RU2162361C1 - Method of removing fine dropping liquid from gases - Google Patents
Method of removing fine dropping liquid from gases Download PDFInfo
- Publication number
- RU2162361C1 RU2162361C1 RU2000101602A RU2000101602A RU2162361C1 RU 2162361 C1 RU2162361 C1 RU 2162361C1 RU 2000101602 A RU2000101602 A RU 2000101602A RU 2000101602 A RU2000101602 A RU 2000101602A RU 2162361 C1 RU2162361 C1 RU 2162361C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- coarse
- liquid
- porous
- filter
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способам очистки газов от капельной жидкости и может быть использовано для очистки сжатых газов и воздуха на компрессорных станциях от компрессорного масла, а также для подготовки природных и попутных нефтяных газов на промыслах к дальнему транспорту в нефтегазодобывающей отрасли промышленности. The invention relates to methods for purifying gases from a dropping liquid and can be used to purify compressor gases and air at compressor stations from compressor oil, as well as for preparing natural and associated petroleum gases in oil fields for long-distance transport in the oil and gas industry.
Известен способ очистки газов от капельной жидкости путем центробежного осаждения капель в циклонах, с последующей коалесценцией уловленной капельной жидкости и ее оттеканием в систему слива (В.Страус, Промышленная очистка газов, Москва, "Химия", глава 6, с. 292, 1981, 616 с.). Недостатком способа является малая эффективность улавливания тонкодисперсных капель жидкости E диаметром d < 5 мкм, поскольку коэффициент осаждения столь мелких капель, определяемый центробежным эффектом, пропорционален d2. Например, для капель с диаметром менее 1 мкм эффективность улавливания составляет менее 60%, а при d < 0,5 мкм величина эффективности E < 15% (В.Страус, Промышленная очистка газов, Москва, "Химия", глава 6, с. 292, 1981, 616 с; П.Райст, Аэрозоли, Москва, "Мир", глава 7, с. 100, 1987, 280 с.).A known method of purification of gases from a droplet liquid by centrifugal precipitation of droplets in cyclones, followed by coalescence of the trapped droplet liquid and its outflow into the drainage system (V. Straus, Industrial gas cleaning, Moscow, "Chemistry", chapter 6, S. 292, 1981, 616 p.). The disadvantage of this method is the low capture efficiency of fine liquid droplets E with a diameter d <5 μm, since the deposition coefficient of such small droplets, determined by the centrifugal effect, is proportional to d 2 . For example, for droplets with a diameter of less than 1 μm, the capture efficiency is less than 60%, and for d <0.5 μm, the efficiency is E <15% (V. Straus, Industrial Gas Treatment, Moscow, Chemistry, chapter 6, p. 292, 1981, 616 s; P. Raist, Aerosols, Moscow, Mir, chap. 7, p. 100, 1987, 280 p.).
Известен способ очистки газов от капельной жидкости путем пропускания газа через пакет наклоненных, пористоячеистых, многослойных, металлических пластин, осаждения капель на их высокоразвитой поверхности с последующей коалесценцией уловленной жидкости и ее оттеканием в систему слива (патент Российской Федерации, Устройство для разделения гетерофазных систем, N 2065317, кл. B 01 D 45/04, БИ N 23, с. 138, 20.08.1996). Недостатком способа является малая эффективность улавливания тонкодисперсных капель диаметром (1= 0,1-5 мкм, обрастание пористоячеистых, многослойных, металлических пластин вязкими компонентами уловленной жидкости в условиях пониженных температур, что приводит к существенному возрастанию их аэродинамического сопротивления, а также значительный вторичный унос капель накопленной жидкости. A known method of cleaning gases from a droplet liquid by passing gas through a packet of inclined, porous, multilayer, metal plates, depositing drops on their highly developed surface, followed by coalescence of the trapped liquid and its outflow into the drainage system (patent of the Russian Federation, Device for separating heterophasic systems, N 2065317, CL B 01 D 45/04, BI N 23, p. 138, 08.20.1996). The disadvantage of this method is the low capture efficiency of fine droplets with a diameter of (1 = 0.1-5 μm, fouling of porous, multilayer, metal plates with viscous components of the trapped liquid at low temperatures, which leads to a significant increase in their aerodynamic drag, as well as a significant secondary ablation of drops accumulated fluid.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является способ очистки газов от тонкодисперсной капельной жидкости путем пропускания газового потока через пакет фильтроэлементов из лиофильного, токопроводящего, многослойного фильтрматериала, их непрерывного самоочищения оттеканием уловленной и коалесцированной капельной жидкости с фильтрующей поверхности в систему ее слива и осуществления дополнительной регенерации многослойного фильтрматериала токонагревом (патент Российской Федерации, Устройство для разделения гетерофазных систем, N 2105595, кл. B 01 D 46/00, 19/00, Бюл. N 6, С.180, 27.02.1998). Недостатком способа является малая эффективность улавливания тонкодисперсных капель в диапазоне размеров от 0,1 до 5 мкм (E < 60%), а также вторичный унос капель при скрубировании потоком газа накопленной жидкости в результате коалесцирования уловленных капель. The closest to the invention in technical essence and the achieved effect is a method of purifying gases from finely divided dropping liquid by passing a gas stream through a packet of filter elements from a lyophilic, conductive, multilayer filter material, their continuous self-cleaning by draining the trapped and coalesced dropping liquid from the filter surface into the system of its discharge and the implementation of additional regeneration of the multilayer filter material by current heating (patent of the Russian Federation, Device in heterophase systems for the separation, N 2105595, cl. B 01 D 46/00, 19/00, Bul. N 6, p.180, 27.02.1998). The disadvantage of this method is the low collection efficiency of fine droplets in the size range from 0.1 to 5 μm (E <60%), as well as the secondary ablation of droplets when scrubbing the accumulated liquid by a gas flow as a result of coalescing of the trapped droplets.
Техническим результатом данного изобретения является разработка способа очистки газов от тонкодисперсной капельной жидкости, обеспечивающего увеличение эффективности улавливания тонкодисперсных капель и непрерывную регенерацию фильтроэлементов, а также практическое исключение вторичного уноса капель уловленной жидкости потоком газа и его вторичное загрязнение. The technical result of this invention is the development of a method for cleaning gases from fine droplet liquid, which provides an increase in the efficiency of capture of fine droplets and continuous regeneration of filter elements, as well as the practical elimination of secondary entrainment of droplets of trapped liquid by a gas stream and its secondary pollution.
Технический результат достигается тем, что в способе очистки газов от тонкодисперсной капельной жидкости путем пропускания газового потока через пакет фильтроэлементов из лиофильного, токопроводящего, многослойного фильтрматериала, их непрерывного самоочищения при оптимальном угле оттекания уловленной и коалесцированной капельной жидкости с фильтрующей поверхности в систему ее слива и осуществления дополнительной регенерации многослойного фильтрматериала токонагревом, газовый поток одновременно разделяют и пропускают через пакет параллельных фильтроэлементов, высокоэффективное улавливание тонкодисперсных капель и их коалесценцию осуществляют на фронтальной поверхности тонкопористого слоя, нанесенного без разрывов пористой структуры на грубопористый слой токопроводящего, мембранного многослойного фильтрматериала при лобовой скорости очистки U = Q/S = 30-300 см/с с непрерывным отводом газом на тыльную по ходу потока внешнюю поверхность грубопористого слоя уловленной жидкости и ее последующим оттеканием в систему слива при отношении скоростей тангенциальной скорости течения газа вдоль грубопористой поверхности на выходе из фильтроэлемента к лобовой скорости очистки газа V/U ≅ 25, где Q - объемный расход газа, S - геометрическая площадь фронтальной поверхности пакета фильтроэлементов. The technical result is achieved by the fact that in the method of purification of gases from finely divided droplet liquid by passing a gas stream through a packet of filter elements from a lyophilic, conductive, multilayer filter material, their continuous self-cleaning at the optimum angle of outflow of the captured and coalesced droplet liquid from the filter surface into the system for its discharge and implementation additional regeneration of the multilayer filter material by current heating, the gas stream is simultaneously separated and passed through parallel filter elements, highly efficient capture of finely dispersed droplets and their coalescence is carried out on the front surface of a finely porous layer deposited without breaking the porous structure on a coarse-porous layer of a conductive, membrane multilayer filter material with a frontal cleaning speed of U = Q / S = 30-300 cm / s with continuous removal gas to the rear surface of the coarse-porous layer of the trapped liquid and flowing back into the drainage system at a ratio of tangential velocities scab gas flow along the coarse-porous surface at the outlet of the filter to a gas purification frontal velocity V / U ≅ 25, wherein Q - volumetric flow rate of gas, S - geometric area front surface of filter pack.
Образованные при распылении потоком газа накопленной жидкости грубодисперсные капли улавливают в центробежном сепараторе с последующим отводом коалесцированной грубодисперсной капельной жидкости в систему ее слива. Coarse dispersed droplets formed during atomization by a gas stream are collected in a centrifugal separator, followed by removal of a coalesced coarse droplet liquid into its discharge system.
Кроме того, при регистрации относительного увеличения газодинамического сопротивления пакета фильтроэлементов газовому потоку ΔPt/ΔP ≥ 6, осуществляют последовательно дополнительную регенерацию каждого фильтроэлемента одновременным импульсным токонагревом тонкопористого и грубопористого слоев лиофильного, токопроводящего, мембранного фильтрматериала до температуры, меньшей температуры разложения капельной жидкости, где ΔP и ΔPt - сопротивление пакета фильтроэлементов до и после улавливания капельной жидкости соответственно при неизменной скорости лобовой очистки газа.In addition, when registering a relative increase in the gas-dynamic resistance of the filter element pack to the gas flow ΔP t / ΔP ≥ 6, sequentially additional regeneration of each filter element is carried out by simultaneous pulse current heating of the finely porous and coarse-porous layers of lyophilic, conductive, membrane filter material to a temperature lower than the temperature of decomposition of the droplet liquid, where ΔP and ΔP t is the resistance of the packet of filter elements before and after trapping the droplet liquid, respectively, at constant speed of frontal gas cleaning.
Помимо последовательной регенерации каждого отдельного фильтроэлемента для ускорения процесса регенерации при регистрации относительного увеличения газодинамического сопротивления пакета фильтроэлементов газовому потоку ΔPt/ΔP ≥ 6, осуществляют их одновременную дополнительную регенерацию одновременным импульсным токонагревом тонкопористого и грубопористого слоев лиофильного, токопроводящего, мебранного фильтрматериала до температуры, меньшей температуры разложения капельной жидкости.In addition to the sequential regeneration of each individual filter element in order to accelerate the regeneration process when registering a relative increase in the gas-dynamic resistance of the filter element package to the gas flow ΔP t / ΔP ≥ 6, they are simultaneously regenerated simultaneously by pulsed current heating of the finely porous and coarse-porous layers of the lyophilic, conductive, furniture filter temperature to a lower temperature material decomposition of a droplet liquid.
Использование мембранного, многослойного, лиофильного и токопроводящего фильтрматериала с фронтальным по ходу газового потока тонкопористым, селективным слоем, нанесенным на грубопористый армирующий слой согласно изобретениям авторов (А.В.Загнитько и др., патент Российской Федерации, Способ получения многослойного металлического фильтрующего материала, N 2044090, БИ, N 26, с. 204, 1995; А.В.Загнитько и др., патент Российской Федерации, Способ изготовления многослойного фильтрующего материала, N 2070873, БИ, N 36, с. 162, 1996), позволяет осуществить более высокую по сравнению с прототипом очистку газа от тонкодисперсных капель жидкости с эффективностью E = 99,5 - 99,99995% и, соответственно, с кратностью очистки C=2·102-2·106 (в зависимости от типа материала). При этом газодинамическое сопротивление пакетов фильтроэлементов по прототипу и данному изобретению практически совпадают.The use of a membrane, multilayer, lyophilic and conductive filter material with a finely porous, selective layer deposited on the coarse-porous reinforcing layer according to the inventions of the authors (A.V. Zagnitko et al., Russian Federation patent, Method for producing a multilayer metal filter material, N 2044090, BI, N 26, p. 204, 1995; A.V. Zagnitko et al., Patent of the Russian Federation, A method of manufacturing a multilayer filter material, N 2070873, BI, N 36, p. 162, 1996), allows for more high compared with the prototype, I need to purify gas from finely divided liquid droplets with an efficiency of E = 99.5 - 99.99995% and, accordingly, with a cleaning ratio of C = 2 · 10 2 -2 · · 10 6 (depending on the type of material). In this case, the gas-dynamic resistance of the filter elements packages according to the prototype and this invention practically coincide.
Скорость лобовой фильтрации U, рассчитанную по формуле U = Q/S, варьируют в интервале от 30 до 300 см/с, поскольку было установлено, что при использовании мебранного, многослойного, лиофильного и токопроводящего фильтрматериала с фронтальным по ходу газового потока тонкопористым, селективным слоем, нанесенным на грубопористый армирующий слой, эффективность улавливания тонкодисперсных капель с размером от 0,1 до 5 мкм не только не уменьшается с возрастанием лобовой скорости очистки от 30 до 300 см/с, а, наоборот, величина E возрастает с увеличением скорости U как для предфильтров с эффективностью очистки более 99,5%, так и для фильтров тонкой очистки с E ~ 99,99995%. Этот результат обусловлен влиянием зацепления аэрозольных частиц и инерционного механизма захвата столь мелких капель в извилистых и шероховатых порах тонкопористой структуры селективного слоя с высокоразвитой фильтрующей поверхностью (удельная поверхность ~ 50-200 м/г, диаметр пор тонкопористого слоя варьируют от 1 до 5 мкм, а грубопористой структуры - от 15 до 40 мкм, в зависимости от типа многослойного фильтрматериала и требований к степени очистки). The frontal filtration rate U, calculated by the formula U = Q / S, varies in the range from 30 to 300 cm / s, since it was found that when using a furniture, multilayer, lyophilic and conductive filter material with a finely porous, selective layer frontal along the gas flow deposited on a coarse-porous reinforcing layer, the capture efficiency of fine droplets with a size of 0.1 to 5 μm not only does not decrease with an increase in the frontal cleaning rate from 30 to 300 cm / s, but, conversely, the value of E increases with increasing orosti U prefilters for a removal efficiency of more than 99.5%, and for the fine filters with an E ~ 99,99995%. This result is due to the influence of the engagement of aerosol particles and the inertial mechanism of capture of such small droplets in the winding and rough pores of the finely porous structure of the selective layer with a highly developed filter surface (specific surface is ~ 50-200 m / g, the pore diameter of the finely porous layer varies from 1 to 5 microns, and coarse-porous structure - from 15 to 40 microns, depending on the type of multilayer filter material and the requirements for the degree of purification).
Использование мембранного, многослойного, лиофильного и токопроводящего фильтрматериала с фронтальным по ходу газового потока тонкопористым, селективным слоем, нанесенным на грубопористый армирующий слой, позволяет осуществлять регенерацию уловленной и коалесцированной капельной жидкости не только за счет ее оттекания с фильтрующего материала под действием силы тяжести и капиллярных сил, но и за счет продавливания уловленной жидкости аэродинамическим давлением газа в грубопористую структуру, ее выдавливания на тыльную (по ходу газового потока) фронтальную поверхность грубопористого слоя и последующим непрерывным оттеканием коалесцированной жидкости в систему слива. В случае незначительного грубодисперсного распыления коалесцированной жидкости с тыльной поверхности грубопористого слоя, вследствие ее скруббирования потоком газа, улавливание вторичных грубодисперсных капель осуществляют за счет использования центробежного-инерционного эффекта в циклонах, поверхностно-вихревых сепараторах или импакторах с непрерывным отводом накопленной жидкости в систему ее слива. The use of a membrane, multilayer, lyophilic and conductive filter material with a finely porous, selective layer deposited on a coarse-porous reinforcing layer upstream of the gas stream allows the regeneration of trapped and coalesced droplet liquid not only due to its outflow from the filter material under the action of gravity and capillary forces , but also due to the forcing of the trapped liquid by the aerodynamic pressure of the gas into the coarse-porous structure, its extrusion to the back (along the gas new flow) the front surface of the coarse-porous layer and the subsequent continuous outflow of coalesced liquid into the drainage system. In the case of insignificant coarse dispersion of coalesced liquid from the back surface of the coarse-porous layer, due to its scrubbing with a gas stream, secondary coarse-dispersed droplets are captured by using the centrifugal-inertial effect in cyclones, surface-vortex separators or impactors with continuous removal of the accumulated liquid into its system.
Оптимальные условия регенерации-очищения фильтрматериала от уловленной жидкости газовым потоком осуществляют при лобовой скорости очистки газа U= 30-300 см/с. При скорости очистки U < 30 см/с имеет место заполнение пор фильтрматериала жидкостью и существенное возрастание его сопротивления (более чем в 7-10 раз), поскольку при малой скорости течения газа его аэродинамическое давление не позволяет осуществлять эффективное удаление жидкости с фронтальной поверхности селективного тонкопористого слоя. При скорости очистки газа U > 300 см/с имеет место эффективное удаление жидкости с фронтальной поверхности тонкопористого селективного слоя и ее выдавливание на тыльную поверхность грубопористого слоя. Однако в этом случае имеет место тонкодисперсное диспергирование уловленной жидкости с образованием капель диаметром d ~ 0,5 - 3 мкм. Это недопустимо, поскольку капли столь мелких размеров неэффективно улавливают в центробежных сепараторах. The optimal conditions for the regeneration and purification of the filter material from the trapped liquid by the gas stream are carried out at a frontal gas cleaning rate of U = 30-300 cm / s. At a cleaning rate of U <30 cm / s, the pores of the filter material are filled with liquid and their resistance increases significantly (by more than 7-10 times), because at a low gas flow rate its aerodynamic pressure does not allow the effective removal of liquid from the front surface of the selective finely porous layer. At a gas cleaning rate of U> 300 cm / s, there is an effective removal of liquid from the front surface of the finely porous selective layer and its extrusion onto the back surface of the rough porous layer. However, in this case, finely dispersed dispersion of the captured liquid takes place with the formation of droplets with a diameter of d ~ 0.5 - 3 μm. This is unacceptable, since droplets of such small sizes are not efficiently captured in centrifugal separators.
Для обеспечения высокой производительности по объемному расходу фильтруемого газа используют, как правило, компактную упаковку фильтроэлементов с развитой поверхностью: цилиндрические свечи или звездочки, прямоугольные каналы, гофрированные пластины и т.п. В результате после очистки газовый поток движется внутри фильтроэлемента вдоль его тыльной фильтрующей поверхности, а величина тангенциальной скорости течения газа V вдоль поверхности возрастает по мере приближения к выходному сечению фильтроэлемента и может существенно превышать значения лобовой скорости его очистки U. В этом случае возможно появление неустойчивого движения уловленной жидкости на тыльной фильтрующей поверхности и ее частичное распыление. При использовании фильтроэлемента с развитой поверхностью на основе лиофильного, токопроводящего, многослойного, мембранного фильтрматерила возможен срыв жидкости с образованием капель, вследствие тангенциального движения очищенного газа вдоль грубопористого слоя и возмущения пленочного течения уловленной жидкости в устьях пор и на его тыльной поверхности. Этот эффект является нежелательным, а образование тонкодисперсных капель диаметром d ~ 0,1-3 мкм с их последующим уносом является недопустимым. Однако при отношении скоростей тангенциальной скорости течения газа вдоль тыльной, грубопористой поверхности лиофильного, многослойного, токопроводящего, мембранного материала на выходе из фильтроэлемента к лобовой скорости очистки газа V/U ≅ 25, распыление жидкости незначительно по массовой нагрузке, а тонкодисперсные капли диаметром менее 3 мкм практически не образуются. В случае диспергирования грубодисперсных капель с малой массовой концентрацией их улавливание осуществляют в центробежном сепараторе с последующей коалесценцией капель и отводом накопленной жидкости в систему слива. To ensure high productivity in the volumetric flow rate of the filtered gas, as a rule, compact packaging of filter elements with a developed surface is used: cylindrical candles or sprockets, rectangular channels, corrugated plates, etc. As a result, after cleaning, the gas flow moves inside the filter element along its rear filter surface, and the tangential velocity of the gas flow V along the surface increases as it approaches the output section of the filter element and can significantly exceed the value of the frontal speed of its cleaning U. In this case, an unstable movement may occur trapped liquid on the back filter surface and its partial spraying. When using a filter element with a developed surface based on a lyophilic, conductive, multilayer, membrane filter material, liquid breakdown is possible with the formation of droplets due to the tangential movement of the purified gas along the porous layer and perturbation of the film flow of the trapped liquid in the mouths of the pores and on its back surface. This effect is undesirable, and the formation of fine droplets with a diameter of d ~ 0.1-3 μm with their subsequent entrainment is unacceptable. However, with the ratio of the tangential velocity of the gas flow along the back, rough porous surface of the lyophilic, multilayer, conductive, membrane material at the outlet of the filter element to the frontal gas cleaning rate of V / U ≅ 25, the atomization of the liquid is insignificant in mass load, and fine droplets with a diameter of less than 3 μm practically do not form. In the case of dispersion of coarse droplets with a low mass concentration, they are collected in a centrifugal separator, followed by coalescence of the droplets and drainage of the accumulated liquid into the drainage system.
Тонкопористый слой наносится на грубопористое основание без разрывов пористой структуры, т. е. между тонкопористым и грубопористым слоями создают переходный слой, в котором осуществляют плавный переход тонкопористого распределения пор по размерам в грубопористое на длине, превышающей в 1,5 -4 средний размер пор грубопористого основания. В случае отсутствия переходного слоя и наличия дельта-образного разрыва в распределении пор по размерам тонкопористой и грубопористой структур существенно (дельта-образным скачком) возрастает сопротивление пакета фильтроэлементов (в 15-20 раз) при улавливании небольшего количества жидкости вследствие заполнения коалесцированными каплями межструктурного объема ("беспоровой полости") между "разорванными" слоями фильтрматериала. Это не позволяет использовать данный способ для очистки газов от тонкодисперсной капельной жидкости. The finely porous layer is applied to the coarse-porous base without breaking the porous structure, i.e., between the finely porous and coarse-porous layers a transition layer is created in which the finely porous pore size distribution is smoothly transformed into coarse-porous at a length exceeding 1.5-4 times the average porous porous size grounds. In the absence of a transition layer and the presence of a delta-shaped discontinuity in the pore size distribution of finely porous and coarse-porous structures, the resistance of the filter element pack increases significantly (by a delta-like jump) (by 15–20 times) when a small amount of liquid is trapped due to the filling of coalesced drops of interstructural volume “non-pore cavity”) between “torn” layers of filter material. This does not allow the use of this method for the purification of gases from a finely divided droplet liquid.
Таким образом, в отличие от прототипа за счет использования оптимальной структуры мембранных тонкопористого и грубопористого фильтрующих слоев, а также оптимального выбора лобовой скорости очистки газа и отношения скоростей V/U в данном изобретении имеет место не только эффективное улавливание тонкодисперсных капель, но и эффективная регенерация фильтрматериала как за счет оттекания жидкости под действием силы тяжести и капиллярных сил, так и за счет энергии сжатого газа, который продавливает уловленную и коалесцированную жидкость с селективного тонкопористого слоя в грубопористые поры, обуславливает дальнейшее конвективное, пленочное течение жидкости, ее перенос на тыльную фронтальную поверхность грубопористого слоя и последующий сброс жидкости в систему слива с возможным незначительным по массе диспергированием жидкости с образованием грубодисперсных капель диаметром более 10-50 мкм. Улавливание грубодисперсного распыла (вторичный унос) осуществляют путем центробежного осаждения капель в сепараторах (например, циклонах или импакторах), для которых эффективность улавливания грубодисперсных капель с диаметром более 10 мкм составляет E > 98-99%. При этом для целого ряда жидкостей, широко используемых в промышленности (гликоли, различные типы минеральных и растительных масел), эффективность улавливания тонкодисперсного тумана составляет E = 99,5 - 99,99995%, а сопротивление фильтроэлементов ΔPt в процессе длительной эксплуатации возрастает не более чем на 50-100% по сравнению с первоначальным сопротивлением фильтрматериала ΔP (до накопления жидкости) при лобовой скорости очистки U = 30-300 см/с, величины отношения скоростей V/U ≅ 25 и нормальной (комнатной) температуре.Thus, unlike the prototype, due to the use of the optimal structure of the fine-porous and coarse-porous membrane filter layers, as well as the optimal choice of the frontal gas purification rate and the V / U ratio, in this invention there is not only effective capture of fine droplets, but also effective regeneration of the filter material both due to the outflow of fluid under the action of gravity and capillary forces, and due to the energy of the compressed gas, which pushes the trapped and coalesced liquid with elektivnogo-porous layer into the pores of the coarse-porous, causes further convective, film flow of fluid, its transfer to the backside of the front surface of the coarse-porous layer and a subsequent fluid discharge in the drainage system with possible minor weight dispersing fluid to form a coarse droplet diameter of more than 10-50 microns. Coarse dispersion capture (secondary entrainment) is carried out by centrifugal precipitation of droplets in separators (for example, cyclones or impactors), for which the efficiency of coarse dispersed droplets with a diameter of more than 10 μm is E> 98-99%. Moreover, for a number of liquids widely used in industry (glycols, various types of mineral and vegetable oils), the efficiency of trapping fine mist is E = 99.5 - 99.99995%, and the resistance of filter elements ΔP t during long-term operation increases no more than by 50-100% compared with the initial resistance of the filter material ΔP (before liquid accumulation) at a frontal cleaning speed of U = 30-300 cm / s, the ratio of the velocities V / U ≅ 25 and normal (room) temperature.
Использование фильтроэлементов с большим газодинамическим сопротивлением (ΔPt/ΔP > 6) для высокоэффективной очистки газа от тонкодисперсной капельной жидкости не целесообразно вследствие большой механической нагрузки на фильтрматериал и, соответственно, большой вероятности его механического разрушения, а также существенных энергозатрат на преодоление большого сопротивления фильтроэлементов для поддержания высокой производительности по объемному расходу газа.The use of filter elements with high gas-dynamic resistance (ΔP t / ΔP> 6) for highly efficient gas purification from fine droplet liquid is not advisable due to the high mechanical load on the filter material and, accordingly, the high probability of its mechanical destruction, as well as significant energy consumption to overcome the high filter element resistance for maintaining high gas volumetric flow rates.
В условиях пониженных температур и, соответственно, увеличения динамической вязкости и коэффициента поверхностного натяжения уловленной жидкости, а также накопления жидкостей с большой динамической вязкостью (η ≥ 1-10 пуаз) или существенно загрязненных твердыми микропримесями аэродинамическое сопротивление фильтроэлементов может значительно возрастать так, что отношение ΔPt/ΔP ≥ 6. В этом случае осуществляют последовательно дополнительную регенерацию каждого фильтроэлемента путем одновременного, импульсного токонагрева тонкопористого и грубопористого слоев лиофильного, токопроводящего, мебранного фильтрматериала до температуры, меньшей температуры разложения уловленной капельной жидкости. При этом в некоторых случаях для уменьшения энергозатрат токонагрев отдельного фильтроэлемента первоначально осуществляют при лобовой скорости очистки U ~ 0 см/с. В результате нагревания фильтрматериала первоначально происходит разогрев уловленной и коалесцированной жидкости, уменьшение величины ее динамической вязкости, коэффициента поверхностного натяжения с частичным испарением, а далее имеет место оттекание жидкости под действием силы тяжести, капиллярных сил и аэродинамического давления потока сжатого газа.Under conditions of low temperatures and, accordingly, an increase in the dynamic viscosity and surface tension coefficient of the trapped liquid, as well as the accumulation of liquids with a high dynamic viscosity (η ≥ 1-10 poise) or aerodynamic drag of filter elements substantially contaminated with solid microimpurities, it can significantly increase so that the ratio ΔP t / ΔP ≥ 6. In this case, additional regeneration of each filter element is carried out sequentially by simultaneous, pulsed current heating of fine porosity the coarse and porous layers of lyophilic, conductive, furniture filter material to a temperature lower than the decomposition temperature of the trapped droplet liquid. Moreover, in some cases, to reduce energy consumption, current heating of an individual filter element is initially carried out at a frontal cleaning speed of U ~ 0 cm / s. As a result of heating the filter material, the trapped and coalesced liquid is initially heated, its dynamic viscosity, surface tension coefficient with partial evaporation decrease, and then the liquid flows out under the influence of gravity, capillary forces and aerodynamic pressure of the compressed gas stream.
Дополнительную и последовательную регенерацию каждого фильтроэлемента осуществляют без остановки процесса очистки газа, т.е. при регенерации отдельного фильтроэлемента газовый поток непрерывно очищают с помощью других параллельных фильтроэлементов. По прототипу такой процесс реализовать невозможно, так как газ пропускают через пакет последовательно установленных фильтроэлементов с увеличивающейся плотностью в структуре фильтрматериала по ходу потока. An additional and sequential regeneration of each filter element is carried out without stopping the gas purification process, i.e. during the regeneration of an individual filter element, the gas stream is continuously cleaned with other parallel filter elements. It is impossible to implement such a process according to the prototype, since gas is passed through a packet of successively installed filter elements with increasing density in the structure of the filter material along the flow.
Для ускорения процесса очистки фильтроэлементов в случае больших нагрузок или залпового сброса тонкодисперсной капельной жидкости при отношении ΔPt/ΔP ≥ 6, осуществляют дополнительную одновременную регенерацию всего пакета фильтроэлементов одновременным импульсным токонагревом тонкопористого и грубопористого слоев лиофильного, токопроводящего, мембранного фильтрматериала до температуры, меньшей температуры разложения капельной жидкости.To speed up the process of cleaning filter elements in case of heavy loads or volley discharge of finely dispersed droplet liquid with a ratio ΔP t / ΔP ≥ 6, additional simultaneous regeneration of the entire package of filter elements is carried out by simultaneous pulsed current heating of finely porous and coarse-porous layers of lyophilic, conductive, membrane filter material to a temperature lower than drip fluid.
На фиг. 1 приведена принципиальная схема осуществления способа очистки газов от тонкодисперсной капельной жидкости: патрубок ввода газа - 1, аппарат для очистки газа от тонкодисперсной капельной жидкости - 2, трубная доска - 3, пакет параллельных фильтроэлементов - 4, дифференциальный измеритель газодинамического сопротивления параллельных фильтроэлементов - 5, система оттекания и вывода уловленной и коалесцированой тонкодисперсной капельной жидкости - 6, емкость для слива жидкости из аппарата для очистки газа от тонкодисперсной капельной жидкости - 7, центробежный сепаратор (импактор) - 8, система оттекания и вывода уловленной и коалесцированной грубодисперсной капельной жидкости - 9, емкость для слива жидкости из центробежного сепаратора-импактора - 10, источник тока - 11, амперметр - 12, ключ подключения к источнику тока каждого фильтроэлемента последовательно или одновременно пакета фильтроэлементов, параллельно - 13. In FIG. 1 is a schematic diagram of an implementation of a method for purifying gases from a finely divided droplet liquid: a gas inlet pipe — 1, a device for purifying gas from a finely dispersed droplet liquid — 2, a tube plate — 3, a packet of parallel filter elements — 4, a differential meter of gas-dynamic resistance of parallel filter elements — 5, a system for draining and withdrawing trapped and coalesced fine droplet liquid - 6, a container for draining the liquid from the apparatus for cleaning gas from fine droplet liquid and - 7, a centrifugal separator (impactor) - 8, a system for outflow and withdrawal of trapped and coalesced coarse dispersed liquid - 9, a container for draining liquid from a centrifugal separator-impactor - 10, a current source - 11, an ammeter - 12, a key to connect to the source current of each filter element sequentially or simultaneously a packet of filter elements, in parallel - 13.
Фиг. 2 - схематичная структура лиофильного, токопроводящего, многослойного, мембранного фильтрматериала: фронтальная фильтрующая поверхность тонкопористого слоя - A, переходный пористый слой - B, грубопористый слой - C. FIG. 2 - schematic structure of the lyophilic, conductive, multilayer, membrane filter material: the front filtering surface of the finely porous layer is A, the transitional porous layer is B, the coarse porous layer is C.
Фиг. 3 - цилиндрический фильтроэлемент: лиофильный, токопроводящий, многослойный, мембранный фильтрматериал - 14, система оттекания и вывода уловленной и коалесцированной тонкодисперсной капельной жидкости - 15, наружный диаметр фильтроэлемента - D1, внутренний диаметр фильтроэлемента - D2, длина фильтроэлемента - L, геометрическая площадь выходного сечения фильтроэлемента на выходе газа - Sвых =π(D2)2/4, фронтальная поверхность тонкопористого слоя - S0 = πD1L, лобовая скорость очистки газа - U = Q0/S0, где Q0 - объемный расход газа через один фильтроэлемент, тангенциальная скорость течения газа вдоль грубопористой поверхности на выходе из фильтроэлемента - V = U ·S0/Sвых.FIG. 3 - a cylindrical filter element: lyophilic, conductive, multilayer, membrane filter material - 14, a system for outflow and withdrawal of captured and coalesced fine droplet liquid - 15, the outer diameter of the filter element - D 1 , the inner diameter of the filter element - D 2 , the length of the filter element - L, geometric area the output section of the filter in the gas outlet - S O = π (D 2) 2/4, the front surface of the fine-porous layer - S 0 = πD 1 L, frontal gas purification rate - U = Q 0 / S 0, where Q 0 - volumetric flow rate gas through one filter ent, the tangential velocity of the gas flow along the coarse-porous surface at the outlet of the filter element - V = U · S 0 / S O.
Способ осуществляют следующим образом. Газ с объемным расходом Q поступает через патрубок 1 (см. фиг. 1) в аппарат для очистки газа от тонкодисперсной капельной жидкости 2, в котором на трубной доске 3 установлен пакет параллельных фильтроэлементов 4 с лиофильным, токопроводящим, многослойным, мембранным фильтрматериалом с развитой поверхностью (см. фиг. 2 и фиг. 3). Газодинамическое сопротивление фильтроэлементов до ΔP и после ΔPt накопления жидкости в процессе очистки газа (с фиксированным расходом Q и лобовой скоростью U) измеряют дифференциальным манометром 5. Уловленную и коалесцированную тонкодисперсную капельную жидкость через систему оттекания и вывода 6 сливают в емкость 7. Грубодисперсные капли, образованные при диспергировании жидкости в устьях пор грубопористой структуры и на ее поверхности, улавливают за счет центробежного эффекта в центробежном сепараторе или импакторе 8 с последующим выводом через систему 9 коалесцированной грубодисперсной капельной жидкости в сливную емкость 10.The method is as follows. Gas with a volume flow Q passes through the pipe 1 (see Fig. 1) into the apparatus for cleaning gas from finely divided droplet liquid 2, in which a packet of parallel filter elements 4 with a lyophilic, conductive, multilayer, membrane filter material with a developed surface is installed on the tube plate 3 (see FIG. 2 and FIG. 3). The gas-dynamic resistance of the filter elements before ΔP and after ΔP t of liquid accumulation during gas purification (with a fixed flow rate Q and frontal velocity U) is measured by a differential pressure gauge 5. The trapped and coalesced fine droplet liquid is drained through the outflow and outlet system 6 into a container 7. Coarse droplets, formed by dispersing a liquid in the pore mouths of a coarse-porous structure and on its surface, is captured due to the centrifugal effect in a centrifugal separator or impactor 8 with subsequent the output through the system 9 of coalesced coarse droplet liquid into the drain tank 10.
Использование фильтроэлементов для очистки газа при увеличении отношения сопротивлений ΔPt/ΔP > 6 не целесообразно, так как существенно возрастают энергозатраты на поддержание расхода газа и механическая нагрузка на фильтроэлемент (перепад давления ΔPt > 1 - 3 атм в зависимости от типа фильтрматериала и величины лобовой скорости очистки), что может привести к его механическому разрушению при U > 200 см/с. Поэтому при увеличении отношения ΔPt/ΔP ≥ 6 дополнительную регенерацию осуществляют токонагревом от источника 11 путем импульсного пропускания тока одновременно через тонкопористый и грубопористый слои токопроводящего, мембранного фильтрматериала каждого фильтроэлемента 4 последовательно или, наоборот, одновременным импульсным пропусканием тока через тонкопористый и грубопористый слои мембранного, токопроводящего фильтрматериала одновременно каждого фильтроэлемента пакета 4 (одновременное, параллельное подключение). Ток нагрузки при фиксированном напряжении нагрузки Uнаг измеряют амперметром 12, а подключение к источнику тока 11 каждого фильтроэлемента последовательно или параллельно пакета фильтроэлементов осуществляют ключом переключения 13.The use of filter elements for gas purification with an increase in the resistance ratio ΔP t / ΔP> 6 is not advisable, since the energy consumption for maintaining the gas flow and the mechanical load on the filter element increase significantly (pressure drop ΔP t > 1 - 3 atm depending on the type of filter material and the value of the frontal cleaning rate), which can lead to its mechanical destruction at U> 200 cm / s. Therefore, when the ratio ΔP t / ΔP ≥ 6 is increased, additional regeneration is carried out by current heating from the source 11 by pulsing the current simultaneously through the finely porous and coarse-porous layers of the conductive, membrane filter material of each filter element 4 sequentially or, conversely, by simultaneously pulsing the current through the finely porous and coarse-porous membrane layers, conductive filter material at the same time for each filter element of package 4 (simultaneous, parallel connection). The load current at a fixed load voltage U ng is measured with an ammeter 12, and the connection to the current source 11 of each filter element in series or parallel to the filter element package is carried out with a switch key 13.
Последовательный нагрев фильтроэлементов осуществляют при плавном возрастании их сопротивления ΔPt, а также для экономии электроэнергии при скорости U ~ 0 см/с. В случае большой нагрузки по капельной жидкости ("залповый" выброс или жидкостная пробка) и, соответственно, быстрого нарастания отношения ΔPt/ΔP осуществляют одновременный импульсный токонагрев пакета параллельных фильтроэлементов.Sequential heating of the filter elements is carried out with a smooth increase in their resistance ΔP t , as well as to save electricity at a speed of U ~ 0 cm / s. In the case of a large load of dropping liquid ("volley" discharge or liquid plug) and, accordingly, a rapid increase in the ratio ΔP t / ΔP, simultaneous pulse current heating of a packet of parallel filter elements is carried out.
Температура нагревания фильтроматериала T не должна превышать температуру Tраз начала разложения уловленной и коалесцированной капельной жидкости. В случае T > Tраз возможны существенная коррозия пористой структуры продуктами разложения, а также интенсивное испарение жидкости с последующей конденсацией паров и образованием тумана тонкодисперсных капель диаметром d < 5 мкм, что недопустимо. Оптимальное значение температуры нагревания фильтрматериала составляет T ~ (0,3-0,8)·Tраз для целого ряда жидкостей, широко используемых в промышленности (этиленгликоль, ди-триэтиленгликоль, турбинное, компрессорное, растительное, веретенное, трансформаторное, машинное и кабельное масла). При этом имеет место существенное понижение динамической вязкости и коэффициента поверхностного натяжения уловленной капельной жидкости, что позволяет осуществить дополнительную регенерацию фильтроэлементов при ΔPt/ΔP ≥ 6 в случае пониженных температур газа {(-10)-(+5)oC}, накопления вязких жидкостей (например, глицерина или газового конденсата с вязкостью η ≥ 1 - 10 пуаз в зависимости от их температуры), а также жидкостей с большим содержанием твердых микропримесей, например оксидов железа (FexOy), солей NaCl и KCl в растворенном или зольном состоянии.The temperature of the heating of the filter material T should not exceed the temperature T times the onset of decomposition of the trapped and coalesced dropping liquid. In the case of T> T times , significant corrosion of the porous structure by decomposition products is possible, as well as intense evaporation of the liquid followed by condensation of vapors and the formation of a fine mist of droplets with a diameter of d <5 μm, which is unacceptable. The optimum temperature for heating the filter material is T ~ (0.3-0.8) · T times for a number of liquids widely used in industry (ethylene glycol, diethylene glycol, turbine, compressor, vegetable, spindle, transformer, machine and cable oils ) In this case, there is a significant decrease in the dynamic viscosity and the surface tension coefficient of the trapped droplet liquid, which allows additional regeneration of filter elements at ΔP t / ΔP ≥ 6 in the case of lowered gas temperatures {(-10) - (+ 5) o C}, accumulation of viscous liquids (for example, glycerol or gas condensate with a viscosity of η ≥ 1 - 10 poise depending on their temperature), as well as liquids with a high content of solid microimpurities, for example, iron oxides (Fe x O y ), NaCl and KCl salts in dissolved or ash comp yanii.
Высокоэффективное улавливание и коалесценцию тонокодисперсных капель осуществляют на фронтальной поверхности тонкопористого слоя, нанесенного без разрывов пористой структуры на грубопористый слой, токопроводящего, мембранного многослойного фильтрматериала при лобовой скорости очистки U = Q/S = 30 - 300 см/с (см. фиг. 3). Толщина тонкопористого слоя составляет (30 - 100) мкм; переходного слоя - (20 - 100) мкм; грубопористого основания - (500 - 5000) мкм; диаметр пор тонкопористого слоя варьируют от 1 до 5 мкм, а грубопористой структуры - от 15 до 40 мкм; пористость ~ 40-50% в зависимости от типа многослойного фильтрматериала и требований к степени очистки; величина эффективности улавливания тонкодисперсных капель диаметром d = 0,1-5 мкм составляет E = 99,5 - 99,99995% соответственно для предфильтров и фильтров тонкой очистки, что более чем в 50-5·105 раз превышает эффективность улавливания тонкодисперсных капель по прототипу при одинаковых значениях скорости U и сопротивления ΔP.
Между тонкопористым, селективным слоем A и грубопористым основанием C создают переходный слой B (см. фиг. 2) с целью неразрывного и плавного перехода тонкопористого распределения пор по размерам в грубопористое. Это позволяет осуществлять непрерывную регенерацию фильтрматериала под действием газодинамического давления газа и существенно уменьшить величину его сопротивления ΔPt в процессе накопления коалесцированной капельной жидкости и ее конвективного, пленочного течения к тыльной по ходу потока грубопористой поверхности. В случае отсутствия переходного слоя и наличия δ-разрыва в бимодальном распределении пор по размерам сопротивление фильтроэлемента значительно возрастает (в 15-20 раз) при незначительном накоплении уловленной и коалесцированной жидкости в промежутке между тонкопористой и грубопористой структурами, вследствие нарушения пленочного течения жидкости и возникновения "жидкостной пробки" перед грубопористой основой.Highly efficient capture and coalescence of finely dispersed droplets is carried out on the front surface of a finely porous layer deposited without breaking the porous structure on a coarse-porous layer, conductive, membrane multilayer filter material with a frontal cleaning rate of U = Q / S = 30 - 300 cm / s (see Fig. 3) . The thickness of the finely porous layer is (30 - 100) microns; transition layer - (20 - 100) microns; rough porous base - (500 - 5000) microns; the pore diameter of the finely porous layer varies from 1 to 5 microns, and the coarse-porous structure - from 15 to 40 microns; porosity ~ 40-50% depending on the type of multilayer filter material and requirements for the degree of purification; the efficiency of capture of fine droplets with a diameter of d = 0.1-5 microns is E = 99.5 - 99.99995%, respectively, for pre-filters and fine filters, which is more than 50-5 · 10 5 times higher than the efficiency of capture of fine droplets by the prototype with the same values of speed U and resistance ΔP.
A transition layer B (see Fig. 2) is created between the finely porous, selective layer A and the coarse-porous base C in order to inextricably and smoothly transfer the finely porous pore size distribution to coarse-porous. This allows continuous regeneration of the filter material under the influence of gas dynamic pressure of the gas and significantly reduces its resistance ΔP t during the accumulation of coalesced droplet liquid and its convective, film flow to the rear surface of the rough porous surface. In the absence of a transition layer and the presence of a δ-gap in the bimodal pore size distribution, the resistance of the filter element increases significantly (15–20 times) with a slight accumulation of trapped and coalesced liquid in the gap between the finely porous and coarse-porous structures, due to the violation of the film flow of the liquid and the occurrence of liquid plug "in front of a rough porous base.
Использование многослойного мембранного материала с фронтальным тонкопористым селективным слоем A на грубопористом армирующем основании C (см. фиг. 2) позволяет осуществлять его непрерывную регенерацию под действием аэродинамического давления газа, который продавливает уловленную и коалесцированную капельную жидкость через переходный слой B в грубопористую структуру, обуславливает дальнейшее ее пленочное течение в крупных порах с последующим конвективным выносом жидкости на тыльную часть поверхности грубопористой основы и оттеканием в систему ее слива 6 и 7 (см. фиг. 1). The use of a multilayer membrane material with a front finely porous selective layer A on a coarse-porous reinforcing base C (see Fig. 2) allows it to be continuously regenerated under the aerodynamic pressure of a gas, which forwards trapped and coalesced droplet liquid through the transition layer B into a coarse-porous structure, which leads to further its film flow in large pores with subsequent convective removal of fluid to the back of the surface of the rough pore base and flow we eat into the system of its discharge 6 and 7 (see Fig. 1).
Величина лобовой скорости очистки газа U = Q/S, где Q = n· Q0, S = n·S0, n - число параллельных фильтроэлементов 4 (см. фиг. 1), Q0 - объемный расход газа через один фильтроэлемент, S0 - геометрическая площадь фронтальной поверхности тонкопористого, селективного слоя фильтрматериала одного фильтроэлемента. В случае цилиндрического фильтроэлемента S0 = π D1 L (см. фиг. 3).The value of the frontal gas purification rate U = Q / S, where Q = n · Q 0 , S = n · S 0 , n is the number of parallel filter elements 4 (see Fig. 1), Q 0 is the volumetric gas flow through one filter element, S 0 is the geometric area of the front surface of a finely porous, selective layer of filter material of one filter element. In the case of a cylindrical filter element, S 0 = π D 1 L (see Fig. 3).
Эффективность улавливания тонкодисперсных капель при возрастании лобовой скорости очистки газа от 30 до 300 см/с не меняется или возрастает, что обусловлено зацеплением и инерционным осаждением столь мелких капель в извилистых порах селективного тонкопористого слоя с высокоразвитой поверхностью (50-200 м2/г). Диапазон скоростей U = 30- 300 см/с также является наиболее оптимальным для регенерации фильтрматериала под действием аэродинамического давления газа в порах, силы тяжести и капиллярных сил. При U < 30 см/с отношение сопротивлений до и после осаждения тонкодисперсных капель существенно возрастает и составляет ΔPt/ΔP = 7-10 при накоплении небольшого количества коалесцированной капельной жидкости, так как при малой скорости очистки не удается осуществить непрерывное пленочное течение жидкости в порах фильтрматериала и ее оттекание в систему слива, вследствие недостаточного газодинамического давления газа. При U > 300 см/с имеет место эффективная регенерация фильтрматериала, однако, вследствие диспергирования жидкости с устьев пор тыльной грубопористой поверхности и образования тонкодисперсного тумана с диаметром капель менее 5 мкм, увеличение лобовой скорости очистки газа более 300 см/с не целесообразно.The efficiency of trapping fine droplets with an increase in the frontal gas purification rate from 30 to 300 cm / s does not change or increases, which is due to the engagement and inertial deposition of such small droplets in the winding pores of a selective finely porous layer with a highly developed surface (50-200 m 2 / g). The speed range U = 30–300 cm / s is also the most optimal for the regeneration of the filter material under the action of aerodynamic gas pressure in the pores, gravity, and capillary forces. At U <30 cm / s, the ratio of resistances before and after the deposition of fine droplets significantly increases and amounts to ΔP t / ΔP = 7-10 with the accumulation of a small amount of coalesced droplet liquid, since at a low cleaning rate it is not possible to carry out a continuous film flow of liquid in the pores filter material and its outflow into the drainage system, due to insufficient gas-dynamic gas pressure. At U> 300 cm / s, there is an effective regeneration of the filter material, however, due to the dispersion of liquid from the mouths of the porous rough porous surface and the formation of fine mist with droplet diameter less than 5 μm, an increase in the frontal gas cleaning rate of more than 300 cm / s is not advisable.
При U ≅ 300 см/с первоначальное (без уловленной жидкости) газодинамическое сопротивление лиофильного, токопроводящего, фильтрующего материала с многослойной, мембранной структурой линейно зависит от скорости лобовой очистки и может быть рассчитано по формуле ΔP = U·ΔP0, где ΔP0 - газодинамическое сопротивление при U = 1 см/с. Увеличение лобовой скорости очистки более 300 см/с так же, как и в случае с регенерацией и последующим вторичным уносом, не целесообразно, поскольку линейная зависимость ΔP от U нарушается и сопротивление фильтрматериала от скорости нелинейно возрастает. Это обусловлено тем, что ламинарный режим течения газа в порах с высокоразвитой поверхностью мембранного многослойного фильтрматериала нарушается (число Рейнольдса Re > 1).At U ≅ 300 cm / s, the initial (without trapped liquid) gas-dynamic resistance of the lyophilic, conductive, filtering material with a multilayer membrane structure linearly depends on the speed of frontal cleaning and can be calculated by the formula ΔP = U · ΔP 0 , where ΔP 0 is the gas-dynamic resistance at U = 1 cm / s. An increase in the frontal cleaning speed of more than 300 cm / s in the same way as in the case of regeneration and subsequent secondary ablation is not advisable, since the linear dependence of ΔP on U is violated and the resistance of the filter material to speed increases nonlinearly. This is due to the fact that the laminar gas flow in pores with a highly developed surface of the membrane multilayer filter material is violated (Reynolds number Re> 1).
Пакет параллельных фильтроэлементов 4 в компактной сборке с развитой поверхностью используют для повышения производительности очистки больших объемов газа, а также для осуществления последовательной регенерации каждого фильтроэлемента токонагревом от источника 11. Развивают их фильтрующую поверхность путем создания фильтроэлементов в виде цилиндрических свечей и звездочек, гофрированных пластин, пирамид или параллелепипедов. В результате очищенный газ движется внутри фильтроэлемента тангенциально его тыльной фильтрующей поверхности V (см. фиг. 3). По мере приближения к выходу фильтроэлемента или к выходному сечению истечения газа из фильтроэлемента его тангенциальная скорость существенно возрастает. Это может приводить к дополнительному диспергированию жидкости с тыльной грубопористой поверхности и к загрязнению газа. Экспериментально для целого ряда жидкостей было установлено, что при отношении тангенциальной скорости течения газа вдоль грубопористой поверхности на выходе из фильтроэлемента к лобовой скорости очистки газа V/U ≅ 25, этот эффект минимален и возможно образование грубодисперсных капель малой концентрацией диаметром более 10 мкм. В этом случае при наличии высоких требований к степени очистки газа грубодисперсные капли улавливают в центробежном сепараторе 8 с непрерывным отводом коалесцированной жидкости в систему ее слива 9 и 10. A package of parallel filter elements 4 in a compact assembly with a developed surface is used to increase the cleaning performance of large volumes of gas, as well as for the successive regeneration of each filter element by current heating from the source 11. Develop their filter surface by creating filter elements in the form of cylindrical candles and stars, corrugated plates, pyramids or parallelepipeds. As a result, the purified gas moves inside the filter element tangentially to its rear filter surface V (see Fig. 3). As you approach the exit of the filter element or the exit section of the outflow of gas from the filter element, its tangential velocity increases significantly. This can lead to additional dispersion of the liquid from the back rough surface and to gas contamination. It was established experimentally for a number of liquids that, with the ratio of the tangential velocity of the gas flow along the rough porous surface at the outlet of the filter element to the frontal gas cleaning rate V / U ≅ 25, this effect is minimal and coarse-dispersed droplets with a small concentration of more than 10 μm in diameter can be formed. In this case, if there are high requirements for the degree of gas purification, coarse droplets are collected in a centrifugal separator 8 with a continuous discharge of coalesced liquid into its discharge system 9 and 10.
На практике отношение скоростей V/U рассчитывают по формуле V/U = Sвых/S0, где Sвых - геометрическая площадь выходного сечения фильтроэлемента на выходе газа (см. фиг. 3). В случае цилиндрического фильтроэлемента величина V/U = (D1)L/(D2)2, где L - длина цилиндра, a D1 и D2 - его внешний и внутренний диаметры соответственно.In practice, the ratio of speeds V / U is calculated by the formula V / U = S o / S 0 , where S o is the geometrical area of the outlet cross section of the filter element at the gas outlet (see Fig. 3). In the case of a cylindrical filter element, V / U = (D 1 ) L / (D 2 ) 2 , where L is the length of the cylinder, and D 1 and D 2 are its outer and inner diameters, respectively.
Пример осуществления способа. An example implementation of the method.
Очистку азота и воздуха от тонкодисперсной капельной жидкости диэтиленгликоля (ДЭГ) осуществляли при температуре около 20oC и абсолютном давлении от 2,5 до 50 атм. Динамическая вязкость ДЭГ при температуре 20oC и абсолютном давлении 1 атмосфера составляет η = 0,357 пуаз, а температура начала разложения Tраз = 164oC. Диаметр капель ДЭГ был равен d = 0,2 - 0,3 мкм, их массовая и счетная концентрация составляла около 1,5 г/м3 и 5·1013 частиц/м3; размер и счетную концентрацию частиц измеряли ультрамикроскопическим, нефелометрическим и электрозарядным методом по току переноса униполярнозаряженного аэрозоля; массовую концентрацию капель определяли весовым методом путем их отбора на аналитические стекловокнистые фильтры "Millipore" (А. В.Загнитько и др., О характеристике субмикронных аэрозолей, образующихся при тонком пневматическом диспергировании жидкости, Ж. Физической химии, т. 62, N 11, с. 3058, 1988).Purification of nitrogen and air from a finely divided drop liquid of diethylene glycol (DEG) was carried out at a temperature of about 20 o C and an absolute pressure of 2.5 to 50 atmospheres. The dynamic viscosity of DEG at a temperature of 20 o C and an absolute pressure of 1 atmosphere is η = 0.357 poise, and the temperature of the beginning of decomposition is T times = 164 o C. The diameter of the droplets of DEG was d = 0.2 - 0.3 μm, their mass and counting the concentration was about 1.5 g / m 3 and 5 · 10 13 particles / m 3 ; the size and concentration of particles was measured by the ultramicroscopic, nephelometric and electric charging method according to the transfer current of a unipolar-charged aerosol; the droplet mass concentration was determined by the gravimetric method by their selection on Millipore glass fiber analytical filters (A. V. Zagnitko et al., Characterization of submicron aerosols generated by thin pneumatic dispersion of a liquid, J. Physical Chemistry, vol. 62, No. 11, p. 3058, 1988).
Высокоэффективную очистку газов от тонкодисперсного тумана ДЭГ осуществляли путем пропускания потока аэрозоля через пакет из трех параллельных, цилиндрических фильтроэлементов с лиофильным, токопроводящим, мембранным, многослойным фильтроматериалом типа еК7.062.715. Данный материал был изготовлен на основе никеля; размер пор и толщина тонкопористого селективного слоя составляли около 3 и 80 мкм, а размер пор и толщина грубопористой основы - 16 и 3000 мкм соответственно (размеры пор определяли методом пузырька и ртутной порометрии); длина цилиндрического фильтроэлемента L = 160 мм; диаметры D1 = 40 мм и D2 = 34 мм; фронтальная площадь S0 = 200 см2; площадь выходного сечения Sвых = 9 см2; отношение S0/Sвых = 22; начальное сопротивление фильтроэлемента при U = 1 см/с составляло ΔP0 70 мм H2O; аэродинамическое сопротивление измерялось датчиками дифференциального давления типа "ОМ6" и "Сапфир-22 ДД" (см. фиг. 3).Highly effective gas purification from fine mist DEG was carried out by passing an aerosol stream through a packet of three parallel, cylindrical filter elements with a lyophilic, conductive, membrane, and multilayer filter material type eK7.062.715. This material was made on the basis of nickel; the pore size and thickness of the finely porous selective layer were about 3 and 80 microns, and the pore size and thickness of the coarse-porous base were 16 and 3000 microns, respectively (pore sizes were determined by the bubble method and mercury porosimetry); the length of the cylindrical filter element L = 160 mm; diameters D 1 = 40 mm and D 2 = 34 mm; frontal area S 0 = 200 cm 2 ; output cross-sectional area S o = 9 cm 2 ; the ratio of S 0 / S out = 22; the initial resistance of the filter element at U = 1 cm / s was ΔP 0 70 mm H 2 O; aerodynamic drag was measured by differential pressure sensors of the type "OM6" and "Sapphire-22 DD" (see Fig. 3).
Величина эффективности улавливания тонкодисперсных капель ДЭГ при лобовой скорости очистки U = 30 - 300 см/с составляла E = 99,99995% и практически не зависела от изменения величины U. Эффективность E измеряли фотометром аэрозолей "ФАН-A" и электрозарядным детектором по току переноса униполярнозаряженного аэрозоля ДЭГ. The efficiency of capture of finely dispersed DEG droplets at a frontal cleaning rate of U = 30–300 cm / s was E = 99.99995% and practically did not depend on a change in the value of U. The efficiency E was measured with a FAN-A aerosol photometer and an electric charge detector with a transfer current unipolarly charged aerosol deg.
При поддержании постоянной величины скорости U = (30-40), 96 и 300 см/с осуществляли эффективную, непрерывную регенерацию фильтроэлементов с постоянным оттеканием жидкости в систему ее слива под действием газодинамического давления газа и пленочного переноса жидкости, а также капиллярных сил и силы тяжести. Сопротивление фильтроэлементов в процессе первоначального накопления ДЭГ при скорости U = (30-40) см/с возросло на 100% и не более чем на 50% при U = 96 и 300 см/с, а далее практически не менялось в процессе длительной очистки воздуха или азота, т. е. величина ΔPt = const и отношение ΔPt/ΔP = 1,5 - 2 в зависимости от величины лобовой скорости очистки газа.Maintaining a constant velocity value U = (30-40), 96 and 300 cm / s, effective, continuous regeneration of filter elements with constant flow of liquid into the drainage system under the influence of gas dynamic pressure of the gas and film transfer of liquid, as well as capillary and gravity forces was carried out . The resistance of the filter elements during the initial accumulation of DEG at a speed of U = (30-40) cm / s increased by 100% and not more than 50% at U = 96 and 300 cm / s, and then remained practically unchanged during long-term air purification or nitrogen, i.e., the value ΔP t = const and the ratio ΔP t / ΔP = 1.5 - 2, depending on the magnitude of the frontal speed of gas purification.
При скорости U = (200 - 300) см/с и отношении V/U = 22 периодически наблюдали несущественное по массе грубодисперсное распыление жидкости с тыльной грубопористой поверхности фильтрматериала с диаметром капель более 10 мкм (вторичный унос). At a velocity of U = (200 - 300) cm / s and a ratio of V / U = 22, coarse dispersed liquid spraying was insignificant in mass from the back rough porous surface of the filter material with a droplet diameter of more than 10 μm (secondary ablation).
Грубодисперсные капли улавливали в центробежном сепараторе с спиральным, закручивающим элементом: длина элемента - 50 мм, диаметр - 8 мм, количество закруток газового потока - 4, ширина канала - 4 мм, скорость течения газа в канале - 60 м/с. Уловленные и коалесцированные капли непрерывно оттекали в систему слива. Coarse droplets were collected in a centrifugal separator with a spiral twisting element: element length - 50 mm, diameter - 8 mm, number of gas flow swirls - 4, channel width - 4 mm, gas flow velocity in the channel - 60 m / s. Trapped and coalesced drops continuously flowed into the drain system.
При использовании других никелевых фильтроэлементов (типа еК5.886.805 с E = 99,5% и ΔP0 = 7 мм H2O или еК5.886.805-03 с E = 99,99995% и ΔP0 = 22 мм H2O) были получены аналогичные данные по изменению эффективности очистки и сопротивления ΔPt, а также по регенерационным характеристикам фильтрматериалов в процессе улавливания, коалесцирования, накопления и оттекания тонкодисперсных капель ДЭГ.When using other nickel filter elements (type eK5.886.805 with E = 99.5% and ΔP 0 = 7 mm H 2 O or eK5.886.805-03 with E = 99.99995% and ΔP 0 = 22 mm H 2 O) were Similar data were obtained on the change in cleaning efficiency and resistance ΔP t , as well as on the regenerative characteristics of filter materials in the process of trapping, coalescing, accumulating and flowing out finely dispersed DEG drops.
Аналогичные результаты были получены с целым рядом других жидкостей, используемых для осушки газов (этиленгликоль, ди-триэтиленгликоль), для смазки изделий (турбинное, компрессорное, веретенное масла), в пищевой промышленности (растительное масло), в электротехнике (трансформаторное и кабельное масла). При этом варьирование абсолютного давления азота или воздуха от 2 до 50 атм практически не влияло на сопротивление и эффективность улавливания тонкодисперсных капель, поскольку динамическая вязкость различных газов слабо зависит от величины их абсолютного давления. Similar results were obtained with a number of other liquids used for drying gases (ethylene glycol, diethylene glycol), for lubricating products (turbine, compressor, spindle oils), in the food industry (vegetable oil), in electrical engineering (transformer and cable oils) . At the same time, a variation in the absolute pressure of nitrogen or air from 2 to 50 atm had practically no effect on the resistance and efficiency of capture of finely dispersed drops, since the dynamic viscosity of various gases weakly depends on the magnitude of their absolute pressure.
Пример осуществления способа с дополнительной регенерацией фильтрматериала токонагревом. An example implementation of the method with additional regeneration of the filter material by current heating.
Очистку технического азота от тонкодисперсной капельной жидкости глицерина осуществляли при температуре 25oC и абсолютном давлении около 3 атм. Динамическая вязкость глицерина при температуре 25 и 120oC равна η = 9,45 и 0,052 пуаз соответственно, а температура кипения с разложением Tраз = 290oC. Диаметр капель глицерина d ≈ 0,3 мкм, их массовая и счетная концентрация составляла около 1 г/м3 и 1013 частиц/м3; размер и счетную концентрацию капель измеряли ультрамикроскопическим, нефелометрическим и электрозарядным методом по току переноса униполярнозаряженного аэрозоля; массовую концентрацию капель определяли весовым методом путем их отбора на аналитические стекловокнистые фильтры "Millipore" (А.В.Загнитько и др., О характеристике субмикронных аэрозолей, образующихся при тонком пневматическом диспергировании жидкости, Ж. Физической химии, т. 62, N11, с. 3058, 1988).Purification of technical nitrogen from a finely divided drop liquid of glycerol was carried out at a temperature of 25 o C and an absolute pressure of about 3 atm. The dynamic viscosity of glycerol at a temperature of 25 and 120 o C is η = 9.45 and 0.052 poise, respectively, and the boiling point with decomposition is T times = 290 o C. The diameter of the droplets of glycerin is d ≈ 0.3 μm, their mass and counting concentration was about 1 g / m 3 and 10 13 particles / m 3 ; the size and concentration of droplets was measured by the ultramicroscopic, nephelometric and electric charging method according to the transfer current of a unipolar-charged aerosol; the droplet mass concentration was determined by the gravimetric method by their selection on Millipore glass fiber analytical filters (A.V. Zagnitko et al., On the Characterization of Submicron Aerosols Generated by Fine Pneumatic Liquid Dispersion, J. Physical Chemistry, vol. 62, N11, s 3058, 1988).
Высокоэффективную очистку азота от тонкодисперсного тумана глицерина осуществляли путем пропускания потока аэрозоля через пакет из трех параллельных цилиндрических фильтроэлементов с лиофильным, токопроводящим, мембранным, многослойным фильтроматериалом типа еК7.062.715-02. Данный материал был изготовлен на основе никеля; размер пор и толщина тонкопористого селективного слоя составляли около 4,5 и 60 мкм, а размер пор и толщина грубопористой основы - 16 и 3000 мкм соответственно (размеры пор определяли методом пузырька и ртутной порометрии); длина цилиндрического фильтроэлемента L = 160 мм; диаметр D1 = 40 мм и D2 = 34 мм; фронтальная площадь S0 = 200 см2; площадь выходного сечения Sвых = 9 см2; отношение S0/Sвых = 22; начальное сопротивление фильтроэлемента при лобовой скорости очистки U = 1 см/с составляло ΔP0 = 20 мм H2O; газодинамическое сопротивление измерялось датчиками дифференциального давления типа "ОМ6" и "Сапфир-22 ДД" (см. фиг. 3).Highly effective purification of nitrogen from fine mist of glycerol was carried out by passing an aerosol stream through a packet of three parallel cylindrical filter elements with a lyophilic, conductive, membrane, multilayer filter material type eK7.062.715-02. This material was made on the basis of nickel; the pore size and thickness of the finely porous selective layer were about 4.5 and 60 μm, and the pore size and thickness of the coarse-porous base were 16 and 3000 μm, respectively (pore sizes were determined by the bubble method and mercury porosimetry); the length of the cylindrical filter element L = 160 mm; diameter D 1 = 40 mm and D 2 = 34 mm; frontal area S 0 = 200 cm 2 ; output cross-sectional area S o = 9 cm 2 ; the ratio of S 0 / S out = 22; the initial resistance of the filter element at a frontal cleaning speed of U = 1 cm / s was ΔP 0 = 20 mm H 2 O; gas-dynamic resistance was measured by differential pressure sensors of the type "OM6" and "Sapphire-22 DD" (see Fig. 3).
Величина эффективности улавливания тонкодисперсных капель глицерина при лобовой скорости очистки U = 30 см/с составляла E = 99,5%, а при U = 300 см/с значение E = 99,9%. Эффективность E измеряли фотометром аэрозолей "ФАН-A" и электрозарядным детектором по току переноса униполярнозаряженного аэрозоля глицерина. The efficiency of capture of finely dispersed drops of glycerol at a frontal cleaning rate of U = 30 cm / s was E = 99.5%, and at U = 300 cm / s the value of E = 99.9%. Efficiency E was measured by a FAN-A aerosol photometer and an electric charge detector by the transfer current of a unipolar-charged glycerol aerosol.
При поддержании постоянной величины скорости U = 30 и 96 см/с наблюдалась непрерывная регенерация фильтроэлементов с частичным оттеканием глицерина в систему слива под действием газодинамического давления газа и пленочного переноса жидкости, а также капиллярных сил и силы тяжести. Однако вследствие существенной вязкости глицерина при температуре 25oC (η = 9,45 пуаз) отношение сопротивлений ΔPt/ΔP постепенно возрастало. При достижении величины 
Аналогичный результат имел место при параллельном подключении пакета трех фильтроэлементов с общим электрическим сопротивлением около 0,01 Ом одновременно к трансформатору тока 11 при напряжении нагрузки 0,6 В. За время прогрева 7 мин отношение ΔPt/ΔP = 6 уменьшилось в 4 раза, т.е. после дополнительной регенерации токонагревом величина ΔPt/ΔP = 1,5.
При скорости U = 300 см/с и отношении V/U = 22 периодически наблюдали несущественное грубодисперсное распыление глицерина с тыльной грубопористой поверхности фильтрматериала с диаметром капель более 10 мкм (вторичный унос).A similar result occurred when a packet of three filter elements with a total electrical resistance of about 0.01 Ohms was connected in parallel to a current transformer 11 at a load voltage of 0.6 V. During the heating time of 7 min, the ratio ΔP t / ΔP = 6 decreased by 4 times, t .e. after additional regeneration by current heating, ΔP t / ΔP = 1.5.
At a speed of U = 300 cm / s and a ratio of V / U = 22, insignificant coarse dispersion of glycerol was periodically observed from the back coarse-porous surface of the filter material with a droplet diameter of more than 10 μm (secondary entrainment).
Грубодисперсные капли улавливали в центробежном сепараторе с спиральным, закручивающим элементом: длина элемента - 50 мм, диаметр - 8 мм, количество закруток газового потока - 4, ширина канала - 4 мм, скорость течения газа в канале - 60 м/с. Уловленные и коалесцированные капли непрерывно оттекали в систему слива. Coarse droplets were collected in a centrifugal separator with a spiral twisting element: element length - 50 mm, diameter - 8 mm, number of gas flow swirls - 4, channel width - 4 mm, gas flow velocity in the channel - 60 m / s. Trapped and coalesced drops continuously flowed into the drain system.
Сравнение данного изобретения и прототипа показывает, что разработанный способ позволяет осуществить более эффективную (в 50-5·105 раз) очистку газа от тонкодисперсной капельной жидкости и непрерывную регенерацию фильтроэлементов за счет оптимального выбора лиофильного, токопроводящего, мембранного, многослойного фильтрматериала, использования газодинамического давления газа, капиллярных сил, силы тяжести и нагревания накопленной, коалесцированной жидкости, а также практически исключить загрязнение очищенного газа уловленной капельной жидкостью при ее вторичном уносе газовым потоком.Comparison of this invention and the prototype shows that the developed method allows for more efficient (50-5 · 10 5 times) gas purification from finely divided dropping liquid and continuous regeneration of filter elements due to the optimal choice of lyophilic, conductive, membrane, multilayer filter material, the use of gas dynamic pressure gas, capillary forces, gravity and heating of the accumulated, coalesced liquid, as well as virtually eliminate the pollution of the purified gas trapped drops hydrochloric liquid when it is re-entrainment by the gas flow.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000101602A RU2162361C1 (en) | 2000-01-26 | 2000-01-26 | Method of removing fine dropping liquid from gases |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000101602A RU2162361C1 (en) | 2000-01-26 | 2000-01-26 | Method of removing fine dropping liquid from gases |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2162361C1 true RU2162361C1 (en) | 2001-01-27 |
Family
ID=20229688
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2000101602A RU2162361C1 (en) | 2000-01-26 | 2000-01-26 | Method of removing fine dropping liquid from gases |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2162361C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2460045C1 (en) * | 2011-03-31 | 2012-08-27 | Общество с ограниченной ответственностью "ТюменНИИгипрогаз" | Detector for monitoring droplet entrainment |
| RU2480269C1 (en) * | 2011-11-17 | 2013-04-27 | Илшат Минуллович Валиуллин | Method of coalescing fluid drops in gas flow |
| RU2652217C2 (en) * | 2013-11-27 | 2018-04-25 | Атлас Копко Эйрпауэр Н.В. | Coalescence filter |
-
2000
- 2000-01-26 RU RU2000101602A patent/RU2162361C1/en active
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2460045C1 (en) * | 2011-03-31 | 2012-08-27 | Общество с ограниченной ответственностью "ТюменНИИгипрогаз" | Detector for monitoring droplet entrainment |
| RU2480269C1 (en) * | 2011-11-17 | 2013-04-27 | Илшат Минуллович Валиуллин | Method of coalescing fluid drops in gas flow |
| RU2652217C2 (en) * | 2013-11-27 | 2018-04-25 | Атлас Копко Эйрпауэр Н.В. | Coalescence filter |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0208515B1 (en) | Filter process and filters therefor | |
| CA1060354A (en) | Fiber bed separator and method for separation of aerosols from gases without re-entrainment | |
| US3791105A (en) | Method and apparatus for separating oil from a mixture of oil and a gaseous fluid | |
| RU2657902C2 (en) | High-capacity coalescing filtering medium and its application | |
| US4759782A (en) | Coalescing filter for removal of liquid aerosols from gaseous streams | |
| EP0102344A2 (en) | Mist separator | |
| KR100348168B1 (en) | Combination of filter and electrostatic separator | |
| CN107847815A (en) | For removing the piece-rate system of the solid particle and both drops that are suspended in another liquid simultaneously | |
| WO2001085348A2 (en) | Electrostatic precipitator with grounded stainless steel collector electrode and method of using same | |
| CN101721875A (en) | Oil, water and solid multi-phase separation method for natural gas | |
| CA2718947A1 (en) | Cyclone | |
| CA2619154A1 (en) | Woven electrostatic oil precipitator element | |
| RU2162361C1 (en) | Method of removing fine dropping liquid from gases | |
| CN208626831U (en) | A kind of industrial waste gas purification device | |
| KR970000366B1 (en) | Device for separating multiple component fluids | |
| RU2117514C1 (en) | Cone-shaped porous filter element and filter components | |
| Agranovski et al. | Removal of aerosols by bubbling through porous media | |
| CN2576316Y (en) | Novel bag-type composite duster | |
| JP5084576B2 (en) | Mist filter | |
| Morris et al. | The influence of dust and gas properties on cake adhesion in fabric filters | |
| RU2203125C1 (en) | Separator for finely-dispersed dropping liquid | |
| EP1199095B1 (en) | Device for the separation of liquid and/or solid pollutants entrained by gaseous streams | |
| CN205109106U (en) | Water separator is taken off in oil coalescence | |
| RU2163163C1 (en) | Device for separation of finely-dispersed dropping liquid from gas flow | |
| US3339351A (en) | Apparatus for removing liquid particles in a gas stream |