RU2414951C1

RU2414951C1 - Separator

Info

Publication number: RU2414951C1
Application number: RU2009148551/05A
Authority: RU
Inventors: Михаил Васильевич Нагорных (RU); Михаил Васильевич Нагорных
Original assignee: Михаил Васильевич Нагорных
Priority date: 2009-12-25
Filing date: 2009-12-25
Publication date: 2011-03-27

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to separators running on the principal of centrifugal forces, and may be used in oil processing, petrochemical, and chemical and other industries. Proposed separator comprises cylindrical housing with tangential inlet branch pipe, outlet branch pipes, separating element made up of closed helical channel arranged in lateral surface of one-piece cylinder arranged coaxially in said housing and in housing lateral wall. Outlet branch pipes are arranged at outlet of said closed helical channel. Cross section of closed helical channel features the shape of elongated parallelogram with its larger side being perpendicular to rotational axis of said channel.

EFFECT: higher efficiency of separation thanks to initial stock higher flow rate and centrifugal forces acting on stock particles.

3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к сепарационным устройствам, основанным на действии центробежных сил, создаваемых поворотом направления разделяемого потока жидкого сырья, и может быть использовано в нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической и других отраслях промышленности.The invention relates to separation devices based on the action of centrifugal forces created by turning the direction of the shared stream of liquid raw materials, and can be used in oil refining, petrochemical, chemical and other industries.

Известен прямоточный спиральный сепаратор для отделения дисперсных частиц от газов или паров [пат. РФ №2264843, опубл. 2005.11.27], содержащий корпус с входным и выходным отверстиями, выполненный из направляющих элементов в виде скрученных по винтовой линии в продольном направлении и изогнутых в поперечном направлении по винтовой линии трех и более полос, соединенных между собой боковыми сторонами в виде винтовой многозаходной пустотелой колонны. В известном сепараторе скорость спирального движения разделяемого потока задается на входе нагнетающим насосом. Эта скорость быстро снижается за расчет свободного расширения исходного потока во внутреннем объеме сепаратора, что приводит к соответствующему уменьшению центробежных сил, действующих на составляющие поток частицы, и снижению эффективности разделения.Known direct-flow spiral separator for separating dispersed particles from gases or vapors [US Pat. RF №2264843, publ. 2005.11.27], comprising a housing with inlet and outlet openings, made of guide elements in the form of three or more stripes twisted along the helical line in the longitudinal direction and curved in the transverse direction along the helical line in the form of a screw multiple-entry hollow column . In a known separator, the speed of the spiral motion of the shared stream is set at the inlet by a pressure pump. This speed is rapidly reduced due to the calculation of the free expansion of the initial flow in the internal volume of the separator, which leads to a corresponding decrease in the centrifugal forces acting on the particles making up the flow and a decrease in the separation efficiency.

Известен сепаратор для отделения жидкостей и/или твердых частиц от газового потока [з. WO №2008050360, опубл. 02.05.2008], включающий корпус, снабженный расположенным в боковой стенке входным отверстием и выходным отверстием, соединенным с его крышкой, а также зону сбора, размещенную в нижней части корпуса, который содержит спиральный канал, соединяющий вход с выходом, размещенным по центру спирального канала, в котором одно или более отверстий, выполненных в корпусе, соединяют спиральный канал с зоной сбора, при этом входное отверстие размещено в верхней части корпуса в тангенциальном положении по отношению к спиральному каналу таким образом, что обрабатываемый поток газа входит в спиральный канал сверху в тангенциальном направлении по отношению к последнему. Недостатком известного сепаратора является недостаточно высокая эффективность разделения, обусловленная быстрым уменьшением кинетической энергии вращения сырьевого потока и соответственно центробежной силы, воздействующей на составляющие его частицы, причиной чего является расширение указанного потока и его распространение в свободном пространстве сепаратора.Known separator for separating liquids and / or solids from the gas stream [h. WO No.2008050360, publ. 05/02/2008], comprising a housing provided with an inlet and an outlet located in the side wall connected to its lid, as well as a collection zone located in the lower part of the housing, which contains a spiral channel connecting the input to the output located in the center of the spiral channel , in which one or more holes made in the housing connect the spiral channel to the collection zone, while the inlet is placed in the upper part of the housing in a tangential position with respect to the spiral channel so that abutable gas flow enters the spiral channel from above in a tangential direction with respect to the latter. A disadvantage of the known separator is the insufficient separation efficiency due to the rapid decrease in the kinetic energy of rotation of the feed stream and, accordingly, the centrifugal force acting on its constituent particles, the reason for which is the expansion of this stream and its distribution in the free space of the separator.

Известен также спиральный сепаратор [з. US №2007151922, опубл. 05.07.2007], в котором используется кинетическая энергия входящего потока и сочетается действие тангенциальной, центробежной и гравитационной сил, что обеспечивает эффективное удаление паров или газов из жидкостей, твердых частиц из жидкостей и твердых частиц из газов. В известном сепараторе наличие свободного пространства внутри корпуса, позволяющего вращающемуся потоку разделяемого сырья расширяться в этом пространстве, приводит к снижению скорости вращения указанного потока и уменьшению воздействующих на составляющие его частицы центробежных сил, результатом чего является недостаточно высокая эффективность разделения.Also known spiral separator [C. US No. 2007151922, publ. 07/05/2007], which uses the kinetic energy of the incoming stream and combines the action of tangential, centrifugal and gravitational forces, which ensures the effective removal of vapors or gases from liquids, solid particles from liquids and solid particles from gases. In the known separator, the presence of free space inside the housing, allowing the rotating stream of the shared raw materials to expand in this space, leads to a decrease in the rotation speed of the specified stream and a decrease in the centrifugal forces acting on its constituent particles, which results in insufficiently high separation efficiency.

Наиболее близким к заявляемому является центробежный сепаратор [пат. РФ №2031309, опубл. 20.03.1995], включающий цилиндрический корпус с тангенциально размещенным входным патрубком, тангенциально размещенным выходным патрубком для отвода жидкой среды и выходным патрубком для отвода газообразной среды, снабженный спиральным сепарирующим элементом, образованным размещенной по всей высоте корпуса спиральной лентой шириной 0,3-0,4 радиуса корпуса, соединенной с внутренними стенками корпуса и образующей открытый зигзагообразный канал.Closest to the claimed is a centrifugal separator [US Pat. RF №2031309, publ. 03/20/1995], comprising a cylindrical body with a tangentially placed inlet pipe, a tangentially placed output pipe for the removal of liquid medium and an output pipe for the removal of a gaseous medium, equipped with a spiral separating element formed by a spiral tape 0.3-0.0 wide, placed along the entire height of the body, 4 of the radius of the housing, connected to the inner walls of the housing and forming an open zigzag channel.

Известный сепаратор имеет недостаточно высокую эффективность разделения исходного сырья и позволяет производить разделение только жидкой и газообразной фаз. Этот недостаток обусловлен тем, что в известном сепараторе поток сырья движется в открытом винтовом канале и может свободно расширяться по всему внутреннему объему сепаратора, в результате чего его первоначальная скорость быстро снижается и воздействующие на составляющие его частицы центробежные силы уменьшаются. С увеличением давления, создаваемого подающим сырье насосным агрегатом, происходит усиленное расширение потока сырья и еще более быстрое падение его скорости.The known separator does not have a high separation efficiency of the feedstock and allows the separation of only liquid and gaseous phases. This disadvantage is due to the fact that in the known separator, the flow of raw materials moves in an open screw channel and can freely expand throughout the entire internal volume of the separator, as a result of which its initial speed decreases rapidly and the centrifugal forces acting on its constituents decrease. With an increase in the pressure created by the pumping unit supplying raw materials, there is an increased expansion of the feed stream and an even faster drop in its speed.

Задачей изобретения является создание сепаратора широкого назначения, который обеспечивает эффективное разделение различных эмульсий, очистку жидкостей от механических примесей, в частности очистку нефтесодержащих вод, а также загрязненных и обводненных нефтепродуктов.The objective of the invention is to provide a separator for general use, which provides the effective separation of various emulsions, purification of liquids from mechanical impurities, in particular the purification of oily water, as well as contaminated and flooded oil products.

Технический результат изобретения заключается в увеличении скорости потока разделяемого сырья и значения центробежных сил, воздействующих на составляющие его частицы, обеспечивающем повышение эффективности разделения при одновременном повышении производительности сепаратора.The technical result of the invention is to increase the flow rate of the raw materials to be separated and the value of the centrifugal forces acting on its constituent particles, which ensures an increase in the separation efficiency while increasing the separator performance.

Указанный технический результат достигается сепаратором, включающим цилиндрический корпус с размещенным тангенциально входным патрубком, выходными патрубками и спиральным сепарирующим элементом, в котором, в отличие от известного, спиральный сепарирующий элемент представляет собой закрытый спиральный канал, образованный спиральным желобом, выполненным в боковой поверхности коаксиально размещенного внутри корпуса монолитного цилиндра, и боковой стенкой корпуса, при этом выходные патрубки размещены на выходе спирального канала.The specified technical result is achieved by a separator comprising a cylindrical housing with a tangentially inlet nozzle, outlet nozzles and a spiral separating element, in which, in contrast to the known, the spiral separating element is a closed spiral channel formed by a spiral groove made in the side surface coaxially placed inside the body of the monolithic cylinder, and the side wall of the body, while the output pipes are placed at the outlet of the spiral channel.

Максимальная эффективность разделения сырья обеспечивается сепаратором, закрытый спиральный канал которого имеет сечение в форме вытянутого параллелограмма, большая сторона которого перпендикулярна оси вращения упомянутого канала.The maximum separation efficiency of the raw materials is ensured by a separator, the closed spiral channel of which has a section in the form of an elongated parallelogram, the larger side of which is perpendicular to the axis of rotation of the said channel.

В частности, максимальная эффективность разделения обеспечивается сепаратором, у которого соотношение сторон сечения закрытого спирального канала равно 1:(5-10).In particular, the maximum separation efficiency is ensured by a separator, in which the aspect ratio of the section of the closed spiral channel is 1: (5-10).

Предлагаемый сепаратор (вид сбоку) схематично показан на чертеже.The proposed separator (side view) is schematically shown in the drawing.

Сепаратор содержит цилиндрический корпус 1 с входным патрубком 2, тангенциально подведенным к боковой поверхности корпуса 1, выходным патрубком 3 для вывода тяжелой фракции, выходным патрубком 4 для вывода легкой фракции и закрытый спиральный канал 5. Закрытый спиральный канал 5 имеет вид спирального желоба с сечением в форме параллелограмма, выполненного в монолитном цилиндре 6, коаксиально размещенном внутри корпуса 1, который представляет собой металлический, например, стальной, полый цилиндр, напрессованный на монолитный цилиндр 6 и закрывающий спиральный канал 5. Выходные патрубки 3 и 4, снабженные перекрывающими вентилями, установлены на выходе спирального канала 5, при этом патрубок 4, размещенный у стенки спирального канала 5, удаленной от его оси вращения, служит для отбора тяжелых примесей, а патрубок 3, размещенный у его стенки, ближней к оси вращения, служит для отбора более легкого очищенного продукта. При вертикальном расположении корпуса 1 рациональным является размещение выходных патрубков 3 и 4 в нижней части сепаратора для удобства слива продуктов сепарации после окончания процесса.The separator comprises a cylindrical housing 1 with an inlet pipe 2 tangentially brought to the side surface of the housing 1, an outlet pipe 3 for outputting a heavy fraction, an outlet pipe 4 for outputting a light fraction and a closed spiral channel 5. The closed spiral channel 5 has the form of a spiral groove with a section in in the form of a parallelogram made in a monolithic cylinder 6, coaxially placed inside the housing 1, which is a metal, for example, steel, hollow cylinder, pressed onto the monolithic cylinder 6 and closed the spiral channel 5. The outlet pipes 3 and 4, equipped with shutoff valves, are installed at the output of the spiral channel 5, while the pipe 4, located at the wall of the spiral channel 5, remote from its axis of rotation, serves to select heavy impurities, and the pipe 3, placed near its wall, closest to the axis of rotation, serves to select a lighter refined product. With the vertical arrangement of the housing 1, it is rational to place the outlet pipes 3 and 4 in the lower part of the separator for the convenience of draining the separation products after the end of the process.

Сепаратор работает следующим образом.The separator works as follows.

С помощью насоса рассчитанной производительности поток исходного сырья через входной патрубок с заданной скоростью подается в закрытый спиральный канал сепаратора.Using a pump of calculated capacity, the feed stream through the inlet pipe at a given speed is fed into the closed spiral channel of the separator.

Под воздействием центробежных сил, возникающих при движении жидкостей и/или твердых частиц исходного потока сырья по спирали, происходит перераспределение составляющих этого потока, при этом жидкости и/или твердые частицы с большей удельной плотностью (преимущественно тяжелые и нерастворимые примеси) движутся по стенке спирального канала, удаленной от оси его вращения, а более легкие составляющие вытесняются к стенке, ближней к указанной оси. Таким образом на выходе закрытого спирального канала формируются две четко разделяющиеся зоны сбора, к которым подведены соответствующие выходные патрубки с перекрывающими вентилями, с помощью которых можно регулировать отбор очищенного продукта и удаляемых примесей.Under the influence of centrifugal forces arising from the movement of liquids and / or solid particles of the initial feed stream in a spiral, redistribution of the components of this stream occurs, while liquids and / or solid particles with a higher specific density (mainly heavy and insoluble impurities) move along the wall of the spiral channel , remote from the axis of its rotation, and lighter components are forced out to the wall closest to the specified axis. Thus, at the exit of the closed spiral channel, two clearly separated collection zones are formed, to which the corresponding outlet pipes with shut-off valves are connected, with which you can control the selection of the purified product and the removed impurities.

Эффективность разделения спирально закрученного потока сырья зависит от величины воздействующей на него центробежной силы. Необходимая величина центробежной силы обеспечивается путем придания этому потоку достаточной скорости за счет создания соответствующего давления на входе с помощью подающего насосного агрегата рассчитанной мощности. Значение скорости потока сырья на выходе закрытого спирального канала должно сохраняться таким, чтобы обеспечить величину центробежной силы, необходимую для четкого разделения сепарируемого продукта. Закрытый спиральный канал исключает распыление сырья в объеме сепаратора и быструю потерю давления. Путем использования более мощных насосных агрегатов он позволяет сообщить потоку сырья необходимую скорость и за счет этого повысить эффективность разделения сырья и увеличить производительность сепаратора.The separation efficiency of a spiral-swirling feed stream depends on the magnitude of the centrifugal force acting on it. The required value of centrifugal force is ensured by giving this flow sufficient speed by creating the appropriate inlet pressure with the help of a pumping unit of calculated power. The value of the flow rate of the raw material at the outlet of the closed spiral channel must be maintained so as to provide the amount of centrifugal force necessary for a clear separation of the separated product. A closed spiral channel eliminates the dispersion of raw materials in the volume of the separator and rapid pressure loss. By using more powerful pumping units, it allows you to inform the flow of raw materials the necessary speed and thereby increase the efficiency of separation of raw materials and increase the performance of the separator.

Примером использования предлагаемого сепаратора может служить отделение воды от механических примесей донного осадка для его сгущения перед подачей на центрифугу, которую используют для разделения указанного осадка на две составляющие: вода и твердые вещества (механические примеси).An example of the use of the proposed separator can be the separation of water from mechanical impurities of the bottom sediment to thicken it before feeding to a centrifuge, which is used to separate the specified precipitate into two components: water and solids (mechanical impurities).

Claims

1. The separator, comprising a cylindrical body with a tangentially inlet nozzle, outlet nozzles and a spiral separating element, characterized in that the spiral separating element is a closed spiral channel formed by a spiral groove made in the side surface coaxially placed inside the body of the monolithic cylinder, and the side the wall of the housing, while the outlet pipes are installed at the outlet of said closed spiral channel.

2. The separator according to claim 1, characterized in that the closed spiral channel has a cross section in the form of an elongated parallelogram, the greater side of which is perpendicular to the axis of rotation of the said channel.

3. The separator according to claim 1, characterized in that the aspect ratio of the cross-section of the closed spiral channel is 1: (5-10).