DE843841C

DE843841C - Process for separating liquids from gases using centrifugal separators

Info

Publication number: DE843841C
Application number: DEG908A
Authority: DE
Inventors: Hermann Dipl-Phys Dr Rer Linde
Original assignee: Gesellschaft fuer Lindes Eismaschinen AG
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1950-01-25
Filing date: 1950-01-25
Publication date: 1952-07-14

Description

Verfahren zur Absdieidung von Flüssigkeiten aus Gasen unter Verwendung von Zentrifugalabscheidern Die Al)scheidullg von Flüssigkeiten aus Gasen in Zentrifugalabscheidern bei normalem Druck ist bekannt. Das Gas wird z. B. durch spiralig gewundene Rohre geleitet und soll seinen Gehalt an suspendierten Flüssigkeitströpfchen infolge der dabei auftretenden hohen Beschleunigung durch die erzwungene dauernde Richtungsänderung abgeben.Process for separating liquids from gases using of centrifugal separators The Al) separation of liquids from gases in centrifugal separators at normal pressure is known. The gas is z. B. by spirally wound pipes passed and should its content of suspended liquid droplets as a result of the the resulting high acceleration due to the forced permanent change of direction hand over.

Um eine wirksame Abscheidung zu erreichen, müßte man hohe Geschwindigkeiten, d. h. sehr enge Spiralen, anwenden. Dadurch treten aber hohe Staudrucke auf, die dadurch überwunden werden müssen, daß das Gas unter einem entsprechend höherem Druck durch die Abscheider gepreßt wird.In order to achieve an effective separation, one would have to use high speeds, d. H. very tight spirals. As a result, however, high back pressures occur that must be overcome in that the gas is under a correspondingly higher pressure is pressed through the separator.

Bei niederen Drucken ist die relative Druckerhöhung recht erheblich und wirkt sich in einer starken Steigerung des Kraftverbrauches, proportional dem Druckverhältnis, aus. Man wird daher mit Rücksicht auf den Kraftverbrauch derartige Geschwindigkeiten bzw. Beschleunigungen bei niederem oder nur mäßig erhöhtem Druck nicht zu erreichen versuchen und sich mit geringem Reinigungseffekt zufrieden geben.At lower pressures the relative pressure increase is quite considerable and results in a strong increase in power consumption, proportional to the Pressure ratio, off. One becomes such with regard to the power consumption Speeds or accelerations at low or only moderately increased pressure do not try to reach and be satisfied with a poor cleaning effect.

Geht man gemäß der Erfindung zu höherem Gesamtdruck über, so tritt der Anteil an Energie, den man für die tSberwindung des Staudruckes in der Spirale aufwenden muß, relativ mehr zurück. If one goes over to a higher total pressure according to the invention, then occurs the amount of energy needed to overcome the dynamic pressure in the spiral must spend relatively more back.

Es wird daher erfindungsgemäß die beschriebene Art der Flüssigkeitsabscheidung in Spiralen bei höheren Drücken durchgeführt, speziell dort, wo an sich das Gas bereits unter höherem Druck vorliegt und verwendet werden muß, z. B. bei der Luftzerlegung.According to the invention, therefore, the type of liquid separation described is used carried out in spirals at higher pressures, especially where the gas in itself is already under higher pressure and must be used e.g. B. in air separation.

Durch Versuche wurde gefunden, daß man besonders hohe Abscheiivirkungen erreicht, wenn die Zentrifugalbeschleunigung für die strömenden Teilchen mehr als 100 cm/sec2 beträgt. Unter diesen Umständen wurde z. B. bei einem Druck von Ioo at in zehn Windungen eines Rohres von I,5 mm lichter Weite eine Ölabscheidewirkung von go °/o aus einem Luftstrom von 6 Nm3/h erreicht. Der erzielte Endgehalt an Öl betrug dabei sw 0,5 mg/NmS Luft, der Druckabfall längs der Spirale 4 at und der entsprechende Mehraufwand an Kraft etwa o,gO/o des gesamten Kraftbedarfs. Experiments have shown that particularly high separation effects are obtained reached when the centrifugal acceleration for the flowing particles is more than 100 cm / sec2. Under these circumstances, e.g. B. at a pressure of Ioo at ten turns of a tube with a clearance of 1.5 mm an oil separation effect of go ° / o achieved from an air flow of 6 Nm3 / h. The final oil content achieved sw was 0.5 mg / NmS air, the pressure drop along the spiral 4 at and the Corresponding additional effort in terms of force around o, gO / o of the total force required.

Die erfindungsgemäße Einrichtung ist aus der Abbildung ersichtlich, in der I das zu einer Spirale 2 gewundene Flüssigkeitsabscheiderohr darstellt, 3 eine Erweiterung und 4 ein Kernrohr, auf dem das Spiralrohr aufgewickelt ist und welches gleichzeitig in seinem unteren Teil die abgeschiedene Flüssigkeit, z. B. Öl, auf seiner Oberfläche nach unten abführt. 5 ist der Druckbehälter mit Gasabzugsrohr 6 und Olentnahmeventil 7. Der Auslauf der letzten Windung kann auch in einer anderen zweckmäßigen Weise ausgeführt werden. The device according to the invention can be seen from the figure, in which I represents the liquid separation tube wound into a spiral 2, 3 an extension and 4 a core tube on which the spiral tube is wound and which at the same time in its lower part the separated liquid, z. B. Oil, drains down on its surface. 5 is the pressure vessel with gas exhaust pipe 6 and oil removal valve 7. The outlet of the last turn can also be in another be carried out in an expedient manner.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn nach einem weiteren Erfindungsgedanken und wie in der Abbildung dargestellt das abgeschiedene Öl an der Innenseite des unteren Rohrwindungsendes abgestreift wird, wohin es unter dem Einfluß der nach außen drängenden Gasmassen ausweicht. Diese Fläche soll möglichst glatt und ohne Stufen oder sonstige Hindernisse die ankommende Flüssigkeit übernehmen und in dünnem Film der Einwirkung des Gasstrahles entziehen, nach unten führen und abscheiden. Die eintretende Luft erleidet bei den geschilderten Verhältnissen bei einer Menge von 6 Nm3/h in der Spirale einen Druckabfall von 4 at.It is particularly useful if, according to a further inventive concept and as shown in the figure, the separated oil on the inside of the lower end of the pipe turn is stripped where it is under the influence of the after evades outside pressing gas masses. This surface should be as smooth as possible and without Steps or other obstacles take over the incoming liquid and in thin Remove the film from the action of the gas jet, guide it downwards and separate it. The incoming air suffers from a quantity under the conditions described of 6 Nm3 / h in the spiral, a pressure drop of 4 at.

Die dabei für die Flüssigkeitströpfchen auftretenden Beschleunigungen betragen dabei etwa das Tausendfache der Erdbeschleunigung (IOOO- g = i66 cm/sec2). Die Einhaltung der Bedingung, daß diese Beschleunigung etwa das Tausendfache der Erdbeschleunigung betragen soll, kann bei der Dimensionierung der Windungszahl und des Durchmessers in folgender Weise berücksichtigt werden.The accelerations occurring for the liquid droplets are about a thousand times the acceleration due to gravity (IOOO- g = i66 cm / sec2). Compliance with the condition that this acceleration is about a thousand times the Should be acceleration due to gravity, when dimensioning the number of turns and the diameter can be taken into account in the following way.

Gemäß der obigen Forderung besteht die Bedingung für die Zentrifugal beschleunigung (Zeichenerklärung am Schluß der Gleichungen) w2 R = 106, (1) als zweite Gleichung diejenige für tätsbedingung ferner muß die Windungszahl n so groß sein, daß bei der unter I geforderten Zentrifugalbeschleunigung alle Tröpfchen oberhalb einer bestimmten Größe bis zum Ende der Spirale den in bezug auf die zentrifugale Gasströmung nach außen gerichteten Teil des Spiralrohrinnern erreicht haben.According to the above requirement, there is the condition for centrifugal acceleration (explanation of symbols at the end of the equations) w2 R = 106, (1) the second equation for the condition condition Furthermore, the number of turns n must be so large that with the centrifugal acceleration required under I, all droplets above a certain size up to the end of the spiral have reached the part of the spiral tube interior directed outwards with respect to the centrifugal gas flow.

Hierfür besteht die Beziehung: Damit ein bestimmter Druckabfall längs der Spirale nicht überschritten wird, was den Kraftbedarf unzulässig hoch ansteigen lassen würde, wird gefordert, daß der Druckabfall nicht mehr als 1 j0 zusätzlicher Verdichtungsarbeit bedingen darf. Der Druckabfall längs der Spirale errechnet sich nach Gleichung und die geforderte Grenzbedingung für die zusätzliche Verdichterarbeit von max. 1 °/0 errechnet sich nach Gleichung Selbstverständlich können auch höhere Druckabfälle zugelassen werden, wenn eine gute Abscheidung suspendierter Fl;üssigkeitsteilchen wichtiger als die Vermeidung zusätzlicher Verdichterarbeit ist. Während sich unterhalb 20 at die den Gleichungen (I) bis (5) zugrunde liegenden Bedingungen nicht restlos erfüllen lassen, gelingt dies um so leichter, je höher der Betriebsdruck ist. Es kommt ein anderer günstiger Effekt, welcher außerhalb der Erfindung liegt, hinzu, daß an sich die Abscheidebedingungen für dampfförmige Flüssigkeiten bei erhöhtem Druck günstiger werden, da das in der Gasphase verbliebene Gewicht an dampfförmiger Flüssigkeit dem Gasdruck angenähert umgekehrt proportional ist, während der Dampfüberschuß bei erhöhtem Druck kondensiert und flüssig abgeschieden werden kann.For this there is the relationship: In order that a certain pressure drop along the spiral is not exceeded, which would cause the force requirement to rise inadmissibly high, it is required that the pressure drop must not cause more than 1 j0 additional compression work. The pressure drop along the spiral is calculated using the equation and the required limit condition for the additional compressor work of max. 1 ° / 0 is calculated according to the equation Of course, higher pressure drops can also be permitted if good separation of suspended liquid particles is more important than avoiding additional compression work. While the conditions on which equations (I) to (5) are based cannot be completely fulfilled below 20 atm, this succeeds all the more easily the higher the operating pressure. Another beneficial effect, which lies outside the scope of the invention, is that the separation conditions for vaporous liquids become more favorable at increased pressure, since the weight of vaporous liquid remaining in the gas phase is approximately inversely proportional to the gas pressure, while the vapor excess is at condensed under increased pressure and deposited in liquid form.

In den obigen fünf Gleichungen, die für Flüssigkeitsabscheider für beliebige Gasmengen und Drücke oberhalb 20 at die Dimensionen der Rohrspiralen zu errechnen gestatten, bedeuten: w mittlere Teilchengeschwindigkeit (cm s v Radialgeschwindigkeitskomponente der t)lteilchen (cm 5 - 1) l zur Strömungsrichtung des Gases, R Krümmungsradius der Windungen (cm), M je Sekunde strömende Gasmasse (g/s), p Druck (dyn/cm2), dp Druckabfall an der Spirale - (dynlcm2), d Rohrdurchmesser (cm), n Windungszahl, e Dichte des Gases (g/cm3), ii, Widerstandsbeiwert für gerades Rohr bei turbulenter Strömung, ¢ C Widerstandsbeiwert für go0 Krümmer. In the above five equations applicable to liquid separators for any gas quantities and pressures above 20 at the dimensions of the spiral pipe allow calculation, mean: w mean particle velocity (cm s v radial velocity component of the t) oil particles (cm 5 - 1) l to the direction of flow of the gas, R radius of curvature of the turns (cm), M gas mass flowing per second (g / s), p pressure (dyn / cm2), dp Pressure drop on the spiral - (dynlcm2), d pipe diameter (cm), n number of turns, e density of the gas (g / cm3), ii, drag coefficient for a straight pipe with a turbulent one Flow, ¢ C drag coefficient for go0 elbow.

Die geschilderte Art der Flässigkeitsabscheiduiig führt zu einer wesentlich besseren Abtrennung als in den bekannten Abscheidern und rechtfertigt in vielen Fällen den geringen Mehraufwand an Kompressionskosten für das zu reinigende Gas. The described type of Flässigkeitsabscheiduiig leads to a much better separation than in the known separators and justifies in many cases the small additional expenditure on compression costs for the cleaning Gas.

Claims

PATENT CLAIM: I. Process for separating liquids from gases using centrifugal fugal separators, thereby characterized in that the deposition is expediently carried out in spiral tubes under increased pressure at a centrifugal acceleration of more than 10000 times the acceleration due to gravity undertakes.

2. The method according to claim I, characterized in that the Gases can flow through many turns of a tightly wound pipe coil, whereby the pipe end is expanded and the separated liquid is attached to one by adhesion acting, smoothly at the lower end of the spiral tube adjoining surface is stripped off.

3. Apparatus according to claim I and 2, characterized by a Pressure-resistant liquid separation room with one consisting of many narrow pipe windings Liquid separation spiral, which is wound on a core tube, which at the same time in its lower part as acting by adhesion, smooth at the lower end of the spiral tube adjoining surface is used to wipe off the liquid.