ФИЛЬТРУЮЩАЯ СЕПАРАЦИОННО-КОАГУЛЯЦИОННАЯ НАСАДКА (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к устройствам для отделения дисперсных частиц в газожидкостной среде, а также многокомпонентных жидкостей с различным коэффициентом поверхностного натяжения и может быть использована для отделения жидкости из газового потока, твердых частиц из жидкостей, например на установках нефтяной, газовой, химической и пищевой промышленности, для выращивания бактерий и тому подобное, таких как коалесцеры, массообменные аппараты, абсорберы, а также в системах очистки газовых и жидкостных сред и осушки газов.
Известен влагоотделитель, содержащий цилиндрический корпус, лопастной завихритель и устройство для отвода жидкости (см. авторское свидетельство SU №1572682, кл. В 01 D 45/12, 23.06.1990).
Недостатком устройства является низкая эффективность отделения частиц жидкости из газового потока при прямом прохождении через зазор между корпусом и верхним срезом пористого фильтрующего конуса. Причем наличие непроницаемого корпуса со щелями способствует вторичному уносу жидкости с ее пристенной пленочной поверхности газовым потоком.
Наиболее близкой к полезной модели по технической сущности и достигаемому результату является фильтросепарационная насадка, содержащая полый цилиндрический пористый элемент с крышкой, установленной на цилиндрическом пористом элементе со стороны торца, противоположного входу в цилиндрический пористый элемент, и установленный внутри пористого элемента на входе в него завихритель потока, (см. патент DE №10019293, кл. В 01 D 45/12, 31.10.2001).
Однако данное устройство имеет сложную конструкцию, что снижает надежность его работы, особенно в условиях, когда необходимо не только отделять жидкую среду от газового потока, но и задерживать механические примеси.
Задачей, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является повышение надежности работы за счет упрощения конструкции фильтросепарационной насадки, что позволяет повысить эффективность осушки газа и очистки его от механических примесей.
Техническим результатом от использования данной полезной модели будет, как минимум в 10 раз по сравнению с известными аналогичными конструкциями повышение эффективности осушки газов или разделения многокомпонентных жидкостей с
одновременной очисткой газов или жидкостей от механических примесей и возможностью, как вертикального, так и горизонтального расположения фильтрующего элемента в пространстве.
Указанные задача и технический результат достигаются за счет того, что фильтрующая сепарационно-коагуляционная насадка содержит полый цилиндрический пористый элемент с крышкой, установленной на пористом элементе со стороны его торца, противоположного входу в пористый элемент, и установленный внутри пористого элемента на входе в него завихритель потока, при этом завихритель потока установлен в пористом элементе с натягом по всей своей длине или на части длины относительно внутренней цилиндрической поверхности и выполнен в виде плоской пластины из твердого материала, при этом верхний край пластины закручен относительно нижнего края пластины на угол не менее 10°.
Пластина предпочтительно выполнена из металла, пластмассы или стекла.
Пластина может быть выполнена прямоугольной, трапециидальной, треугольной или эллипсной формы.
Крышка может быть выполнена с центральным отверстием, а завихритель потока закреплен на шпильке, пропущенной одним концом через центральное отверстие крышки, и последняя прижата к цилиндрическому пористому элементу гайкой, навинченной на этот конец шпильки.
Со стороны входа на пористом элементе может быть закреплена крышка с отверстием, диаметр которого равен внутреннему диаметру пористого элемента, высота завихрителя потока составляет от 0,10 до 1,0 от высоты пористого элемента, минимальный угол закрутки пластины завихрителя соответствует минимальной высоте завихрителя, при этом угол закрутки пластины завихрителя увеличивается прямопропорционально увеличению высоты завихрителя.
По второму варианту выполнения фильтрующая сепарационно-коагуляционная насадка содержит полый цилиндрический пористый элемент с крышкой, установленной пористом элементе со стороны его торца, противоположного входу в пористый элемент, и установленный внутри пористого элемента на входе в него завихритель потока, при этом завихритель потока выполнен в виде пластины из упругого материала и установлен в пористом элементе с натягом на 0,15-0,20 длины завихрителя относительно внутренней цилиндрической поверхности, при этом верхний край пластины закручен относительно нижнего края пластины на угол не менее 90°, а общая длина завихрителя не превышает 0,7-0,8 от длины пористого элемента.
Распределение динамического расхода внутри пористого элемента имеет вид, представляемый кривой 10 (см. фиг.3). В связи с этим происходит неравномерная загрузка пористого элемента в процессе работы, а следовательно и преждевременный выход его из строя за счет забивания части пористого элемента противоположного входу, либо уменьшения производительности пористого элемента за счет более раннего наступления перегруза части пористого элемента, противоположного входу при увеличении расхода. Для эффективного использования пористого элемента желательно иметь кривую распределения динамического давления (расхода), представленную на кривой 9 (см. фиг.3). Получение такой характеристики возможно при вводе в пористый элемент завихрителя, который превращает часть поступательной кинетической энергии потока фильтруемой среды во вращательную, что создает центробежную силу и таким образом перераспределяет динамическое давление внутри пористого элемента, а значит и расход вдоль его оси. Характеристика завихрителя имеет вид представленный на кривой 8 (см фиг.3). Эффективность коррекции завихрителем кривой 3 определяется как параметрами фильтруемого потока (скорость, вязкость), так и параметрами самого завихрителя.
Завихритель имеет три параметра, которые можно изменять для получения корректирующего эффекта максимально близкого к кривой 2 фиг.1. Это - высота завихрителя, угол его закрутки и геометрическая форма пластины.
Высота завихрителя может изменяться от 0,1 Н до 1,0 Н, где Н - высота пористого цилиндрического пористого элемента.
Угол закрутки завихрителя может изменяться от 10° до 3000°.
Завихритель выполняется из плоской металлической, пластиковой или стеклянной пластины с заранее подобранной жесткостью прямоугольной, эллипсной, трапецевидной и треугольной формы пластины, скрученной вдоль продольной оси этой пластины.
Крышка может быть выполнена с центральным отверстием или без такового, а завихритель потока закреплен на шпильке, пропущенной одним концом через центральное отверстие крышки, и последняя прижата к цилиндрическому пористому элементу гайкой, навинченной на этот конец шпильки, а завихритель закрепляется путем тугой посадки по внутреннему отверстию цилиндрического пористого элемента, при этом крышка закрепляется путем тугой посадки отбортованных краев крышки по наружной кромке пористого цилиндрического фильтрующего элемента и(или) любым клеями в том числе полиуретановыми.
Со стороны входа на пористом элементе может быть закреплена крышка с отверстием, диаметр которого равен внутреннему диаметру пористого элемента, высота
завихрителя потока предпочтительно составляет от 0,1 до 1,0 от высоты пористого элемента, а минимальный угол закрутки пластины завихрителя соответствует минимальной высоте завихрителя, при этом угол закрутки пластины завихрителя увеличивается прямопропорционально увеличению высоты завихрителя.
По результатам исследований было установлено, что в зависимости от скорости потока на входе и расположения в пространстве фильтрующего элемента завихритель потока может иметь более половины витка с высотой завихрителя потока, составляющей от 0,1 до 1,0 от высоты полого пористого цилиндрического элемента, а торцевые стороны пластины должны быть повернуты относительно друг друга на угол не менее 10°, что позволяет равномерно распределить по высоте пористого элемента газожидкостный или жидкостный поток и осуществлять его обработку не только в вертикальной, но и в горизонтальной плоскости.
При малых скоростях потока до 0,5 м/сек угол закрутки элемента завихрения потока (под которым понимается угол поворота относительно друг друга торцевых сторон пластины завихрителя) может быть от 10° до 180°, а высота завихрителя может быть не более 0,4 от полной высоты цилиндрического элемента. Такая конструкция позволяет менее сильно закрутить поток и тем самым уменьшить неравномерное распределение потока вдоль пористого элемента, что позволяет эффективно использовать внутреннюю поверхность цилиндрического элемента.
При скоростях более высоких чем 0,5 м/сек длина и угол закрутки завихрителя потока увеличиваются и составляют, соответственно от 180° до 450° и от 0,4 до полной высоты пористого элемента. Это приводит к увеличению длины пробега закрученного потока вдоль внутренней поверхности пористого элемента и более равномерной нагрузке на пористую структуру фильтрующего элемента.
При больших перепадах скорости потока фильтруемой среды корректирующих свойств завихрителя фиксированной формы может не хватать и поэтому используется завихритель, изготовленный из упругого материала с предварительной закруткой и с жесткостью подобранной так, что с изменением скорости движения фильтруемой среды будет изменяться длина и соответственно угол закрутки завихрителя, что автоматически изменит его корректирующие свойства.
Данные варианты конструкций фильтрующих элементов дают возможность подбирать фильтрующие сепарационно-коагуляционные насадки практически для любых скоростей потоков с достаточно равномерным распределением нагрузки по внутренней площади полого цилиндрического пористого элемента, конструкция которого может иметь однородную пористость (плотность) или переменную с использованием при
необходимости отводных каналов внутри стенки цилиндра, что позволяет исключить проскок отделяемой жидкости и твердых частиц через пористую структуру фильтрующего элемента.
Поэтому при закрутке потока менее чем на 10° наблюдается перегрузка противоположной от его входа стороны цилиндрического пористого элемента и соответственно отсутствует загрузка входной стороны пористого элемента.
Поверхность цилиндрического элемента с переменной пористостью стенки по толщине позволяет эффективно осуществлять механическую очистку и при использовании отводных каналов частично выводить из него уловленные механические частицы.
Завихритель потока должен быть выполнен из материала, который плохо подвержен воздействию воды, от которого возможно изменение его размеров, например набухание или растрескивание. Исходя из этих условий наиболее подходящими материалами для изготовления завихрителя потока по первому варианту являются металлы, пластики и стекло.
Установка завихрителя потока в пористом элементе с натягом относительно внутренней цилиндрической поверхности и выполнение его из плоской металлической, пластиковой или стеклянной и с заранее подобранной жесткостью прямоугольной, эллипсной, трапециидальной или треугольной пластины, скрученной вдоль продольной оси пластины позволяет легко фиксировать завихритель потока относительно пористого полого цилиндрического элемента. В ходе сборки он, как бы вкручивается в пористую структуру элемента, что позволяет при упрощении конструкции предотвратить переток потока вдоль внутренней стенки пористого элемента, однако завихритель из пружинной пластины при установке его во внутрь пористого цилиндра должен иметь натяг только на входе этого цилиндра (примерно на 0,15-0,20 длины завихрителя), а далее завихритель не должен плотно соприкасаться со стенками пористого цилиндра при этом к верхней торцевой крышке могут быть прикреплены направляющие, между которыми будет свободно фиксироваться положение пружинного завихрителя.
На фиг.1 график распределения динамического давления внутри пористого элемента. На фиг.2 представлен продольный разрез фильтрующей сепарационно-коагуляционной насадки. На фиг.3 представлен вариант выполнения насадки со шпилькой.
Фильтрующая сепарационно-коагуляционная насадка содержит полый цилиндрический пористый элемент 1 с крышкой 2, установленной на цилиндрическом пористом элементе 1 со стороны торца, противоположного входу в цилиндрический
пористый элемент 1, и установленный внутри пористого элемента 1 на входе в него завихритель потока 3, при этом последний установлен в пористом элементе 1 с натягом относительно внутренней цилиндрической поверхности и выполнен из плоской металлической, пластиковой или стеклянной пластины, которая может быть выполнена из упругого материала, причем пластина предварительно закручена и выполнена с заранее подобранной жесткостью прямоугольной, эллипсной, трапециидальной или треугольной пластины, скрученной вдоль продольной оси пластины, при этом противоположные края пластины повернуты относительно друг друга на угол не менее 10°. Высота «h» завихрителя потока 3 предпочтительно составляет от 0,1 до 1,0 от высоты «H» пористого элемента, а минимальный угол закрутки пластины завихрителя 3 соответствует минимальной высоте «h» завихрителя 3, при этом угол закрутки пластины завихрителя 3 увеличивается прямопропорционально увеличению высоты завихрителя 3.
Крышка 2 может быть выполнена с центральным отверстием, а завихритель потока 3 может быть закреплен на шпильке 4, пропущенной одним концом через центральное отверстие крышки 2, и последняя прижата к цилиндрическому пористому элементу 1 гайкой 5, навинченной на этот конец шпильки 4.
Со стороны входа на пористом элементе 1 закреплена крышка 6 с отверстием, диаметр которого равен внутреннему диаметру пористого элемента 1. Торцевые крышки 2 и 6 герметизируют цилиндрический пористый элемент 1 со стороны торцов и могут иметь различную конфигурацию, например: форму фланца (см. фиг.3, где крышка 6 выполнена с фланцем 7), трубного переходника с резьбой, быстроразъемного соединения и тому подобное, т.е. они могут еще выполнять функции элементов монтажа и крепления фильтрующего элемента в месте его установки.
Газожидкостный поток или смесь жидкостей с различным коэффициентом поверхностного натяжения поступает в пористый элемент 1 через завихритель потока 3 и приобретает вращательное движение, при котором частицы жидкости и механические примеси под действием центробежных сил, перемещаются к пористой поверхности цилиндрического элемента 1, при этом механические примеси, капли жидкости или жидкости с большим коэффициентом поверхностного натяжения задерживаются пористым материалом, а очищенный и осушенный газ или жидкость с меньшим коэффициентом поверхностного натяжения проходит через поры пористого элемента 1. Задержанная пористым элементом жидкость сливается по внутренней стенке пористого элемента 1 и выводится из фильтрующего элемента.
Интенсификация процесса разделения потока смеси сред достигается тем, что поток смеси сред взаимодействует с пористым материалом элемента 1 по всей внутренней
поверхности пористого элемента, а наличие закрутки потока в завихрителе 3 уменьшает перепад давления по высоте пористого элемента, что позволяет удлинить срок его службы и предотвратить проскок отделяемой среды через пористый элемент 1.
Настоящая полезная модель может быть использована в нефтегазодобывающей, химической и других отраслях промышленности.