ВПУСКНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ Российский патент 2015 года по МПК B01D3/00 

Изобретение относится к устройству и способу ввода и распределения текучей среды, в частности газа, содержащего жидкость, в емкость согласно преамбуле п.1 формулы изобретения. Емкость может быть выполнена как устройство или как разделительное устройство. Изобретение также относится к емкости, имеющей такое устройство.

Самую простую возможность ввода текучей среды в емкость представляет впускной патрубок, прикрепленный к стенке емкости. Текучая среда является газом, содержащим жидкость, распределенную в нем в форме мелких капель. На распределение текучей среды в емкости нельзя влиять ниже по потоку от впускного патрубка. Текучая среда не распределяется равномерно во внутреннем пространстве емкости. Впускное устройство для текучей среды с улучшенным распределением текучей среды известно, например, из публикации WO 06122940. Устройство включает в себя вертикальный канал, примыкающий к впускному патрубку и проходящий, по существу, по всему диаметру емкости. Данный распределительный канал имеет множество направляющих пластин. Каждая из направляющих пластин центрирует одну часть потока первой текучей среды и отклоняет первую текучую среду, по существу на 90°. Текучая среда, при этом, вводится в емкость на левой стороне и на правой стороне емкости. Одновременно имеет место отделение жидкости от текучей среды, уходящей от направляющих пластин в виде газа с частью остаточной жидкости.

Газ проходит через емкость и доходит до контактной поверхности, на которой газ и остаточная жидкость разделяются вследствие отличающейся плотности. Жидкость отделяется на контактную поверхность, а газ проходит сквозь контактную поверхность. Контактная поверхность может, например, быть выполнена в виде плетеного разделительного устройства.

Устройство согласно публикации WO 06122940 представляет усовершенствование по сравнению с впускным патрубком, поскольку газ более равномерно распределяется в емкости. Вместе с тем, обнаружено, что отделение жидкости происходит в неудовлетворительном режиме, и жидкость забирается в часть емкости, расположенную ниже по потоку от контактной поверхности.

Более того, обнаружено, что площадь поперечного сечения емкости, находящаяся ниже по потоку от устройства согласно WO 06122940, имеет две соответствующих зоны, в которых скорость потока газа больше, чем в остальной части поверхности поперечного сечения.

Это означает, что устройство согласно WO 06122940 следует признать представляющим улучшение обычного впускного патрубка на стенке емкости, но оно оказывается неудовлетворительным вследствие неравномерного распределения газа в емкости, так называемое нарушенное распределение остается, и жидкость забирается в часть емкости, расположенную ниже по потоку от устройства.

Поэтому задачей изобретения является создание устройства для распределения текучей среды в емкости, посредством которого получается улучшенное разделение текучей среды на газ и жидкость и равномерное распределение газа в емкости.

Данную задачу решает устройство для ввода и распределения текучей среды во внутреннее пространство емкости. Устройство включает в себя впускной канал и распределительный канал. Впускной канал открыт в распределительный канал с обеспечением возможности направления текучей среды из впускного канала в распределительный канал. Распределительный канал имеет оболочку, имеющую по меньшей мере одно выпускное отверстие. Впускной канал соединен с распределительным каналом по меньшей мере одним отверстием, расположенным в оболочке распределительного канала. Отверстие расположено так, что текучая среда входит в распределительный канал по касательной к отверстию с обеспечением возможности создания вращающегося потока во внутреннем пространстве распределительного канала. Распределительный канал предпочтительно выполнен в виде трубного элемента, имеющего, в частности, осесимметричное поперечное сечение, предпочтительно круглое поперечное сечение. Отверстие расположено в оболочке, в частности трубной оболочке распределительного канала, выполненной в виде трубного элемента, таким образом, текучая среда проходит через отверстие по касательной относительно трубной оболочки.

Текучая среда в данном случае является сжимаемой текучей средой, обычно газом, содержащим жидкость, распределенную в газе в форме капель. Газ, приходящий из впускного канала, таким образом направляется через отверстие по меньшей мере в один распределительный канал, предпочтительно во множество распределительных каналов. Распределительный канал находится под углом больше 0° и меньше 180° к впускному каналу, в частности углом больше 60° и меньше 120° к впускному каналу. Согласно частному предпочтительному варианту осуществления угол между впускным каналом и распределительным каналом составляет приблизительно 90°.

Важным является отличающееся от уровня техники расположение отверстия в распределительном канале. Отверстие может, в частности, быть расположено в верхней половине и/или нижней половине оболочки. Поток к распределительному каналу, при этом, проходит по касательной. Преимущество состоит в том, что часть потока может ответвляться в следующий распределительный канал, с одной стороны, и текучая среда входит через отверстие в распределительный канал по касательной, с другой стороны. В данном случае “по касательной” означает, что текучая среда проходит через отверстие по существу параллельно касательной в точке распределительного канала, ближайшей к вершине или основанию впускного канала. Если текучая среда находится в распределительном канале, текучая среда отклоняется внутренней стенкой распределительного канала. Текучая среда при этом приводится во вращение, и капли жидкости в газе ускоряются в направлении к стенке трубы и затем отделяются на внутренней поверхности оболочки и выводятся через элемент сбора жидкости. Эффективность отделения жидкости от газа, при этом, увеличивается посредством более интенсивного контакта с внутренней стенкой распределительного канала. Жидкость при этом отделяется и выводится перед впуском в емкость и, таким образом, не достигает основного потока газа. Согласно предпочтительному варианту осуществления, множество отверстий расположено в частности в верхней половине оболочки; согласно частному предпочтительному варианту осуществления имеется два отверстия, расположенных в верхней половине оболочки.

Отверстие может, дополнительно к этому, иметь направляющий элемент. Направляющий элемент, в частности, выполнен в виде язычка, выполненного штамповкой в стенке распределительного канала и затем загнутого. Альтернативно или дополнительно к этому, может также быть создано множество направляющих элементов. Направляющий элемент может выступать во внутренний объем распределительного канала, но может также выступать наружу из распределительного канала в направлении впуска текучей среды. Направляющий элемент может, в частности, выступать в направлении внутреннего пространства распределительного канала и находиться на кромке отверстия, которая достигается первой потоком текучей среды, и может быть сориентирована вверх по потоку на кромке отверстия, которого поток текучей среды достигает последним. При этом для придания текучей среде более точно определенного направления потока может быть выполнен приточный канал, так что меньше граничных вихревых потоков создаются во вращающемся потоке, которые могут иметь вредное воздействие на отделение жидкости. Направляющие элементы могут также быть приварены отдельно к трубному элементу, образующему распределительный канал.

Предпочтительно, предусмотрен элемент сбора жидкости, которым может являться сам впускной канал или элемент канала, размещенный на стенке распределительного канала или распределительного элемента, и соединенный с выпускным отверстием жидкости в стенке распределительного канала или распределительного элемента. Жидкость, отделенная на внутренней поверхности стенки оболочки, может выводиться за пределы оболочки распределительного элемента или распределительного канала посредством элемента направления жидкости. Элемент сбора жидкости может содержать по меньшей мере одно отверстие, предусмотренное для выпуска жидкости.

В области элемента сбора жидкости или выше по потоку от элемента сбора жидкости может быть расположен элемент предварительного разделения. Отделение жидкости можно дополнительно улучшить посредством элемента предварительного разделения. Если элемент предварительного разделения выполнен в виде структуры, содержащей пустоты, такой как фильтр, плетеный материал, тканый материал или войлок, капли могут улавливаться в структуру, могут соединяться с ней и направляться к отверстию выпуска жидкости. Альтернативно, элемент предварительного разделения может быть выполнен как блокирующий элемент, о который текучая среда ударяется и претерпевает принудительное отклонение. Блокирующий элемент может также иметь дроссельное действие. Блокирующий элемент может дополнительно к этому быть расположен так, что отделенная жидкость направляется непосредственно к выпускному отверстию жидкости. Чем меньше длина отверстия при неизменной ширине отверстия, тем более значительным является вращающийся поток, длина пути от отверстия до выпускного отверстия увеличивается для более короткого отверстия и число циклов вращения повышается до достижения текучей среды выпускного отверстия. Отверстие можно, в частности, выполнить в виде щели, причем расстояние между первым концом щели и вторым концом щели отверстия является длиной отверстия. Расстояние между первой стенкой и второй стенкой отверстия является шириной отверстия. Первая стенка и вторая стенка, в данном случае, проходят между первым и вторым концом щели.

Согласно предпочтительному варианту осуществления к распределительному каналу может примыкать распределительный элемент, причем распределительный канал и распределительный элемент соединены выпускным отверстием так, что текучая среда может направляться из распределительного канала в распределительный элемент.

Распределительный элемент имеет оболочку с прорезью, выполненной в ней, через которую текучую среду можно направлять во внутреннее пространство емкости. Прорезь расположена на распределительном элементе так, что поток газа по существу имеет место в направлении продольной оси емкости. Это означает, что газ, отделенный от жидкости, выходит из прорезей, которые можно, в частности, выполнить в виде щелевых отверстий, в направлении продольной оси емкости. В частности, распределительный элемент может иметь конфигурацию трубного элемента.

Оболочка распределительного элемента имеет первый конец оболочки и второй конец оболочки, так что оболочка проходит между первым и вторым концами оболочки. Оболочка может быть направлена через впускной канал так, что оболочка образует распределительный канал во впускном элементе. Альтернативно этому, распределительный элемент может быть направлен через распределительный канал и может содержать вырез из внутреннего объема распределительного канала. Альтернативно этому, первый конец оболочки распределительного элемента может примыкать к распределительному каналу или выступать в распределительный канал.

Прорезь можно выполнять в виде щели, имеющей продольный размер, проходящую от первого до второго конца щели. Первая стенка и вторая стенка проходят между первым и вторым концами щели. Среднее расстояние между первой стенкой и второй стенкой щели является шириной щели. Продольный размер по меньшей мере в два раза больше, предпочтительно в три раза больше, особенно предпочтительно по меньшей мере в пять раз больше ширины щели для достижения насколько возможно равномерного распределения газа по площади поперечного сечения емкости.

Ширина отверстия в распределительном канале, предпочтительно, больше ширины щели, в частности, когда продольный размер прорези больше ширины отверстия или если множество прорезей выполнено одна рядом с другой.

Предпочтительно распределительный элемент имеет элемент сбора жидкости для направления жидкости, отделенной на внутренней стенки оболочки от наружной поверхности оболочки распределительного элемента.

Предпочтительно во впускном канале расположено множество распределительных каналов.

Устройство предпочтительно используют согласно одному из вышеупомянутых вариантов осуществления в разделительном устройстве или в массообменном устройстве.

Способ распределения текучей среды во внутреннем пространстве массообменного устройства с устройством по любому из предыдущих пунктов, при этом способ включает в себя следующие этапы: направляют текучую среду через впускной канал в распределительный канал и множество распределительных элементов; отклоняют текучую среду из распределительного канала в распределительные элементы; выпускают текучую среду, по меньшей мере через одно соответствующее щелевое отверстие каждого распределительного элемента во внутреннее пространство массообменного устройства, при этом щелевое отверстие расположено так, что направление потока первой текучей среды по существу параллельно продольной оси емкости.

Изобретение будет подробно описано ниже со ссылками на чертежи, где:

На Фиг. 1 показан вид части емкости и устройства согласно изобретению.

На Фиг. 2 показан вид сверху устройства согласно изобретению Фиг. 1.

На Фиг. 3 показан вид устройства согласно второму варианту осуществления изобретения по направлению впускного канала.

На Фиг. 4 показан вид устройства согласно третьему варианту осуществления изобретения по направлению впускного канала.

На Фиг. 5 показан вид в плане устройства согласно четвертому варианту осуществления изобретения.

На Фиг. 6 показан вид сбоку устройства согласно пятому варианту осуществления изобретения.

На Фиг. 7а показано сечение устройства Фиг. 1.

На Фиг. 7b показано сечение по линии А-А устройства Фиг. 7а.

На Фиг. 8а показано сечение устройства согласно шестому варианту осуществления изобретения.

На Фиг. 8b показано сечение по линии А-А устройства Фиг. 8а.

Устройство 1 для ввода и распределения текучей среды 2 во внутреннее пространство 4 емкости 3 согласно первому варианту осуществления изобретения, показанное на Фиг. 1, включает в себя впускной канал 5 и множество распределительных каналов 6. Впускной канал 5 соединен за пределами емкости с каналом, не показанным, для подачи текучей среды 2. Альтернативно этому, канал может также проходить во внутреннее пространство емкости 3. Впускной канал 5 открыт в распределительный канал 6 так, что текучая среда может направляться из впускного канала 5 в распределительный канал 6. Распределительный канал 6 имеет оболочку 10 по меньшей мере с одним выпускным отверстием 11, 12. Впускной канал 5 соединен с распределительным каналом 6 по меньшей мере через одно отверстие 8, расположенное в оболочке 10 распределительного канала 6. Распределительные каналы 6 служат для распределения текучей среды в емкости. Текучая среда перемещается по впускному каналу 5 через отверстия 8 в распределительные каналы 6. Каждый из распределительных каналов 6 содержит по меньшей мере одно такое отверстие 8. Текучая среда является, как правило, газом, в котором жидкость распределена в форме капель. Отверстие 8 расположено так, что текучая среда входит в распределительный канал по касательной к отверстию так, что может создавать вращающийся поток во внутреннем пространстве распределительного канала 6. Текучая среда проходит во внутреннем пространстве распределительного канала 6 до выпускных отверстий 11, 12, расположенных на Фиг. 1 симметрично плоскости, проходящей через ось емкости и продольную ось центрально расположенного впускного канала 5. Выпускные отверстия 11, 12 выполнены в виде прорезей 15 в оболочке 10 распределительного канала 6.

Распределительный канал 6 имеет головной конец 18 и нижний конец 19, которые по меньшей мере частично закрыты, так что текучая среда 2 может выходить только через выпускные отверстия 11, 12.

На Фиг. 1 показано множество распределительных каналов 6, проходящих параллельно распределительному каналу, обозначенному позицией. Данные распределительные каналы 6 отличаются друг от друга по длине и могут также иметь различные диаметры, как показано на Фиг. 3. Распределительные каналы в емкости расположены так, что максимально возможная площадь поперечного сечения емкости покрыта распределительными каналами 6.

На Фиг. 2 показан вид сверху устройства Фиг. 1 согласно изобретению. На Фиг. 2 показано расположение отверстий 8, размещенных в верхней половине распределительных каналов 6. Оболочка распределительных каналов также содержит соответствующие выпускные отверстия 11, 12. Вертикальные каналы 6 расположены вплотную друг к другу согласно Фиг. 2, т.е. между соседними распределительными каналами нет расстояния. Согласно альтернативному варианту осуществления соседние вертикальные каналы могут быть расположены на расстоянии друг от друга. На Фиг. 3 показан вид устройства согласно второму варианту осуществления изобретения по направлению впускного канала. Впускной канал 5 имеет цилиндрическое поперечное сечение. Диаметр впускного канала 5 больше диаметра распределительных каналов, так что текучая среда в полости может проходить над распределительным каналом и под ним. При этом обеспечивается достижение текучей средой всех распределительных каналов. Второй вариант осуществления отличается от первого варианта осуществления только диаметром распределительных каналов 6. Отверстие 8, кроме того, расположено в нижней половине оболочки 10.

На Фиг. 4 показан вид устройства согласно третьему варианту осуществления изобретения по направлению впускного канала. В отличие от показанного на Фиг. 3, впускной канал 5 имеет коробчатую форму. Отверстие 8 дополнительно расположено в нижней половине оболочки 10. Также возможно расположение отверстий 8 над оболочкой 10 и под ним, что не показано графически.

На Фиг. 5 показан вид в плане устройства согласно четвертому варианту осуществления изобретения. В отличие от предыдущих вариантов осуществления, множество выпускных отверстий 11, 12 расположены с каждой стороны каждого распределительного канала 6. Выпускные отверстия естественно могут иметь различное расположение, например быть расположены со смещением друг от друга, их также можно выполнять в виде отверстий так, что верхняя сторона оболочки 10 становится перфорированным металлическим листом, что не показано графически. Выпускные отверстия, дополнительно к этому, также не обязательно располагать параллельно друг другу. Длина и/или ширина каждого выпускного отверстия может также изменяться.

На Фиг. 6 показан вид сбоку устройства согласно пятому варианту осуществления изобретения. Распределительные каналы показаны в виде сечений на данном виде сбоку. Впускной канал 5 показан только схематично; он разрезан в зоне распределительных каналов так, что видны отверстия 8 распределительных каналов 6. Распределительные каналы 6 смещены друг от друга, то есть расположены на разных высотах. Распределительный канал, наиболее близкий впускному отверстию 20, занимает самое нижнее положение; каждый последующий распределительный канал 6 находится выше предыдущего распределительного канала. Данное устройство является предпочтительным, когда отверстия 8 расположены в верхней половине оболочки 10. В данном варианте поток текучей среды к каждому из отверстий не имеет препятствий.

На Фиг. 7а показано сечение устройства Фиг. 1. Как впускной канал 5, так и один из распределительных каналов 6 показан в сечении. Сечение размещено так, что отверстие 8 лежит перед плоскостью сечения и поэтому его не видно. Распространение потока текучей среды 2 показано на Фиг. 7а. Текучая среда 2 проходит через отверстие 8 в режиме, показанном на Фиг. 7b, и отклоняется оболочкой 10 так, что возникает вращающийся поток. Вращающийся поток также имеет осевой компонент, так что текучая среда направляется от отверстия 8 в направлении выпускных отверстий 11, 12. Часть жидкости не может следовать вращательному перемещению и осаждается на внутренней поверхности стенки 27 оболочки 10. Жидкость проходит по внутренней 14 поверхности стенки к выпускному отверстию 21 жидкости, открывающемуся в элемент 13 сбора жидкости. Элемент сбора жидкости может также быть расположен во впускном канале 5. Элемент 13 сбора жидкости расположен за пределами оболочки 17.

Элемент 29 предварительного разделения дополнительно к этому может быть расположен выше по потоку от элемента 13 сбора жидкости. Данный элемент предварительного разделения может, в частности, быть расположен в распределительном канале 6. Согласно варианту осуществления, показанному на Фиг. 7а, он является структурой, содержащей пустоты, такой как фильтр, плетеный материал, тканый материал или структура по типу войлока, проходящей по меньшей мере по части площади сечения трубного элемента 9. На Фиг. 7b показано сечение по линии А-А устройства Фиг. 7а. Отверстие 8 показано в сечении. Данное отверстие размещено в верхней половине распределительного канала 6. Отверстие расположено насколько возможно близко к точке 22 распределительного канала 6, расположенной наиболее близко к верху 24 впускного канала 5. Направление потока текучей среды 2, при этом, соответствует на данной позиции, по существу, направлению касательной, являющейся горизонтальной в данном представлении. По данной причине текучая среда через отверстие 8 входит в распределительный канал 6 по касательной. Отверстие 8 может дополнительно к этому иметь направляющий элемент 28. Данный направляющий элемент 28 показан на Фиг. 7b. Направляющий элемент 28 может, в частности, быть выполнен в виде язычка. Направляющий элемент 28 выполнен из части стенки трубного элемента 9 которая вырезана или выбита штамповкой из трубного 15 элемента 9 при выполнении отверстия 8. Часть стенки соответственно только прорезана с 3 сторон, так что образуется язычок. Язычок загнут с четвертой стороны, так что получается отверстие 8.

На Фиг. 8а показано сечение устройства согласно шестому варианту осуществления изобретения. На Фиг. 8а показан распределительный канал 6, расположенный во впускном канале 5. Распределительный канал 6 становится частью распределительного элемента 7, выступающей значительно за пределы впускного канала 5. Распределительный элемент 7 имеет оболочку 14, содержащую по меньшей мере одну прорезь 15.

Распределительный канал, аналогично, имеет оболочку 10, содержащую головной конец 18 и нижний конец 19. Головной конец 18 в данном варианте содержит выпускное отверстие 21 и нижний конец 19 содержит выпускное отверстие 31. Диаметр распределительного элемента 7, соответственно, меньше диаметра распределительного канала 6. Соответствующие выпускные отверстия 21, 31 выполнены, в результате, каждое в виде кольцевого зазора. Также возможно расположение выпускных отверстий 21, 31 на боковой стенке впускного канала, что не показано графически.

Если выпускное отверстие 21, 31 расположено во впускном канале 5, то результатом является дополнительное преимущество, заключающееся по меньшей мере в том, что часть жидкости в газе, отделенная на внутренней поверхности стенки оболочки 10, может возвращаться через данное выпускное отверстие 21, 31 во впускной канал. Впускной канал 5, таким образом, берет на себя функцию элемента сбора жидкости.

На Фиг. 8b показано сечение по линии А-А устройства Фиг. 8а. Распространение потока текучей среды также показано на Фиг. 8b. Пунктирной линией показан поток жидкости. Из указанного становится ясно, что жидкость может иметь более низкую способность следовать вращению, чем поток газа. За счет этого жидкость выбрасывается через кольцевой зазор и перемещается к основанию 25 впускного канала 5.

Изобретение предназначено для распределения текучей среды. Устройство для ввода и распределения текучей среды во внутреннее пространство (4) емкости (3) включает впускной канал (5) и распределительный канал (6). Впускной канал (5) открыт в распределительный канал (6) с обеспечением возможности направления текучей среды из впускного канала (5) в распределительный канал (6). Распределительный канал (6) имеет оболочку (10) по меньшей мере с одним выпускным отверстием (11, 12). Впускной канал (5) сообщается с распределительным каналом (6) по меньшей мере через одно отверстие (8), выполненное в оболочке (10) распределительного канала (6) и расположенное таким образом, что текучая среда входит в распределительный канал (6) по касательной к отверстию (8) с обеспечением возможности создания вращающегося потока во внутреннем пространстве распределительного канала (6). Технический результат: равномерное распределение текучей среды. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Устройство (1) для ввода и распределения текучей среды (2) во внутреннее пространство (4) емкости (3), включающее в себя впускной канал (5) и распределительный канал (6), при этом впускной канал (5) открыт в распределительный канал (6) с обеспечением возможности направления текучей среды из впускного канала (5) в распределительный канал (6), при этом распределительный канал (6) имеет оболочку (10) по меньшей мере с одним выпускным отверстием (11, 12), отличающееся тем, что впускной канал (5) сообщается с распределительным каналом (6) по меньшей мере через одно отверстие (8), выполненное в оболочке (10) распределительного канала (6) и расположенное таким образом, что текучая среда входит в распределительный канал (6) по касательной к отверстию (8) с обеспечением возможности создания вращающегося потока во внутреннем пространстве распределительного канала (6).

2. Устройство по п. 1, в котором распределительный канал (6) расположен под углом больше 0° и меньше 180° к впускному каналу (5), в частности под углом больше 60° и меньше 120° к впускному каналу (5).

3. Устройство по п. 1, в котором распределительный канал (6) выполнен в виде трубного элемента (9).

4. Устройство по п. 1, в котором отверстие (8) имеет направляющий элемент (28).

5. Устройство по п. 1, в котором отверстие (8) расположено в верхней половине и/или в нижней половине оболочки (10).

6. Устройство по п. 1, в котором текучая среда включает в себя газ и жидкость, при этом жидкость распределена в газе в форме капель, при этом жидкость может по меньшей мере частично отделяться в оболочке (10).

7. Устройство по п. 6, в котором предусмотрен элемент (13) сбора жидкости.

8. Устройство по п. 7, в котором в области элемента (13) сбора жидкости или выше по потоку от него расположен элемент (29) предварительного разделения.

9. Устройство по п. 1, в котором к распределительному каналу (6) примыкает распределительный элемент (7), при этом распределительный канал (6) и распределительный элемент (7) соединены посредством выпускного отверстия (21, 31) с обеспечением возможности направления текучей среды из распределительного канала (6) в распределительный элемент (7).

10. Устройство по п. 9, в котором распределительный элемент (7) имеет оболочку (14), при этом в оболочке (14) выполнена прорезь (15), обеспечивающая возможность направления текучей среды во внутреннее пространство (4) емкости (3).

11. Устройство по п.9 или 10, в котором распределительный элемент (7) имеет элемент (13) сбора жидкости для направления жидкости, отделенной на внутренней стенки (27) оболочки (14) от наружной поверхности (17) оболочки (14) распределительного элемента (7).

12. Устройство по п. 1, в котором во впускном канале (5) расположено множество распределительных каналов (6).

13. Устройство по п. 12, в котором выполнены по меньшей мере один первый и один второй распределительный канал (6, 16), при этом первый распределительный канал (6) и второй распределительный канал (16) расположены на разной высоте относительно впускного отверстия.

14. Массообменное устройство, содержащее устройство по п. 1.