ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ КАПЛЕУЛОВИТЕЛЬ Российский патент 1995 года по МПК B01D45/12 

Изобретение относится к устройствам для проведения массообменных процессов и может быть использовано для проведения реакций и сепарации капельной жидкой фазы от газовой.

Известен центробежный каплеуловитель, включающий цилиндрический корпус с входным и двумя выходными патрубками для газовой и жидкой фазы соответственно, установленный соосно в корпусе за входным патрубком конической лопастной завихритель и сепарационную камеру [1]
Недостатками этого устройства являются низкая надежность отделения жидкой фазы из-за возникновения зон разрежения в закрученном газовом потоке, приводящих к возврату в него отсепарированной жидкой фазы, и высокая энергоемкость из-за осевого трения в закрученном потоке.

Наиболее близким к предлагаемому является центробежный каплеуловитель, включающий цилиндрический корпус с входным и двумя выходными патрубками для газовой и жидкой фазы соответственно, установленные соосно в корпусе последовательно за входным патрубком конические лопастной завихритель и спиралеобразную вставку, выполненные с равными углами закрутки, и сепарационную камеру [2]
Это устройство позволяет уменьшить энергоемкость за счет снижения трения в осевых слоях газового потока и несколько повысить надежность отделения жидкой фазы, однако имеет высокий расход газовой фазы, отводимой совместно с жидкой в сепарационную камеру, и сохраняет брызгоунос из-за высокой турбулентности газового потока и возникновения в нем зон разрежения на входе в выходной патрубок для отвода газовой фазы.

В предлагаемом центробежном каплеуловителе, включающем цилиндрический корпус с входным и двумя выходными патрубками для газовой и жидкой фазы соответственно, установленные соосно в корпусе последовательно за входным патрубком конические лопастной завихритель и спиралеобразную вставку, выполненные с равными углами закручивания, и сепарационную камеру, согласно изобретению на внутренней поверхности корпуса за лопастным завихрителем выполнена винтовая канавка, угол нарезки которой равен углу навивки спиралеобразной вставки, а глубина плавно увеличивается от нулевой по направлению к сепарационной камере, причем выходной патрубок для отвода газовой фазы посажен по внутреннему диаметру корпуса.

Это позволяет полностью исключить брызгоунос отсепарированной жидкой фазы за счет ее выхода в сепарационную камеру по канавке, в которой турбулентность газового потока не может вызвать образования брызг, а также минимизировать выход газовой фазы в сепарационную камеру за счет уменьшения входного сечения сепарационной камеры.

При высоком содержании жидкой фазы целесообразно выполнение многозаходной винтовой канавки, что позволяет снизить гидравлическое сопротивление ее выхода в сепарационную камеру при отсутствии возможности образования брызг.

В предпочтительном варианте между лопастным завихрителем и спиралеобразной вставкой натянуты струны из упругого материала.

Это позволяет создать в гетерофазном потоке колебания, соответствующие частоте автоколебаний натянутых струн, что способствует коагуляции и более надежному отделению капельной жидкой фазы.

Для регулировки частоты автоколебаний струи они могут быть снабжены приспособлениями регулировки их натяжения.

Это позволяет подобрать частоту колебаний струн, близкую к частоте собственных колебаний капельной жидкой фазы, что обеспечивает наиболее быструю коагуляцию и сепарацию капель.

На фиг. 1 показан центробежный каплеуловитель с однозаходной канавкой, продольный разрез; на фиг.2 то же, с многозаходной канавкой и струнами; на фиг.3 узел I на фиг.2.

Центробежный каплеуловитель включает цилиндрический корпус 1 с входным 2 и двумя выходными патрубками 3 и 4 для газовой и жидкой фазы соответственно, установленные соосно в корпусе 1 последовательно за патрубком 2 конические лопастной завихритель 5 и спиралеобразную вставку 6, выполненные с равными углами закрутки, и сепарационную камеру 7. На внутренней поверхности корпуса 1 за лопастным завихрителем 5 выполнена однозаходная (фиг.1) или многозаходная (двухзаходная) (фиг.2) винтовая канавка 8, угол нарезки которой равен углу навивки спиралеобразной вставки 6, а глубина плавно увеличивается от нуля по направлению к сепарационной камере 7. Выходной патрубок 3 посажен по внутреннему диаметру корпуса 1.

Между лопастным завихрителем 5 и спиралеобразной вставкой 6 могут быть (фиг.2) натянуты струны 9 из упругого материала, которые могут быть снабжены (фиг.2 и 3) приспособлениями 10 регулировки натяжения.

При работе каплеуловителя поток газовой фазы с капельной жидкой фазой поступает через патрубок 2 в корпус 1, где, проходя через лопастной завихритель 5, приобретает закрученное движение. Трение между слоями в осевой части потока и падение его скорости исключены вставкой 6, угол закрутки которой равен углу закрутки лопастного завихрителя 5. Отсутствие осевого трения в газовом потоке позволяет отсепарировать в поле центробежных сил капельную жидкую фазу, которая при отсутствии зон разрежения в газовом потоке отходит к его периферийной части, оседает на стенке корпуса 1 и попадает в канавку 8. При наличии струн 9 между лопастным завихрителем 5 и спиралеобразной вставкой 6 обтекание струн 9 закрученным газовым потоком приводит к возникновению в струнах 9 автоколебаний, частота которых определяется по формуле
ω_n= , (1) где ω- собственная частота колебаний струн, Гц;
F_so сила натяжения струны, Н;
l длина струны, м;
ρ_l- линейная плотность материала струны, кг/м
n номер гармоники, но
ρ_l= ρ_v, (2) где d диаметр струны, м;
ρ_v- объемная плотность, кг/м³;
m масса струны, кг. Преобразуем выражение (1)
= . (3) Подставив выражение (2) в (3), получаем
= , (4) но по определению
σ, (5) где σ- напряжение нормального растяжения в струне, Н/м².

Подставив (5) в (4), получаем
= . (6)
Преобразуем выражение (6)
σ . (7)
Несущая способность струны определяется условием
σ= [σ] (8) где [σ] предельно допустимое значение напряжения нормального растяжения, Н/м², которое равно
[σ] , (9) где σ_т- предел текучести материала струны, Н/м²;
[S] запас прочности.

Подставив (8) и (9) в (7) и преобразовав, получаем
[l] . (10)
Уравнение (10) позволяет определить предельно допустимое значение длины струны [l] применимой в данном устройстве. При расчете следует учитывать, что наиболее энергоемкой является первая гармоника собственных колебаний, поэтому при расчете предельно допустимой длины струны 9 для получения максимального КПД коагуляции жидкой фазы следует принимать n 1; максимальная нагрузка на струну 9 соответствует максимальной частоте колебаний, поэтому при расчете предельно допустимой длины струны следует брать максимальное значение частоты ультразвука из технологического интервала. Далее выбирают длину струны 9 меньше предельного значения, рассчитанного по формуле (10), для которого по уравнению
F_so= (11) определяют усилие натяжения струны, задаваемое приспособлением 10, необходимое для получения заданной частоты автоколебаний в первой гармонике.

Автоколебания струн 9 вызывают колебания с такой же частотой в газовом потоке, что приводит к коагуляции капельной жидкой фазы и ускорению ее сепарации в поле центробежных сил за счет возрастания массы капель.

Отсепарированная от газовой фазы жидкость по канавке 8 поступает в сепарационную камеру 7 с незначительной частью газового потока, проскакивающей в канавку 8 при ее неполном заполнении жидкой фазой. Основная часть газового потока отсекается патрубком 3 и выводится из корпуса 1, причем в нем не возникают турбулентные завихрения, способные вызвать брызгоунос жидкой фазы. Переменная глубина канавки обеспечивает ее постепенное заполнение жидкой фазой по мере ее сепарирования из газового потока практически заподлицо, что снижает ее воздействие на газовый поток в пристенных слоях и снижает энергоемкость. В сепарационной камере жидкая фаза отделяется от незначительной части проскочившего по канавке 8 газового потока и выводится из корпуса 1 по патрубку 4.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет исключить брызгоунос жидкой фазы, повысив качество ее отделения, и минимизировать выход газовой фазы совместно с жидкой.

Использование: для сепарации капельной жидкой фазы от газовой. Сущность изобретения: каплеуловитель включает цилиндрический корпус со входным и двумя выходными патрубками для газовой и жидкой фазы соответственно, установленные соосно в корпусе последовательно за входным патрубком конические лопастной завихритель и спиралеобразную вставку, выполненные с разными углами закрутки. На внутренней поверхности корпуса за лопастным завихрителем выполнена винтовая канавка, угол нарезки которой равен углу навивки спиралеобразной вставки. Глубина канавки плавно увеличивается от нулевой по направлению к сепарационной камере, а выходной патрубок для газовой фазы посажен по внутреннему диаметру корпуса. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ КАПЛЕУЛОВИТЕЛЬ, включающий цилиндрический корпус с входным и двумя выходными патрубками для газовой и жидкой фазы соответственно, установленные соосно в корпусе последовательно за входным патрубком конические лопастной завихритель и спиралеобразную вставку, выполненные с равными углами закрутки, и сепарационную камеру, отличающийся тем, что на внутренней поверхности корпуса за лопастным завихрителем выполнена винтовая канавка, угол нарезки которой равен углу навивки спиралеобразной вставки, а глубина плавно увеличивающейся от нулевой по направлению к сепарационной камере, причем выходной патрубок для газовой фазы посажен по внутреннему диаметру корпуса. 2. Каплеуловитель по п.1, отличающийся тем, что канавка выполнена многозаходной. 3. Каплеуловитель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что между лопастным завихрителем и спиралеобразной вставкой натянуты струны из упругого материала. 4. Каплеуловитель по п.3, отличающийся тем, что струны снабжены приспособлениями регулировки их натяжения.