RU2442661C2

RU2442661C2 - Centrifugal separator for separating gas mixtures

Info

Publication number: RU2442661C2
Application number: RU2010116230/05A
Authority: RU
Inventors: Михаил Александрович Таймаров (RU); Михаил Александрович Таймаров
Priority date: 2010-04-23
Filing date: 2010-04-23
Publication date: 2012-02-20
Also published as: RU2010116230A

Abstract

FIELD: centrifugal separator.

SUBSTANCE: invention relates to devices applied to separation of gas mixtures applied to different industries; the centrifugal separator for separating gas mixtures comprises the housing with the tangential nozzle input of the pressurized gas, the vortex chamber connected to or coupled with the tangential nozzle input and the plenum chamber located above the vortex chamber; the tangential nozzle input of the pressurized gas is made conjointly with the induct junction pipe and has a convergent channel; the vortex chamber is formed by the channel in the shape of the radial spiral on the inside surface of housing with the limiting diaphragm mounted above the vortex chamber coaxially with the housing, the diaphragm has the central aperture for the light gas dilatable towards the plenum chamber; the stepped from the outside and tubular cylinder is mounted end-to-end with the diaphragm, the cylinder and the housing form the enclosed circular pocket for the vortex chamber which is connected to the additional vortex chamber herein the gas is swirled by means of tangential convergent apertures; the tangential convergent apertures are conjoint with the spiral-like channels performed from the inside of the body of the tubular cylinder and represent the additional vortex chamber.

EFFECT: high quality gas mixtures separation.

2 dwg, 1 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для разделения газовых смесей в различных отраслях промышленности.The invention relates to devices for separating gas mixtures in various industries.

Известен циклон для отделения газообразного кислорода от жидкого азота, содержащий корпус и осевое сужающееся сопло (Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М.: ГНТИ, 1961, с.760). Разделение смеси кислорода и азота основано на положительном дроссельном эффекте, при котором при выходе из сужающегося сопла кислород находится в паровой фазе, а азот - в жидкой в виде капелек. Недостатками известного циклона является следующее.Known cyclone for separating gaseous oxygen from liquid nitrogen, containing a housing and an axial tapering nozzle (Kasatkin A.G. Main processes and apparatuses of chemical technology. - M .: GNTI, 1961, p. 760). The separation of the mixture of oxygen and nitrogen is based on the positive throttle effect, in which, when leaving the narrowing nozzle, oxygen is in the vapor phase and nitrogen in the liquid phase in the form of droplets. The disadvantages of the known cyclone is the following.

1. Невозможность разделения газовых смесей, так как в известном устройстве разделяемые газы должны находиться в жидком состоянии при низкой температуре и под повышенным давлением.1. The inability to separate gas mixtures, since in the known device the separated gases must be in a liquid state at low temperature and under high pressure.

2. Ограниченный диапазон работы по максимальной2. Limited range of operation at maximum

производительности, так как процесс разделения осуществляется за счет осевой скорости пара, температура испарения которого выше.performance, since the separation process is carried out due to the axial velocity of the vapor, the evaporation temperature of which is higher.

3. Невысокое качество разделения пара, так как при осевом течении происходит унос мелких капелек жидкой фазы низкокипящего газа.3. The low quality of vapor separation, since in the axial flow, small droplets of the liquid phase of low-boiling gas are carried away.

Известен циклон для отделения водяного пара от жидкости в виде капельной влаги, содержащий корпус, входное тангенциальное сопло постоянного сечения и канал в виде улитки на внутренней поверхности корпуса для закрутки парожидкостной смеси (Бузников Е.Ф. Циклонные сепараторы в паровых котлах. - М.: Энергия, 1969 г., с.72). За счет дополнительного закручивания парожидкостной смеси в канале в виде улитки происходит возрастание центробежных сил и дополнительное разделение пароводяной смеси. Газовая фаза собирается вверху, жидкость - внизу.Known cyclone for separating water vapor from a liquid in the form of droplet moisture, containing a housing, an inlet tangential nozzle of constant cross section and a channel in the form of a cochlea on the inner surface of the housing for twisting a vapor-liquid mixture (Buznikov EF Cyclone separators in steam boilers. - M .: Energy, 1969, p. 72). Due to the additional twisting of the vapor-liquid mixture in the channel in the form of a cochlea, an increase in centrifugal forces and an additional separation of the steam-water mixture occur. The gas phase is collected at the top, the liquid at the bottom.

Недостатками известного циклона является следующее.The disadvantages of the known cyclone is the following.

1. Невозможность разделения газовых смесей, так как в известном устройстве одна фаза всегда должна быть в виде жидкости, то есть иметь большую плотность.1. The impossibility of separation of gas mixtures, since in the known device one phase must always be in the form of a liquid, that is, have a high density.

2. Ограниченный диапазон работы по максимальной производительности, так как при увеличении расхода и скорости движения пароводяной смеси в улитке часть неразделенной смеси начинает выдавливаться без разделения из улиточного канала.2. A limited range of work at maximum productivity, since with an increase in the flow rate and speed of the steam-water mixture in the cochlea, part of the undivided mixture begins to be squeezed out without separation from the snail channel.

3. Невысокое качество разделения пара, так как при движении смеси в улиточном канале с большой скоростью происходит дробление капелек жидкости на более мелкие частицы, которые свободно уносятся паром.3. The low quality of steam separation, since when the mixture moves in the snail channel at high speed, droplets of liquid are crushed into smaller particles that are freely carried away by the steam.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является циклон по патенту РФ на изобретение №2071839, В04С 5/103, 1997 - прототип, предназначенный для очистки сжатого газа от влаги, масла и механических примесей, содержащий корпус, с тангенциальным сопловым вводом сжатого газа, камеру закручивания, сопряженную с тангенциальным сопловым вводом, камеру-сборник, размещенную над камерой закручивания.The closest in technical essence to the claimed invention is a cyclone according to the patent of the Russian Federation for invention No. 2071839, B04C 5/103, 1997 - a prototype designed for cleaning compressed gas from moisture, oil and mechanical impurities, containing a housing with a tangential nozzle inlet of compressed gas, a swirling chamber associated with a tangential nozzle inlet, a collection chamber located above the swirling chamber.

В известном циклоне очистка воздуха или газа от влаги, масла и механических примесей происходит за счет центробежных сил, при возникновении которых, за счет тангенциального ввода, примеси скапливаются внизу, а очищаемый воздух поднимается по внутренней полости тангенциального соплового ввода вверх.In the known cyclone, the purification of air or gas from moisture, oil and mechanical impurities occurs due to centrifugal forces, when they occur, due to the tangential input, impurities accumulate at the bottom, and the cleaned air rises upward along the internal cavity of the tangential nozzle input.

Недостатком известного циклона является невозможность разделения газовых смесей.A disadvantage of the known cyclone is the inability to separate gas mixtures.

Задачей, на которую направлено заявляемое изобретение, является разделение газовых смесей с высоким качеством сепарации.The task to which the claimed invention is directed is the separation of gas mixtures with high quality separation.

Технический результат достигается тем, что в циклоне, содержащем корпус с тангенциальным сопловым вводом сжатого газа, камеру закручивания, сопряженную с тангенциальным сопловым вводом, камеру-сборник, размещенную над камерой закручивания, тангенциальный сопловой ввод сжатого газа выполнен заодно с патрубком ввода и имеет сужающийся канал, а камера закручивания образована каналом в виде радиальной улитки на внутренней поверхности корпуса, над которой сверху соосно с корпусом закреплена ограничивающая диафрагма с центральным, расширяющимся в сторону камеры-сборника, отверстием для легкого газа, а встык с ней установлен ступенчатый с наружной стороны полый цилиндр, образующий с корпусом замкнутую кольцевую полость для камеры закручивания, которая соединена с дополнительной камерой закручивания тангенциальными сужающимися отверстиями, сопряженными с каналами в виде улитки, выполненными с внутренней стороны в теле полого цилиндра, являющимися дополнительной камерой закручивания.The technical result is achieved in that in a cyclone containing a housing with a tangential nozzle inlet of compressed gas, a swirl chamber coupled to a tangential nozzle inlet, a collection chamber located above the swirl chamber, the tangential nozzle inlet of the compressed gas is integral with the inlet nozzle and has a tapering channel and the twisting chamber is formed by a channel in the form of a radial cochlea on the inner surface of the housing, above which a limiting diaphragm with a central diaphragm is fixed coaxially with the housing, expanding opening towards the collecting chamber, an opening for light gas, and end-to-end with it, a hollow cylinder stepped from the outside is installed, forming a closed annular cavity for the swirling chamber with the body, which is connected to the additional swirling chamber by tangential tapering openings conjugated with channels in the form of a cochlea made from the inside in the body of the hollow cylinder, which is an additional twisting chamber.

На фиг.1 представлен эскиз циклона для разделения газовых смесей (разрез Б-Б), на фиг.2 разрез А-А.Figure 1 presents a sketch of a cyclone for the separation of gas mixtures (section BB), figure 2 section aa.

Заявляемый циклон для разделения газовых смесей состоит из корпуса 1, тангенциального соплового ввода сжатого газа 2, камеры закручивания 3, выполненной в виде радиальной улитки, ограничивающей диафрагмы 4 с расширяющимся центральным отверстием 5 в сторону камеры-сборника 6, ступенчатого с наружной стороны полого цилиндра 7, образующего с корпусом 1 замкнутую кольцевую полость 8 и имеющего тангенциальные сужающие отверстия 9, сопряженные с каналами в виде улитки 10, выполненными на внутренней стороне полого цилиндра 7.The inventive cyclone for separating gas mixtures consists of a housing 1, a tangential nozzle inlet of compressed gas 2, a swirl chamber 3 made in the form of a radial scroll, limiting the diaphragm 4 with an expanding central hole 5 towards the collecting chamber 6, stepped from the outside of the hollow cylinder 7 forming a closed annular cavity 8 with the housing 1 and having tangential narrowing openings 9, conjugated with channels in the form of a cochlea 10, made on the inner side of the hollow cylinder 7.

Заявляемый сепаратор работает следующим образом.The inventive separator operates as follows.

Разделяемая газовая смесь поступает под давлением через сужающийся канал тангенциального соплового ввода 2 в камеру закручивания 3, выполненную в виде радиальной улитки. Вследствие сужения возрастает скорость смеси и на выходе из сужающегося канала происходит дросселирование с положительным дроссельным эффектом, при котором температура газовых компонентов понижается на различную величину. В камере закручивания 3, выполненной в виде радиальной улитки, происходит закручивание потока. Более холодный и тяжелый газ прижимается к стенке за счет центробежных сил, то есть происходит первичное разделение смеси на компоненты. Поскольку температура газовой смеси из-за дроссельного эффекта понижается, то охлаждается стенка кольцевой полости 8, образованная ступенчатым полым цилиндром 7. Охлажденная газовая смесь поступает в тангенциальные сужающиеся отверстия 9, в которых происходит вторичное дросселирование с понижением температуры, так как стенки полого цилиндра 7 имеют более низкую температуру по сравнению с корпусом 1. В каналах 10 в виде улиток, выполненных с внутренней стороны в теле полого цилиндра 7, являющихся дополнительной камерой закручивания, охлажденная смесь дополнительно закручивается.The separated gas mixture flows under pressure through the narrowing channel of the tangential nozzle inlet 2 into the swirl chamber 3, made in the form of a radial scroll. Due to the narrowing, the speed of the mixture increases and at the exit from the narrowing channel there is a throttling with a positive throttling effect, in which the temperature of the gas components decreases by a different amount. In the swirling chamber 3, made in the form of a radial cochlea, the flow swirls. The cooler and heavier gas is pressed against the wall due to centrifugal forces, i.e., the primary separation of the mixture into components occurs. Since the temperature of the gas mixture decreases due to the throttle effect, the wall of the annular cavity 8 formed by the stepped hollow cylinder 7 is cooled. The cooled gas mixture enters the tangential narrowing openings 9, in which secondary throttling occurs with decreasing temperature, since the walls of the hollow cylinder 7 have lower temperature in comparison with the housing 1. In the channels 10 in the form of snails made on the inside in the body of the hollow cylinder 7, which are an additional twisting chamber, cooling The mixture is further twisted.

Происходит дополнительное понижение температуры и разделение газовой смеси на компоненты из-за различной плотности. Легкие газовые компоненты собираются под ограничивающей диафрагмой 4 и выводятся через центральное отверстие 5 в камеру-сборник 6. Тяжелые компоненты отводятся через открытую нижнюю часть полого цилиндра 7.There is an additional decrease in temperature and separation of the gas mixture into components due to different densities. Light gas components are collected under the limiting diaphragm 4 and are discharged through the central hole 5 into the collection chamber 6. Heavy components are discharged through the open lower part of the hollow cylinder 7.

Пример конкретного исполнения. По приведенному чертежу (фиг.1) был изготовлен сепаратор для разделения смеси воздуха с аргоном (по массе 40% аргона, 60% воздуха). Аргон, в отличие от преобладающего большинства газов, имеет отрицательный дроссельный эффект. Температура его при дросселировании повышается. Дросселирование смеси происходило с 80 кг/см² до 1 кг/см². Температура аргона повысилась с 20°С до 45°С. Степень разделения смеси составила 92%.An example of a specific implementation. According to the drawing (Fig. 1), a separator was manufactured for separating a mixture of air and argon (by weight 40% argon, 60% air). Argon, unlike the vast majority of gases, has a negative throttle effect. Its temperature rises during throttling. The throttling of the mixture occurred from 80 kg / cm ² to 1 kg / cm ² . The argon temperature increased from 20 ° C to 45 ° C. The degree of separation of the mixture was 92%.

Claims

A cyclone for separating gas mixtures, comprising a housing with a tangential nozzle inlet of compressed gas, a swirl chamber connected or paired with a tangential nozzle inlet, a collection chamber located above the swirl chamber, characterized in that the tangential nozzle inlet of the compressed gas is integral with the inlet and has a tapering channel, and the swirling chamber is formed by a channel in the form of a radial cochlea on the inner surface of the casing, above which a limiting diaphragm is fixed coaxially with the casing above with a central opening for light gas expanding towards the collecting chamber, and end-to-end there is a hollow cylinder stepped from the outside, forming a closed annular cavity for the twisting chamber with the body, which is connected to the additional twisting chamber by tangential tapering openings conjugated with channels in in the form of a snail made from the inside in the body of a hollow cylinder, which is an additional twisting chamber.