Газожидкостный сепаратор

 

Использование: для отделения газового потока от капель жидкости в химической, нефтехимической, пищевой и смежных отраслях промышленности. Сущность изобретения: газожидкостной сепаратор состоит из пластин, собранных в пакеты. Пластины выполнены с надрезами поочередно с каждой стороны от кромок с образованием зубцов и изогнуты так, что соседние центральные участки образуют между собой угол α, а зубцы остаются параллельными и лежат на продолжении биссектрисы угла α. В пакете между соседними пластинами образуются зигзагообразные каналы, причем смежные каналы оказываются развернутыми друг относительно друга. Зубцы соседних пластин лежат на одной прямой и вдоль их кромок установлены отсекатели, обеспечивающие отсечку пленки жидкости и ее отвод. Шаг между соседними элементами в пакете, угол отгиба пластин α и радиус отсекателей R связаны соотношением: 0,6>2R/t = 1-(0,8-1,2)sinα/2>0,2. Касательная к граничной точке сечения отсекателя пересекает биссектрису угла α на расстоянии не менее чем 2R от его вершины, а воображаемое продолжение наклонной части пластины пересекает отсекатель. Секции элементов установлены со сдвигом друг относительно друга на величину половины шага между элементами в секции. 3 з.п.ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к устройствам для отделения газового потока от капель жидкости и может применяться в химической, нефтехимической, пищевой и смежных отраслях промышленности.

Известен ряд конструкций, предназначенных для отделения горизонтально направленного потока газа от капельной жидкости.

Известен газожидкостный сепаратор [1] , содержащий корпус, крышку и поддон, пакет жалюзийных пластин с вертикальными гофрами, в котором срыв жидкости, скопившейся на торцевых поверхностях жалюзийных пластин, предотвращается за счет установки сплошной задней стенки, заглушающей торцевые поверхности. Однако это приводит к росту гидравлического сопротивления и не исключает уноса капель через имеющуюся щель в крышке для выхода газа.

Известен вертикальный жалюзийный сепаратор [2] для отделения газа от дисперсной жидкой фазы, содержащий пакет волнистых вертикальных пластин, дренажную вертикальную трубу и наклонные перегородки, отклоняющие поток вниз. Однако отсутствие отсекателей пленки, сформировавшейся на поверхности пластин, приводит к вторичному уносу (срыву капель с торцевых поверхностей).

Обе описанные конструкции имеют пониженную эффективность сепарации при наличии гидродинамической неравномерности газожидкостного потока на входе в аппарат (первоначальном неравномерном поле скоростей потока). При этом не вся поверхность пластин используется для достижения требуемого эффекта.

Известен газожидкостный сепаратор [3], включающий корпус с патрубками ввода и вывода газа, внутри которого установлены секции сепарационных элементов, выполненных из пластин, расположенных под углом друг к другу; причем угол между пластинами каждой последующей секции меньше угла между пластинами предыдущей. Данная конструкция также обладает сравнительно высоким вторичным уносом с торцевых поверхностей вследствие отсутствия отсекателей пленки жидкости, образующейся на пластинах, характеризуется снижением эффективности при неравномерном начальном поле скоростей газожидкостного потока. Увеличение угла между пластинами в каждой последующей секции приводит к уменьшению сечения отдельных зигзагообразных каналов, увеличению относительных скоростей, что усугубляет предварительную возможную неравномерность поля скоростей и приводит к тому, что сепаратор работает не полной поверхностью.

Задачей изобретения является повышение эффективности сепарации за счет наиболее полного использования поверхности сепарационных элементов и снижения вторичного уноса жидкости при обеспечении незначительного гидравлического сопротивления.

Поставленная задача достигается тем, что пластины сепарационных элементов выполнены с надрезами, поочередно с каждой стороны от кромок с образованием зубцов и отогнуты таким образом, что соседние центральные участки пластин, заключенные между надрезами, образуют угол α, а боковые (зубцы) остаются параллельными и лежат на продолжении биссектрисы угла α, пластины собраны в пакеты так, что соседние элементы образуют зигзагообразные каналы, причем смежные каналы зеркально развернуты относительно друг друга, кромки зубцов смежных элементов лежат на одной прямой, а вдоль кромок установлены отсекатели неполного цилиндрического профиля.

Поставленная задача достигается также тем, что шаг между соседними элементами t в пакете, угол отгиба пластин α и радиус отсекателей R связаны соотношением: 0,6 > 2R/t = 1 - (0,8-1,2) sin α/2 > 0,2 Поставленная задача достигается также тем, что касательная к граничной точке сечения отсекателя пересекается с биссектрисой угла α на расстоянии не менее чем 2R от его вершины, а воображаемое продолжение наклонной части пластины пересекает отсекатель.

Следует отметить, что в данном решении представлена конструкция, существенно отличающаяся от известной. Благодаря совокупности отличительных признаков у заявляемого решения появляются новые свойства: вследствие образования оригинальной структуры в виде противоположно развернутых зигзагообразных каналов обеспечивается выравнивание поля скоростей таким образом, что все элементы сепаратора работают в равных условиях и конструкция работает полной поверхностью; исключается срыв жидкости с кромок элементов и обеспечивается ее отвод; соотношение геометрических размеров обеспечивает оптимальные условия движения газовой фазы при наименьшем гидравлическом сопротивлении.

На фиг. 1 показан общий вид сепаратора; на фиг. 2 - разрез 1-1 на фиг. 1; на фиг. 3 - элемент сепаратора; на фиг. 4 - развертка элемента сепаратора; на фиг. 5 - вариант установки соседних секций (пакетов).

Вертикальный газожидкостный сепаратор (фиг. 1) состоит из элементов 1 в виде пластин (фиг. 3), выполненных с надрезами 2, поочередно с каждой стороны от кромок 3 и 4. Пластины изогнуты так, что центральные участки 5 образуют угол α, а боковые 6 в виде зубцов остаются параллельными и лежат на продолжении биссектрисы 7 угла α. Элементы 1 собраны в пакеты с шагом t и образуют между соседними пластинами зигзагообразные каналы 8 для прохода газожидкостного потока.

Смежные каналы 8 и 8' развернуты относительно друг друга. Кромки зубцов 6, 6', 6'' смежных элементов лежат на одной прямой 9. Вдоль кромок зубцов на выходе потока установлены отсекатели 10 неполного цилиндрического профиля радиусом R.

При относительном расположении элементов сепаратора 1 и отсекателей 10 таким образом, что касательная 11 к граничной точке 12 сечения отсекателя 10 пересекает биссектрису 7 угла α на расстоянии не менее чем 2R от вершины угла 13, а воображаемое продолжение 14 наклонного (центрального) отражательного участка пластины 5 пересекает отсекатель, гарантируется предотвращение срыва капель с кромок и вторичного уноса.

Сепаратор работает следующим образом.

Секции сепаратора устанавливают в корпус таким образом, что прямые 9, образованные кромками зубцов 6, и отсекатели 10 являются вертикальными. Соседние секции могут быть установлены со сдвигом друг относительно друга (фиг. 5). Газожидкостный поток подают в сепаратор со стороны, противоположной той, где установлены отсекатели. Поток поступает в каналы, при этом в смежных рядах каналов 8 и 8', вследствие развернутого положения друг относительно друга последних, поперечные составляющие скорости направлены в разные стороны, что обеспечивает перераспределение потока и выравнивание поля скоростей даже в случае наличия первичной гидродинамической неравномерности на входе в аппарат. В результате элементы сепаратора работают в равных условиях полной поверхностью, что определяет высокую эффективность сепарации. Расположение сепарационных элементов обеспечивает полное перекрытие корпуса сепаратора в свету, что исключает проскок газожидкостного потока без контакта с поверхностью сепарационных элементов. При ударах и поворотах потока в каналах происходит осаждение и коагуляция вынесенных из объема газа капель на стенках каналов и формирование пленки, которая движется вдоль последних до отсекателя 10. Отсекатели выполняют также функцию каналов для отвода уловленной жидкости, которая стекает в пространстве цилиндрического профиля отсекателя под действием силы тяжести.

Особенности геометрической конфигурации, взаимное расположение отсекателей 10 и элементов 1, условие пересечения воображаемого продолжения наклонных участков элементов с отсекателями обеспечивают отсечку пленки, образующейся на пластинах, и повышают эффективность сепаратора.

При выполнении соотношения: 0,6 > 2R/t = 1 - (0,8 - 1,2) sin α/2 > 0,2 (1) предложенная конструкция работает в наиболее оптимальных условиях и обеспечивает гидравлическое сопротивление. Это определяется следующими соображениями:
при проектировании аппаратуры обычно руководствуются принципами равенства сечений для различных участков пути движения газа и плавного перехода от одних сечений к другим [4] . Расстояние между параллельными наклонными участками соседних пластин a (см. фиг. 2) меньше шага t между пластинами, что следует из принципа образования зигзагообразных каналов. Из геометрии устройства видно, что a = tsinα/2. Условие равенства сечений предполагает, что размер выходного участка канала, с учетом наличия отсекателей, должен быть близок величине a ± 20%. Этот размер, как видно из фиг. 2, равен t - 2R. Отсюда справедливо:
t - 2R = (0,8 - 1,2) t sin α /2 (2)
Однако гидравлическое сопротивление определяется не только соотношением между основными геометрическими параметрами конструкции, но и величиной относительного свободного сечения выходных участков каналов, которое в нашем случае определяется: S_св = 1 - 2R/t. Известно, что гидравлическое сопротивление тем меньше, чем больше S_св. Если нижний предел свободного сечения выходного участка около 40%, гидравлическое сопротивление - незначительное, т.е.

1-2R/t > 0,4 или 2R/t <0,6 (3)
Слишком большое свободное сечение выходного участка также нежелательно, т. к. возможно снижение эффективности сепарации. Предварительные испытания конструкции в лабораторных условиях показали, что сепаратор остается достаточно работоспособным при S_св до 80%,
т.е.

2R/t > 0,2 (4)
Совместный анализ соотношений (2), (3) и (4) определил выражение (1).

Таким образом, предложенная в соответствии с формулой изобретения конструкция газожидкостного сепаратора обеспечивает эффективную сепарацию потока газа от жидкости при незначительном гидравлическом сопротивлении.

Формула изобретения

1. Вертикальный газожидкостный сепаратор, включающий корпус с патрубками ввода и вывода газа, крышку и поддон со сливным патрубком, внутри корпуса установлены секции сепарационных элементов, выполненных из пластин, отличающийся тем, что пластины сепарационных элементов выполнены с надрезами поочередно с каждой стороны от кромок с образованием зубцов и отогнуты таким образом, что соседние центральные участки пластин, заключенные между надрезами, образуют угол α, а боковые зубцы остаются параллельными и лежат на продолжении биссектрисы угла α, пластины собраны в пакеты так, что соседние элементы образуют зигзагообразные каналы, причем смежные каналы зеркально развернуты относительно друг друга, кромки зубцов смежных элементов лежат на одной прямой, а вдоль кромок зубцов установлены отсекатели неполного цилиндрического профиля.

2. Газожидкостный сепаратор по п.1, отличающийся тем, что шаг между соседними пластинами t в пакете, угол отгиба пластин α и радиус отсекателей R связаны соотношением
0,6 > 2R/t = 1-(0,8-1,2)sinα/2 > 0,2.
3. Газожидкостный сепаратор по п.1, отличающийся тем, что касательная к граничной точке сечения отсекателя пересекает биссектрису угла α на расстоянии не менее, чем 2R от его вершины, а воображаемое продолжение наклонной части пластины пересекает отсекатель.

4. Газожидкостный сепаратор по п.1, отличающийся тем, что секции элементов установлены со сдвигом друг относительно друга на величину половины шага между элементами в секции.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5