CN105999871B - 一种基于流场转换的分离装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于流场转换的分离装置，包括一级分离器与二级分离器，其中一级分离器包括圆筒状外管和螺旋绕片，螺旋绕片设置于圆筒状外管内部；二级分离器包括文丘里管和均流筒，均流筒为内部设置有均流板的筒；文丘里管一端和均流筒相连接，另一端和圆筒状外管连接。本发明通过螺旋绕片和圆筒状外管的一体化设置消除了现有技术中密封接触配合的问题，避免了该问题对流场特性的不利影响。本发明利用螺旋绕片的离心作用、文丘里管与导流筒的流场突变实现多级分离。

Description

一种基于流场转换的分离装置

技术领域

本发明属于介质分离领域，具体涉及一种基于流场转换的分离装置。

背景技术

气液（雾、小颗粒物）分离装置是石油、化工、冶金、电力、制药、内燃机、烟气净化等领域的常见设备。目前，对气体与液体的分离作业主要采用拦截分离结构、旋流分离结构和冷冻分离结构。上述三种气液分离结构中，有的结构较复杂，分离工艺过程多，增加生产作业成本；有的结构分离效果和适应能力及通用性差，使用受到限制。

目前气液分离装置采用的分离结构很多，其分离方法也有诸多种类：1、重力沉降法；2、折流分离法；3、离心力分离法；4、丝网分离法；5、微孔过滤分离法；6、填料分离法等。

重力沉降法结构简单、阻力小，但分离效率最低，设备体积庞大；折流分离效率较重力沉降法略高，工作稳定，但分离负荷较窄，超过混合气体规定流速后分离效率急剧下降，且阻力较大；离心分离法其分离效率较重力沉降法高，工作稳定，但分离负荷窄，超过混合气体规定流速后分离效率急剧下降，且阻力大；填料分离效率比普通的折流分离和普通离心分离高，但分离负荷范围更窄，超过混合气体规定流速或者气液比后，分离效率急剧下降，阻力比普通折流分离和普通离心分离大，工作不稳定，易产生二次夹带，且填料易碎、易堵；丝网分离效率比填料分离高，结构简单，但分离负荷范围很窄，超过混合气体规定流速或气液比后，分离效率急剧下降，阻力比普通折流分离和普通离心分离大，工作不稳定，且易堵；微孔过滤分离效率极高，结构简单，但分离负荷范围极窄，超过混合气体规定流速或者气液比后，分离效率急剧下降，且易产生液阻现象，阻力比普通折流分离器或普通离心分离器大，工作不稳定，易发生二次夹带，极易堵。

授权公告日为2013年04月10日，授权公告号为CN103028292A的中国专利中，公开了一种属于化工与制药技术的气液分离器，在等径圆筒状外管的气液进入端管孔内侧部位上固装螺旋叶片搅龙总成，所述螺旋叶片搅龙总成的螺旋叶片外径表面与等径圆筒状外管内壁面密封接触配合，的等径圆筒状外管下侧壁上开设排液通孔，定位止口配装在等径圆筒状外管气体排出端部上；本器利用气体与液体比重差异，采用离心分离原理，实现了气液分离作业，具有结构简单，制造成本低廉、分离效果好、效率高、使用可靠、适用范围广的特点。但是该种气液分离器对于小粒径（粒径小于10μm）液滴的分离效果不理想，且其排气端难以控制液滴的二次夹带，不利于气液的有效分离。在结构方面，该气液分离装置的圆筒状外管与螺旋叶片搅龙总成接触配合，难以保证两者之间不产生缝隙，影响多相流场特性，且其螺旋叶片搅龙总成结构相对复杂，增大了分离器的压力损失，增加定位止口，也在一定程度上增大了分离器的压力损失。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种基于流场转换的分离装置，该装置结构简单，生产制作成本低，分离效率高，环境适应能力和通用性强。

本发明的目的之二是解决目前气液分离经常出现的气液夹带现象，提高气液（雾、小颗粒物）分离效率，尤其提高小粒径（10μm以下）液滴的分离效率。

本发明的目的之三是改善分离装置内部多相流场特性，降低其压力损失。

本发明的技术方案如下：

一种基于流场转换的分离装置，包括一级分离器与二级分离器，其中一级分离器包括圆筒状外管和螺旋绕片，螺旋绕片设置于圆筒状外管内部；二级分离器包括文丘里管和均流筒，均流筒为内部沿轴向设置有均流板的筒；文丘里管一端和均流筒相连接，另一端和圆筒状外管连接。

进一步地，所述的基于流场转换的分离装置，所述螺旋绕片由片状材料直接螺旋化形成。

进一步地，所述的基于流场转换的分离装置，所述螺旋绕片与圆筒状外管同轴设置，螺旋绕片轴向长度与圆筒状外管轴向长度相同。

进一步地，所述的基于流场转换的分离装置，所述螺旋绕片的螺旋外边与圆筒状外管内壁一体化设置。

进一步地，所述的基于流场转换的分离装置，所述圆筒状外管上设置有通孔。

进一步地，所述的基于流场转换的分离装置，文丘里管和均流筒相连接部位的文丘里管内径与均流筒内径相同。

进一步地，所述的基于流场转换的分离装置，文丘里管与圆筒状外管相连接处的文丘里管内径和圆筒状外管内径相同。

进一步地，所述的基于流场转换的分离装置，所述文丘里管上设置有通孔。

进一步地，所述的基于流场转换的分离装置，所述均流筒上设置有通孔。

进一步地，所述的基于流场转换的分离装置，圆筒状外管内壁沿轴向设置有与圆筒状外管内壁形成倒钩状的颗粒物收集条。

本发明涉及的工作原理如下：

工作原理一：气液（雾、小颗粒物）混合气体通过螺旋分离装置的螺旋绕片，产生高速离心作用，在离心力和重力的作用下，相对密度较大的液滴和尘向圆筒外管内壁下侧聚集运动，相对密度较小的气体在圆筒外管内上侧聚集运动，部分液滴通过排液孔被直接抛出。大量的细小液滴与颗粒在高速离心运动条件下碰撞几率大幅增大，易于凝聚成为大液滴，液滴被抛向筒体内壁表面，壁面附着的液膜层接触后湮灭，从排液孔排出，进一步实现液滴的脱除。

工作原理二：经过一级气液分离后，混合气体中仍然含有部分粒径相对较小的液滴（粒径小于10μm）以及分离后又被二次夹带的液滴，经文丘里管后，提升气流的离心运动速度，提高小粒径液滴的离心分离效率，气流经文丘里管后，动压迅速增大，相对静压明显减小，使得壁面上的液膜和颗粒等受到的沿径向的静压作用降低，进而很好的控制液膜的厚度和气流出口状态，防止液滴的二次夹带，实现气液的二级分离。

工作原理三：经文丘里管进一步分离后的混合气体，旋流进入均流筒内，受均流板的干扰，缩短了径向运动距离，其内部液滴与均流板上的液膜层接触后湮灭，从排液孔排出，进一步实现气液分离。

本发明通过螺旋绕片的设置使气体产生高速离心运动，气体中携带的较大液滴和尘埃等由于离心力聚集到圆筒外管内壁与气体分离。本发明螺旋绕片没有中心轴，而是直接螺旋，进一步提高了多相流场的运动分离，螺旋绕片与圆筒外管内壁的一体化设计避免了现有常规设计对于多相流场的影响；文丘里管与均流筒的配合设置使得气流经文丘里管加速后以更快的旋流气流击打在均流板上，瞬间改变气流运动方式，气流内部的液滴与尘埃击中均流板上的液膜后瞬间湮灭，更进一步提升分离效果。本发明在圆筒外管内壁上设置有颗粒物收集条，进一步加快了一级分离过程，有利于颗粒物的分离与收集，提高了分离效果，同时便于随后进行的二级分离。

本发明提供的基于流场转换的分离装置可以分离1-80μm粒径的液滴，10μm颗粒的分离效率为71%，10μm以下颗粒的分离效率预计可达到60%以上，较当前技术在小粒径（10μm以下）的分离效率提高了40%以上。对于10μm以上颗粒的分离效率提高约20%以上。

附图说明

图1为本发明实施例1中所述的基于流场转换的分离装置结构示意图；

图2为本发明实施例2中所述的基于流场转换的分离装置立体结构示意图；

图3为本发明实施例3中所述的基于流场转换的分离装置结构示意图；

图4为本发明实施例3中所述的基于流场转换的分离装置结构截面图；

以上图1-图4中，1为一级分离器，11为圆筒状外管，12为螺旋绕片，2为二级分离器，21为文丘里管，22为均流筒，3为颗粒物收集条。

具体实施方式：

以下结合附图，对本发明提供的基于流场转换的分离装置进行进一步说明。

实施例1

如图1所示，为本实施例中提供的基于流场转换的分离装置示意图，包括一级分离器1与二级分离器2，其中一级分离器1包括圆筒状外管11和螺旋绕片12，螺旋绕片12设置于圆筒状外管11内部；二级分离器2包括文丘里管21和均流筒22，均流筒22为内部沿轴向设置有均流板的筒；文丘里管21一端和均流筒22相连接，另一端和圆筒状外管11连接。本实施例中的螺旋绕片12由片状材料直接螺旋化形成，螺旋中心没有独立的中心轴，进而避免了中心轴对于气体流动的影响，进一步增大了螺旋离心的效果。螺旋绕片12与圆筒状外管11同轴设置，且螺旋绕片12轴向的长度与圆筒状外管11的轴向长度相同，进一步保证了气流流经全程的离心运动效果，提升了一级分离效果。

实施例2

如图2所示，为本实施例提供的基于流场转换的分离装置示意图，为在实施例1基础上的进一步改进，其中螺旋绕片12的螺旋外边与圆筒状外管11的内壁采用一体化设置，避免了螺旋绕片12与圆筒状外管11内壁之间的缝隙，减少了对多相流体的流通影响，进一步保证了分离效果。文丘里管21和均流筒22相连接部位的文丘里管21内径与均流筒22内径相同；文丘里管21与圆筒状外管11相连接处的文丘里管21内径和圆筒状外管11内径相同，保证了气流从圆筒状外管11进入文丘里管21以及从文丘里管21进入均流筒22时不产生压损。圆筒状外管11上设置有通孔；文丘里管21和均流筒22上也设置有通孔，方便在分离过程中形成的水滴及时流出，消除了装置内壁积累的水滴对分离效果的影响。

本发明通过螺旋绕片的设置消除了现有技术中气流进入圆筒状外管后由于缝隙和中心轴等对于流场特性的影响，同时利用文丘里管进行二次分离，然后利用文丘里管与均流筒的结合使得流场在从文丘里管向均流筒转换的过程中通过流场的突然变换，进一步提升了对于流场中更小颗粒的分离效果。本发明提供的基于流场转换的分离装置可以分离1-80μm粒径的液滴，10μm颗粒的分离效率为71%，10μm以下颗粒的分离效率预计可达到60%以上，较当前技术在小粒径（10μm以下）的分离效率提高了40%以上。对于10μm以上颗粒的分离效率提高约20%以上。

实施例3

如图3和图4所示，为本实施例提供的基于流场转换的分离装置示意图，其为实施例2基础上的改进，其中圆筒状外管内壁沿轴向设置有与圆筒状外管内壁形成倒钩状的颗粒物收集条3。该颗粒物收集条3能够在圆筒状外管11内部利用螺旋绕片12旋转分离的过程中起到很好的收集液滴与颗粒的作用，进一步加快了分离过程，提高了分离效果，便于后面进行的二级分离。

Claims (6)

1.一种基于流场转换的分离装置，其特征在于，包括一级分离器与二级分离器，其中一级分离器包括圆筒状外管和螺旋绕片，螺旋绕片设置于圆筒状外管内部；二级分离器包括文丘里管和均流筒，均流筒为内部沿轴向设置有均流板的筒；文丘里管一端和均流筒相连接，另一端和圆筒状外管连接；所述螺旋绕片的螺旋外边与圆筒状外管内壁一体化设置；所述圆筒状外管上设置有通孔；圆筒状外管内壁沿轴向设置有与圆筒状外管内壁形成倒钩状的颗粒物收集条；文丘里管和均流筒相连接部位的文丘里管内径与均流筒内径相同。

2.根据权利要求1所述的基于流场转换的分离装置，其特征在于，所述螺旋绕片由片状材料直接螺旋化形成。

3.根据权利要求1所述的基于流场转换的分离装置，其特征在于，所述螺旋绕片与圆筒状外管同轴设置，螺旋绕片轴向长度与圆筒状外管轴向长度相同。

4.根据权利要求1所述的基于流场转换的分离装置，其特征在于，文丘里管与圆筒状外管相连接处的文丘里管内径和圆筒状外管内径相同。

5.根据权利要求1所述的基于流场转换的分离装置，其特征在于，所述文丘里管上设置有通孔。

6.根据权利要求1所述的基于流场转换的分离装置，其特征在于，所述均流筒上设置有通孔。