Сепарирующее устройство
SEPARATING DEVICE

Изобретение относится к устройствам отделения капельной жидкости, механических примесей из газового потока и может быть использовано в сепарационных и массообменных аппаратах газовой, химической, нефтехимической и смежных отраслях промышленности.
Известен способ сепарации жидкости из газового потока (см. патент РФ №2344869, B01D 45/12, B01D 53/26, опубл. 27.01.2009 в БИ №3), включающий закручивание газожидкостного потока, формирование вращающегося слоя жидкости на поверхностях цилиндрического патрубка и осевого тела вращения, разделение потоков на жидкую и газовую фазы и их последующий отбор.
Недостатком этого способа является низкая эффективность отделения жидкости, обусловленная формированием на поверхности цилиндрического патрубка струйного течения жидкости, которая по спирали направляется в зону сбора и удаления и перегружает данную зону. При этом за счет высокой скорости жидкость дробится на капли, которые в значительном количестве уносятся с периферийным газом.
Известна конструкция вертикального сепарационного фильтра, который выполнен из вертикальных стоек, верхней крышки и опорного фланца, образующих каркас фильтра, и на котором установлена рукавная мелкоячеистая металлическая сетка (SU 1722537 Вертикальный сепарационный фильтр, МПК B01D 45/02, 46/20, опубл. 30.03.1992, бюл. №12). В сепарационном фильтре равномерно по его оси установлены завихрители, направляющие газожидкостный поток к внутренней поверхности фильтрующего слоя, что обеспечивает его равномерную загрузку и дополнительно сообщает фильтру жесткость конструкции. В этом решении в фильтрующем слое с сеткой по всей его высоте по спирали установлен дренажный канал.
Недостатком этого способа является наличие длинного дренажного канала, расположенного по спирали в фильтрующем слое, что перегружает данную зону, ухудшая разделение капель жидкости от газа. При высокой концентрации капельной жидкости в газовом потоке спиральный дренажный канал не справляется с большим потоком отсепарированной жидкости, которая изливается по поверхности рабочей зоны сепарации, вызывая вторичный унос капель жидкости потоком газа. На участках начала и окончания дренажного канала создаются аномальные зоны, ухудшающие процесс сепарации. Кроме того, конструкция данного фильтра очень сложна и ненадежна, требует изготовления желоба, намотки фильтрующего слоя на каркас.
Задачей изобретения является повышение эффективности отделения газа от жидкости в широком диапазоне концентрации жидкости в потоке текучей среды, расширение диапазона рабочих нагрузок по очищаемому потоку.
Техническим результатом является отведение отсепарированной жидкости за пределы сепарационного пространства устройства к его нерабочей зоне, где отсутствует возможность вторичного уноса жидкости газом.
Задача решается и технический результат реализуется конструкцией сепарирующего устройства, включающего фильтрационную камеру с боковой проницаемой поверхностью, снабженного верхней и нижней крышками, и входной элемент с кольцевым порогом для установки устройства на опорное полотно, расположенный в нижней крышке фильтрационной камеры по ее оси и имеющий завихритель на входе.
В отличие от наиболее близкого аналога входной (опорный) элемент с завихрителем установлен с кольцевым зазором по отношению к внутренней боковой проницаемой поверхности фильтрационной камеры с образованием кольцевого дренажного канала; кольцевой канал имеет высоту, равную от 0,5 до 1,5 диаметра опорного элемента, ширина дренажного канала составляет не менее 2 мм. Нижняя крышка 2 может быть выполнена с отверстиями для слива уловленной жидкости из фильтрационной камеры.
В качестве вариантов исполнения внутренняя стенка может быть выполнена из набора пластин, грани которых параллельны оси сепарационного устройства, каждая из которых установлена по отношению к соседним пластинам с зазором, или из перфорированного листа при условии обеспечения свободного сечения от 20 до 80%.
На чертеже изображено предложенное сепарационное устройство с видом А, детально раскрывающем конструкцию дренажного канала.
Сепарационное устройство представляет собой фильтрационную камеру, состоящую из внутренней стенки 1, наружной стенки 2, верхней 3 и нижней 4 крышек, пространство между которыми может быть заполнено дренирующим материалом 5. Внутренняя боковая поверхность стенки 1 фильтрационной камеры является проницаемой для текучей среды и может быть выполнена из просечно-вытяжного листа (ПВЛ), либо в качестве варианта исполнения из набора пластин, грани которых параллельны оси сепарационного устройства, каждая из которых установлена по отношению к соседним пластинам с зазором, или из перфорированного листа при условии обеспечения необходимого свободного сечения. В нижней части камеры расположен опорный элемент 6 с кольцевым порогом 7 для установки на опорное полотно (не показано). На входном открытом торце опорного элемента 6, предназначенном для входа текучей среды - газожидкостного потока, в нижней его части установлен завихритель 8 в виде стационарных лопаток. При этом между опорным элементом 6 и внутренней стенкой 1 фильтрационной камеры образован кольцевой дренажный канал. Кольцевой дренажный канал имеет высоту Н, равную от 0,5 до 1,5 диаметра опорного элемента. Такая высота необходима и достаточна для формирования закрученного потока внутри опорного элемента 6 и концентрирования (объединения) капель жидкости вдоль его внутренней поверхности, а также для обеспечения дренажа жидкости из фильтрационной камеры в кольцевом зазоре вдоль наружной поверхности. Ширина канала В составляет не менее 2 мм, что обеспечивает пропускную способность, при меньших значениях увеличивается вклад сил поверхностного натяжения и снижается дренирующая способность элемента. Ширина и высота дренажного кольцевого канала зависят от насыщенности газа каплями жидкости; чем выше ее концентрация во входном газовом потоке, тем выше и шире он должен быть. Нижняя крышка 4 может быть выполнена с отверстиями для слива уловленной жидкости из фильтрационной камеры, количество и размер которых зависят от концентрации жидкости во входном газовом потоке и рассчитываются для каждого конкретного случая индивидуально.
В зависимости от условий эксплуатации, требований к степени очистки фильтрационная камера может включать один или несколько слоев из фильтрующих материалов, в том числе нетканых, например, из полиэфирных волокон, либо сетчатого материала, обеспечивающих дренирование уловленной жидкости в нижнюю часть фильтрационной камеры.
Сепарационное устройство работает следующим образом.
Исходная газожидкостная смесь поступает снизу, через входное отверстие опорного элемента 6, где установлен завихритель 8. Завихритель 8 представляет собой стационарные лопатки для сообщения входному потоку вращательного движения. За счет разности плотностей жидкости и газа происходит разделение газа и капельной жидкости; частицы жидкости преимущественно движутся по внутренней поверхности 1 фильтрационной камеры, а газ занимает основной объем устройства. При движении текучей среды внутри устройства частицы через отверстия внутренней стенки 1 попадают внутрь фильтрационной камеры 5 и задерживаются в фильтрующем материале. При этом капли жидкости укрупняются и под действием гравитационных сил движутся вниз в объеме фильтрационной камеры и истекают через нижнюю крышку на опорное полотно - основание сепарационного устройства (не показано). Часть уловленной жидкости может проходить сквозь фильтрующий материал и стекать по внешней поверхности фильтрационной камеры.
В нижней части фильтрационной камеры имеется кольцевой дренажный канал, образованный внутренней стенкой 1 и опорным элементом 6, предназначенный для возможности накопления жидкости, выделившейся из текучей среды (очищаемого потока). В этой части сепарационного устройства поток текучей среды не оказывает влияние на движение уловленной жидкости; в этой зоне отсутствует движение газового потока, и жидкость имеет возможность спокойно стекать на опорное полотно - основание сепарационного устройства.