UA55818A - Контактно-сепараційний елемент - Google Patents

Abstract

Контактно-сепараційний елемент складається з перфорованого в нижній частині по всьому периметру патрубка, всередині якого встановлений завихрювач з втулкою і похилими лопатками, перед якими в зоні перфорації патрубка встановлені прямі лопатки, орієнтовані вздовж поздовжньої осі елемента, числом, щонайменше у два рази більшим числа похилих лопаток, з установленим над верхньою частиною перфорованого патрубка сепаратором. Всередині сеператора коаксіально встановлений проміжний патрубок і відокремлююча перегородка, над якою в стінці сепаратора виконана перфорація. В перфорованому патрубку пророблені тангенціальні щілини для первинної сепарації рідини, з'єднані зі зливальним карманом, верхній край якого встановлений у зазорі між перфорованим патрубком і сепаратором. Над похилими лопатками на відстані не менше 1,5 внутрішнього діаметра перфорованого патрубка встановлений другий ряд похилих лопаток, довжина яких у поперечному напрямку менше довжини похилих лопаток першого ряду.

Description

Винахід відноситься до вихрових контактно-сепараційних елементів і може бути використаним в масообмінних апаратах 1 газорідинних сепараторах у газовій, газопереробній, хімічній, нафтохімічній та інших промисловостях, де потрібно здійснити взаємодію газу чи пари з рідиною з наступним відділенням рідини з потоку.

Відомий пристрій для контакту рідини і газу (авт. св. СРСР Ло 475160, кл. В 01 0 3/30, опубл. 30.06.75), що містить перфорований циліндричний патрубок, в середині якого розташований осьовий завихрювач, і закріплений над патрубком сепаратор.

Недоліком зазначеного пристрою є розміщення перфорації для подачі рідини в зоні підвищеного тиску, утвореного при закрученні газового потоку на внутрішній стінці патрубка, що знижує розхід рідини, що подається на контакт з газом і обмежує область застосування зазначеного пристрою в масообмінних колонах, де вимагаються великі зрошення.

Найбільш близьким до запропонованого винаходу є контактний елемент вихрової тарілки (патент США 4,838,906, кл. В 01 Е 3/04, опубл. 13.06.1989), що складається з перфорованого в нижній частині по всьому периметрі патрубка, усередині якого встановлений завихрювач з втулкою і похилими лопатками, перед якими в зоні перфорації патрубка встановлені прямі лопатки, орієнтовані уздовж подовжньої осі елемента, числом щонайменше в два рази більшим числа похилих лопаток, з установленим над верхньою частиною перфорованого патрубка сепаратором, усередині якого коаксіально встановлений проміжний патрубок і поділяюча перегородка, над якою в стінці сепаратора виконана перфорація.

У цьому пристрої усунутий недолік попереднього пристрою, узятого як аналог, за рахунок установки прямих лопаток у зоні перфорації числом, щонайменше, у два рази більшим, ніж похилих, що привело до зниження тиску газу в зоні перфорації й автоматично збільшило витрату рідини для контакту з газом.

До недоліків цього пристрою варто віднести зниження ефективності сепарації при збільшенні навантажень по газу 1 рідині. При збільшенні навантаження на елемент по рідині збільшується винесення рідини з газом з-під сепаратора і, відповідно, зменшується ефективність сепарації. При збільшенні навантаження на елемент по газу збільшується швидкість газу в робочому перетині елемента, що сприяє більш інтенсивному дробленню крапель рідини в потоці. Для сепарації більш дрібних крапель рідини, що утворюються в потоці при збільшенні навантаження на елемент по газу, необхідно збільшувати довжину зони сепарації що призводить до збільшення металоємкості як самого контактно- сепараційного елемента, так і масообмінного чи сепараційного обладнання, в якому він використовується.

В основу винаходу покладена задача підвищити ефективність сепарації і розширити діапазон ефективної роботи пристрою при великих навантаженнях по газовій і рідкій фазах.

Поставлена задача вирішується тим, що в перфорованому патрубку пророблені тангенціальні щілини для первинної сепарації рідини, з'єднані зі зливальним карманом, верхній край якого встановлений у зазорі між перфорованим патрубком і сепаратором, а над похилими лопатками на відстані не менше 1,5 внутрішнього діаметра перфорованого патрубка встановлений другий ряд похилих лопаток, довжина яких у поперечному напрямку менше довжини похилих лопаток першого ряду, при цьому всі лопатки завихрювача встановлені тангенціально до зовнішньої поверхні втулки завихрювача, і кут нахилу кореневої частини всіх похилих лопаток щодо подовжньої осі елемента дорівнює куту нахилу периферійної частини похилих лопаток.

Наявність тангенціальних щілин для первинної сепарації рідини в перфорованому патрубку елемента дозволяє попередньо відділяти частину рідкої фази з потоку і не перевантажувати сепаратор. Установлення верхньої частини зливального карману в зазорі між перфорованим патрубком і сепаратором виключає улучення великої кількості газу в канал між перфорованим патрубком і сепаратором.

Оскільки в міру віддалення від завихрювача зменшується обертальна швидкість закрученого потоку 1, відповідно, швидкість осадження крапель рідини під дією відцентрових сил, то встановлення другого ряду похилих лопаток над першим рядом на відстані не менше 1,5 внутрішнього діаметра перфорованого патрубка дозволяє зменшити довжину зони сепарації в елементі і підвищити ефективність сепарації. Скорочення довжини похилих лопаток другого ряду в поперечному напрямку дозволяє не руйнувати плівку рідини, що утворюється на внутрішній стінці перфорованого патрубка.

Установка похилих лопаток завихрювача тангенціально зовнішній поверхні втулки завихрювача дозволяє змінити напрямок вектора обертальної швидкості закрученого потоку в радіальному напрямку, що збільшує швидкість осадження крапель рідини під дією відцентрових сил і, відповідно, збільшує ефективність сепарації рідкої фази.

На фіг. 1 зображений поздовжній розріз контактно-сепараційного елемента.

На фіг. 2 зображений перетин по А-А по тангенціальним щілинам для первинної сепарації рідини.

На фіг. 3 зображений перетин по Б-Б у зоні перфорації патрубка.

На фіг. 4 зображений перетин по В-В похилих лопаток першого ряду.

На фіг. 5 зображене розгорнення циліндричної частини осьового завихрювача.

Контактно-сепараційний елемент складається з вертикального патрубка 1, у нижній частині якого по всьому периметрі виконана перфорація 2, усередині патрубка І установлений завихрювач з втулкою 3 1 похилими лопатками 4, перед якими в зоні перфорації патрубка 1 установлені прямі лопатки 5, орієнтовані уздовж подовжньої осі елемента, числом, щонайменше, у два рази більшим числа похилих лопаток 4, 1 з установленим над верхньою частиною перфорованого патрубка 1 осепаратором б, усередині якого коаксіально встановлений проміжний патрубок 7 1 поділяюча перегородка 8, над якою в стінці сепаратора б виконана перфорація 9. У перфорованому патрубку 1 пророблені тангенціальні щілини 10 для первинної сепарації рідини, з'єднані зі зливальним карманом 11, верхній край якого встановлений у зазорі між перфорованим патрубком І 1 сепаратором 6. Над похилими лопатками 4 на відстані не менше 1,5 внутрішнього діаметра перфорованого патрубка 1 установлений другий ряд похилих лопаток 12, довжина яких у поперечному напрямку менше довжини похилих лопаток 4. Усі лопатки завихрювача за позиціями 4, 5, 1 12 установлені тангенціально до зовнішньої поверхні втулки завихрювача 3, при цьому кут нахилу кореневої частини всіх похилих лопаток щодо подовжньої осі елемента дорівнює куту нахилу периферійної частини похилих лопаток. Через рівність кутів нахилу кореневої і периферійної частин похилих лопаток щодо подовжньої осі елемента, а також різність діаметрів при їх кореневій та периферійній частинах, похилі лопатки здобувають поперечне кручення й у поперечному перерізі описуються логарифмічними кривими, як показано на фіг. 4.

Контактно-сепараційний елемент працює таким чином.

Газорідинна суміш подається знизу в патрубок 1, а рідина, що зрошує, через перфорацію 2 усередину патрубка 1. Між прямими лопатками 5 газ інтенсивно дробить рідину і захоплює її вверх в закрученому потоці між похилими лопатками 4. Під дією відцентрових сил краплі рідини рухаються по конічному гелікоїду, притискаючись до внутрішньої стінки патрубка 1.

Самі великі краплі рідини швидко досягають внутрішньої стінки патрубка 1 1, утворюючи на його поверхні тонку плівку, рухаються вверх по спіралі. Проходячи через другий ряд похилих лопаток 12, закручений газорідинний потік поповнює частину своєї втраченої обертальної швидкості, завдяки чому краплі рідини, що знаходяться у потоці починають більш інтенсивно притискатися до внутрішньої стінки патрубка І. Зменшена довжина в поперечному напрямку лопаток 12 дозволяє не руйнувати плівку рідини, яка вже утворилася на внутрішній поверхні патрубка 1. Рухаючись вверх, частина рідини, що утворила плівку, відділяється тангенціальними щілинами для первинної сепарації 10 у зливальний карман 11, а частина рідкої фази, що залишилася у внутрішньому об'ємі патрубка 1, відокремлюється в каналі 13, який утворений патрубком І, проміжним патрубком 7, перегородкою 8 і сепаратором б. Для виключення влучення в канал 13 великої кількості газу він діафрагмується верхньою частиною зливального карману 11. Самі дрібні краплі рідини, що залишилися в закрученому потоці, відділяються сепаратором б 1 відводяться через перфорацію 9. Осушений газ направляється на вище розташовану ступінь контакту.

Запропонований контактно-сепараційний елемент дозволить підвищити ефективність сепарації і розширити діапазон ефективної роботи при великих навантаженнях по газовій 1 рідкій фазах 1 може використовуватися в газовій, газопереробній, хімічній, нафтохімічній та інших суміжних з ними промисловостях.

ії нин і 1 1У7,е о і | 7 кад й і що | І ІЗ юр ра ШЕ

МИ ІЙ

В; А

ГИ ХУ ОА

А чи ИН

МО і ! ! | ; й Щі (Я М В

І | и Й і І

ІК я,

ТИ У! дя З Др

І й й М Й ; ; ; ;

А С

КИ р ; ; й й і ДІ й и : и й і ;

З ; ; ; ; й й / й ; ; ! ; у й й й 4 й ; й й ; й ; Ме й В в) г д/ ХА і ЩІ й у; ;

Нр й й й й ї з Б

ОБ - й ш

Я и МИ Й на чвдн) й и Й

Фіг. 1

А-А вача 1

ДМ, І

У ств ЗУ а Б // й М чх 5

СО с у / б Ах

ПИ в мМ т л щі у їх ,

ХА й

ХХ КУ. - дви

В авт. 2?

Анни -52 са и вв

Фіг. 2

Б-Б

З

З ХУ ТУ

4 //

АК

У - її Оє--- МД (І С І. м БВББББА-- МУ В

Ке--/7 й ху о Йо

Фіг. 3 в-В

І:

У л й ЗМ 1 . а

Ж У пе

Фіг. 4 12 / / /

Ї

/

А / а

Фіг. 5

Claims (2)

1. Контактно-сепараційний елемент, що складається з перфорованого в нижній частині по всьому периметру патрубка, всередині якого встановлений завихрювач з втулкою і похилими лопатками, перед якими в зоні перфорації патрубка встановлені прямі лопатки, орієнтовані вздовж поздовжньої осі елемента, числом, щонайменше у два рази більшим числа похилих лопаток, з установленим над верхньою частиною перфорованого патрубка сепаратором, всередині якого коаксіально встановлений проміжний патрубок і відокремлююча перегородка, над якою в стінці сепаратора виконана перфорація, який відрізняється тим, що в перфорованому патрубку пророблені тангенціальні щілини для первинної сепарації рідини, з'єднані зі зливальним карманом, верхній край якого встановлений у зазорі між перфорованим патрубком і сепаратором, а над похилими лопатками на відстані не менше 1,5 внутрішнього діаметра перфорованого патрубка встановлений другий ряд похилих лопаток, довжина яких у поперечному напрямку менше довжини похилих лопаток першого ряду.

2. Контактно-сепараційний елемент за п. І, який відрізняється тим, що всі лопатки завихрювача встановлені тангенціально до зовнішньої поверхні втулки завихрювача, при цьому кут нахилу кореневої частини всіх похилих лопаток, щодо подовжньої осі елемента, дорівнює куту нахилу периферійної частини похилих лопаток.