RU2355462C2 - Method of direct-flow separation of gas flows from solid and liquid impurities - Google Patents

Method of direct-flow separation of gas flows from solid and liquid impurities Download PDF

Info

Publication number
RU2355462C2
RU2355462C2 RU2007114991/15A RU2007114991A RU2355462C2 RU 2355462 C2 RU2355462 C2 RU 2355462C2 RU 2007114991/15 A RU2007114991/15 A RU 2007114991/15A RU 2007114991 A RU2007114991 A RU 2007114991A RU 2355462 C2 RU2355462 C2 RU 2355462C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
channel
impurities
gas
flow
nozzle
Prior art date
Application number
RU2007114991/15A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2007114991A (en
Inventor
Валерий Борисович Хотяков (RU)
Валерий Борисович Хотяков
Юрий Михайлович Циркунов (RU)
Юрий Михайлович Циркунов
Илья Евгеньевич Капранов (RU)
Илья Евгеньевич Капранов
Original Assignee
Валерий Борисович Хотяков
Юрий Михайлович Циркунов
Илья Евгеньевич Капранов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Валерий Борисович Хотяков, Юрий Михайлович Циркунов, Илья Евгеньевич Капранов filed Critical Валерий Борисович Хотяков
Priority to RU2007114991/15A priority Critical patent/RU2355462C2/en
Publication of RU2007114991A publication Critical patent/RU2007114991A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2355462C2 publication Critical patent/RU2355462C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
  • Separating Particles In Gases By Inertia (AREA)

Abstract

FIELD: treatment facilities.
SUBSTANCE: invention is designed for purifying gas flows from solid and liquid impurities in industrial systems and installations. The method implies passing a gas flow with impurities through a channel, separating it into the purified gas which is removed to the channel periphery and a concentrated bundle of impurities which is withdrawn from the channel through an offtake branch. Two or more convergent nozzle insertions are fitted in the channel sequentially, their configuration, size and relative position are defined on the basis of a gas-dynamic calculation of the flow passage made with the help of the application package for computer simulation of two-phase media flow FLUENT according to the required separation efficiency for different types and sizes of the impurities. A slope angle of the convergent nozzle entries amounts to 10°-30°. The nozzle insertions are coaxial to the channel or set with sequentially cross shift from the axis to the periphery.
EFFECT: it is provided for the purification of gas flows with wide range of initial gas flow parametres almost without speed and pressure losses, and basing on the method the development of devices to be integrated into the existing continuous manufacturing lines without the process flowchart alteration.
4 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к способам очистки газовых потоков в каналах от примесей в виде твердых частиц, капель и текущей по стенкам канала жидкой пленки. Оно может быть использовано в промышленных системах и устройствах очистки газов, применяющихся в нефтяной, газовой, машиностроительной, пищевой отраслях промышленности, при производстве порошковых материалов и других отраслях промышленности.The present invention relates to methods for cleaning gas streams in channels from impurities in the form of solid particles, droplets and a liquid film flowing along the channel walls. It can be used in industrial systems and gas purification devices used in the oil, gas, engineering, food industries, in the production of powder materials and other industries.

Известен способ аэродинамической очистки воздушных сред от пыли, аэродинамический пылеулавливающий модуль и установка аэродинамической очистки воздушных сред (далее «Способ аэродинамической очистки…») (патент РФ №2100052, кл. B01D 45/04). «Способ аэродинамической очистки…» предназначен для очистки от пыли воздуха. Он включает подачу загрязненного воздуха в полость аэродинамического концентратора пыли, в который соосно установлен пылеотделительный блок в виде конически или клиновидно сходящейся системы круглых или линейчатых элементов, через боковые зазоры между которыми осуществляется вывод очищенного воздуха, траектории движения пылевых частиц искривляют в сторону оси симметрии и многократно квантовано переводят пылевые частицы от слоя к слою в пределах каждой смежной пары элементов, затем пыль направляют в бункер, входящий в бункер воздух вместе с пылью отводят в газоход, следующий за пылеотделительным блоком. Рассматриваемый «Способ аэродинамической очистки…» имеет следующие недостатки:A known method of aerodynamic cleaning of air from dust, aerodynamic dust removal module and installation of aerodynamic cleaning of air (hereinafter referred to as the "Method of aerodynamic cleaning ...") (RF patent No. 2100052, class B01D 45/04). "The method of aerodynamic cleaning ..." is intended for cleaning air dust. It includes the supply of polluted air to the cavity of the aerodynamic dust concentrator, into which the dust separation unit is coaxially mounted in the form of a conically or wedge-shaped converging system of round or ruled elements, through the lateral gaps between which the purified air is discharged, the dust particle paths bend towards the axis of symmetry and repeatedly dust particles are quantized from layer to layer within each adjacent pair of elements, then the dust is sent to the hopper, the air entering the hopper place the dust is removed in a flue, following the dust separation unit. The considered "Method of aerodynamic cleaning ..." has the following disadvantages:

- «Способ…» рассматривает вариант реализации очистки воздуха от твердых примесей (пыли) и не рассматривает очистку от капель и жидкой примеси, текущей по стенкам тракта в виде пленки.“The Method ...” is considering the implementation of air purification from solid impurities (dust) and does not consider the cleaning of drops and liquid impurities flowing along the walls of the tract in the form of a film.

- «Способ…» основан на чрезмерной схематизации течения и умозрительных представлениях о поведении двухкомпонентной смеси (несущего газа (воздуха) и примесей твердых частиц) в сужающемся пылесборнике. Предложенная геометрия кольцевых вставок, показанная на фиг.2 и 3 в «Описании изобретения», представляет собой плохообтекаемую конфигурацию, которая неизбежно приведет к отрыву потока и возникновению протяженной зоны сильно завихренного возвратно-циркуляционного течения между элементами пылеотделительного блока. При турбулентном характере течения в трубопроводе, который практически всегда реализуется в реальных условиях, геометрия отрывной зоны будет неустойчивой, вследствие чего будет происходить выброс сепарируемых примесей через зазоры между вставками в «очищенную» часть газового потока, и такой процесс будет повторяться по всей длине пылесборника. При реализации описанного способа степень очистки воздушной среды существенно зависит от размера дисперсных включений, что делает данный способ неэффективным и фактически неприменимым для многих практических задач.- “The method ...” is based on excessive schematization of the flow and speculative ideas about the behavior of a two-component mixture (carrier gas (air) and particulate matter impurities) in a tapering dust bag. The proposed geometry of the annular inserts, shown in figure 2 and 3 in the "Description of the invention", is a poorly streamlined configuration, which will inevitably lead to separation of the flow and the emergence of an extended zone of a highly swirling back-circulation flow between the elements of the dust separation unit. With the turbulent nature of the flow in the pipeline, which is almost always realized under real conditions, the geometry of the separation zone will be unstable, as a result of which the separated impurities will be ejected through the gaps between the inserts into the “cleaned” part of the gas stream, and this process will be repeated along the entire length of the dust collector. When implementing the described method, the degree of purification of the air environment substantially depends on the size of the dispersed inclusions, which makes this method inefficient and practically not applicable to many practical problems.

- «Способ…» не предусматривает возможности очистки высокоскоростных потоков технических газов, движущихся в магистральных трубопроводах или технологических устройствах при больших давлениях.- “Method ...” does not provide for the possibility of cleaning high-speed flows of technical gases moving in main pipelines or technological devices at high pressures.

Известен также способ, реализованный в изобретении «Прямоточный сепаратор» (патент РФ №2079342, кл. B01D 45/04), в котором сепарация осуществляется пропусканием потока газа со взвешенной в нем примесью через трубу с одним коаксиальным соплом с последующим направлением потока примесей в разделительный изогнутый патрубок. Основными недостатками Прямоточного сепаратора являются:There is also known a method implemented in the invention "In-line separator" (RF patent No. 2079342, class B01D 45/04), in which the separation is carried out by passing a gas stream with an impurity suspended in it through a pipe with one coaxial nozzle, followed by the direction of the impurity stream into the separation bent pipe. The main disadvantages of the In-Line Separator are:

- При предложенной одноступенчатой системе сепарации вместе с примесями из канала движения удаляется значительная часть очищаемого газа (примерно четверть, как следует из приведенного в описании «Прямоточного сепаратора» отношения площадей входного сечения патрубка к площади внутреннего сечения корпуса сепаратора), что в ряде случаев совершено недопустимо, например, при очистке горючего или взрывоопасного газа, движущегося в магистральных трубопроводах под большим давлением, а также в большинстве непрерывных технологических процессов.- With the proposed single-stage separation system, along with impurities, a significant part of the gas to be cleaned is removed from the motion channel (about a quarter, as follows from the ratio of the inlet section of the nozzle to the inner section of the separator body given in the description of the “Direct-flow separator”), which in some cases is unacceptable , for example, when cleaning combustible or explosive gas moving in main pipelines under high pressure, as well as in most continuous technological processes s.

Отсутствие аэродинамического расчета течения запыленного потока в сепараторе и предложенная «на глазок» конфигурация сопла и патрубка не позволяют дать оценку размерам и доли сепарируемых пылесборником частиц и, следовательно, судить об эффективности сепаратора для существенно более высоких скоростей, имеющих место в реальных магистральных газопроводах, и частиц, размер которых выходит за рамки очень узкого диапазона, приведенного в описании.The absence of an aerodynamic calculation of the flow of a dusty stream in the separator and the proposed “by eye” configuration of the nozzle and nozzle do not allow us to estimate the size and proportion of particles separated by the dust collector and, therefore, to judge the effectiveness of the separator for significantly higher velocities that occur in real gas pipelines, and particles whose size is beyond the very narrow range given in the description.

Ближайшим аналогом предлагаемого способа является способ прямоточной сепарации газовых потоков от твердых и жидких примесей, описанный в патенте GB 1101062, кл. B01D 45/04, "Apparatus and Method for Separating Particles from Flow of Fluid" («Устройство и способ сепарирования частиц из потока»). Сепарация осуществляется путем пропускания газового потока с примесями через сужающееся и расширяющееся сопло с расположенными в нем соосными вставками (сепарирующими элементами), разделением очищенного газа и выводом его на периферию потока без изменения основного направления движения и фокусировкой потока примесей в центре сопла с последующим выводом его через специальный отвод, при этом вставки в направлении потока имеют резкое сужение и плавное расширение, каждая из вставок находится внутри другой (фиг.4, 7 и 12 в описании патента), очищенный газ отводится в зазоры между вставками, представляющие собой протяженные кольцевые каналы. Как можно заключить из приведенных в патенте описания и спецификации, способ имеет следующие недостатки:The closest analogue of the proposed method is a direct-flow separation of gas streams from solid and liquid impurities, described in patent GB 1101062, class. B01D 45/04, "Apparatus and Method for Separating Particles from Flow of Fluid" ("Device and Method for Separating Particles from a Flow"). Separation is carried out by passing a gas stream with impurities through a narrowing and expanding nozzle with coaxial inserts (separating elements) located in it, separating the purified gas and bringing it to the periphery of the stream without changing the main direction of movement and focusing the impurity stream in the center of the nozzle with its subsequent discharge through a special tap, while the inserts in the flow direction have a sharp narrowing and smooth expansion, each of the inserts is inside the other (Figs. 4, 7 and 12 in the patent description), o The cleaned gas is discharged into the gaps between the inserts, which are extended annular channels. As can be concluded from the descriptions and specifications given in the patent, the method has the following disadvantages:

- Резкое сужение сопла на входе (угол наклона контура входной части к оси сопла достигает 80-90 градусов) и значительное уменьшение площади поперечного сечения во входной части (в несколько раз) приведет при использовании способа для сепарации высокоскоростных потоков (10 м/с и более) к отражению большой доли (до 75%) частиц от стенок сужающейся части сопла и возникновению интенсивного поперечного и даже встречного потоков частиц, что в свою очередь повлечет существенно неравномерное распределение их векторов скоростей на входе в расширяющуюся часть, в которой расположены сепарирующие элементы, значительно снизив эффективность сепарации в результате попадания частиц в кольцевые каналы между ставками.- A sharp narrowing of the nozzle at the inlet (the angle of inclination of the contour of the inlet to the axis of the nozzle reaches 80-90 degrees) and a significant decrease in the cross-sectional area in the inlet (several times) will result when using the method for separating high-speed flows (10 m / s or more ) to the reflection of a large fraction (up to 75%) of particles from the walls of the tapering part of the nozzle and the appearance of intense transverse and even opposing particle flows, which in turn will entail a substantially uneven distribution of their velocity vectors at the entrance to the expanding a portion in which there are separating elements greatly reducing the separation efficiency as a result of contact with particles in the annular channels between rates.

- Расположение вставок, когда каждая вставка находится внутри другой, а между ними имеются узкие кольцевые каналы, может привести к существенной неравномерности газового потока на выходе из устройства и значительным потерям на трение в каналах. Это не столь важно, если целью сепарации является сбор примеси для последующего ее использования. Однако это существенный недостаток, если целью является очистка высокоскоростного газового потока с наименьшими потерями энергии.- The location of the inserts, when each insert is inside the other, and between them there are narrow annular channels, can lead to significant unevenness of the gas flow at the outlet of the device and significant friction losses in the channels. This is not so important if the purpose of the separation is to collect the impurity for its subsequent use. However, this is a significant drawback if the goal is to clean the high-speed gas stream with the least energy loss.

Описания всех названных патентов РФ приведены в прилагаемых копиях. Для патента GB 1101062 прилагаются копии фигур 4, 7 и 12.Descriptions of all named patents of the Russian Federation are given in the attached copies. For patent GB 1101062 attached copies of figures 4, 7 and 12.

Задачей заявляемого изобретения являлась разработка способа разделения газового потока, движущегося в канале с большой скоростью, и разнообразных содержащихся в нем примесей (твердых частиц, капель и жидкой пленки, текущей по стенкам канала) с последующим выведением сконцентрированного потока примесей за пределы канала и без изменения основного направления движения газового потока после его очистки. Разработанный способ является технологичным и эффективным по степени очистки и пригоден для газовых сред с любыми свойствами, включая агрессивные, горючие и взрывоопасные (например, водород).The task of the invention was to develop a method for separating a gas stream moving in a channel with high speed and various impurities contained therein (solid particles, droplets and a liquid film flowing along the walls of the channel), followed by removing a concentrated stream of impurities outside the channel and without changing the main direction of gas flow after cleaning it. The developed method is technological and efficient in terms of purification and is suitable for gaseous media with any properties, including aggressive, combustible and explosive (for example, hydrogen).

Сущность предлагаемого способа осуществления прямоточной сепарации газовых потоков от твердых и жидких примесей состоит в пропускании газового потока с примесями через канал 1 (см. фиг.1-4), в котором последовательно, одна за другой, установлены специально спрофилированные сужающиеся сопловые вставки 2 (сепарирующие элементы), обеспечивающие фокусировку инерционных примесей в узкий пучок внутри канала (достигается сжатие поперечного сечения потока с примесями до величины менее 1% от площади исходного тракта) и одновременный вывод очищенного газа на периферию канала. Сфокусированный поток примеси выводится через боковую стенку канала с помощью специального отводного патрубка 3. В сепараторе и после него поток газа сохраняет свое первоначальное направление движения. Особенностью формы сопловых вставок является плавное сужение входных частей их внутренних каналов и резкое расширение выходных частей. Точная форма сопловых вставок, их размеры, количество и взаимное расположение определяются в результате газодинамического проектирования тракта сепаратора, которое учитывают размеры исходного канала и особенности движения газа и примесей (плотность, вязкость, температуру газа; режим течения: ламинарный или турбулентный; размер и физические свойства дисперсных включений, скорость потока). Газодинамический расчет тракта осуществляется с использованием широко известного универсального пакета прикладных программ для моделирования течений FLUENT. Цель проектирования - обеспечение заданных технических требований, которые, в частности, включают:The essence of the proposed method for direct-flow separation of gas streams from solid and liquid impurities consists in passing a gas stream with impurities through channel 1 (see Figs. 1-4), in which specially profiled tapering nozzle inserts 2 (separating elements) that ensure focusing of inertial impurities into a narrow beam inside the channel (compression of the cross section of the flow with impurities to less than 1% of the area of the original path is achieved) and the gas on the periphery of the channel. The focused impurity stream is discharged through the side wall of the channel using a special branch pipe 3. In and after the separator, the gas stream retains its original direction of movement. A feature of the shape of the nozzle inserts is a smooth narrowing of the input parts of their internal channels and a sharp expansion of the output parts. The exact shape of the nozzle inserts, their size, number and relative position are determined as a result of gas-dynamic design of the separator path, which takes into account the size of the original channel and the characteristics of the movement of gas and impurities (density, viscosity, gas temperature; flow regime: laminar or turbulent; size and physical properties dispersed inclusions, flow rate). The gas-dynamic calculation of the path is carried out using the well-known universal application package for flow modeling FLUENT. The design goal is to provide specified technical requirements, which, in particular, include:

- минимизацию габаритных размеров сепаратора;- minimizing the overall dimensions of the separator;

- обеспечение требуемой степени очистки газового потока от частиц из заданного диапазона размеров;- providing the required degree of purification of the gas stream from particles from a given size range;

- минимизацию объема газа, выводимого из потока вместе с примесью;- minimization of the volume of gas discharged from the stream along with the impurity;

- минимизацию потерь скорости и давления газа при прохождении сепаратора.- minimization of gas velocity and pressure losses during the passage of the separator.

Предлагаемый способ подтвержден детальными расчетами полей параметров двухфазного потока, а также экспериментально. Предусматривается обеспечение отрыва текущей по стенкам канала жидкой пленки с дроблением на капли.The proposed method is confirmed by detailed calculations of the parameter fields of a two-phase flow, as well as experimentally. It is envisaged to ensure separation of the liquid film flowing along the channel walls with crushing into droplets.

Профилирование контуров сопловых вставок 2, а также выбор их размеров, взаимного расположения и количества производится исходя из условия недопущения возникновения протяженных отрывных зон с возвратно-циркуляционным движением газовой фазы, а также эффективного отвода очищенного газа в периферийную часть канала без интенсивного вихреобразования. Это обеспечивается приданием контурам сопловых вставок хорошо обтекаемой формы, выбором углов входа и выхода для потока газа с примесью и углов наклона внешних частей контуров к основному направлению течения. Авторами проведены расчеты движения примесей (частиц и жидких капель) различных фракций, различной физической плотности материала частиц и капель с газовым потоком и с профилированными сопловыми вставками. Показано, что предлагаемый способ обеспечивает высокую степень фокусировки потока примесей и, соответственно, высокую эффективность предлагаемого метода сепарации. Иллюстрирующие результаты расчетов представлены на фиг.1-3, на которых показаны траектории частиц различных размеров (соответственно диаметра 20, 100 и 1000 мкм) в цилиндрическом канале (трубе диаметра 100 мм) с сопловыми вставками. Видно, что данный способ обеспечивает эффективную фокусировку примеси в очень широком диапазоне размеров частиц. При газодинамическом проектировании проточного тракта сепаратора, реализующего данный способ для различных исходных данных (геометрических размеров исходного канала, скоростей потока, размеров дисперсных включений, плотностей вещества включений), выяснилось, что не существует универсального решения по конфигурации и расположению системы сопел, которое было бы одинаково эффективно для любых примесей. Расчет системы сопел сепаратора для каждого технологического процесса должен производиться в зависимости от конкретных геометрических и газодинамических параметров исходного потока (поперечный размер канала, скорость движения, давление, плотность) и примеси (плотность, размер, концентрация и т.д.). Простое линейное масштабирование оптимально спроектированного канала и сопловых вставок при неизменных параметрах двухфазного потока приводит к заметному снижению эффекта фокусировки примеси и степени очистки газового потока, что вызывает необходимость существенной корректировки всех геометрических характеристик тракта сепаратора. Предлагаемый способ может быть реализован как в виде соосной системы последовательных сопловых вставок (фиг.1-3), так и в виде последовательности вставок с постепенным поперечным смещением (фиг.4). Во всех случаях обеспечивается фокусировка потока примеси независимо от геометрии исходного канала. Сфокусированный поток примеси может быть эвакуирован из канала с помощью специального отвода 3, который также требует аэродинамического расчета, чтобы избежать его «забивания» частицами и снизить эрозионное воздействие выводимых примесей на стенки отвода.Profiling of the contours of the nozzle inserts 2, as well as the selection of their sizes, relative position and quantity, is based on the condition of preventing the formation of extended separation zones with the back-circulation movement of the gas phase, as well as the effective removal of the purified gas into the peripheral part of the channel without intensive vortex formation. This is ensured by giving the contours of the nozzle inserts a well streamlined shape, the choice of entry and exit angles for the gas flow with admixture, and the inclination angles of the external parts of the circuits to the main flow direction. The authors calculated the movement of impurities (particles and liquid droplets) of various fractions, different physical densities of the material of the particles and droplets with a gas stream and with profiled nozzle inserts. It is shown that the proposed method provides a high degree of focusing of the impurity flow and, accordingly, the high efficiency of the proposed separation method. Illustrative calculation results are presented in figures 1-3, which show the trajectories of particles of various sizes (respectively, diameters of 20, 100 and 1000 μm) in a cylindrical channel (pipe diameter of 100 mm) with nozzle inserts. It can be seen that this method provides effective focusing of the impurity in a very wide range of particle sizes. In the gas-dynamic design of the separator flow path that implements this method for various input data (geometric dimensions of the initial channel, flow rates, sizes of dispersed inclusions, densities of inclusion substances), it turned out that there is no universal solution for the configuration and location of the nozzle system that would be the same effective for any impurities. The calculation of the separator nozzle system for each technological process should be made depending on the specific geometric and gas-dynamic parameters of the initial flow (transverse channel size, speed, pressure, density) and impurities (density, size, concentration, etc.). A simple linear scaling of the optimally designed channel and nozzle inserts at constant parameters of the two-phase flow leads to a noticeable decrease in the effect of focusing the impurity and the degree of purification of the gas stream, which necessitates a substantial adjustment of all geometric characteristics of the separator path. The proposed method can be implemented both in the form of a coaxial system of sequential nozzle inserts (Figs. 1-3), and in the form of a sequence of inserts with a gradual lateral displacement (Fig. 4). In all cases, focusing of the impurity flux is ensured regardless of the geometry of the initial channel. The focused impurity flow can be evacuated from the channel using a special outlet 3, which also requires aerodynamic calculation in order to avoid its “clogging” by particles and to reduce the erosive effect of the removed impurities on the outlet walls.

Геометрические размеры и расположение сопловых вставок вдоль правильно спроектированного сепаратора удовлетворяют следующим пропорциям:The geometrical dimensions and location of the nozzle inserts along a properly designed separator satisfy the following proportions:

- минимальный внутренний диаметр первой ступени сепаратора выбирается из соотношения 1/2-2/3 диаметра исходного канала движения газа;- the minimum internal diameter of the first stage of the separator is selected from a ratio of 1 / 2-2 / 3 of the diameter of the initial channel of gas movement;

- минимальные внутренние диаметры последующих ступеней уменьшаются по геометрической прогрессии с коэффициентом 1,3-1,5;- the minimum internal diameters of subsequent steps are reduced exponentially with a coefficient of 1.3-1.5;

- угол наклона входной части каналов сопловых вставок находится в диапазоне 10-30°;- the angle of inclination of the inlet of the channels of the nozzle inserts is in the range of 10-30 °;

- расстояние между сопловыми вставками уменьшается пропорционально минимальному диаметру сопла и составляет 0,3-0,5 от диаметра последующего сопла.- the distance between the nozzle inserts decreases in proportion to the minimum diameter of the nozzle and is 0.3-0.5 of the diameter of the subsequent nozzle.

Точная конфигурация контуров сопловых вставок определяется в результате последовательности расчетов с использованием пакета FLUENT. Конкретные значения приведенных коэффициентов пропорциональности выбираются в зависимости от параметров процесса (тип газа, скорость течения, давление, диапазон размеров сепарируемых примесей), а также дополнительных требований к сепаратору (ограничение на габаритные размеры, степень сжатия потока примеси и др.).The exact configuration of the nozzle insert contours is determined by a sequence of calculations using the FLUENT package. The specific values of the given proportionality coefficients are selected depending on the process parameters (gas type, flow rate, pressure, size range of the separated impurities), as well as additional requirements for the separator (restriction on overall dimensions, compression ratio of the impurity stream, etc.).

Предложенный способ сепарации позволяет:The proposed separation method allows you to:

- обеспечить газодинамическую фокусировку потока примесей заданного диапазона размеров частиц в узкий «жгут» с очень малым поперечным сечением, менее 1% от площади сечения исходного канала;- provide gas-dynamic focusing of the flow of impurities of a given range of particle sizes into a narrow "bundle" with a very small cross section, less than 1% of the cross-sectional area of the original channel;

- обеспечить эвакуацию потока примесей из канала движения газа без нарушения технологического процесса;- to ensure the evacuation of the flow of impurities from the gas flow channel without disrupting the process;

- минимизировать потери давления в сепараторе;- minimize pressure loss in the separator;

- исключить влияние состояния поверхности канала на процесс сепарации.- eliminate the influence of the state of the channel surface on the separation process.

Отводной патрубок 3 выполнен в виде трубки, изогнутой по специальной кривой и исключающей «забивание» трубки частицами. В приведенных иллюстрационных примерах использовано четыре ступени сжатия потока примеси. Количество ступеней может быть уменьшено или увеличено в зависимости от налагаемых требований и ограничений.The outlet pipe 3 is made in the form of a tube bent along a special curve and excluding particles from “clogging” the tube. In the above illustrative examples, four stages of compression of the impurity stream are used. The number of steps can be reduced or increased depending on the requirements and restrictions.

На фиг.1, 2 и 3 показаны картины движения частиц примеси диаметров 20 мкм, 100 мкм и 1000 мкм соответственно в трубе через систему сопловых вставок. Как видно, самые мелкие частицы диаметра 20 мкм заметно отклоняются потоком газа. Картины траекторий движения более крупных частиц (100 и 1000 мкм) качественно отличаются от картины движения мелких. Эти частицы между столкновениями с поверхностями сопловых вставок движутся почти по прямолинейным траекториям. В то же время в приведенном иллюстрационном примере частицы из всего рассмотренного диапазона их размеров эффективно фокусируются сопловыми вставками.Figures 1, 2 and 3 show patterns of movement of impurity particles with diameters of 20 μm, 100 μm and 1000 μm, respectively, in a pipe through a nozzle insert system. As can be seen, the smallest particles with a diameter of 20 μm are noticeably deflected by the gas flow. The patterns of motion paths of larger particles (100 and 1000 microns) qualitatively differ from the patterns of motion of small ones. Between collisions with the surfaces of nozzle inserts, these particles move along almost straight paths. At the same time, in the illustrated example, particles from the entire considered range of their sizes are effectively focused by nozzle inserts.

Реализация способа осуществляется следующим образом.The implementation of the method is as follows.

При прохождении потока газа с дисперсными частицами примесей через систему профилированных сопловых вставок 2, установленных в канале движения 1, поток примесей сжимается до достижения заданного минимального размера поперечного сечения, а концентрация примесей в этом потоке растет. Эвакуация потока примесей за пределы газодинамического тракта осуществляется с помощью специального отводного канала 3. Несущий газ по мере движения через систему сопел выводится на периферию потока через зазоры между соплами. Утилизация примесей производится в зависимости от требований конкретного технологического процесса и условий производства. При необходимости может быть обеспечен возврат несущего газа, попавшего в отводной канал, после его предварительной очистки на вход первой ступени сепаратора.When a gas stream with dispersed particles of impurities passes through a system of profiled nozzle inserts 2 installed in the motion channel 1, the impurity stream is compressed until a specified minimum cross-sectional size is reached, and the concentration of impurities in this stream increases. The impurity stream is evacuated outside the gas-dynamic path using a special outlet channel 3. The carrier gas is discharged to the periphery of the stream through the gaps between the nozzles as it moves through the nozzle system. Disposal of impurities is carried out depending on the requirements of a particular process and production conditions. If necessary, it can be ensured that the carrier gas returned to the bypass channel is returned after its preliminary treatment to the inlet of the first stage of the separator.

Технический эффект изобретения состоит в том, что данный способ сепарации позволяет решить широкий круг задач, возникающих в различных отраслях промышленности при очистке газовых потоков (в том числе в высокоскоростных магистральных трубопроводах) в широком диапазоне исходных параметров потока (скорости, давления, температуры, геометрии и эксплуатационных требований). Устройства, разрабатываемые на основе предлагаемого способа, могут вписываться в существующий технологический процесс (в том числе непрерывный) практически без изменения технологической схемы.The technical effect of the invention lies in the fact that this separation method allows to solve a wide range of problems arising in various industries when cleaning gas flows (including in high-speed main pipelines) in a wide range of initial flow parameters (speed, pressure, temperature, geometry and operational requirements). Devices developed on the basis of the proposed method can fit into the existing process (including continuous) with virtually no change in the technological scheme.

Claims (1)

Способ прямоточной сепарации газовых потоков от твердых и жидких примесей, включающий пропускание газового потока с примесями через канал, разделение на очищенный газ, выводимый на периферию канала, и сфокусированный пучок примесей, выводимых из канала через отвод, отличающийся тем, что в канале последовательно расположены сужающиеся сопловые вставки в количестве двух или более, конфигурация, размеры и взаимное расположение которых определяются на основе газодинамического расчета проточного канала с использованием пакета прикладных программ для компьютерного моделирования течений двухфазных сред FLUENT, исходя из требований эффективной сепарации различных типов и размеров примесей, при этом угол наклона входной части сужающихся сопловых вставок составляет 10÷30°, причем сопловые вставки сосны с каналом или располагаются с последовательным поперечным смещением от оси к периферии. A direct-flow method for separating gas streams from solid and liquid impurities, including passing a gas stream with impurities through the channel, separating it into purified gas discharged to the periphery of the channel, and a focused beam of impurities discharged from the channel through an outlet, characterized in that the channel nozzle inserts in an amount of two or more, the configuration, dimensions and relative position of which are determined on the basis of gas-dynamic calculation of the flow channel using the application package software for computer simulation of flows of two-phase fluids FLUENT, based on the requirements of efficient separation of various types and sizes of impurities, while the angle of inclination of the inlet part of the tapered nozzle inserts is 10 ÷ 30 °, and the nozzle inserts of the pine with a channel or are arranged with a sequential transverse offset from the axis to the periphery.
RU2007114991/15A 2007-04-11 2007-04-11 Method of direct-flow separation of gas flows from solid and liquid impurities RU2355462C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007114991/15A RU2355462C2 (en) 2007-04-11 2007-04-11 Method of direct-flow separation of gas flows from solid and liquid impurities

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007114991/15A RU2355462C2 (en) 2007-04-11 2007-04-11 Method of direct-flow separation of gas flows from solid and liquid impurities

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2007114991A RU2007114991A (en) 2008-10-27
RU2355462C2 true RU2355462C2 (en) 2009-05-20

Family

ID=41021925

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007114991/15A RU2355462C2 (en) 2007-04-11 2007-04-11 Method of direct-flow separation of gas flows from solid and liquid impurities

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2355462C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2467805C2 (en) * 2010-12-07 2012-11-27 Андрей Владимирович Ченцов Inertial vortex separator
RU2641133C1 (en) * 2016-12-28 2018-01-16 Общество с ограниченной ответственностью "ПЛКГРУП" Gas-liquid flow distribution device (versions)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2467805C2 (en) * 2010-12-07 2012-11-27 Андрей Владимирович Ченцов Inertial vortex separator
RU2641133C1 (en) * 2016-12-28 2018-01-16 Общество с ограниченной ответственностью "ПЛКГРУП" Gas-liquid flow distribution device (versions)

Also Published As

Publication number Publication date
RU2007114991A (en) 2008-10-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2006280554B2 (en) Hydrocyclone
CA2304924A1 (en) Device for separating a mixture of fluids
RU2355462C2 (en) Method of direct-flow separation of gas flows from solid and liquid impurities
Roberts et al. Flow‐induced particulate separations
DK1382554T3 (en) Apparatus for pneumatic or hydraulic transport of shakes
EA021400B1 (en) Device and process for distributing a fluid and process for manufacturing such device
US5525133A (en) Gas pipeline drip
RU2335326C1 (en) Immersion water intake filter with dynamic module
CN113382796B (en) Apparatus and method for fluid purification
RU2541019C1 (en) Venturi scrubber
US20140165514A1 (en) Particle Separator
Haller et al. Venturi scrubber calculation and optimization
Das et al. Studies on ejector-venturi fume scrubber
RU2413571C1 (en) Ventury scrubber
CN106178775A (en) The dedusting demisting unit of lower resistance eddy flow coupling dedusting demister and method
Li Characteristics of a horizontal swirling flow pneumatic conveying with a curved pipe
RU120577U1 (en) DEVICE FOR CLEANING LIQUIDS FROM IMPURITIES
Chlebnikovas et al. Gas flow experimental research in a newly developed centrifugal-electrostatic precipitator
RU2440838C1 (en) Scrubber
RU2183497C2 (en) Swirl dust trap
Bohnet Cyclone Separators for Fine Particles and Difficult Operating Conditions–Dedicated to Professor Gengi Jimbo on the occasion of his retirement–
RU2803224C2 (en) Device and method for fluid medium cleaning
Ketut Optimization high vortex finder of cyclone separator with computational fluids dynamics simulation
RU2480269C1 (en) Method of coalescing fluid drops in gas flow
US20230364741A1 (en) An insert for use in dry blasting

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20090412

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20110520

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20130412