RU2137065C1 - Device for liquefaction of gas - Google Patents
Device for liquefaction of gas Download PDFInfo
- Publication number
- RU2137065C1 RU2137065C1 RU98118852A RU98118852A RU2137065C1 RU 2137065 C1 RU2137065 C1 RU 2137065C1 RU 98118852 A RU98118852 A RU 98118852A RU 98118852 A RU98118852 A RU 98118852A RU 2137065 C1 RU2137065 C1 RU 2137065C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nozzle
- gas
- liquid phase
- walls
- gas stream
- Prior art date
Links
Landscapes
- Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к криогенной технике и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства для получения сжиженных газов. The invention relates to cryogenic technology and can be used in various sectors of the economy for liquefied gases.
Известно устройство, содержащее компрессор, теплообменник, детандер, дроссельный вентиль и средство для отбора жидкой фазы (см. Политехнический словарь, 1989, М., "СЭ", с. 477 /1/). Недостатком известного устройства является сложность его конструкции и малый КПД. A device is known that contains a compressor, a heat exchanger, an expander, a throttle valve and means for selecting a liquid phase (see Polytechnical Dictionary, 1989, M., "SE", S. 477/1 /). A disadvantage of the known device is the complexity of its design and low efficiency.
Известно устройство для снижения газа, содержащее корпус в виде рупора, в котором последовательно размещены несколько насадок, снабженные дисками с множеством сопел для распыления газа с обеспечением его охлаждения до перехода в жидкое состояние (см. описание к заявке Япония N 07071871, F 25 J 1/00, 1995 /2/). Недостатком известного устройства является его относительно малый КПД. A device for reducing gas, containing a housing in the form of a horn, in which several nozzles are arranged in series, equipped with disks with a plurality of nozzles for spraying gas to ensure its cooling until transition to a liquid state (see the description of Japanese application N 07071871, F 25 J 1 / 00, 1995/2 /). A disadvantage of the known device is its relatively low efficiency.
Наиболее близким к заявляемому по своей технической сущности и достигаемому результату является устройство для получения сжиженного газа, известное из описания к патенту США N 3528217, МКИ B 01 D 51/08, НКИ 55-15, 1970 /3/. Устройство содержит сверхзвуковое сопло, обеспечивающее адиабатическое охлаждение газа и средство для отбора жидкой фазы, выполненное в виде отогнутого к оси участка сопла с перфорированными стенками. Под воздействием возникающих при отключении газового потока центробежных сил капли сконденсировавшегося газа проходят сквозь перфорацию и поступают в приемник. Closest to the claimed in its technical essence and the achieved result is a device for producing liquefied gas, known from the description of US patent N 3528217, MKI B 01 D 51/08, NCI 55-15, 1970/3 /. The device comprises a supersonic nozzle providing adiabatic cooling of the gas and a means for sampling the liquid phase, made in the form of a nozzle bent to the axis of the section with perforated walls. Under the influence of centrifugal forces arising when the gas flow is turned off, droplets of condensed gas pass through the perforation and enter the receiver.
Недостатком известного устройства является его относительно малый КПД. Это обусловлено тем, что при отклонении сверхзвукового газового потока, что необходимо в известном устройстве для отбора жидкой фазы, возникают ударные волны, приводящие к повышению температуры газового потока, что приводит, в свою очередь, к испарению части уже сконденсировавшихся капель. A disadvantage of the known device is its relatively low efficiency. This is due to the fact that when a supersonic gas stream is deflected, which is necessary in a known device for liquid phase extraction, shock waves arise, leading to an increase in the temperature of the gas stream, which in turn leads to the evaporation of part of the already condensed droplets.
Заявляемое в качестве изобретения устройство для снижения газа направлено на повышение КПД. The inventive device for reducing gas is aimed at increasing efficiency.
Указанный результат достигается тем, что устройство для сжижения газа содержит сверхзвуковое сопло и средство для отбора жидкой фазы, при этом форкамера сопла снабжена средством для загрузки газового потока, а средство для отбора жидкой фазы выполнено в виде кольцевой щели, образованной стенками сопла и соединенного с ним полого усеченного конуса. The specified result is achieved in that the device for liquefying gas contains a supersonic nozzle and means for sampling the liquid phase, while the nozzle chamber is provided with means for loading the gas stream, and the means for sampling the liquid phase is made in the form of an annular gap formed by the walls of the nozzle and connected to it hollow truncated cone.
Отличительными признаками заявляемого устройства являются
- снабжение форкамеры сверхзвукового сопла средством для закрутки газового потока;
- выполнение средства для отбора жидкой фазы в виде кольцевой щели, образованной стенками сопла и соединенного с ним полого усеченного сопла.Distinctive features of the claimed device are
- supplying a pre-chamber supersonic nozzle means for swirling the gas stream;
- the implementation of the means for selecting the liquid phase in the form of an annular gap formed by the walls of the nozzle and the hollow truncated nozzle connected to it.
Снабжение форкамеры сверхзвукового сопла средством для закрутки газового потока повышает КПД устройства, так как, с одной стороны, обеспечивает создание в газовом потоке во время прохождения им сопла центробежных сил, необходимых для отделения сконденсировавшихся капель от основного газового потока, а с другой стороны, устраняет необходимость изгиба для этого стенок сопла, что приводило к повышению температуры газового потока. Providing the pre-chamber of the supersonic nozzle with a means for swirling the gas stream increases the efficiency of the device, since, on the one hand, it ensures the creation of centrifugal forces in the gas stream during its passage through the nozzle to separate the condensed droplets from the main gas stream, and on the other hand, eliminates the need bending for this nozzle wall, which led to an increase in the temperature of the gas stream.
Поскольку, в отличие от прототипа, жидкая фаза будет за счет центробежных сил собираться во всей поверхности стенок сопла с образованием пленочного течения, то оптимальным будет выполнение для отбора жидкой фазы в виде кольцевой щели. Для этого в сопле коаксиально устанавливается полый усеченный конус. При этом возможно рассчитать и выполнить ширину этой щели таким образом, чтобы она соответствовала толщине пленки жидкости в месте ее нахождения. Для расчета необходимо учесть целый ряд факторов - давление газа на входе в сопло, геометрию сопла, величину центробежного ускорения в потоке. Since, unlike the prototype, the liquid phase due to centrifugal forces will collect in the entire surface of the nozzle walls with the formation of a film flow, it will be optimal to perform the liquid phase selection in the form of an annular gap. For this, a hollow truncated cone is coaxially installed in the nozzle. In this case, it is possible to calculate and execute the width of this gap in such a way that it corresponds to the thickness of the liquid film at its location. For the calculation it is necessary to take into account a number of factors - the gas pressure at the entrance to the nozzle, the geometry of the nozzle, the magnitude of the centrifugal acceleration in the stream.
Заявляемое устройство для сжижения газа поясняется чертежом, на котором схематично представлен продольный разрез его основного узла, отражающего сущность предложения. The inventive device for liquefying gas is illustrated by a drawing, which schematically shows a longitudinal section of its main node, reflecting the essence of the proposal.
Устройство содержит форкамеру 1, сопло 2 и соединенный с ним усеченный полый конус 3, образующий со стенками сопла кольцевую щель 4, выполняющую функцию средства для отбора жидкой фазы. Конус соединяется с соплом известным образом, например, с помощью пилонов. Форкамера снабжена средством закрутки газового потока (на чертеже не показано), которое может быть выбрано из числа известных. Это может быть центробежный насос, вентилятор, циклон и т.п. The device comprises a prechamber 1, a nozzle 2 and a truncated hollow cone 3 connected to it, forming an annular gap 4 with the nozzle walls, which functions as a means for selecting a liquid phase. The cone is connected to the nozzle in a known manner, for example, using pylons. The prechamber is equipped with a means of swirling the gas stream (not shown in the drawing), which can be selected from among the known. It can be a centrifugal pump, fan, cyclone, etc.
Устройство изготавливают следующим образом. Задавшись давлением и видом газа, подаваемого на вход сопла, исходя из законов термогазодинамики определяют геометрические размеры сопла, обеспечивающего адиабатическое охлаждение газа до такой степени, чтобы обеспечить его переход в жидкую фазу. Затем вычисляют место расположения в сопле области, где будет начинаться процесс конденсации капель. Вычислив скорость газа в этой области и величину центробежного ускорения, определяют место установки кольцевой щели по соотношению L = V•τ, где L - расстояние от точки росы (начало конденсации) до места установки щели, V - скорость газа, τ - время перемещения капель жидкости от оси потока до стенок сопла под действием центробежных сил. The device is made as follows. Given the pressure and type of gas supplied to the nozzle inlet, based on the laws of thermogasdynamics, the geometric dimensions of the nozzle are determined, which ensures adiabatic cooling of the gas to such an extent as to ensure its transition to the liquid phase. Then calculate the location in the nozzle of the area where the process of condensation of the drops will begin. Having calculated the gas velocity in this region and the value of centrifugal acceleration, the location of the installation of the annular gap is determined by the relation L = V • τ, where L is the distance from the dew point (the beginning of condensation) to the location of the installation of the gap, V is the gas velocity, and τ is the time of droplet movement fluid from the axis of the flow to the walls of the nozzle under the action of centrifugal forces.
Таким образом, предложенное устройство в таком виде, как оно представлено на чертеже и охарактеризовано в формуле изобретения, пригодно для сжижения любых газов, но учитывая, что температуры фазового перехода "газ - жидкость" различны для разных газов, то геометрические размеры аппарата и расположение отдельных узлов будет определяться расчетным путем на основе известных знаний. Thus, the proposed device in the form as shown in the drawing and characterized in the claims is suitable for liquefying any gases, but given that the gas-liquid phase transition temperatures are different for different gases, the geometric dimensions of the apparatus and the location of individual nodes will be determined by calculation based on known knowledge.
Устройство работает следующим образом. Закрученный газовый поток под давлением подается на вход форкамеры 1 и проходит со сверхзвуковой скоростью в сопло 2. В результате адиабатического расширения газ охлаждается и на некотором расстоянии от кристаллического сечения сопла начинается процесс конденсации жидкой фазы. Под воздействием центробежных сил сконденсировавшиеся капли будут отбрасываться к стенкам сопла 2 с образованием на них слоя жидкой фазы, которая будет проходить в кольцевую щель 4, образованную стенками сопла и стенками полого конуса 3, и поступать в приемник сжиженного газа. The device operates as follows. The swirling gas stream under pressure is supplied to the inlet of the prechamber 1 and passes at a supersonic speed into the nozzle 2. As a result of adiabatic expansion, the gas cools and a condensation of the liquid phase begins at a certain distance from the crystal section of the nozzle. Under the influence of centrifugal forces, the condensed droplets will be discarded to the walls of the nozzle 2 with the formation of a layer of the liquid phase on them, which will pass into the annular gap 4 formed by the walls of the nozzle and the walls of the hollow cone 3 and enter the liquefied gas receiver.
Пример 1. Устройство для сжижения метана. Задавшись температурой фазового перехода - 161,56oC и давлением газа на входе 200 атм, были определены геометрические размеры устройства: диаметр форкамеры 120 мм, диаметр критического сечения сопла 10 мм, длина сопла 1000 мм, стенки сопла спрофилированы в соответствии с уравнением:
где F* - площадь критического сечения сопла;
F - площадь сечения сопла в произвольной точке;
M - число Маха;
where F * is the critical sectional area of the nozzle;
F is the nozzle cross-sectional area at an arbitrary point;
M is the Mach number;
На основании расчета было определено, что конденсация жидкой фазы начнется на расстоянии 60 мм от критического сечения сопла (точка росы), а сконденсировавшиеся капли достигнут стенок сопла на расстоянии 600 мм от точки росы. Соответственно, полый конус был установлен в сопле так, что кольцевая щель, образованная стенками сопла и конуса, находилась в расчетном месте. Based on the calculation, it was determined that the condensation of the liquid phase will begin at a distance of 60 mm from the critical section of the nozzle (dew point), and the condensed droplets will reach the nozzle walls at a distance of 600 mm from the dew point. Accordingly, the hollow cone was installed in the nozzle so that the annular gap formed by the walls of the nozzle and cone was in the calculated place.
Claims (1)
Priority Applications (11)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98118852A RU2137065C1 (en) | 1998-10-16 | 1998-10-16 | Device for liquefaction of gas |
| US09/418,867 US6372019B1 (en) | 1998-10-16 | 1999-10-15 | Method of and apparatus for the separation of components of gas mixtures and liquefaction of a gas |
| EP99948628A EP1131588B1 (en) | 1998-10-16 | 1999-10-15 | Method and Apparatus for liquefying a gas |
| PCT/CA1999/000959 WO2000023757A1 (en) | 1998-10-16 | 1999-10-15 | Vortex tube for liquefaction and separation of components in a gas mixture |
| DE69915098T DE69915098T2 (en) | 1998-10-16 | 1999-10-15 | Method and device for liquefying a gas |
| AT99948628T ATE260454T1 (en) | 1998-10-16 | 1999-10-15 | METHOD AND DEVICE FOR LIQUIDIFYING A GAS |
| EA200100449A EA002780B1 (en) | 1998-10-16 | 1999-10-15 | Method and apparatus for separation gas mixture components and liquefaction therefor |
| CA002286509A CA2286509C (en) | 1998-10-16 | 1999-10-15 | Method of and apparatus for the separation of components of gas mixtures and liquefaction of a gas |
| AU61845/99A AU750712B2 (en) | 1998-10-16 | 1999-10-15 | Method and Apparatus for the Separation of Components of Gas Mixtures and Liquefaction of a Gas |
| BR9915550-8A BR9915550A (en) | 1998-10-16 | 1999-10-15 | Vortex tube for liquefaction and separation of components in a gas mixture |
| NO20011893A NO20011893L (en) | 1998-10-16 | 2001-04-17 | Swirl tubes for liquefying and separating components in a gas mixture |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98118852A RU2137065C1 (en) | 1998-10-16 | 1998-10-16 | Device for liquefaction of gas |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2137065C1 true RU2137065C1 (en) | 1999-09-10 |
Family
ID=20211358
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU98118852A RU2137065C1 (en) | 1998-10-16 | 1998-10-16 | Device for liquefaction of gas |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2137065C1 (en) |
-
1998
- 1998-10-16 RU RU98118852A patent/RU2137065C1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1131588B1 (en) | Method and Apparatus for liquefying a gas | |
| RU2229922C2 (en) | Nozzle, inertial separator and method of supersonic separation of component | |
| RU2348871C1 (en) | Plant for gas liquation and separation | |
| AU2002338824B2 (en) | Cyclonic fluid separator with vortex generator in inlet section | |
| US4504285A (en) | Separation of condensible vapors from gas mixtures | |
| EA014604B1 (en) | Cyclonic separator for degassing liquid and a method for degassing a fluid mixture | |
| Cutler et al. | High frequency pulsed injection into a supersonic duct flow | |
| US3528217A (en) | Supersonic flow separator with film flow collector | |
| RU2167374C1 (en) | Device for gas liquefaction | |
| RU2137065C1 (en) | Device for liquefaction of gas | |
| US3528218A (en) | Supersonic flow separator with admixing | |
| RU2133137C1 (en) | Device for separation of gas mixture components | |
| Schnerr | Unsteadiness in condensing flow: dynamics of internal flows with phase transition and application to turbomachinery | |
| WO2015057109A1 (en) | A multicomponent mixture separation device and a nozzle channel for the same | |
| RU2139479C1 (en) | Method of liquefaction of gas | |
| RU2139480C1 (en) | Method of separation of gas mixture components | |
| RU2143654C1 (en) | Method for separation of gaseous mixture components | |
| Lamanna et al. | Supercritical fluid injection: An experimental study | |
| US3446189A (en) | Apparatus for flash-evaporating liquids | |
| Beylich | Molecular Kinetic Approach to the Modeling of Condensation | |
| Verma et al. | Study on restricted shock separation phenomena in rocket nozzles | |
| Ozkan et al. | Unsteady features of a supersonic jet approaching to a passage on a plate | |
| Deich et al. | Nonequilibrium Two-Phase Flows at High Velocities | |
| Koh et al. | Size Prediction of Spray Drops Disintegrated From Subcooled Liquid Sheet in Condensable Environment | |
| Murugan et al. | CHARACTERISTICS OF COMPRESSIBLE VORTICES NEAR THE WALL: A NUMERICAL STUDY |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE Effective date: 20110922 |
|
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20121001 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20161017 |