Жидкостно-газовый сепаратор
LIQUID-GAS SEPARATOR

Изобретение относится к области разделения газожидкостной среды, преимущественно к сепараторам для разделения жидких сред, имеющих различный удельный вес, и для выделения из этих жидкостей в процессе их разделения, содержащейся в них газообразной среды.
Известен жидкостно-газовый сепаратор, содержащий корпус с трубопроводом ввода газожидкостной смеси, размещенную в корпусе вертикальную разделительную перегородку и патрубки вывода газообразной и жидких сред (US2664963A, 05.06.1954). Недостатком данного устройства является низкая производительность сепаратора и низкое качество разделения жидкой среды на фракции при увеличении производительности.
Наиболее близким к данному сепаратору является жидкостно-газовый сепаратор, содержащий: корпус; вертикальную разделительную перегородку, установленную в корпусе с разделением объема последнего на входную и выходную секции, сообщающиеся между собой в верхней части корпуса; трубопровод ввода газожидкостной смеси, установленный во входной секции, и при этом выходное сечение трубопровода расположено ниже верхней кромки вертикальной разделительной перегородки; патрубки вывода газообразной среды, легкой жидкой фракции, тяжелой жидкой фракции и жалюзийный пакет, установленные в выходной секции сепаратора; переливную перегородку, установленную между патрубками вывода легкой жидкой фракции и тяжелой жидкой фракции, и при этом патрубок вывода легкой жидкой фракции расположен между вертикальной разделительной перегородкой и переливной перегородкой; сливной лоток, сопряженный со стороны входа в него газожидкостной смеси с верхней кромкой вертикальной разделительной перегородки (RU 2153383 С1, 14.09.1999).
Недостатком данного устройства является низкая эффективность разделения жидкостных фаз газожидкостной смеси.
Технический результат, достигаемый при реализации данного изобретения, заключается в интенсификации процесса разделения жидких фаз, содержащихся в газожидкостной смеси, повышение качества разделения этих фаз при одновременном уменьшении объема сепаратора.
Указанный технический результат достигается за счет того, что жидкостно-газовый сепаратор, содержащий корпус, вертикальную разделительную перегородку, установленную в корпусе с разделением последнего на входную и выходную секции, сообщающиеся между собой в верхней части корпуса, трубопровод ввода газожидкостной смеси, установленный во входной секции так, что выходное сечение трубопровода расположено ниже верхней кромки вертикальной разделительной перегородки, патрубки вывода газообразной среды, легкой жидкой фракции, тяжелой жидкой фракции и жалюзийный пакет, установленные в выходной секции сепаратора, переливную перегородку, установленную между патрубками вывода легкой жидкой фракции и тяжелой жидкой фракции и при этом патрубок вывода легкой жидкой фракции располагается между вертикальной разделительной перегородкой и переливной перегородкой, сливной лоток, сопряженный со стороны входа в него газожидкостной смеси с верхней кромкой вертикальной распределительной перегородки, снабжен корзиной, заполненной кольцами Рашига, изготовленными из функционального керамического материала, обладающего способностью эффективно коагулировать дисперсную жидкую фазу, содержащуюся в жидкой части газожидкостной смеси, вход в корзину сопряжен со сливным лотком со стороны выхода из него газожидкостной смеси, днище корзины расположено от нижней образующейся сепаратора на расстоянии от 0,05 до 0,4 диаметра сепаратора, а жалюзийный пакет установлен между корзиной и патрубком отвода тяжелой жидкой фракции.
Кольца Рашига могут быть изготовлены из материала, твердая поверхность которого имеет фторполимерное покрытие.
Корзина может быть снабжена со стороны входа в нее газожидкостной смеси распределительным элементом, выполненным в виде перфорированного листа с равномерно расположенными по площади листа отверстиями.
Днище корзины может быть перфорировано отверстиями, равномерно расположенными по его площади.
В ходе работ по исследованию разделения жидких сред было установлено, что для интенсификации процесса разделения важным свойством жидкости является смачивание, которое выражается в растекании жидкости по твердой поверхности, находящейся в контакте с газом или другой жидкостью. Мерой смачивания служит краевой угол между смачиваемой поверхностью и поверхностью жидкости, зависящей от поверхностных натяжений жидкостей и твердого тела. Поверхностное натяжение отождествляется с удельной свободной поверхностной энергией.
Для эффективного разделения жидкостей с различными значениями поверхностного натяжения желательно иметь твердую поверхность с минимальным значением свободной поверхностной энергии, зависящей от свойств твердого материала и жидкости, соприкасающейся с поверхностью.
Для получения таких функциональных твердых материалов, обладающих способностью эффективно коагулировать дисперсную жидкую фазу, содержащуюся в сплошной фазе (с последующим разделением газожидкостной смеси на фазы), целесообразно использовать керамику - неметаллический поликристаллический материал, обычно получаемый спеканием, реже прессованием. Механическое смешение различных неметаллических материалов (оксидов, карбидов, нитридов, например, карбидов кремния, оксидов циркона и бора и прочих компонентов) со связующим материалом (например, огнеупорной глиной с алюмозолем), широкое варьирование свойств и дисперсности исходного материала, а так же различных режимов термообработки и прессования, позволяют получить требуемые функциональные свойства керамики (керамических композиционных материалов). Одним из таких свойств является эффективная коагуляция на твердой поверхности дисперсной жидкой фазы, содержащейся в газожидкостной смеси.
Использование такого функционального керамического материала в форме колец Рашига обеспечивает с одной стороны простоту их изготовления и конструктивную прочность, а с другой стороны большую твердую поверхность, взаимодействующую с газожидкостной смесью. Удобно размещать кольца Рашига путем засыпки в корзину, расположенную в сепараторе. Это позволяет со временем вынимать их из корзины для очистки поверхности. Расположение днища корзины от нижней образующейся сепаратора на расстоянии от 0,05 до 0,4 диаметра сепаратора обеспечивает заглубление большей части колец Рашига под уровень жидкости в сепараторе и требуемую эффективность процесса разделения жидких фаз.
Экспериментальным путем установлено, что для эффективной сепарации дисперсной воды, содержащейся в бензине (керосине), кольца Рашига могут иметь фторполимерное покрытие.
Дополнительную возможность по улучшению процесса сепарации дает равномерное распределение газожидкостной смеси на входе в корзину, что достигается установкой на входе в нее распределительного элемента в виде перфорированного листа, в котором отверстия выполнены равномерно по всей площади листа.
Перфорация днища корзины отверстиями, равномерно расположенными по его площади, обеспечивает более равномерное течение жидкости в корзине, что дополнительно улучшает процесс сепарации.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображен жидкостно-газовый сепаратор.
Сепаратор содержит корпус 1 с трубопроводом 2 ввода газожидкостной смеси, вертикальную разделительную перегородку 3, размещенную в корпусе, патрубок 4 вывода газообразной среды, патрубок 5 вывода легкой жидкой фракции и патрубок 6 вывода тяжелой жидкой фракции. Сепаратор снабжен сливным лотком 7, корзиной 8, заполненной кольцами Рашига 9, изготовленными из функционального керамического материала, и жалюзийным пакетом 10.
Вертикальная разделительная перегородка 3 установлена в корпусе 1 с образованием в последнем входной 11 и выходной 12 секций, сообщенных между собой в верхней части корпуса. Трубопровод 2 ввода газожидкостной смеси установлен во входной секции 11, и выходное его сечение расположено ниже верхней кромки вертикальной разделительной перегородки 3 с образованием гидрозатвора. Сливной лоток 7 сопряжен одним краем с верхней кромкой вертикальной разделительной перегородки 3, а вторым краем с корзиной 8 со стороны входа в нее газожидкостной смеси. Жалюзийный пакет 10 установлен в выходной секции 12 между вертикальной разделительно перегородкой 3 и корзиной 8. Между жалюзийным пакетом 10 и вертикальной разделительной перегородкой 3 в выходной секции 12 установлена переливная перегородка 13 с формированием зоны отвода легкой фракции между вертикальной разделительной перегородкой 3 и переливной перегородкой 13 и зоны отвода тяжелой жидкой фракции между переливной перегородкой 13 и жалюзийным пакетом 10.
Днище корзины расположено от нижней образующей сепаратора на расстоянии от 0,05D до 0,4 D, где D - диаметр корпуса сепаратора.
Корзина 8 со стороны входа в нее может быть снабжена распределительным элементом 14, выполненным в виде перфорированного листа с равномерно расположенными по площади листа отверстиями.
Днище корзины 8 может быть перфорировано отверстиями, равномерно расположенными по ее площади.
Кольца Рашига могут быть изготовлены из материала, позволяющего нанести фторполимерное покрытие.
Жидкостно-газовый сепаратор работает следующим образом.
Газожидкостная или парогазожидкостная смесь, состоящая в основном из трех основных фаз - газовой и двух жидких, причем одна из них находится в виде дисперсных включений в другую сплошную фазу, поступает в сепаратор по трубопроводу 2 ввода газожидкостной смеси.
Выходной участок трубопровода 2 расположен ниже уровня жидкости во входной секции 11 сепаратора с образованием гидрозатвора, что в случае неожиданной остановки работы сепаратора предотвращает поступление газообразной среды в трубопровод 2. Из входной секции 11 сепаратора газожидкостная смесь поступает на сливной лоток 7, по которому она равномерно стекает в корзину 9.
Благодаря большой поверхности и малой толщине газожидкостного слоя на сливном лотке 7 происходит разделение газожидкостной смеси на газообразную (парогазовую) среду и жидкость. Частично отсепарированная от газовой фазы смесь поступает с лотка 7 в корзину 8, заполненную кольцами Рашига 9, изготовленными из функционального керамического материала. На кольцах Рашига в большей степени завершается сепарация жидкостной смеси от газа и протекает интенсивная коагуляция дисперсной жидкой фазы, содержащейся в другой сплошной жидкой фазе. Интенсивная коагуляция протекает в силу изготовления колец Рашига из специально подобранного керамического материала, функционально обеспечивающего значительную коагуляцию заданной дисперсной жидкой фракции на поверхности колец Рашига.
Подготовленная таким образом жидкость из корзины поступает в жалюзийный пакет 10, где за счет гравитационных сил интенсифицируется процесс разделения жидкой среды на более тяжелую фракцию и более легкую фракцию, а также полностью завершается процесс выделения газа из жидкости.
Разделение в жалюзийном пакете 10 жидкости в сочетании с гравитационным разделением в выходной секции 11 сепаратора позволяет завершить процесс разделения жидкой среды на более тяжелую и более легкую фракции.
Более тяжелая фракция поступает в патрубок 6 вывода тяжелой жидкой фракции, более легкая фракция перетекает через переливную перегородку 13 и поступает в патрубок 5 вывода легкой жидкой фракции.
Настоящее устройство может быть использовано в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности, где требуется разделение жидких и газообразных сред.