RU2699122C1

RU2699122C1 - Separating device

Info

Publication number: RU2699122C1
Application number: RU2019107644A
Authority: RU
Inventors: Гамаль Рафаэльевич Ахсаниев; Юрий Андреевич Нохратский; Руслан Ильдарович Салимгареев; Ильяс Масгутович Шигапов
Original assignee: Руслан Ильдарович Салимгареев; Ильяс Масгутович Шигапов
Priority date: 2019-03-18
Filing date: 2019-03-18
Publication date: 2019-09-03

Abstract

FIELD: technological processes.

SUBSTANCE: invention relates to devices for separation of drop liquid and mechanical impurities from gas flow. Separating device includes filtration chamber with side permeable surface, equipped with upper and lower covers and installed along axis of filtration chamber at its inlet by swirler. Swirler is installed in the support element. Support element is installed with annular gap in relation to inner side permeable surface of filtration chamber with formation of annular drainage channel, height of which makes 0.5 to 1.5 of diameter of support element, and width of drain channel is not less than 2 mm.

EFFECT: high efficiency of separating gas from liquid in a wide range of concentration of liquid in a stream of fluid medium, wider range of workloads on the cleaned flow.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам отделения капельной жидкости, механических примесей из газового потока и может быть использовано в сепарационных и массообменных аппаратах газовой, химической, нефтехимической и смежных отраслях промышленности.The invention relates to a device for separating droplet liquid, solids from a gas stream and can be used in separation and mass transfer apparatuses of the gas, chemical, petrochemical and related industries.

Известен способ сепарации жидкости из газового потока (см. патент РФ №2344869, B01D 45/12, B01D 53/26, опубл. 27.01.2009 в БИ №3), включающий закручивание газожидкостного потока, формирование вращающегося слоя жидкости на поверхностях цилиндрического патрубка и осевого тела вращения, разделение потоков на жидкую и газовую фазы и их последующий отбор.A known method of separating liquid from a gas stream (see RF patent No. 2344869, B01D 45/12, B01D 53/26, published on January 27, 2009 in BI No. 3), including twisting a gas-liquid stream, forming a rotating liquid layer on the surfaces of the cylindrical pipe and axial body rotation, separation of flows into liquid and gas phases and their subsequent selection.

Недостатком этого способа является низкая эффективность отделения жидкости, обусловленная формированием на поверхности цилиндрического патрубка струйного течения жидкости, которая по спирали направляется в зону сбора и удаления и перегружает данную зону. При этом за счет высокой скорости жидкость дробится на капли, которые в значительном количестве уносятся с периферийным газом.The disadvantage of this method is the low efficiency of liquid separation, due to the formation on the surface of the cylindrical nozzle of the jet stream of liquid, which is sent in a spiral to the collection and removal zone and overloads this zone. Moreover, due to the high speed, the liquid is crushed into droplets, which are carried away in significant quantities with the peripheral gas.

Известна конструкция вертикального сепарационного фильтра, который выполнен из вертикальных стоек, верхней крышки и опорного фланца, образующих каркас фильтра, и на котором установлена рукавная мелкоячеистая металлическая сетка (SU 1722537 Вертикальный сепарационный фильтр, МПК B01D 45/02, 46/20, опубл. 30.03.1992, бюл. №12). В сепарационном фильтре равномерно по его оси установлены завихрители, направляющие газожидкостный поток к внутренней поверхности фильтрующего слоя, что обеспечивает его равномерную загрузку и дополнительно сообщает фильтру жесткость конструкции. В этом решении в фильтрующем слое с сеткой по всей его высоте по спирали установлен дренажный канал.A known design of a vertical separation filter, which is made of vertical struts, a top cover and a support flange forming a filter frame, and on which a fine-mesh hose mesh is installed (SU 1722537 Vertical separation filter, IPC B01D 45/02, 46/20, publ. 30.03 .1992, bull. No. 12). In the separation filter, swirlers are installed uniformly along its axis, directing the gas-liquid flow to the inner surface of the filter layer, which ensures its uniform loading and additionally informs the filter of structural rigidity. In this solution, a drainage channel is installed in a spiral layer along the entire height of the filter layer with a mesh.

Недостатком этого способа является наличие длинного дренажного канала, расположенного по спирали в фильтрующем слое, что перегружает данную зону, ухудшая разделение капель жидкости от газа. При высокой концентрации капельной жидкости в газовом потоке спиральный дренажный канал не справляется с большим потоком отсепарированной жидкости, которая изливается по поверхности рабочей зоны сепарации, вызывая вторичный унос капель жидкости потоком газа. На участках начала и окончания дренажного канала создаются аномальные зоны, ухудшающие процесс сепарации. Кроме того, конструкция данного фильтра очень сложна и ненадежна, требует изготовления желоба, намотки фильтрующего слоя на каркас.The disadvantage of this method is the presence of a long drainage channel, located in a spiral in the filter layer, which overloads this area, worsening the separation of liquid droplets from gas. At a high concentration of droplet liquid in the gas stream, the spiral drainage channel cannot cope with a large flow of separated liquid, which flows over the surface of the separation zone, causing secondary entrainment of liquid droplets by the gas stream. In the areas of the beginning and end of the drainage channel, abnormal zones are created that worsen the separation process. In addition, the design of this filter is very complex and unreliable, requires the manufacture of a trough, winding the filter layer on the frame.

Задачей изобретения является повышение эффективности отделения газа от жидкости в широком диапазоне концентрации жидкости в потоке текучей среды, расширение диапазона рабочих нагрузок по очищаемому потоку.The objective of the invention is to increase the efficiency of separation of gas from liquid in a wide range of liquid concentration in the fluid stream, expanding the range of working loads on the cleaned stream.

Техническим результатом является отведение отсепарированной жидкости за пределы сепарационного пространства устройства к его нерабочей зоне, где отсутствует возможность вторичного уноса жидкости газом.The technical result is the removal of the separated liquid outside the separation space of the device to its inoperative zone, where there is no possibility of secondary entrainment of the liquid by gas.

Задача решается и технический результат реализуется конструкцией сепарирующего устройства, включающего фильтрационную камеру с боковой проницаемой поверхностью, снабженного верхней и нижней крышками, и входной элемент с кольцевым порогом для установки устройства на опорное полотно, расположенный в нижней крышке фильтрационной камеры по ее оси и имеющий завихритель на входе.The problem is solved and the technical result is realized by the design of the separating device, including a filtration chamber with a side permeable surface, equipped with upper and lower covers, and an input element with an annular threshold for installing the device on a support web located along its axis in the bottom cover of the filtration chamber and having a swirl on the entrance.

В отличие от наиболее близкого аналога входной (опорный) элемент с завихрителем установлен с кольцевым зазором по отношению к внутренней боковой проницаемой поверхности фильтрационной камеры с образованием кольцевого дренажного канала; кольцевой канал имеет высоту, равную от 0,5 до 1,5 диаметра опорного элемента, ширина дренажного канала составляет не менее 2 мм. Нижняя крышка 2 может быть выполнена с отверстиями для слива уловленной жидкости из фильтрационной камеры.In contrast to the closest analogue, the input (support) element with a swirl is installed with an annular gap with respect to the inner lateral permeable surface of the filter chamber with the formation of an annular drainage channel; the annular channel has a height equal to from 0.5 to 1.5 times the diameter of the support element, the width of the drainage channel is at least 2 mm. The bottom cover 2 can be made with holes for draining the trapped fluid from the filter chamber.

В качестве вариантов исполнения внутренняя стенка может быть выполнена из набора пластин, грани которых параллельны оси сепарационного устройства, каждая из которых установлена по отношению к соседним пластинам с зазором, или из перфорированного листа при условии обеспечения свободного сечения от 20 до 80%.As options, the inner wall can be made of a set of plates, the faces of which are parallel to the axis of the separation device, each of which is installed in relation to adjacent plates with a gap, or of a perforated sheet, provided that the free section is from 20 to 80%.

На чертеже изображено предложенное сепарационное устройство с видом А, детально раскрывающем конструкцию дренажного канала.The drawing shows the proposed separation device with a view A, detailing the design of the drainage channel.

Сепарационное устройство представляет собой фильтрационную камеру, состоящую из внутренней стенки 1, наружной стенки 2, верхней 3 и нижней 4 крышек, пространство между которыми может быть заполнено дренирующим материалом 5. Внутренняя боковая поверхность стенки 1 фильтрационной камеры является проницаемой для текучей среды и может быть выполнена из просечно-вытяжного листа (ПВЛ), либо в качестве варианта исполнения из набора пластин, грани которых параллельны оси сепарационного устройства, каждая из которых установлена по отношению к соседним пластинам с зазором, или из перфорированного листа при условии обеспечения необходимого свободного сечения. В нижней части камеры расположен опорный элемент 6 с кольцевым порогом 7 для установки на опорное полотно (не показано). На входном открытом торце опорного элемента 6, предназначенном для входа текучей среды - газожидкостного потока, в нижней его части установлен завихритель 8 в виде стационарных лопаток. При этом между опорным элементом 6 и внутренней стенкой 1 фильтрационной камеры образован кольцевой дренажный канал. Кольцевой дренажный канал имеет высоту Н, равную от 0,5 до 1,5 диаметра опорного элемента. Такая высота необходима и достаточна для формирования закрученного потока внутри опорного элемента 6 и концентрирования (объединения) капель жидкости вдоль его внутренней поверхности, а также для обеспечения дренажа жидкости из фильтрационной камеры в кольцевом зазоре вдоль наружной поверхности. Ширина канала В составляет не менее 2 мм, что обеспечивает пропускную способность, при меньших значениях увеличивается вклад сил поверхностного натяжения и снижается дренирующая способность элемента. Ширина и высота дренажного кольцевого канала зависят от насыщенности газа каплями жидкости; чем выше ее концентрация во входном газовом потоке, тем выше и шире он должен быть. Нижняя крышка 4 может быть выполнена с отверстиями для слива уловленной жидкости из фильтрационной камеры, количество и размер которых зависят от концентрации жидкости во входном газовом потоке и рассчитываются для каждого конкретного случая индивидуально.The separation device is a filtration chamber, consisting of an inner wall 1, an outer wall 2, an upper 3 and a lower 4 covers, the space between which can be filled with drainage material 5. The inner side surface of the wall 1 of the filtration chamber is permeable to a fluid and can be made from expanded metal sheet (PVL), or as an embodiment from a set of plates whose faces are parallel to the axis of the separation device, each of which is installed with respect to ne plates with a gap or perforated sheet, provided that the necessary free section. In the lower part of the chamber there is a supporting element 6 with an annular threshold 7 for installation on a supporting canvas (not shown). At the inlet open end of the support element 6, intended for the inlet of a fluid - gas-liquid flow, in its lower part there is a swirler 8 in the form of stationary blades. In this case, an annular drainage channel is formed between the supporting element 6 and the inner wall 1 of the filter chamber. The annular drainage channel has a height H equal to from 0.5 to 1.5 times the diameter of the support element. This height is necessary and sufficient for the formation of a swirling flow inside the support element 6 and the concentration (association) of liquid droplets along its inner surface, as well as to ensure the drainage of liquid from the filter chamber in the annular gap along the outer surface. The width of the channel B is at least 2 mm, which ensures throughput, at lower values the contribution of surface tension forces increases and the drainage ability of the element decreases. The width and height of the drainage annular channel depend on the saturation of the gas with liquid droplets; the higher its concentration in the inlet gas stream, the higher and wider it should be. The bottom cover 4 can be made with holes for draining the trapped liquid from the filter chamber, the number and size of which depend on the concentration of the liquid in the inlet gas stream and are calculated individually for each particular case.

В зависимости от условий эксплуатации, требований к степени очистки фильтрационная камера может включать один или несколько слоев из фильтрующих материалов, в том числе нетканых, например, из полиэфирных волокон, либо сетчатого материала, обеспечивающих дренирование уловленной жидкости в нижнюю часть фильтрационной камеры.Depending on the operating conditions, the requirements for the degree of cleaning, the filtration chamber may include one or more layers of filter materials, including non-woven, for example, polyester fibers, or mesh material, which allow drainage of the trapped fluid to the bottom of the filter chamber.

Сепарационное устройство работает следующим образом.The separation device operates as follows.

Исходная газожидкостная смесь поступает снизу, через входное отверстие опорного элемента 6, где установлен завихритель 8. Завихритель 8 представляет собой стационарные лопатки для сообщения входному потоку вращательного движения. За счет разности плотностей жидкости и газа происходит разделение газа и капельной жидкости; частицы жидкости преимущественно движутся по внутренней поверхности 1 фильтрационной камеры, а газ занимает основной объем устройства. При движении текучей среды внутри устройства частицы через отверстия внутренней стенки 1 попадают внутрь фильтрационной камеры 5 и задерживаются в фильтрующем материале. При этом капли жидкости укрупняются и под действием гравитационных сил движутся вниз в объеме фильтрационной камеры и истекают через нижнюю крышку на опорное полотно - основание сепарационного устройства (не показано). Часть уловленной жидкости может проходить сквозь фильтрующий материал и стекать по внешней поверхности фильтрационной камеры.The initial gas-liquid mixture enters from below, through the inlet of the support element 6, where the swirler 8 is installed. The swirler 8 is a stationary blade for communicating rotational motion to the input stream. Due to the difference in the densities of the liquid and gas, gas and droplet liquid are separated; the liquid particles mainly move along the inner surface 1 of the filtration chamber, and gas occupies the main volume of the device. When the fluid moves inside the device, the particles through the holes of the inner wall 1 enter the filter chamber 5 and are retained in the filter material. In this case, the liquid droplets coarsen and, under the influence of gravitational forces, move downward in the volume of the filtration chamber and expire through the lower cover to the support web — the base of the separation device (not shown). Part of the trapped fluid may pass through the filter material and flow down the outer surface of the filter chamber.

В нижней части фильтрационной камеры имеется кольцевой дренажный канал, образованный внутренней стенкой 1 и опорным элементом 6, предназначенный для возможности накопления жидкости, выделившейся из текучей среды (очищаемого потока). В этой части сепарационного устройства поток текучей среды не оказывает влияние на движение уловленной жидкости; в этой зоне отсутствует движение газового потока, и жидкость имеет возможность спокойно стекать на опорное полотно - основание сепарационного устройства.In the lower part of the filtration chamber there is an annular drainage channel formed by the inner wall 1 and the supporting element 6, designed to allow the accumulation of liquid released from the fluid (cleaned stream). In this part of the separation device, the fluid flow does not affect the movement of the trapped fluid; in this zone there is no movement of the gas stream, and the liquid has the ability to safely drain onto the supporting web - the base of the separation device.

Claims

1. The separating device, comprising a filter chamber with a permeable side surface, equipped with a top and bottom covers and a swirl installed along the axis of the filter chamber at its inlet, characterized in that the swirl is installed in the support element, the support element is installed with an annular gap with respect to the inner side the permeable surface of the filter chamber with the formation of an annular drainage channel, the height of which is from 0.5 to 1.5 times the diameter of the support element, and the width of the drainage channel is not less than 2 mm.

2. The separating device according to claim 1, characterized in that the bottom cover is made with holes.