полиамидных волокон позволяет увеличить механическую прочность коалесцирующего патрона при одновременном повышении его срока службы при той же эффективности использования.