RU97651U1

RU97651U1 - MASS EXCHANGE SEPARATION ELEMENT

Info

Publication number: RU97651U1
Application number: RU2010110750/12U
Authority: RU
Inventors: Сергей Иванович Бойко; Александр Викторович Литвиненко; Максим Александрович Грицай; Сергей Николаевич Прусаченко; Георгий Геннадьевич Тютюник
Priority date: 2010-03-22
Filing date: 2010-03-22
Publication date: 2010-09-20

Abstract

1. Массообменный сепарационный элемент, включающий обечайку с завихрителем потока и размещенный над кромкой обечайки каплесъемник, выполненный в виде U-образного дефлектора с вертикальными бортовыми поверхностями, образующими с внешней и внутренней сторонами обечайки сообщающиеся кольцевые каналы, отличающийся тем, что часть обечайки, расположенная выше внешней кромки каплесъемника, выполнена перфорированной, при этом суммарное сечение перфораций обечайки не превышает 2,0 сечения кольцевого канала между обечайкой и каплесъемником, кроме того, на каплесъемнике установлен каплеотбойник. ! 2. Массообменный сепарационный элемент по п.1, отличающийся тем, что по верхней образующей каплесъемника выполнены отверстия, ориентированные в сторону закручивания потока завихрителем. 1. Mass-exchange separation element, comprising a shell with a flow swirl and a dropper placed above the edge of the shell, made in the form of a U-shaped deflector with vertical side surfaces forming communicating annular channels with the outer and inner sides of the shell, characterized in that the part of the shell located above the outer edge of the dropper, made perforated, while the total cross section of the perforations of the shell does not exceed 2.0 section of the annular channel between the shell and the dropper, cr In addition, a droplet separator is installed on the dropper. ! 2. Mass-transfer separation element according to claim 1, characterized in that along the upper forming part of the scraper, holes are made, oriented in the direction of swirling the flow with a swirler.

Description

Полезная модель относится к устройствам для массообмена между газом и жидкостью, а также для очистки газа от жидких примесей с использованием центробежных сил, возникающих при закручивании газового потока, и может быть использована как для проведения массообменных процессов, так и процессов разделения газа и жидкости в нефтяной, газовой, нефтехимической и других отраслях промышленности.The utility model relates to devices for mass transfer between gas and liquid, as well as for gas purification from liquid impurities using centrifugal forces arising from swirling gas flow, and can be used both for mass transfer processes and gas-liquid separation processes in oil , gas, petrochemical and other industries.

Известен центробежный сепарационный элемент, включающий обечайку, два последовательно установленных завихрителя с направляющими лопатками и тонкослойной насадкой между ними, установленный внутри обечайки газоотводящий патрубок и ловушку отделенной жидкости, представляющую собой примыкающее к газоотводящему патрубку кольцо с вертикальным бортом, при этом поверхность обечайки образует с бортом и с внешней поверхностью газоотводящего патрубка сообщающиеся кольцевые каналы (патент РФ №2052272, МПК В01Д 45/12, опуб. 20.01.1996 г.).A centrifugal separation element is known, including a shell, two successive swirlers with guide vanes and a thin-layer nozzle between them, a gas outlet pipe installed inside the shell, and a separated liquid trap, which is a ring with a vertical side adjacent to the gas outlet pipe, and the surface of the shell forms a flange and communicating annular channels with the outer surface of the gas outlet pipe (RF patent No. 2052272, IPC V01D 45/12, publ. 01.20.1996).

Общими признаками известного центробежного сепарационного элемента с предлагаемым являются:Common features of the known centrifugal separation element with the proposed are:

- обечайка;- shell;

- завихритель потока;- flow swirl;

- размещенная над кромкой обечайки ловушка отделенной жидкости.- a trap of separated liquid located above the edge of the shell.

Недостатком известного устройства является повышенное гидравлическое сопротивление из-за наличия двух завихрителей и недостаточно эффективное отделение жидкости от газа, обусловленное вторичным уносом капель, осевших на газоотводящем патрубке в виде пленки.A disadvantage of the known device is the increased hydraulic resistance due to the presence of two swirls and insufficiently effective separation of the liquid from the gas, due to the secondary ablation of droplets deposited on the gas outlet in the form of a film.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является центробежный сепарационный элемент, включающий обечайку с ловушкой отделенной жидкости и завихритель. Внутри обечайки соосно ей размещено полое тело цилиндрической формы, один торец которого выполнен герметичным и выступающим над ловушкой отделенной жидкости, а другой торец выполнен в виде сопла и расположен над завихрителем, кроме того, выступающая торцовая часть полого тела снабжена газоподводящими патрубками. Ловушка для улавливания отделенной жидкости представляет собой кольцо с вертикальными бортами, образующими с внешней и внутренней сторонами обечайки сообщающиеся кольцевые каналы (патент №2140317, МПК⁶ В01Д 45/12, опуб. 12.10.1999, ОБ №30).The closest in technical essence and the achieved result to the proposed invention is a centrifugal separation element, comprising a casing with a trap of separated liquid and a swirl. Inside the shell, a hollow cylindrical body is placed coaxially with it, one end of which is sealed and protruding above the trap of the separated liquid, and the other end is made in the form of a nozzle and is located above the swirl; in addition, the protruding end part of the hollow body is equipped with gas supply pipes. The trap for trapping the separated liquid is a ring with vertical sides forming communicating annular channels with the outer and inner sides of the shell (patent No. 2140317, IPC ⁶ V01D 45/12, publ. 12.10.1999, OB No. 30).

Общими признаками известного и предлагаемого устройств являются:Common features of the known and proposed devices are:

- обечайка;- shell;

- завихритель потока;- flow swirl;

- размещенный над кромкой обечайки каплесъемник, выполненный в виде U-образного дефлектора с вертикальными бортовыми поверхностями, образующими с внешней и внутренней сторонами обечайки сообщающиеся кольцевые каналы.- a dropper placed above the edge of the shell, made in the form of a U-shaped deflector with vertical side surfaces forming communicating annular channels with the outer and inner sides of the shell.

Недостатком известного устройства является невысокая эффективность сепарации газа и массообмена при большом содержании капельной жидкости из-за вторичного уноса, вызванного осаждением части капель, отскочивших на наружную поверхность полого центрального тела, и поступлением на нее в виде пленки части жидкости из внутренней полости полого центрального тела, а также недостаточно высокая производительность сепарационного элемента за счет организации рециркуляции части потока.A disadvantage of the known device is the low efficiency of gas separation and mass transfer with a high content of droplet liquid due to secondary entrainment caused by the deposition of part of the droplets that bounced onto the outer surface of the hollow central body and the flow of part of the liquid from the inner cavity of the hollow central body onto it, and also not high enough performance of the separation element due to the organization of recycling of part of the stream.

Техническая задача заключается в достижении высокой производительности массообменного сепарационного элемента, а также высокой эффективности разделения за счет устранения уноса капельной жидкости с газом при пониженном гидравлическом сопротивлении.The technical problem is to achieve high performance mass transfer separation element, as well as high separation efficiency by eliminating the entrainment of droplet liquid with gas with low hydraulic resistance.

Поставленная задача достигается тем, что в массообменном сепарационном элементе, включающем обечайку с завихрителем потока и размещенный над кромкой обечайки каплесъемник, выполненный в виде U-образного дефлектора с вертикальными бортовыми поверхностями, образующими с внешней и внутренней сторонами обечайки сообщающиеся кольцевые каналы, часть обечайки, расположенная выше внешней кромки каплесъемника, выполнена перфорированной, при этом суммарное сечение перфораций обечайки не превышает 2,0 сечения кольцевого канала между обечайкой и каплесъемником, кроме того, на каплесъемнике установлен каплеотбойник.This object is achieved by the fact that in the mass transfer separation element, including a shell with a flow swirl and a dropper placed above the shell edge, made in the form of a U-shaped deflector with vertical side surfaces forming communicating annular channels with the outer and inner sides of the shell, a part of the shell located above the outer edge of the dropper, made perforated, while the total section of the perforations of the shell does not exceed 2.0 section of the annular channel between the shell and a dropper, in addition, a droplet collector is installed on the dropper.

Кроме этого, по верхней образующей каплесъемника выполнены отверстия, ориентированные в сторону закручивания потока завихрителем.In addition, holes are formed along the upper forming part of the dropper, oriented toward the swirling direction of the flow with a swirl.

Выполнение части обечайки, расположенной выше внешней кромки каплесъемника, перфорированной позволяет отвести через отверстия большую часть пленки жидкости, прежде чем она попадет в кольцевой канал между внутренней стороной обечайки и вертикальными бортовыми поверхностями U-образного дефлектора. Это позволяет исключить срыв крупных капель и, следовательно, снизить вторичный унос жидкости с основной частью газового потока. Кроме того, увеличивается пропускная способность массообменного центробежного элемента по уловленной жидкости.The perforated part of the shell located above the outer edge of the droplet remover allows most of the liquid film to be drained through the holes before it enters the annular channel between the inner side of the shell and the vertical side surfaces of the U-shaped deflector. This eliminates the stall of large drops and, therefore, reduces the secondary entrainment of the liquid with the main part of the gas stream. In addition, the throughput of the mass transfer centrifugal element in the trapped fluid is increased.

Выполнение части обечайки, расположенной выше внешней кромки каплесъемника, перфорированной таким образом, что суммарное сечение перфораций обечайки не превышает 2,0 сечения кольцевого канала между обечайкой и каплесъемником позволяет без значительного изменения внутри обечайки угла закрутки газового потока получить высокое значение коэффициента массопередачи.The execution of the part of the shell located above the outer edge of the dropper, perforated so that the total cross section of the perforations of the shell does not exceed 2.0 of the cross section of the annular channel between the shell and the dropper, allows a high mass transfer coefficient to be obtained without a significant change in the swirl angle of the gas stream.

Установка на каплесъемнике каплеотбойника исключает вторичный унос жидкости с частью газа, прорвавшегося в кольцевые каналы, образованные внешней и внутренней сторонами обечайки и вертикальными бортовыми поверхностями U-образного дефлектора. Эта часть газа выходит из внешнего кольцевого канала и, двигаясь вверх вдоль внешней поверхности каплесъемника, встречает на своем пути каплеотбойник, на внешней поверхности которого газ сепарируется от капельной жидкости.The installation of a droplet eliminator on the dropper eliminates the secondary entrainment of liquid with part of the gas bursting into the annular channels formed by the outer and inner sides of the shell and the vertical side surfaces of the U-shaped deflector. This part of the gas leaves the outer annular channel and, moving upward along the outer surface of the dropper, it encounters a droplet separator in its path, on the outer surface of which the gas is separated from the droplet liquid.

Выполнение по верхней образующей каплесъемника отверстий, ориентированных в сторону закручивания потока завихрителем, исключает образование в кольцевых каналах газожидкостных пробок, препятствующих равномерному отводу жидкостной пленки каплесъемником и приводящих к вторичному уносу жидкости.Performing holes along the upper forming part of the scavenger oriented toward the swirling direction of the flow by the swirl excludes the formation of gas-liquid plugs in the annular channels, which impede the uniform removal of the liquid film by the scraper and lead to secondary liquid entrainment.

Устройство представлено на рисунках, где на фиг.1 показан общий вид, на фиг.2 - вид А-А массообменного сепарационного элемента с указанием направлений закручивания газового потока и выхода газа из отверстий.The device is presented in the figures, in which Fig. 1 shows a general view, Fig. 2 is a view A-A of the mass transfer separation element indicating the directions of twisting of the gas stream and the gas outlet from the openings.

Массообменный сепарационный элемент состоит из обечайки 1 с завихрителем 2 потока, каплесъемника 3, размещенного над кромкой обечайки 1, и каплеотбойника 4, установленного на каплесъемнике 3 и выполненного в виде конфузора, или многогранной усеченной пирамиды или сегмента поверхности сферы. Каплесъемник 3 выполнен в виде U-образного дефлектора с вертикальными бортовыми поверхностями 5, образующими с внешней и внутренней сторонами обечайки 1 сообщающиеся кольцевые каналы 6. Часть обечайки 1, расположенная выше кромки внешней бортовой поверхности 5 каплесъемника 3, выполнена перфорированной отверстиями 7. Суммарное сечение отверстий 7 обечайки 1 не превышает 2,0 сечения кольцевого канала 6 между обечайкой 1 и каплесъемником 3. По верхней образующей каплесъемника 3 выполнены отверстия 8, ориентированные в сторону закручивания потока завихрителем 2.The mass-exchange separation element consists of a shell 1 with a swirl 2 of a stream, a dropper 3 located above the edge of the shell 1, and a droplet 4 mounted on droplet 3 and made in the form of a confuser, or a polyhedral truncated pyramid or segment of the surface of a sphere. The dropper 3 is made in the form of a U-shaped deflector with vertical side surfaces 5, forming communicating annular channels 6 with the outer and inner sides of the shell 6. The part of the shell 1, located above the edge of the outer side surface 5 of the dropper 3, is perforated with holes 7. The total section of the holes 7 of the shell 1 does not exceed 2.0 of the cross section of the annular channel 6 between the shell 1 and the scraper 3. On the upper generatrix of the scraper 3 holes 8 are made, oriented in the direction of flow swirling swirl 2.

Устройство работает следующим образом. Газ с капельной жидкостью проходит через завихритель 2, где принимает вращательно-поступательное движение, и направляется во внутреннюю полость обечайки 1. Жидкость под действием центробежных сил концентрируется у внутренней поверхности обечайки 1, а отсепарированный газ, проконтактировав с пленкой жидкости, через центральное отверстие каплесъемника 3 покидает центробежный элемент. Жидкость в пленочном виде по внутренней поверхности поднимается к верхней кромке обечайки 1, при этом большая часть жидкости при течении по внутренней стенке обечайки отводится через перфорацию 7 в обечайке 1, а оставшаяся часть жидкости отводится из потока через кольцевой канал 6 между верхней частью обечайки 1 и каплесъемником 3. Расположенные горизонтально и под углом к вертикальной плоскости - по направлению, аналогичному углу закрутки лопаток в завихрителе 3, - отверстия 8 служат для выхода газа, прорвавшегося вместе с жидкостью в кольцевой канал 6, способствуя равномерному отводу жидкостной пленки каплесъемником 3, что исключает вторичный унос жидкости.The device operates as follows. Gas with a droplet liquid passes through a swirl 2, where it takes a rotational-translational motion, and is sent to the inner cavity of the shell 1. The liquid under the action of centrifugal forces is concentrated at the inner surface of the shell 1, and the separated gas, having contacted the liquid film, through the central opening of the dropper 3 leaves the centrifugal element. The liquid in the film form along the inner surface rises to the upper edge of the shell 1, with most of the fluid flowing along the inner wall of the shell through the perforation 7 in the shell 1, and the remaining part of the fluid is removed from the stream through the annular channel 6 between the upper part of the shell 1 and droplet remover 3. Located horizontally and at an angle to the vertical plane - in a direction similar to the angle of twist of the blades in the swirl 3, - openings 8 serve for the exit of gas that burst with the liquid in the ring howling channel 6, contributing to the uniform removal of the liquid film droplet 3, which eliminates the secondary ablation of the liquid.

Каплеотбойник 4 предназначен для исключения вторичного уноса жидкости с частью газа, прорвавшегося в кольцевые каналы 6, образованные внешней и внутренней сторонами обечайки 1 и вертикальными бортовыми поверхностями 5 U-образного дефлектора. Эта часть газа выходит из внешнего кольцевого канала 6 и, двигаясь вверх вдоль внешней поверхности обечайки 1, встречает на своем пути каплеотбойник 4, на внешней поверхности которого газ сепарируется от капельной жидкости.The droplet eliminator 4 is designed to prevent secondary entrainment of liquid with a part of the gas bursting into the annular channels 6 formed by the outer and inner sides of the shell 1 and the vertical side surfaces 5 of the U-shaped deflector. This part of the gas leaves the outer annular channel 6 and, moving up along the outer surface of the shell 1, encounters a droplet separator 4 in its path, on the outer surface of which the gas is separated from the droplet liquid.

Таким образом, сначала происходит отделение капельной жидкости от газа и образование пленки жидкости на внутренней поверхности обечайки 1, после чего между газом и жидкостью в пленочном режиме протекает массо-обмен.Thus, at first separation of the droplet liquid from the gas and the formation of a liquid film on the inner surface of the shell 1 occur, after which a mass transfer occurs between the gas and the liquid in the film mode.

На фиг.1 показано выполнение каплеотбойника 4 в виде конфузора.Figure 1 shows the implementation of the drop eliminator 4 in the form of a confuser.

Перфорация на обечайке 1 может быть любой формы, а суммарное сечение отверстий 7 не превышает 2,0 сечения кольцевого канала 6 между обечайкой 1 и каплесъемником 3. На фиг.1 показано выполнение перфорации 7 на обечайке 1 в виде круглых отверстий.Perforation on the shell 1 can be of any shape, and the total cross section of the holes 7 does not exceed 2.0 of the cross section of the annular channel 6 between the shell 1 and the drier 3. Figure 1 shows the perforation 7 on the shell 1 in the form of round holes.

Claims

1. Mass-exchange separation element, comprising a shell with a flow swirl and a dropper placed above the edge of the shell, made in the form of a U-shaped deflector with vertical side surfaces forming communicating annular channels with the outer and inner sides of the shell, characterized in that the part of the shell located above the outer edge of the dropper, made perforated, while the total cross section of the perforations of the shell does not exceed 2.0 section of the annular channel between the shell and the dropper, cr In addition, a droplet separator is installed on the dropper.

2. The mass-exchange separation element according to claim 1, characterized in that along the upper forming part of the scraper, holes are made, oriented in the direction of swirling the flow with a swirl.