МАССООБМЕННЫЙ СЕПАРАЦИОННЫЙ ЭЛЕМЕНТ

Полезная модель относится к устройствам для массообмена между газом и жидкостью, а также для очистки газа от жидких примесей с использованием центробежных сил, возникающих при закручивании газового потока, и может быть использована как для проведения массообменных процессов, так и процессов разделения газа и жидкости в нефтяной, газовой, нефтехимической и других отраслях промышленности.
Известен центробежный сепарационный элемент, включающий обечайку, два последовательно установленных завихрителя с направляющими лопатками и тонкослойной насадкой между ними, установленный внутри обечайки газоотводящий патрубок и ловушку отделенной жидкости, представляющую собой примыкающее к газоотводящему патрубку кольцо с вертикальным бортом, при этом поверхность обечайки образует с бортом и с внешней поверхностью газоотводящего патрубка сообщающиеся кольцевые каналы (патент РФ №2052272, МПК В01Д 45/12, опуб. 20.01.1996 г.).
Общими признаками известного центробежного сепарационного элемента с предлагаемым являются:
- обечайка;
- завихритель потока;
- размещенная над кромкой обечайки ловушка отделенной жидкости.
Недостатком известного устройства является повышенное гидравлическое сопротивление из-за наличия двух завихрителей и недостаточно эффективное отделение жидкости от газа, обусловленное вторичным уносом капель, осевших на газоотводящем патрубке в виде пленки.
6
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является центробежный сепарационный элемент, включающий обечайку с ловушкой отделенной жидкости и завихритель. Внутри обечайки соосно ей размещено полое тело цилиндрической формы, один торец которого выполнен герметичным и выступающим над ловушкой отделенной жидкости, а другой торец выполнен в виде сопла и расположен над завихрителем, кроме того, выступающая торцовая часть полого тела снабжена газоподводящими патрубками. Ловушка для улавливания отделенной жидкости представляет собой кольцо с вертикальными бортами, образующими с внешней и внутренней сторонами обечайки сообщающиеся кольцевые каналы (патент №2140317, МПК В01Д 45/12, опуб. 12.10.1999, ОБ №30).
Общими признаками известного и предлагаемого устройств являются:
- обечайка;
- завихритель потока;
- размещенный над кромкой обечайки каплесъемник, выполненный в виде U-образного дефлектора с вертикальными бортовыми поверхностями, образующими с внешней и внутренней сторонами обечайки сообщающиеся кольцевые каналы.
Недостатком известного устройства является невысокая эффективность сепарации газа и массообмена при большом содержании капельной жидкости из-за вторичного уноса, вызванного осаждением части капель, отскочивших на наружную поверхность полого центрального тела, и поступлением на нее в виде пленки части жидкости из внутренней полости полого центрального тела, а также недостаточно высокая производительность сепарационного элемента за счет организации рециркуляции части потока.
Техническая задача заключается в достижении высокой производительности массообменного сепарационного элемента, а также высокой эффективности разделения за счет устранения уноса капельной жидкости с газом при пониженном гидравлическом сопротивлении.
Поставленная задача достигается тем, что в массообменном сепарационном элементе, включающем обечайку с завихрителем потока и размещенный над кромкой обечайки каплесъемник, выполненный в виде U-образного дефлектора с вертикальными бортовыми поверхностями, образующими с внешней и внутренней сторонами обечайки сообщающиеся кольцевые каналы, часть обечайки, расположенная выше внешней кромки каплесъемника, выполнена перфорированной, при этом суммарное сечение перфораций обечайки не превышает 2,0 сечения кольцевого канала между обечайкой и каплесъемником, кроме того, на каплесъемнике установлен каплеотбойник.
Кроме этого, по верхней образующей каплесъемника выполнены отверстия, ориентированные в сторону закручивания потока завихрителем.
Выполнение части обечайки, расположенной выше внешней кромки каплесъемника, перфорированной позволяет отвести через отверстия большую часть пленки жидкости, прежде чем она попадет в кольцевой канал между внутренней стороной обечайки и вертикальными бортовыми поверхностями U-образного дефлектора. Это позволяет исключить срыв крупных капель и, следовательно, снизить вторичный унос жидкости с основной частью газового потока. Кроме того, увеличивается пропускная способность массообменного центробежного элемента по уловленной жидкости.
Выполнение части обечайки, расположенной выше внешней кромки каплесъемника, перфорированной таким образом, что суммарное сечение перфораций обечайки не превышает 2,0 сечения кольцевого канала между обечайкой и каплесъемником позволяет без значительного изменения внутри обечайки угла закрутки газового потока получить высокое значение коэффициента массопередачи.
Установка на каплесъемнике каплеотбойника исключает вторичный унос жидкости с частью газа, прорвавшегося в кольцевые каналы, образованные внешней и внутренней сторонами обечайки и вертикальными бортовыми поверхностями U-образного дефлектора. Эта часть газа выходит из внешнего кольцевого канала и, двигаясь вверх вдоль внешней поверхности каплесъемника, встречает на своем пути каплеотбойник, на внешней поверхности которого газ сепарируется от капельной жидкости.
Выполнение по верхней образующей каплесъемника отверстий, ориентированных в сторону закручивания потока завихрителем, исключает образование в кольцевых каналах газожидкостных пробок, препятствующих равномерному отводу жидкостной пленки каплесъемником и приводящих к вторичному уносу жидкости.
Устройство представлено на рисунках, где на фиг.1 показан общий вид, на фиг.2 - вид А-А массообменного сепарационного элемента с указанием направлений закручивания газового потока и выхода газа из отверстий.
Массообменный сепарационный элемент состоит из обечайки 1 с завихрителем 2 потока, каплесъемника 3, размещенного над кромкой обечайки 1, и каплеотбойника 4, установленного на каплесъемнике 3 и выполненного в виде конфузора, или многогранной усеченной пирамиды или сегмента поверхности сферы. Каплесъемник 3 выполнен в виде U-образного дефлектора с вертикальными бортовыми поверхностями 5, образующими с внешней и внутренней сторонами обечайки 1 сообщающиеся кольцевые каналы 6. Часть обечайки 1, расположенная выше кромки внешней бортовой поверхности 5 каплесъемника 3, выполнена перфорированной отверстиями 7. Суммарное сечение отверстий 7 обечайки 1 не превышает 2,0 сечения кольцевого канала 6 между обечайкой 1 и каплесъемником 3. По верхней образующей каплесъемника 3 выполнены отверстия 8, ориентированные в сторону закручивания потока завихрителем 2.
Устройство работает следующим образом. Газ с капельной жидкостью проходит через завихритель 2, где принимает вращательно-поступательное движение, и направляется во внутреннюю полость обечайки 1. Жидкость под действием центробежных сил концентрируется у внутренней поверхности обечайки 1, а отсепарированный газ, проконтактировав с пленкой жидкости, через центральное отверстие каплесъемника 3 покидает центробежный элемент. Жидкость в пленочном виде по внутренней поверхности поднимается к верхней кромке обечайки 1, при этом большая часть жидкости при течении по внутренней стенке обечайки отводится через перфорацию 7 в обечайке 1, а оставшаяся часть жидкости отводится из потока через кольцевой канал 6 между верхней частью обечайки 1 и каплесъемником 3. Расположенные горизонтально и под углом к вертикальной плоскости - по направлению, аналогичному углу закрутки лопаток в завихрителе 3, - отверстия 8 служат для выхода газа, прорвавшегося вместе с жидкостью в кольцевой канал 6, способствуя равномерному отводу жидкостной пленки каплесъемником 3, что исключает вторичный унос жидкости.
Каплеотбойник 4 предназначен для исключения вторичного уноса жидкости с частью газа, прорвавшегося в кольцевые каналы 6, образованные внешней и внутренней сторонами обечайки 1 и вертикальными бортовыми поверхностями 5 U-образного дефлектора. Эта часть газа выходит из внешнего кольцевого канала 6 и, двигаясь вверх вдоль внешней поверхности обечайки 1, встречает на своем пути каплеотбойник 4, на внешней поверхности которого газ сепарируется от капельной жидкости.
Таким образом, сначала происходит отделение капельной жидкости от газа и образование пленки жидкости на внутренней поверхности обечайки 1, после чего между газом и жидкостью в пленочном режиме протекает массо-обмен.
На фиг.1 показано выполнение каплеотбойника 4 в виде конфузора.
Перфорация на обечайке 1 может быть любой формы, а суммарное сечение отверстий 7 не превышает 2,0 сечения кольцевого канала 6 между обечайкой 1 и каплесъемником 3. На фиг.1 показано выполнение перфорации 7 на обечайке 1 в виде круглых отверстий.