АППАРАТ ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ПАРОЖИДКОСТНЫХ СМЕСЕЙ
DEVICE FOR SEPARATION OF VAPOUR-LIQUID MIXTURES

Изобретение относится к процессам сепарации пара (газа) из парожидкостных или газожидкостных смесей в химической, пищевой и других областях промышленности, а именно к оборудованию гидрометаллургических производств, и предназначено для отделения (сепарации) пузырей пара из парожидкостных смесей, образующихся, например, в процессах концентрирования алюминатных растворов методом выпаривания, автоклавного выщелачивания алюминийсодержащего сырья с одновременной очисткой потока пара от содержащихся в нем капель жидкости.
Известен аппарат - каплеуловитель для разделения газожидкостных потоков, состоящий из корпуса, трубной решетки, в которой закреплены патрубки (В.Н.Соколов, М.А.Яблокова, «Аппаратура микробиологической промышленности», Л., «Машиностроение», Ленинградское отделение, 1988 г., стр. 138).
В нижней части каждого патрубка известного аппарата помещен завихритель газожидкостного потока, а в верхней - отбойное кольцо. Газ (пар), содержащий капли жидкости (газо-жидкостная смесь), движется по патрубкам вверх, с помощью завихрителей приобретает вращательное движение и за счет возникающих центробежных сил, капли оседают на стенках патрубков и в виде пленки увлекаются вверх. С помощью отбойного кольца, установленного с зазором к внешней поверхности патрубков, поток жидкости изменяет направление движения из восходящего на нисходящее и через сливной патрубок, установленный в нижней части, удаляется из аппарата.
К недостаткам этой конструкции следует отнести большое гидравлическое сопротивление аппарата, связанное с установкой в каждом патрубке завихрителя, а в верхней части «отбойного» кольца, с помощью которого на 180° изменяется направление движения потока. Это приводит к высоким энергетическим затратам, а также к существенному снижению потенциала пара в случае очистки от капель жидкой фазы парожидкостной смеси. Кроме того, он обладает большой металлоемкостью и неприменим для разделения больших потоков парожидкостных смесей.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является циклонный сепаратор жидкости (а.с. №719672, B01D 45/12, опубл. 05.03.1980 г.). Данное устройство выбрано в качестве прототипа.
Циклонный сепаратор жидкости состоит из вертикального цилиндрического корпуса, горизонтальной перегородки, разделяющей корпус на две камеры, - верхнюю и нижнюю, центральной трубы, жестко закрепленной на горизонтальной перегородке и соединяющей между собой верхнюю и нижнюю камеры тангенциального патрубка для подвода парожидкостной смеси, патрубков отвода пара и жидкости и содержит при этом завихритель с гидрозатвором, установленный в нижней камере коаксиально на патрубке отвода пара, и патрубок для отвода жидкости, установленный в корпусе над горизонтальной перегородкой.
К недостаткам данной конструкции следует отнести неудовлетворительное распределение поступающей в аппарат парожидкостной смеси по внутренней поверхности верхней камеры. Это обусловлено тем, что поступающая в аппарат через тангенциальный патрубок парожидкостная смесь, при выходе из патрубка теряет скорость и стекает вниз, только частично «омывая» внутреннюю поверхность корпуса циклонного сепаратора, что сокращает площадь поверхности, с которой происходит сепарация пара, т.е. ухудшаются гидродинамические условия отрыва пузырей пара (газа) с поверхности стекающей пленки жидкости. Это ухудшает показатели по эффективности процесса сепарации пара и, как следствие, снижает производительность аппарата и степень очистки пара от капель жидкой фазы.
В основу изобретения поставлена задача повышения производительности аппарата и степени очистки пара от капель жидкости.
При этом техническим результатом является увеличение площади поверхности, с которой происходит сепарация пузырей пара и улучшение равномерности распределения парожидкостной смеси по сечению аппарата..
Достижение технического результата обеспечивается тем, что аппарат для разделения парожидкостных смесей, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, горизонтальную кольцевую перегородку, разделяющую объем корпуса на нижнюю и верхнюю камеры, соединенные между собой центральной трубой с раструбом на верхнем торце, узел подвода парожидкостной смеси, трубопровод для отвода пара, установленный коаксиально с центральной трубой, патрубки для отвода жидкости, размещенные в камерах корпуса, завихритель, размещенный в нижней камере и закрепленный на трубопроводе для отвода пара, отличающийся тем, что узел подвода парожидкостной смеси выполнен в виде двух коаксиально установленных цилиндрических обечаек, одна из которых размещена на внешней поверхности корпуса и соединена с ним герметично кольцевыми крышками, вторая обечайка расположена внутри корпуса с зазором к его поверхности и жестко соединена с ним верхним торцом кольцевой вставкой, а узел приема парожидкостной смеси содержит по меньшей мере два тангенциальных патрубка для подачи парожидкостной смеси, закрепленных с обеих сторон цилиндрической обечайки, размещенной на внешней поверхности корпуса.
Способствуют достижению технического результата дополнительные отличительные признаки:
К нижнему торцу цилиндрической обечайки узла приема парожидкостной смеси, расположенной на внутренней поверхности корпуса, приварен отбойник.
Патрубок для отвода жидкости, размещенный в верхней камере корпуса, врезан в него тангенциально.
Подача парожидкостной смеси в узел приема через тангенциально врезанные в него по крайней мере два патрубка обеспечивает равномерное распределение парожидкостной смеси по всей внутренней поверхности корпуса. Это позволяет повысить эффективность разделения фаз, существенно увеличить производительность и степень очистки пара.
Сущность изобретения поясняется следующими чертежами.
На фиг. 1. - показана схема аппарата;
На фиг. 2. - вид сверху
На фиг. 3 - поперечный разрез аппарата;
На фиг. 4. - продольный разрез устройства для приема парожидкостной смеси (вид С на фиг. 1);
На фиг. 5. - патрубок для отбора отсепарированной жидкости (поперечный разрез В-В фиг. 1).
Конструкция аппарата для разделения парожидкостных смесей включает следующие элементы:
1 - вертикальный цилиндрический корпус;
2 - крышку корпуса;
3 - днище корпуса;
4 - верхнюю камеру корпуса аппарата;
5 - нижнюю камеру корпуса аппарата;
6 - горизонтальную перегородку;
7 - центральную трубу;
8 - раструб;
9 - трубопровод для отбора очищенного пара;
10 - центробежный завихритель для вторичной очистки пара от капель:
11 - узел приема и распределения парожидкостной смеси;
12 - тангенциальные патрубки для подачи парожидкостной смеси;
13 - внешнюю цилиндрическую обечайку;
14 - внутреннюю цилиндрическую обечайку;
15 - верхнюю кольцевую крышку;
16 - нижнюю кольцевую крышку;
17 - кольцевую вставку;
18 - конический отбойник;
19 - патрубок для отбора отсепарированной жидкости;
20 - патрубок для отвода жидкости, уловленной в нижней камере центробежным завихрителем.
Вертикальный цилиндрический корпус аппарата разделен на две камеры: верхнюю 4 и нижнюю 5 горизонтальной перегородкиой 6. Камеры 4 и 5 соединены между собой центральной трубой 7, к верхнему торцу которой прикреплен раструб 8. Внутри центральной трубы 7 коаксиально размещен трубопровод 9, предназначенный для отбора очищенного от капель жидкости пара. В верхней части трубопровод 9 герметично соединен с крышкой 2. В нижней камере 5, на трубопроводе 9 установлен центробежный завихритель 10. Назначение завихрителя 10 - очистка пара от остатков капель жидкой фазы. В верхней камере 4 размещен узел для приема и распределения парожидкостной смеси 11, снабженный с двух сторон патрубками 12 для подачи парожидкостной смеси.
Узел для приема парожидкостной смеси (фиг. 1; 4) состоит из двух коаксиально расположенных цилиндрических обечаек 13 и 14, одна из которых (13) размещена на внешней поверхности корпуса аппарата, вторая (14) расположена на внутренней поверхности корпуса с зазором к последней. При этом обечайка 13 жестко соединена с корпусом 1 кольцевыми крышками нижней 15 и верхней 16 (фиг. 4).
Обечайка 14 жестко закреплена на внутренней поверхности корпуса 1, посредством кольцевой вставки 17.
К нижнему торцу обечайки 14, под углом к внутренней поверхности корпуса жестко крепится конический отбойник 18 (фиг. 4). Отбор отсепарированной жидкости осуществляется через патрубок 19 (фиг. 1, 5), врезанный в корпус аппарата тангенциально и установленный в верхней камере 4, непосредственно над горизонтальной перегородкой 6. Из нижней камеры 5 жидкость, уловленная завихрителем 10, удаляется через патрубок 20.
Аппарат работает следующим образом.
Парожидкостная смесь подается в полость узла приема парожидкостной смеси 11, образованную внешней 13 и внутренней 14 цилиндрическими обечайками, которые герметично соединены с корпусом 1 посредством верхней 15 и нижней 16 кольцевых крышек и кольцевой вставкой 17 одновременно через тангенциально врезанные в него патрубки 12. Тангенциальная врезка патрубков обеспечивает возникновение центробежных сил, действующих на парожидкостную смесь, поступающую в полость узла приема 11, а одновременная подача через два патрубка 12 предопределяет равномерное распределение парожидкостной смеси во всем его объеме. При этом жидкость из узла приема парожидкостной смеси 11 через кольцевой зазор, образованный поверхностью цилиндрической обечайки 14 и внутренней поверхностью корпуса 1, стекает вниз в виде «падающей» пленки парожидкостной смеси, полностью орошая всю внутреннюю поверхность верхней камеры 4.
С целью улучшения условий формирования и распределения по внутренней поверхности камеры 4 стекающей из узла приема 11 парожидкостной смеси к нижнему торцу внутренней цилиндрической обечайки 14 приварен отбойник 18 (фиг. 5), с помощью которого гарантированно весь поток направляется на поверхность указанной камеры. Это предотвращает возможность возникновения «струйного» течения жидкости по орошаемой поверхности камеры 4, т.е. исключается возможность уменьшения площади поверхности, на которой происходит разделение фаз пар - жидкость.
Отделенный из парожидкостной смеси пар, в котором могут содержаться капли жидкости, движется вверх и посредством раструба 8 изменяет вектор своего движения, направляя поток на поверхность камеры 4, расположенной над узлом для подачи в аппарат парожидкостной смеси. Возникающие при этом центробежные силы, способствуют коалесценции капель жидкости. Крупные капли осаждаются на указанной поверхности и, смешиваясь с основной массой отсепарированной жидкости, удаляются из аппарата через патрубок 19. Первоначально очищенный в верхней камере 4 пар по каналу, образованному коаксиально установленными центральной трубой 7 и трубопроводом 9, поступает в нижнюю камеру 5, где с помощью центробежного завихрителя 10 полностью очищается от капель жидкости и по трубопроводу 9 отводится из аппарата. Уловленная в нижней камере 5 жидкость удаляется из аппарата через патрубок 20.