CZ299842B6

CZ299842B6 - Tryska pro nadzvukový tok plynu a inercní separátor

Info

Publication number: CZ299842B6
Application number: CZ20012372A
Authority: CZ
Inventors: Willink@Cornelis Antonie Tjeenk; Betting@Marco; Holten@Theodoor Van; Veen@Johannes Miguel Henri Maria Van
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij B. V.
Priority date: 1998-12-31
Filing date: 1999-12-29
Publication date: 2008-12-10
Also published as: TW495388B; ZA200105389B; ATE248025T1; KR100730520B1; DE69910829T2; KR20010092457A; EP1140363A1; GC0000091A; CN1123395C; BR9916717A; IL144004A0; EP1140363B1; JP2002534248A; CN1334755A; WO2000040338A8; IL144004A; JP4611532B2; US6513345B1; DE69910829D1; AU2104500A

Abstract

Tryska konvergentne/divergentního tvaru pro vytvorení vícefázového nadzvukového proudení mající hrdlo charakteristického prumeru D.sup.*.n. se vstupem charakteristického prumeru D1, umísteným ve vzdálenosti L1 pred hrdlem trysky a s výstupem charakteristického prumeru D2, umísteným ve vzdálenosti L2 za hrdlem trysky, jejíž podstata spocívá v tom, že pomer L2/(D2-D.sup.*.n.) je vetší než 4, ale menší než 250. Inercní separátor na ní založený má minimálne jeden výstup pro separovanou složku a minimálne jeden výstup pro zbývající plynný proud. Zpusob se týká nadzvukové separace jedna nebo více složek prevážne plynného proudení.

Description

Tryska pro nadzvukový tok plynu a inerční separátor

Oblast techniky

Předkládaný vynález popisuje trysku konvergentně/divergentního tvaru pro vytvoření vícefázového nadzvukového proudění, inerční separátor na ní založený a způsob nadzvukové separace složky převážně plynného proudu, Vynález zejména popisuje separaci jedné nebo více složek z tohoto proudu pomocí kondenzace vybraných složek ajejich následného odvedení.

Dosavadní stav techniky

Separace se může uplatnit v různých průmyslových zařízeních, jako petrochemického a plynárenského průmyslu, v chemickém průmyslu, při výrobě barev a v řadě dalších odvětví. Separace může být použita v různých průmyslových procesech, např. při odstraňování oxidu uhličitého ze spalin, v klimatizaci (odstranění vody) a při sušení zemního plynu dříve než je distribuován do rozvodné sítě.

Existuje mnoho metod a.zařízení pro separaci složek z plynů nebo z jiných tekutin. Mezi kon20 venční separáční zařízení patří dešti lační kolony, filtry a membrány, usazovací nádrže, odstředivky, elektrostatické precipitátory, sušičky, chladiče, odlučovací cyklony, separátory využívající vírové trubice a absorbéry. Každé konvenční separační zařízení je však spojeno s nevýhodami a/nebo problémy, a proto je jeho použití pro určité aplikace nevhodné. Různé inerční separátory popsané ve stavu techniky jsou dále vybaveny nadzvukovou tryskou.

JP-A02-017 921 se vztahuje k separaci plynné směsi prostřednictvím nadzvukového proudění. Zařízení obsahuje víříc umístěný před nadzvukovou tryskou. Zvířené proudění prochází axiálně symetrickou expanzní tryskou, ve které dochází k tvorbě jemných částic. Víření je udržováno na velké axiální vzdálenosti a způsobuje velký tlakový spád. Pro separaci složky z třísložkového plynného proudu musí být zaručeno velké zvíření proudu před vstupem do trysky, což vyžaduje vložení značného množství energie do systému.

US-A 3 559 373 se vztahuje k nadzvukovému separátoru s vysokým vstupním tlakem plynu, hrdlem obdélníkového průřezu a kanálem ve tvaru U s obdélníkovým průřezem. Kanál zahrnuje vnější zakřivenou stěnu, která je propustná. Proud plynu je přiváděn do vstupu podzvukovou rychlostí. Plyn konverguje skrz hrdlo a expanduje do kanálu, jeho rychlost se tím zvýší na nadzvukovou. Expanze proudu v nadzvukové oblasti způsobuje spojování kapek, a větší kapky procházejí vnější propustnou stěnou a jsou shromažďovány v komoře. Separační síla, tj. síla nutná k separaci různých fází proudu, závisí na poloměru křivosti kanálu. Poloměr křivosti kanálu je však nezbytně omezen, aby se zamezilo normálním rázovým vlnám. Tvar zařízení popsaného v US-A 3 559 373 proto limituje sílu pro separaci kapek kapaliny z proudu. Kapky navíc nejsou odváděny na druhou stranu plochy kanálu.

EP-A 0 496 128 odkazuje na způsob a zařízení pro separaci plynu ze směsi plynů. Zařízení obsahuje válec, který se zužuje do trysky a pak se rozšiřuje do zóny vířiče. Plyn vstupuje do otvoru válce podzvukovou rychlostí a proudí konvergentní částí trysky. Proud expanduje z konvergentní části do divergentní části válce při nadzvukové rychlosti. Dvojice deltovitých destiček zviřuje nadzvukový proud. Kombinace nadzvukové rychlosti a vířivosti podporuje kondenzaci a separaci zkondenzované složky od plynných složek proudu. Výstupní trubka je souosá s vál50 cem, aby plynné složky proudu byly odváděny nadzvukovou rychlostí. Kapalné složky procházejí druhou rozšiřující se částí, která snižuje rychlost na podzvukovou a ventilátorem a nakonec opouštějí válec druhým výstupem.

Mezinárodní přihláška WO 99/01194 popisuje podobný způsob a odpovídající zařízení pro sepa55 raci vybrané plynné složky z proudu tekutiny obsahující více plynných složek. Toto zařízení je

CZ 299842 Bó vybaveno generátorem rázové vlny za sběrnou částí pro snížení rychlosti proudu ve směru osy na podzvukovou. Použití rázové vlny tímto způsobem umožňuje efektivnější separaci vytvořených částic.

Výše uvedené odkazy popisují různé nadzvukové inerční separátory, avšak bez detailního popisu použité trysky.

Trysky vhodné pro inerční separátory mají jiný tvar než ty, které se používají v proudových motorech, pro korekci polohy, atd. Všechny mají konvergentně/ divergentní tvar (tzv. Delavalova tryska). Z toho vyplývá, že v meridiálním řezu existuje minimální průřez, který se nazývá „hrdlo“. Divergentní část trysky použité jako zařízení pro vyvození tahu může mít jednoduchý kuželový tvar (viz Perry: Chemical Engíneers Handbook, str. 5 až 32). Divergentní část trysky pro získání supersonického vícefázového proudění (tj. dvoufázového, zahrnujícího kapalné/pevné částice zkondenzovaných složek proudu, přítomné jako jemné částice unášené plynnou fází) musí mít speciální tvar, způsoby pro její návrh jsou popsány v publikaci Liepmann, Roshko: Elements of Gasdynamics, str. 284, Wiley, New York 1957, jejich obsah je zde zahrnut formou odkazu.

Patent US 5 261 242 popisuje způsob a zařízení pro separaci pevných částic nebo zkapalněné složky z proudu svého nosiče pomocí inerčního separátoru a, pokud je to nutné i pomocí předřa20 zeného systému trysek, jehož funkcí je obecně transformovat tekutinu unášející složku, jež má být separována, na rychlý proud a umožnit tak její separaci pomocí inerciálního principu. Podle tohoto patentu musí být použita konvergentně/divergentní tiyska určitého tvaru (viz obr. 2 ve zmíněném US patentu). Tryska je vhodná v oblasti rekuperace energie, průmyslového sušení, sušení tekutin pro transport zkapalnitelných složek a pro snížení teploty rosné teploty plynů, pro technologie na čištění plynů a separaci aerosolů a plynů. Tento patent popisuje trysku konvergentně/divergentního typu, mající postupné ve směru proudu konvergentní část, hrdlo a divergentní část, v blízkosti hrdla je tvarována tak, aby tlak a průtok v této části zůstal u osy trysky v podstatě konstantní.

Není však jasné, jaký tvar a rozměry musí tryska mít, aby bylo dosaženo účinnosti separace alespoň 15 % (což je minimální účinnost například pro klimatizaci), výhodně minimálně 50 % (minimální separační účinnost při zpracování zemního plynu) a/nebo aby zajistila separovatělné částice například o průměru 0,1 až 2,5 pm.

SU-A1 768 242 a SU-A1 722 540 také popisují supersonické inerční separátory, aniž by však věnovaly pozornost geometrii trysky s ohledem na růst částic a výkon separátoru.

Co je nutné, je způsob a zařízení, které překonají nevýhody a nedostatky předchozích sepáráčních způsobů s ohledem na tvorbu a růst částic snadno separovatelné velikosti pomocí omezeného množství vnější energie, rotujících částí a omezeného tlakového spádu.

Podstata vynálezu

Předkládaný vynález poskytuje trysku konvergentně-divergentního tvaru pro vytvoření vícefázového nadzvukového proudění, která má

- hrdlo charakteristického průměru D*,

- vstup charakteristického průměru Dl, umístěný ve vzdálenosti Ll před hrdlem trysky a

- výstup charakteristického průměru D2, umístěný ve vzdálenosti L2 za hrdlem trysky, přičemž . poměr.L2/(D2-D ) je větší než 50,.ale menší než 220. ...

-? CZ 299842 B6

Ve výše dané definici a v dalším popisuje hrdlo částí trysky o nejmenším průřezu (dD/dx = 0, kde „dD“ je přírůstek charakteristického průměru a „dx“ označuje přírůstek polohy podél axiální souřadnice); vstup je rovina, kde je podzvukové proudění a kde se tryska začíná zužovat (dD/dx < 0) a výstup je rovina, kde je nadzvukové proudění a kde se tryska přestává rozšiřovat (dD/dx >

0). Výraz „charakteristický“ ve výše dané definici a v dalším popisu definuje průměr nezávislý na tvaru průřezu (kruhový, obdélníkový atd.), tj. řezu kolmého na osu trysky. Charakteristický průměr je roven čtyřnásobku plochy průřezu dělenému obvodem průřezu.

Vynález dále zahrnuje inerční separátor pro nadzvukovou separaci složky převážně plynného ío proudu, skládající se z výše popsané trysky a ze za tryskou umístěné odlučovací části, která má minimálně jeden výstup pro separovanou složku a minimálně jeden výstup pro zbývající plynný proud.

Výrazem „převážně plynný proud“ ve výše dané definici a v dalším popisu se rozumí proud, který může obsahovat menší množství kapalné nebo pevné fáze, např. proud plynu obsahující 0 až 10 % hmotnostních kapalné a/nebo pevné fáze.

Vynález konečně také popisuje způsob nadzvukové separace jedné nebo více složek převážně . plynného proudu dále obsahujícího nosič, pomocí inerčního separátoru popsaného výše.

Stručný popis vynálezu

Použití zde výše popsané trysky umožňuje tvorbu částic separovatelné velikosti. Tyto částice jsou formovány kondenzací (a v některých případech ztuhnutím) jedné nebo více složek z převážně plynného proudu, která je způsobena poklesem teploty při téměř izoentropické expanzi. (Výraz „izoentropický“ znamená „stejnou nebo konstantní entropii buď vzhledem k místu, nebo vzhledem k času“.)

Vynález je založen na řadě nadzvukových trysek s předem pevně danými poměry délka/průměr a faktu, že efektivita inerčního separátoru závisí na průměru částic a na průměru inerčního separátoru. Vhodné trysky mají poměr délka/průměr 50 < L2/(D2-D*) < 220, výhodněji 100'< (L2/(D2-D ) < 200. Jestliže je tento poměr příliš malý, potom buď se velikost částic stane příliš malá pro podrobení inerčním silám, nebo expanze nebude izoentropická. Jestliže je tento poměr příliš velký, potom expanze nepovede k nadzvukovým podmínkám. Trysky, které jsou obzvláště vhodné a které dosahují izoentropickou účinnost η větší než 15 %, mají poměr L2/D (délka/průměr) menší než 300.

Průřez trysky může mít libovolný tvar, například kruhový, obdélníkový nebo složitější, Z výrob40 ního hlediska jsou výhodné první dva.

Tryska podle předloženého vynálezu může být použita v inerčních separátorech se zakřivenou odlučovací částí (jak jsou popsány např. v GB-A 1 103 130, US-A 4 292 050, US-A 5 261 242 nebo US-A 3 894 851, jejich obsah je obsažen v odkazech) a v inerčních separátorech založe45 ných na principu odstředivé separační síly (JP-A 02-017 921, EP-A 0 496 128 nebo WO 99/011994, jejich obsah je zahrnut v odkazech). Inerční separátor podle předkládaného vynálezu se proto skládá z trysky popsané výše a z odlučovací části, která je umístěna za tryskou. Separační část má minimálně jeden výstup pro každou složku určenou k separaci a minimálně jeden výstup pro zbývající plynný proud.

Preferovány jsou inerční separátory založené na principu odstředivé separační síly. V takových separátorech jsou kapalné nebo pevné částice přemisťovány vířivým pohybem proudu (vířivé proudění.) směrem k.vnějším radiálním částem proudu. Tyto inerční separátory mají generátory vírů převážně mezi tryskou a odlučovací částí, v části nazývané přechodová část. Generátor vírů je však možné umístit i před trysku (podzvukový proud) nebo do trysky (do podzvukové nebo do

- 3 CZ 299842 Bó nadzvukové části). Obzvláště výhodné jsou inerční separátory popsané v EP-A’ 0 496 128 a WO 99/01194, ve kterých se generátor vírů skládá z jednoho nebo více deltovitýcb elementů vyčnívajících z vnitřní stěny inerčního separátoru v radiálním směru dovnitř, kde úhel náběhu daný úhlem mezi osou separátoru a rovinou deltovitého elementu na jeho nábožné hraně není vět5 ší než 10°. Je zřejmé, že vír může být generován různými dalšími metodami jako např. pomocí změny geometrie přechodové části na alternativu se zvlněnými stěnami nebo se stěnami se zuby, pomocí přechodové části ve tvaru spirály, pomocí spirály umístěné uvnitř přechodové části, pomocí osově nesymetrické přechodové části, pomocí zakřivené přechodové části s porézní stěnou, pomocí spirálně navinutého tvaru vytvářejícího vířivé proudění před vstupem do trysky io nebo pomocí tangenciální vírové trubice. Pro generaci víru v nadzvukové přechodové části mohou být navíc použity různé geometrie křídel jako zakřivené křídlo, křídlo s nenulovým úhlem náběhu nebo winglet. Další příklady zahrnují generaci víru před tryskou (v podzvukové oblasti) např, pomocí křídla, statorové mříže nebo tangenciálního vstupu. Vír může být také vytvořen v přechodové části pomocí externě přivedené rotační síly, jako např. rotující trubkou nebo tyčí (tj. Magnusovým jevem). Pro vytvoření víru může být dále využito lokální zahřívání a/nebo chlazení nadzvukové přechodové části (tj. distribuce entropie a entalpie).

Kapky musí dosáhnout stěny trubky, aby zkondenzované částice byly separovány od vířivého proudění, tzn, že v radiálním směru musí urazit vzdálenost rovnou až jedné polovině vnitřního průměru přechodové části vírového separaěního zařízení. Pokud se však v nadzvukové trysce vytvoří příliš malé kapky, nebudou schopny dosáhnout stěny a místo toho nejdříve dosáhnou rovnováhy mezi odstředivou silou ve víru a odporovými silami uvnitř přechodové části.

Bylo zjištěno, že iychlost ochlazování (dT/dt) se může pohybovat od asi -100 000 do asi

-1000 K/s, výhodně od asi -50 000 do asi -2500 K/s, aby byly dosaženy separovatelné částice o velikosti od asi 0,1 do asi 2,5 pm, výhodně od asi 0,5 do asi 1,0 pm. Následující ochlazovací rychlosti a jim odpovídající velikosti kapek byly nalezeny pro směs okolního vzduchu a vody:

Ochlazovací rychlost:

-50 000 K/s -40 000 K/s '

-20 000 K/š

Střední průměr kapky:

0,2 pm

0,5 pm

1,0 pm

Bylo také zjištěno, že je možné definovat nadzvukové trysky vzhledem k závislosti mezi ochlazovací rychlostí (dT/dt v K/s) a D2 (v mm). Dobré výsledky byly zaznamenány pro trysky, u kterých byt násobek log(D2)*log(dT/dt) v rozsahu od 3 do 50, výhodně v rozsahu od 3 do 30 a výhodněji v rozsahu od 3 do 15. „Ochlazovací rychlost“ může být určena experimentálně nebo nastavena změnou geometrie trysky.

V ideálním případě je inerční separátor vybaven generátorem rázové vlny, např, difuzorem (tj. tryskou divergentně/konvergentního tvaru) umístěným za tryskou. Generátor rázové vlny může být umístěn před nebo za odlučovací částí.

Původci zjistili, že separační účinnost se výrazné zvýší, pokud k zachycování částic v odlučovací části dochází za rázovou vlnou, tj. spíše v podzvukovém než v nadzvukovém proudu. Rázová vlna disipuje podstatnou část kinetické energie proudu, a proto výrazně snižuje velikost axiální složky rychlosti tekutiny, zatímco tečná složka rychlosti (vytvořená generátorem víru) zůstává v podstatě nezměněná. Výsledkem je mnohem vyšší hustota částic v oblastí u vnějšího poloměru odlučovací části než v kterémkoli místě kanálu, kde je nadzvukové proudění. Tento jev je zřejmě způsoben výrazným snížením velikosti axiální složky rychlosti a tudíž sníženou tendencí částic být strhávány jádrem“ proudu, ve kterém tekutina proudí vyšší axiální rychlostí než poblíž stěny kanálu. Odstředivé síly působící na kondenzované částice v podzvukovém režimu tudíž nejsou ve

-4CZ 299842 B6 velké míře potlačovány strháváním částic centrálním jádrem“ proudu, takže se částice mohou shlukovat v oblasti u vnějšího poloměru odlučovací části, odkud jsou odváděny.

V preferovaném zařízení je rázová vlna generována pomocí průchodu proudu difuzorem. I když může být použit libovolný difuzor, vhodný je však pouze nadzvukový difuzor. Při výhodném ztělesnění je odlučovací část umístěna bezprostředně za výstupem difuzoru.

Rázová vlna může být samozřejmě kromě toho generována dalšími prostředky, jako např. umístěním tyče, kuželu, lopatky nebo jiné překážky do kanálu, pro vytváření odporu a tím i rázové vlny.

Poslední část inerčního separátoru za přechodovou částí je odlučovací část. Třebaže je výhodné používat inerční separátor vybavený generátorem víru a tedy vybavený i trubkou pro odvod zkondenzované látky z plynného proudu (viz EP-A 0 496 128 a WO 99/01194), má být zřejmé, že předkládaný vynález není takto omezen. Zkondenzovaná separovaná složka může být např.

oddělena odvedením kondenzátu ze statické stěny skrz štěrbiny nebo perforace vytvořené ve stěně separátoru, pomocí odsání kapalné vrstvy a mezní vrstvy skrz porézní stěnu (tj. pomocí snížení nárůstu klidové teploty), pomocí kapilárních sil k absorpci kapalin za použití mikroporézního materiálu; pomocí separace mezní vrstvy za cirkulace rozpouštědla, pomocí rozpustnosti/absorpce skrz membrány, odvedením pomocí rotující stěny, jako např. pomocí rotujícího bubnu se štěrbinami / perforacemi / porézním materiálem nebo pomocí impaktorů (tj. úplavu, filtru nebo kuželového impaktorů).

Výše popsaný inerční separátor může být použit ke stejným účelům jako inerční separátory popsané v odkazech citovaných v tomto popisu. Je obzvláště vhodný pro úpravu zemního plynu.

Výraz „zemni plyn“ jak je zde použit, se vztahuje k plynu získávanému z podzemních zdrojů, který má velmi proměnlivé složení. Kromě uhlovodíků zemní plyn obecně obsahuje vodu, dusík, oxid uhličitý a někdy i malé množství sirovodíku. Hlavní uhlovodík v zemním plynuje methan, nejlehčí zástupce s nejnižší teplotou varu v parafínové řadě uhlovodíků. Další složky jsou etan, propan, butan, pentan, hexan, heptan, atd. Nejlehčí složky, např. C₂-H₄ uhlovodíky, jsou při atmosférické teplotě a tlaku v plynném stavu. Nejtěžší složky jsou při atmosférické teplotě a tlaku v kapalném stavu a v plynném stavu se nacházejí při vyšších teplotách během čerpání z podzemí. Zemní plyn obsahující těžší složky je znám jako „mokrý plyn“. Zemní plyn, který tyto složky obsahuje v pouze malém nebo nulovém množství, je znám jako „suchý plyn“.

Vynález je dále vysvětlen s odkazem na následující příklady. Mělo by být zřejmé, že stejné souvislosti předvedené pro směs vzduch-voda by také platily pro ostatní plynné směsi. Tento vynález není omezen pouze na konkrétní příklady popsané dále.

Příklady provedení vynálezu

Příklad 1

Tento příklad popisuje vzorové zařízení pro separaci vodní páry ze vzduchu při atmosférických podmínkách. To může být použito k odstraňování vodní páry ze vzduchu v centrální klimatizační jednotce nebo z výstupního vzduchu ze sušiček. Obvykle musí být separováno 15 až 30 % vodní páry, aby byla dosažena požadovaná vlhkost. Průtočná množství vzduchu v těchto aplikacích jsou řádově 10 000 až více než 100 000 m³/h.

V zařízení je vzduch stlačen ventilátorem na tlak 140 kPa a následně ochlazen na 25 až 30 °C, při těchto podmínkách je vzduch blízko nasycení vodou (relativní vlhkost je 90 %).. Vzduch je poté přiváděn do zařízení, jež je předmětem předkládaného vynálezu, ve kterém je voda v kapalné fázi odváděna společně s malým množstvím vzduchu, které proudí společné s ní.

-5CZ 299842 B6

Zařízení má v tomto případě trysku kruhového průřezu, ačkoli podobných výsledků může být dosaženo i pro obdélníkové nebo asymetrické průřezy. Parametry proudu vstupujícího do zařízení jsou:

1. průtočné množství: 1,2 kg/s

2. vstupní tlak: 140 kPa

3. vstupní teplota: 25 °C

4. vstupní vlhkost: 90 %

Vodní pára v zařízení kondenzuje, výsledné proudění obsahuje velké množství vodních kapek, obvykle 1013 m~³. Konečná teplota a tlak jsou -28 °C a 68 kPa, zbývající zlomek vodní páry je proto zanedbatelný.

Průměr hrdla trysky je řádově 70 mm. Průměr vstupuje 300 mm. Aby bylo dosaženo nadzvukového proudění s Machovým číslem obvykle M = 1,15, je výstupní průměr trysky 80 mm. Výsledné délky (LI a L2) trysky jsou:

LI: 700 mm (od vstupu k hrdlu)

L2: 800 mm (od hrdla k výstupu)

Aby byly sníženy třecí ztráty, je zvolena malá drsnost stěn, tj. 1 pm. Tryska může být z jakéhokoli pevného materiálu, s ohledem na její využití, pokud jsou dodrženy výše uvedené parametry.

Inerční separátor obsahuje také odlučovací část složenou z mírně kuželové vírové trubice a za ní umístěného difuzoru.

Pro vytvoření víru ve vírové trubici je použit vířič křídlového tvaru. Na homí (nízkotlaké) straně tohoto křídla se u jeho hrany vytváří vír a odplouvá převážně z odtokové hrany. Křídlo je připev30 něno k vnitřní stěně vírové trubice. Vstupní průměr vírové trubice 80 mm se lineárně zvětšuje na 84 mm na vzdálenosti odpovídající přibližně délce tětivy křídla, a poté již průměr vírové trubice zůstává konstantní. Vzdálenost od začátku křídla až k jeho odtokové hraně je řádově 300 mm, tj. řádově stejně jako vzdálenost od odtokové hrany k difuzoru.

Rozpětí křídla u odtokové hrany je asi 6Ó mm a úhel náběhu tětivy křídla vzhledem k ose trubice je 8°. Uhel šípu nábožné hrany je 87° a úhel šípu odtokové hrany je přibližně 40°. Hrany křídla, jsou ostré s vrcholovým úhlem menším než 3°. Rovina křídla je plochá ajeho profil je extrémně štíhlý z důvodu malé tloušťky, typicky okolo 4 mm u kořene křídla. Cirkulace, resp. integrál vířivosti, je přibližně 16 m²/s.

Kapaliny jsou odváděny v odlučovací části vírové trubice. Odlučovací část není samostatné zařízení, je to pouze část vírové trubice se štěrbinami, porézními stěnami, otvory ve stěně neboje to část difuzoru s oddělovačem (souosý kanál). V tomto příkladu je oddělovač použit a je umístěn středově v ose difuzoru za rázovou vlnou, která se nachází v první části difuzoru, bezprostředně za vírovou trubicí.

Výstupní průměr difuzoru je 90 mm a vstupní průměr oddělovače je 85 mm. Poloviční úhel rozevření difuzoru je 4°. Výstupní průměr oddělovače je v tomto příkladu 300 mm ajeho délka je 1500 mm.

Výkon zařízení se měří pomocí dvou snímačů relativní vlhkosti umístěných ve vstupu do separátoru a ve výstupu suchého vzduchu. Snímače jsou korigovány podle naměřené teploty a tlaku. Obvyklé hodnoty obsahu vody na vstupu do separátoru jsou 18 až 20 g vody na 1 kg suchého

-6CZ 299842 Bó vzduchu. Obvyklé hodnoty obsahu vody na výstupu ze separátoru jsou 13 až 15 g vody na 1 kg suchého vzduchu. To znamená separační účinnost okolo 25 %.

Příklady 2 až 4

Byly provedeny testy odstraňování těžkých uhlovodíků z proudu zemního plynu pomocí trysek různých rozměrů. Výsledky jsou uvedeny v tabulce 1 společné s výsledky z příkladu 1, o

Tabulka 1

I--^:” \|Příklad	F-1 li 1 I I	2	n-- \|3 1 -	1-1 \|4 \| _\|_I
\|Médium	l 1 \|vzduch\|	zemní	1 \|zemní	1 1 \| zemní \|
	\| +vódrií \| plyn	[plyn	\|plyn \|
	1 pára I t 1		1 1	1 1 1 1
\|Vstupní tlak [MPa]	1 1 \|0,14 1 1 - 1	í 9,8	1 i 9,8 t ...	1 1 \|9,8 \| t 1
\|Vstupní teplqta [°C]	i 1 [25 \| 1 . 1	-6	1 1-6	1 1 i -6 1 1_I
\|Hmotnostní tok	1 1 \|i,2 J	i — \|3*10⁶	\|3*10⁶	1 1 \|l*10⁶ \|
\| tok	\|kg/s \| 1,. J	i(njm³/d 1 .....	1(n)m³/d	\|(n)m³/d [ 1 1
1 Dl [min]	t 1 [300,0	r \|150,0	\|150,0	1 1 \|100,0 [
\|D* [mm]	[ 70,0	I 42,9	1 41,8	1 24,4 .\|
\|D2 [mm]	\| 80,0	1 45,0	1 45,0	1 25,6 [
\|Ll [mm]	\|700,0	i 437,2	1 86,9	[232,3 \|
\|L2 [mm]	[800,0	[44.0.,8 .	\|114,7	1234,2 , \|
\|L2/(D2-D*)	\| 80 .1...................	[ 210	1 35,8 ... r .... .......	\|l95 \| i 1
\|dT/dt [K/S]	ť ^: \|19 000 1	\| 17 000 I	\|ioo 000 \|	1 1 1 32 000 1 1 I
[Průměr částice [μιη]	1 11,20	1 [0,30 1	1 \| 0,08 1	1, 1 [0,24 1 \| . - \|
\|10g(D2)*log(dT/dt) fl]	\|8,14	1 \|6,99 1 ......	1 i 8,27	1 1 [6,34 \|
\|Separační účinnost [%] L-	[25 J	n '1 55 J	\| 22 .....1.....·„·	f 1 [68 1 t ·........,·......i

Mělo by být zřejmé, že v praxi mohou být použity různé varianty ztělesnění zde popisovaného vynálezu. Ačkoli byla aplikace vynálezu popsána pro separaci zkapalněné složky z plynného proudu, je jej možné stejně dobře použít např. pro separaci kapalných složek z kapalného proudu,

- 7 CZ 299842 B6 kapalných složek z plynného proudu a pro separaci pevných částic z kapalného nebo plynného proudu. Podobně, výše popsané způsoby jsou příklady z velkého počtu možných.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

10 l. Tryska konvergentně-divergentního tvaru pro vytvoření vícefázového nadzvukového proudění s hrdlem charakteristického průměru D*, se vstupem charakteristického průměru Dl, umístěným ve vzdálenosti Ll před hrdlem, a

15 s výstupem charakteristického průměru D
2, umístěným ve vzdálenosti L2 po směru proudu od hrdla, vyznačující se tím, že poměr L2/(D2-D*) je větší než 50, ale menší než 220.

20 2. Tryska uvedená v nároku 1, vyznačující se tím, že poměr L2/(D2-D*) je větší než 100, ale menší než 200.
3. Tryska uvedená v nároku 2, vyznačující se tím, že poměr délky uvedené trysky L2 k průměru uvedené trysky D* je menší než 300.
4. Inerční separátor pro nadzvukovou separaci složky převážně plynného proudu, vyznačující se tím, že obsahuje trysku podle kteréhokoli z předcházejících nároků a odlučovací část umístěnou za tryskou, má minimálně jeden výstup pro separovanou složku a minimálně jeden výstup pro zbývající plynný proud.

5. Inerční separátor podle nároku 4, vyznačující se tím, že generátor víru je umístěn před odlučovací částí a za tryskou.

6. Inerční separátor podle nároku 5, vyznačující se tím, že generátor víru je tvořen 35 jedním nebo více deltovitými elementy vyčnívajícími z vnitřní stěny inerčního separátoru v radiálním směru dovnitř a úhel náběhu mezi axiální osou inerčního separátoru a rovinou elementu najeho náběžné hraněném větší než 10°.

7. Inerční separátor uvedený v kterémkoli nároku 4až6, vyznačující se tím, že má 40 generátor rázové vlny umístěný za tryskou.

8. Inerční separátor podle kteréhokoli z nároků 4 až 6, vyznačující se tím, že generátor rázové vlny je difuzor (tryska divergentně/konvergentního tvaru) umístěný před nebo za odlučovací částí.

9. Způsob nadzvukové separace složky převážné plynného proudu, vyznačující se tím, že používá inerční separátor uvedený v kterémkoli z nároků 4 až 8.

10. Způsob podle nároku 9, vyznačující se tím, že převážně plynný proud obsahuje 50 směs methanu a vyšších uhlovodíků a/nebo vodní páry.

11. Způsob podle nároku9, vyznačující se tím, že převážně plynný proud obsahuje spaliny a uvedená složka určená k separování se volí ze souboru zahrnujícího oxid uhličitý, dusík, oxidy dusíku a sirovodík.

-8CZ 299842 B6

12. Způsob podle kteréhokoli z nároků 9až 11, vyznačující se tím, že uvedená složka se separuje ve formě částic o velikosti od 0,1 do 2,5 pm, výhodně od 0,5 do 1,0 pm.
5 13. Způsob podle kteréhokoli z nároků 9 až 11, vy zn ač uj íc í se t í m , že změna teploty podél vzdálenosti L2 uvedené tiysky je od -100 000 K/s do -1000 K/s.