EA013066B1

EA013066B1 - Способ разделения смеси текучих сред на фракции

Info

Publication number: EA013066B1
Application number: EA200870286A
Authority: EA
Inventors: Рейнауд Хойтинк; Йозеф Йоханнес Хубертюс Брауверс
Original assignee: Ромико Холд А.В.В.
Priority date: 2006-02-23
Filing date: 2007-02-13
Publication date: 2010-02-26
Also published as: AU2007218373A1; NL2000016C2; ATE444796T1; CN101389394B; WO2007097621A1; EP2021097A1; EP2021097B1; US8128732B2; JP2009527354A; CN101389394A; EA200870286A1; DE602007002709D1; AU2007218373B2; US20090301296A1; MY145946A; JP5362364B2

Abstract

Изобретение относится к аппарату для разделения смеси текучих сред по меньшей мере на две фракции с отличающейся массовой плотностью. Данный способ используется для очистки жидкостей, очистки (дымовых) газов и разделения порошков. Способ включает стадии, при которых: А) подают смесь текучих сред для разделения, В) осуществляют вращение поданной смеси для разделения в устройстве вращения, которое включает вращающийся узел подающих каналов, при условии, что поток смеси сред в подающих каналах является, по существу, турбулентным, и С) выгружают по меньшей мере одну отделенную фракцию, где скорость вращения узла подающих каналов удовлетворяет условию Ωτ≤α(L/d), где Ω представляет собой скорость вращения, τ представляет время обработки в подающем канале, L и dпредставляют, соответственно, длину и гидравлический диаметр подающего канала и коэффициент α выбирают меньше 2. Настоящее изобретение обеспечивает способ, с помощью которого с ограниченным инвестированием можно увеличить скорость и качество разделения фракций смеси текучих сред.

Description

Изобретение относится к аппарату для разделения смеси текучих сред по меньшей мере на две фракции с различными массовыми плотностями, включающему устройство вращения для вращения текучей смеси для разделения. Изобретение, в частности, относится к способу разделения смеси текучих сред по меньшей мере на две фракции с различными массовыми плотностями.

Разделение смеси текучих сред имеет очень разнообразные области применения. Здесь понимается, что смесь сред обозначает смесь твердых, и/или жидких, и/или газообразных частиц микронного или субмикронного размера, диспергированных по меньшей мере в одной жидкости или газе. Примерами являются смесь газ/газ, смесь газ/жидкость или аэрозоль, смесь жидкость/жидкость, смесь газ/твердое вещество, смесь жидкость/твердое вещество или такая смесь, содержащая одну или несколько дополнительных фракций. Разделение смеси текучих сред, например, известно из различных применений в области очистки жидкостей, очистки (дымовых) газов и разделения порошков. Разделение фракций со значительным различием размеров частиц и/или значительным различием массовой плотности является относительно простым. Для данной цели осуществляется крупномасштабное использование таких процессов, как фильтрация и просеивание. При разделении фракций с меньшим различием в массовой плотности используют технологии химического разделения и/или такие технологии разделения, как осаждение и центрифугирование. Конечно, при переработке значительных объемов смеси сред, технологии химического разделения менее экономичны и обычно менее экологически безопасны. Разделение фракций посредством осаждения требует времени, и при переработке значительных объемов смеси сред делает необходимым использование объемных резервуаров, что является, среди прочих факторов, дорогим. Другие, по существу, известные технологии используют различия в массовой плотности фракций для разделения, прилагая центробежную силу к смеси, заставляя смесь вращаться в центрифуге или циклоне. Данная методика обычно не является достаточно селективной для осуществления разделения желаемого уровня за короткое время.

Известный аппарат типа, указанного во вступлении, описан в ΝΒ 8700698. Известный аппарат включает устройство вращения в форме вращающегося узла подающих каналов для вращения текучей смеси для разделения, подающее устройство для смеси сред, которые необходимо разделить, присоединенное к устройству вращения, выходной канал, присоединенный к устройству вращения для выгрузки фракций разделенной смеси сред. Во вращающемся подающем канале более тяжелая фракция смеси для разделения движется дальше в сторону по направлению к его стенке, чем более легкая фракция, под влиянием центробежной силы, приводя, таким образом, к разделению. Недостаток аппарата, известного из ΝΒ 8700698, состоит в том, что его можно использовать только при относительно низких давлениях, в соответствии с чем разделение происходит медленнее, чем это желательно. Селективность разделения также можно улучшить.

Аналогичный аппарат описан в \УО 2005/118110 А1. Данный документ на стр. 3, строки 3-5 указывает на возможность осуществления разделения среды с помощью подающих каналов при условиях турбулентного потока, хотя ламинарный поток в подающих каналах является предпочтительным. В зависимости от конкретных условий процесса можно соответственно выбрать аппарат (и, в частности, размеры каналов).

Настоящее изобретение имеет целью обеспечение аппарата и способа, с помощью которых с ограниченным инвестированием, среди прочего, можно увеличить скорость и качество разделения фракций смеси текучих сред.

Изобретение предлагает для данной цели способ разделения смеси текучих сред по меньшей мере на две фракции с отличающейся массовой плотностью, включающий технологические операции, при которых: А) подают смеси сред для разделения, В) осуществляют вращение текучей смеси для разделения в устройстве вращения, обеспечиваемом для данной цели, которое включает вращающийся узел подающих каналов, при условии, что поток смеси сред в подающих каналах является, по существу, турбулентным, и С) выгружают по меньшей мере одну отделенную фракцию, где скорость вращения узла подающих каналов удовлетворяет условию

Ωτ<α (Ь/йь) , где Ω представляет собой скорость вращения, τ представляет время обработки в подающем канале, Ь и ф, представляют, соответственно, длину и гидравлический диаметр подающего канала, и α меньше 3. В способе по изобретению, в котором Ω<Ω_0Γ и в котором Ω_0Γ дается

П_сг=а (Ь/Дь) /х процесс разделения, как правило, будет протекать очень эффективно и не будет в заметной степени нарушаться внутренними циркуляциями. Было обнаружено, что в способах, в которых Ω>Ω_0Γ внутренние циркуляции неблагоприятно воздействуют на процесс так, что увеличенный выход от разделения частиц в результате более быстрого вращения, чем Ω_0Γ, может быть потерян. Поскольку более высокие скорости вращения приводят к более высоким нагрузкам на материал и большему расходу энергии, существуют дальнейшие преимущества на практике при ограничении скорости вращения до значений, которые составляют максимально Ω_0Γ, где α=2, или более предпочтительно максимально Ω_0Γ, где α=1. Способ по изобретению наиболее предпочтительно отличается тем, что α составляет от 0,5 до 1.

- 1 013066

Способ по изобретению основан на понимании того, что при особых технологических условиях, в частности, ниже критической скорости вращения вращающегося узла подающих каналов, можно достичь эффективности разделения при условиях турбулентного потока, которая сравнима с эффективностью разделения, типично получаемой при условиях ламинарного потока.

Способ по изобретению предпочтительно осуществляют так, что в течение технологической стадии В) число Рейнольдса потока по меньшей мере в одном подающем канале превышает 2500 и еще более предпочтительно превышает 5000. Способ можно осуществить с помощью относительно небольшого аппарата со сквозным потоком, поскольку технологические стадии разделения можно осуществить при высоких давлениях и в течение очень короткого периода времени, например, в течение менее чем 1 с, обычно в течение менее чем 0,1 с или даже в течение менее чем 10 или менее чем 5 мс. Как уже описано выше, способ предпочтительно проводят при давлении по меньшей мере 10 бар и более предпочтительно по меньшей мере 100 бар. Длительные процессы с взаимосвязанными устройствами, размер которых устанавливают так, что они могут содержать значительные объемы, таким образом, оказываются ненужными.

Аппарат и способ по изобретению можно в принципе использовать для разделения всех возможных смесей сред по меньшей мере на две фракции. Предпочтительный вариант осуществления отличается тем, что по меньшей мере одна фракция включает твердые частицы. Лучшие результаты достигаются с изобретенным аппаратом при разделении такой предпочтительной смеси.

В другом предпочтительном варианте осуществления способа согласно изобретению в аппарат подают смесь сред, включающую частицы, средний диаметр б которых удовлетворяет б>2б_Р1₀₀»_/о, где б_р100/представляет диаметр частицы, которая в ламинарном потоке достигает стенки подающего канала в его расположенном ниже по потоку конце под влиянием имеющих место центробежных сил. Специалист в данной области техники может легко определить этот характеристический диаметр б_р100/, например, экспериментированием или расчетами.

Дополнительные преимущества достигаются, если диаметр б частиц удовлетворяет б>2,5б_р100/, Было обнаружено, что, в частности, при данных условиях можно достичь быстрого разделения без ухудшения степени разделения. Когда присутствуют частицы с распределением размера частиц с указанным средним диаметром, было обнаружено, что можно достичь почти такую же эффективность разделения, как в случае известного способа, где в подающих каналах имеет место ламинарный поток.

Способ по изобретению можно осуществить в аппарате, размер по меньшей мере одного из подающих каналов которого установлен так, что смесь сред образует в нем, по существу, турбулентный поток. Число Рейнольдса в подающих каналах предпочтительно превышает 2000, более предпочтительно превышает 2500, еще более предпочтительно превышает 3000 и наиболее предпочтительно превышает 5000. Установление размеров по меньшей мере одного из подающих каналов для данных технологических условий таково, что в нем создается, по существу, турбулентный поток, и осуществление способа разделения согласно технологическим условиям изобретения неожиданно обеспечивает, что скорость разделения можно увеличить без неизбежного неблагоприятного воздействия на сепарационную способность аппарата. Это удивительно, поскольку обычно предполагается, что турбулентный поток в подающих каналах возбуждает в них вторичные потоки, которые препятствуют миграции более тяжелых фракций к стенке подающих каналов. Это в частности имеет место для смесей сред, в которых фракция для отделения включает частицы и, в частности, твердые частицы, с размерами микронного и субмикронного уровня. Поэтому аппарат по изобретению можно применить особенно успешно для разделения такой смеси сред. Смесь, которую необходимо разделить в особенно желательной манере аппаратом по изобретению, включает твердые частицы с диаметром, изменяющимся от примерно 0,1 до примерно 5 мкм.

Предпочтительный вариант аппарата по изобретению включает подающие каналы с односвязным поперечным сечением. В первом варианте это обозначает, что каждый подающий канал имеет поперечное сечение, простирающееся вдоль практически всей его длины, которая тянется азимутально вокруг оси вращения при угле меньше чем 360°, так что, по существу, предотвращается азимутальный поток при угле более чем 360° к оси вращения. Во втором варианте имеется в виду, что односвязное поперечное сечение обозначает, что каждый подающий канал простирается азимутально вокруг оси вращения при угле меньше чем 360°, так что в каждом подающем канале, по существу, предотвращается азимутальный поток при угле более чем 360° к оси вращения, где каждый подающий канал обеспечивается частями стенок, простирающимися, по существу, вдоль его общей длины, где разделение ограничено в радиальном и азимутальном направлении относительно оси вращения. В третьем варианте имеется в виду, что односвязное поперечное сечение обозначает, что каждый подающий канал проходит азимутально вокруг оси вращения при угле меньше чем 360°, так что в каждом подающем канале, по существу, предотвращается азимутальный поток при угле более чем 360° к оси вращения, где каждый подающий канал огорожен одиночной стенкой, проходящей, по существу, вдоль всей его длины.

Хотя количество подающих каналов в принципе может быть выбрано в широких пределах, рекомендуется, чтобы число подающих каналов в радиальном направлении составляло по меньшей мере 5, например от 15 до 1000, более предпочтительно по меньшей мере 30 и наиболее предпочтительно по

- 2 013066 меньшей мере 50. По меньшей мере 5 подающих каналов предпочтительно простираются почти взаимно параллельно к оси вращения.

Следует отметить, что в контексте изобретения понимают, что разделение фракций обозначает, по меньшей мере, частичное разделение фракций, при котором получается значительная разница в средней массовой плотности двух фракций; полное (100%) разделение будет трудно осуществить на практике. В результате вращения смеси фракций для разделения более легкая фракция будет мигрировать, по меньшей мере, в значительной степени к внутренней стороне вращения, а более тяжелая фракция будет мигрировать, по меньшей мере, в значительной степени к внешней стороне вращения. Возможным применением является разделение, которое увеличивает варианты использования по меньшей мере одной из фракций относительно смеси. Данная применимая (очищенная) фракция может все еще содержать часть другой нежелательной фракции даже после разделения (быть загрязненной другой фракцией), но присутствие данной другой фракции является значительно меньшим, чем присутствие данной нежелательной фракции в исходной смеси.

Вращающийся сепаратор в форме вращающегося узла подающих каналов обладает преимуществом в том, что среднее расстояние среды от стенки (в радиальном направлении) остается ограниченным, в результате чего желаемая степень разделения может быть достигнута за относительно короткое время (это соответствует относительно ограниченной длине в аксиальном направлении вращающегося сепаратора в сочетании с высокой аксиальной скоростью так, что может обрабатываться поток с более высокой скоростью). Скорости потока, которые следует использовать, можно менять или оптимизировать согласно ситуации. Обработка среды, где она направляется, по меньшей мере, через один подающий канал при турбулентных условиях, приводит к неожиданно высокой эффективности разделения без объемного оборудования, требующегося для данной цели (т.е. аппарат может принять очень компактную форму), и где среду просто необходимо обработать в аппарате в течение короткого периода.

Аппарат может иметь еще меньшую форму (с меньшим объемом), если смесь сред пропускать через аппарат при более высоком давлении. Поэтому предпочтительный вариант осуществления аппарата по изобретению включает напорное устройство для подачи смеси сред под давлением в подающие каналы, предпочтительно под давлением, которое может составлять по меньшей мере 10 бар, и более предпочтительно под давлением, которое может составлять по меньшей мере 100 бар. Известное устройство для ротационного разделения смеси сред включает подающие каналы, размеры которых устанавливают так, что поток в каналах является ламинарным. Чтобы обеспечить ламинарный поток во всех подающих каналах, число Рейнольдса должно быть меньше 2000, где Не определяют следующим образом:

Ке=м_осЕ/У, где ^₀ представляет собой среднюю аксиальную скорость смеси сред через подающие каналы, ν представляет собой кинематическую вязкость смеси сред и άι, представляет собой гидравлический диаметр подающего канала.

Гидравлический диаметр определяют следующим образом;

с!_ь=4Ао/31 где А₀ представляет собой площадь поверхности поперечного сечения канала, а 3 представляет собой периметр.

Кинематическую вязкость можно вычислить следующим образом;

ν=μ/ρ где μ представляет собой динамическую вязкость, и ρ представляет собой плотность смеси сред. Изобретение основано на удивительном понимании, что турбулентный поток может преобладать, по меньшей мере, частично в подающих каналах без оказания неблагоприятного воздействия на разделение смеси сред на две фракции с различной массовой плотностью. Размер по меньшей мере одного подающего канала задан по данному изобретению так, что здесь имеет место, по существу, турбулентный поток при выбранных условиях процесса. Поскольку число Рейнольдса зависит от условий процесса (более точно от средней аксиальной скорости \\₀ смеси сред через подающие каналы и от гидравлического диаметра ά, подающих каналов), и от кинематической вязкости ν смеси сред (которая в свою очередь также зависит от условий процесса), размеры по меньшей мере одного подающего канала определяются на основе выбранной смеси сред и выбранных условий процесса, и, более точно, на основе интервала условий процесса, выбранных для аппарата. Как только данный интервал определяют для данной смеси сред, размеры по меньшей мере одного подающего канала можно легко определить из вышеуказанной формулы для числа Рейнольдса.

Для газов порядок величины μ составляет 10^-5 кг/(мс). При атмосферном давлении плотность газов составляет примерно 1 кг/м³, так что ν имеет порядок величины 10^-5 м²/с. Для того чтобы обеспечить ламинарный поток в подающих каналах в известном вращающемся сепараторе частиц, условия обработки и размеры каналов на практике выбирают так, что число Рейнольдса значительно ниже 2000 и, как правило, равняется 1000. В известном способе разделения \\₀ будет по порядку величины составлять 5 м/с, и ά, по порядку величины будет составлять 2 мм. Аппарат по изобретению может работать при значительно более высоких давлениях и/или более высоких скоростях прохождения материала, относительно из

- 3 013066 вестного устройства. Когда на смесь сред - например газовую смесь - воздействуют давлением, ее плотность будет увеличиваться, в то время как динамическая вязкость, как правило, изменяется лишь незначительно. Когда давление увеличивают, например, до 10 бар, кинематическая вязкость может стать вскоре в 10 раз меньше, и число Рейнольдса может, таким образом, возрасти до величины 10000. При давлении 100 бар число Рейнольдса может возрасти до величины примерно 100000 и выше. Аппарат по изобретению может работать при таких высоких давлениях без неизбежного для данной цели увеличения поверхности сквозного потока подающих каналов. Это увеличивает эффективность разделения аппарата. Высокие давления являются обычными во многих практических областях использования, включая разделение частиц в обрабатывающей промышленности и нефтегазовой промышленности.

Подающие каналы вращающегося устройства аппарата могут иметь любую желательную форму. Таким образом, они могут идти по случайной кривой в продольном направлении или, наоборот, их можно сделать почти линейными. Хотя это не является необходимым для изобретения, множество подающих каналов, как правило, будет сформировано посредством односвязных стенок, расположенных, по существу, взаимно параллельно к оси вращения устройства вращения. В известном аппарате для разделения смеси сред по меньшей мере на две фракции стенки подающих каналов должны идти почти параллельно к оси вращения устройства вращения. Если это не происходит, компонент вращения в плоскости, перпендикулярной к оси подающего канала, может тогда вызвать силу Кориолиса, посредством чего в подающем канале создается внутреннее вихревое движение в плоскости перпендикулярно оси канала, причем это имеет особенно неблагоприятное воздействие на процесс разделения. Дополнительное преимущество аппарата по изобретению состоит в том, что даже с подающими каналами с осью, образующей угол β, отличный от нуля, с осью вращения устройства вращения, он имеет хорошую эффективность разделения. Поэтому аппарат по изобретению менее критичен в работе, чем известный аппарат.

Было обнаружено, что является преимуществом, когда угол β выбран так, что удовлетворяет в<10б1/Ь, где Ь и б|, представляют, соответственно, длину и гидравлический диаметр подающего канала. Наиболее предпочтительно, угол β выбирают так, что удовлетворяет в<2бь/Ь. Когда происходит изготовление, монтаж и работа узла подающих каналов (вращающегося фильтрующего элемента) во вращающемся сепараторе частиц так, что, в частности, удовлетворяются указанные выше критерии, процесс разделения не будет тогда заметно нарушаться, даже при высоких давлениях и/или в случае малых поперечных сечений каналов и/или низкой вязкости смеси сред для разделения.

Для наилучшей возможной работы желательно иметь массовую плотность фракций для разделения, отличающуюся насколько возможно. Желательно, для данной цели может быть обеспечен аппарат по изобретению с устройством, влияющим на массовую плотность, которое расположено спереди устройства вращения, и, следовательно, расположено выше по потоку в направлении потока среды. Устройство, влияющее на массовую плотность, может, например, включать устройство расширения. Посредством (необязательно изотропного) расширения температуру среды можно снизить в течение очень короткого времени, например, применяя расширяющий охлаждающий аппарат типа Джоуля Томпсона или турбину. Другой вариант состоит в том, что охлаждение осуществляют охлаждающей средой, которую, например, расширяют в отдельной системе циркуляции с тем, чтобы ее температуру привести к желательному низкому уровню. На плотность фракции влияет уменьшение температуры. Таким образом, особенно благоприятные эффекты можно получить, если смесь состоит из фракций с одной и той же фазой (например, смесь газ/газ или смесь жидкость/жидкость), по меньшей мере одна фракция которой подвергается фазовому изменению вследствие изменения температуры так, что фазы фракций для разделения отличаются друг от друга (посредством чего, например, получают смесь газ/жидкость, смесь газ/твердое тело или смесь жидкость/твердое тело). Это явление изменения фазы вещества в результате изменения температуры, конечно, является в целом известным явлением. Однако специально отмечается, что для разделения с помощью устройства вращения не является существенным создание разницы фаз между компонентами для разделения; аппарат в равной степени применим к смеси фракций, которые находятся в одной и той же фазе (например, смеси жидкость/жидкость, такие как диспергированная жидкость, и смеси газ/газ). Некоторыми примерами возможных применений настоящего изобретения являются разделение смеси воздух/азот, деаэрирование или дегазация воды, обезвоживание воздуха, очистка природного газа и аналогичное.

Способ по изобретению, в частности, применяют для очистки природного газа. В таком предпочтительном применении способа природный газ подают в течение технологической стадии А), в течение дополнительной технологической стадии температура природного газа понижается в результате расширения до температуры ниже чем -50°С или ниже -60°С, в результате чего фракции загрязняющих веществ, присутствующих в природном газе, таких как, например, СО₂ и Н₂§, по меньшей мере, существенно изменяют фазу, и данные загрязненные фракции (например, СО₂ и Н₂§) отделяют от фракции углеводородов в течение технологической стадии В), так что фракцию углеводородов, из которой, по меньшей мере, частично удалены загрязняющие вещества, выгружают в течение технологической стадии С). С использованием данного предпочтительного способа технически извлекаемые природные газы, загрязненные нежелательными газами, можно отделить в достаточной степени экономически выгодно от

- 4 013066 присутствующих в них углеводородов.

Способ и аппарат согласно изобретению также можно использовать для отделения конденсирующихся жидкоподобных компонентов в природном газе, таких как, например, водяные пары, присутствующие в природном газе или его тяжелых фракциях.

При охлаждении смеси сред, например, перед стадией разделения, такие составляющие конденсируются в капли. Таким способом образованные капли затем отделяются от остальных составляющих в подающих каналах. Тем самым можно эффективно высушить природный газ. Также можно, например, в случае отделения более тяжелых фракций, собрать полученный таким образом нефтехимический продукт.

Настоящее изобретение далее будет объяснено на основании неограничивающих иллюстративных вариантов осуществления, показанных на следующих чертежах.

Фиг. 1 показывает схематический вид аппарата по изобретению, фиг. 2 показывает схематически зависимость прогрессии степени разделения в процентах от нормализованного диаметра частиц, и фиг. 3 показывает схематический вид альтернативного варианта осуществления составного аппарата для разделения по изобретению.

Фиг. 1 показывает аппарат 1 для очистки загрязненного газа, такого как, например, природный газ. Загрязненный газ подают согласно стрелке Р₁ подающим устройством 2 под давлением, которое может варьироваться от 100 до 500 бар и выше (типичное давление составляет, например, около 250 бар) и при температуре более чем или примерно 100°С. Газ, подаваемый согласно стрелке 1, затем охлаждают в соответствии с показанным предпочтительным способом в теплообменнике 3, например посредством охлаждения атмосферой. Охлажденный газ течет через теплообменник 3, как показано стрелкой Р₂, к дроссельному вентилю 4. Подаваемый газ, показанный стрелкой Р₂, расширяется посредством дроссельного вентиля 4 предпочтительно изотропным способом до более низкого давления от 2 до 20 бар. В результате скачкообразного падения давления температура газа будет падать (например, до температуры ниже -50°С) так, что часть фракций, присутствующих в газе, меняет фазу. В результате создается смесь газ/пар 5 (аэрозоль). Данная смесь газ/пар переносится через подающие каналы 6 ротора 7 в результате вращения В, в результате чего пар конденсируется напротив боковых поверхностей подающих каналов 6 ротора 7, удаленных от вала вращения 8. Для давлений, лежащих в диапазоне от 5 до 20 бар, кинематическая вязкость ν смеси газ/пар 5 будет по порядку величины составлять 10^-6 м²/с. Хотя это очевидно, что скорость сквозной подачи смеси газ/пар 5 через подающие каналы 6 можно выбрать внутри широких пределов, аксиальная скорость сквозной подачи щ>, обычная для экономичной работы, обычно будет составлять около 5 м/с. На основании условий обычного процесса диаметры подающих каналов 6 выбирают так, что число Рейнольдса в каналах 6 составляет по меньшей мере 2000. В показанном предпочтительном варианте подающие каналы 6 имеют гидравлический диаметр 2 мм, это соответствует числу Рейнольдса примерно 10000. Поток в подающих каналах 6 поэтому, по существу, турбулентный. Конденсированный пар покидает ротор 7 в виде капель жидкости 9 на боковой поверхности, удаленной от дроссельного вентиля 4. Капли 9, которые состоят, например, из жидких СО₂ и Н₂§, собирают в резервуар 10, который можно опорожнить, активируя насос 11, так что жидкие СО₂ и Н₂§ выгружаются, как показано стрелкой Р₃. Из газа, покидающего ротор 7, таким образом, СО₂ и Н₂§, по меньшей мере, частично удалены, и он покидает аппарат 1, как показано стрелкой Р4 в виде очищенного газа. Однозначно утверждается, что в то время как использование теплообменника 3 и дроссельного вентиля 4 рекомендуется, данные компоненты не являются существенными для изобретения.

Дисперсный материал, собранный в подающих каналах, можно удалить из них посредством удаления вращающегося узла подающих каналов из его кожуха, затем его очисткой и заменой, или посредством замены на очищенный вращающийся узел. Вращающийся узел подающих каналов также может быть очищен на месте, если необходимо в течение работы, воздействием на него, например, вибрации, созданием звуковых волн или предпочтительно обрызгиванием подающих каналов под высоким давлением или распылением воздуха или другой газообразной или жидкой среды.

Согласно изобретению в течение работы создают, по существу, турбулентный поток в подающих каналах 6, причем флуктуация, зависящая от времени и расположения в поле скоростей, будет происходить в дополнение к среднему стационарному аксиальному потоку. В результате частицы фракции, которую надо отделить, делают зигзагообразное движение вокруг среднего пути, соответствующего пути в ламинарном потоке. Данный путь определяется средней аксиальной скоростью и стационарным путем, направленным радиально в сторону в результате центробежной силы, производимой ротором 7. В отсутствие турбулентности будет точно 100% шанс собрать частицу с диаметром б_р100%. В течение времени нахождения в подающем канале 6 такая частица поэтому подвергается, в результате действия центробежной силы, радиальному смещению, равному диаметру канала 6. Поскольку согласно изобретению в каналах 6 имеется, по существу, турбулентный поток, можно ожидать, что эффективность сбора частиц с диаметром б_р100% будет ниже (например, снизиться со 100 до 80%), чем в известном устройстве, размер которого установлен так, что в его подающих каналах 6 преобладает ламинарный поток.

Фиг. 2 показывает прогрессию степени разделения 20 (или эффективности сбора), представленной в

- 5 013066 виде функции нормализованного диаметра фракции 21, который, в контексте данной заявки, определяется как отношение среднего диаметра Д_р фракции для разделения смеси газ/пар 5 и среднего диаметра Д_р100% такой же фракции, которая в ламинарном потоке была бы полностью отделена в концевой части подающих каналов 6. Данный средний диаметр 6_р100% можно определить экспериментально простым способом, например, модифицируя условия процесса так, что в подающих каналах создается ламинарный поток. Также для этой цели можно уменьшить диаметр канала. Кривая 22 показывает прогрессию для известного аппарата (ламинарный поток в подающих каналах 6), кривая 23 показывает прогрессию для аппарата по изобретению (турбулентный поток в подающих каналах 6). В противоположность тому, что можно ожидать, фиг. 2 показывает, что степень разделения 20 не является заметно меньше, чем для ламинарного потока, несмотря на факт, что скорость сквозной подачи может быть выше. Кроме того, обнаружено, что для частиц меньше чем 0,56_р100% и больше чем 2,5Д_р100% степень разделения 20 в аппарате по изобретению находится на том же уровне, как для известного аппарата.

Наконец, фиг. 3 показывает вид составного аппарата для разделения 30, в который подают смесь для разделения, как показано стрелкой Р₃₀. После охлаждения смеси в холодильнике 31, охлажденная теперь смесь течет к турбине 32, как показано стрелкой Р₃₁. После прохождения через турбину 32 смесь, теперь с большей разницей в массовой плотности фракций для разделения, течет в схематически показанный вращающийся сепаратор 33. Первая, например газовая, фракция уходит из вращающегося сепаратора 33 через выходной канал 34 по стрелке Р₃₃. Вторая фракция (например, холодная жидкая фракция) уходит из вращающегося сепаратора 33 через второй выходной канал 35 по стрелке Р₃₄ Затем вторую фракцию подают на другую турбину 36 и присоединенный к ней вращающийся сепаратор 37, где происходит возобновленный процесс разделения для цели отделения показанной стрелкой Р₃₅ газовой фракции (которая может быть такой же, как газовая фракция, уже отделенная во вращающемся сепараторе 33, или другой), остающейся во второй жидкой фракции, причем данная газовая фракция затем течет вместе с газообразной фракцией, уже отделенной во вращающемся сепараторе 33. Жидкую фракцию, отделенную во вращающемся сепараторе 37, возвращают в теплообменник 31 через обратный трубопровод 38, как показано стрелкой Р₃₆, чтобы увеличить эффективность теплообменника 31. В теплообменнике 31 жидкая фракция, поступающая из второго вращающегося сепаратора 37, функционирует в качестве охладителя, перед тем как она выходит из аппарата 30 через выходной канал 39 по стрелке Р₃₇. Следует отметить, что вместо второй фракции (Р34), или просто в качестве второй фракции (Р34), первая фракция (Р33), выходящая из вращающегося сепаратора 33, также может быть подвергнута возобновленному процессу разделения с помощью, например, турбины, не показанной на данном чертеже, и присоединенного к ней вращающегося сепаратора, причем турбина присоединена к выходному каналу 34.

Возобновленное разделение уже разделенных фракций также можно необязательно осуществить более чем два раза подряд.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ разделения смеси текучих сред по меньшей мере на две фракции с отличающейся массовой плотностью, включающий стадии, при которых:

A) подают смесь текучих сред для разделения,

B) осуществляют вращение поданной смеси для разделения в устройстве вращения, которое включает вращающийся узел подающих каналов, при условии, что поток смеси сред в подающих каналах является, по существу, турбулентным, и

C) выгружают по меньшей мере одну отделенную фракцию, где скорость вращения узла подающих каналов удовлетворяет условию

Ωτ<α (Ъ/Дц) , где Ω представляет собой скорость вращения, τ представляет время обработки в подающем канале, Ь и Д, представляют, соответственно, длину и гидравлический диаметр подающего канала и коэффициент α выбирают меньше 2.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что коэффициент α выбирают меньше 1.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что коэффициент α выбирают от 0,5 до 1.
4. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором по меньшей мере одна из фракций включает частицы, средний диаметр 6 которых удовлетворяет 6>26_р100%, где Д_р100% представляет собой диаметр частицы, которая в ламинарном потоке достигает стенки подающего канала в его расположенном ниже по потоку конце под влиянием имеющих место центробежных сил.
5. Способ по п.4, отличающийся тем, что по меньшей мере одна из фракций включает частицы, диаметр 6 которых удовлетворяет 6>2,56_р100%.
6. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что в течение технологической стадии В) число Рейнольдса потока в подающих каналах превышает 2500.
7. Способ по п.6, отличающийся тем, что в течение технологической стадии В) число Рейнольдса потока в подающих каналах превышает 5000.