Циклонный уловитель Советский патент 1992 года по МПК B01D45/12 

Изобретение относится к технике очистки газов и может быть использовано в химической, нефтехимической и других, смежных с ними отраслях промышленности.

Цель изобретения - повышение эффективности очистки газа и снижение гидравлического сопротивления.

Поставленная цель достигается циклонным уловителем, содержащим корпус, уста- новленный на его входном открытом торце завихритель с наклонными к оси корпуса лопатками, полый осевой сердечник с коническим обтекателем на входном конце и наклонными соплами для ввода вспомога- тельного закручен.ного потока на боковой поверхности, расположенную снаружи корпуса и сообщающуюся-с его полостью через расположенные по многозаходной винтовой линии щели, выполненные в стенке кор- пуса, камеру отвода отдельных частиц, в котором, согласно изобретению, завихритель выполнен в виде розетки с осевой ступицей и углом раскрытия Д имеющим величину 90° / 180°, щели в стенке корпу- са выполнены непрерывными, сердечник выполнен цилиндрическим с выходным концом, расположенным за пределами корпуса, его сопла выполнены в виде просечек, расположенных попарно на диаметрально противоположных сторонах сердечника, вершина конического обтекателя присоединена к ступице завихрителя, при этом угол наклона сопел и угол при вершине обтекателя равны углу наклона лопаток завихрите- ля.

Целесообразно завихритель установить с возможностью вращения.

Циклонный уловитель такой конструкции позволяет повысить эффективность очистки газа и снизить его гидравлическое сопротивление благодаря тому, что проходное сечение межлопастного к анала, образованного фронтальной и тыльной поверхностями соседних лопаток, располо- женных наклонно к оси корпуса, увеличено за счет увеличения его протяженности при расположении розетки с углом раскрытия Д имеющим величину 90° . При таком выполнении розетки гидравлическое со- противление уловителя, в значительной мере теряемое именно на преодоление узла закручивания газожидкостного потока, будет меньше такового у прототипа при прочих равных условиях и при сохранении одинакового диаметра корпуса у обоих устройств. Расширение указанного интервала нецелесообразно. Тэк, угол равный или менее 90° предполагает с целью сохранения

постоянства гидравлического сопротивления и сохранения проходного сечения межлопастного канала увеличивать угол наклона лопатки к оси корпуса, что может вызвать недостаточную степень зэкручива- газожидкостного потока при переменных нагрузках и снизить сепарирующую способность. Кроме того, гидравлические потери уловителя при этом в значительной степени будут обусловлены силами трения газожидкостного потока о стенки корпуса. Угол раскрытия, равный 180°, принадлежит прототипу, то есть такое выполнение завих- рительной розетки окажет влияние на снижение гидравлических потерь лишь в случае изменения диаметра корпуса в совокупности с изменением угла наклона лопаток к оси корпуса. Увеличение угла раскрытия более 180° приведет к обратному эффекту - центростремительному движению газожидкостного потока после завихрителя, не обеспечивающего условиям сепарации в поле центробежных сил.

Возможность вращения завихрителя создает дополнительный эффект снижения гидравлических потерь на преодоление местного сопротивления - перекрывающих сечение корпуса лопаток завихрительной розетки. Завихрительная розетка под воздействием ударной нагрузки газожидкостного потока приводится во вращение, при этом уменьшается время пребывания обрабатываемого газожидкостного потока на лопатке, а, в соответствии с этим, снижается гидравлическое сопротивление уловителя в целом.

Наличие непрерывной многозаходной щели на образующей поверхности корпуса, имеющей направление наклона противоположное направлению наклона лопаток завихрительной розетки, способствует провалу жидкости за пределы корпуса уловителя в камеру отвода на всем протяжении возможного с любой, амплитудой движения закрученного газожидкостного потока и обеспечивает пересечение траектории последнего многократно (при двухзаходной щели - минимум дважды), при этом их взаимное пересечение, а значит и процесс удавливания (провал жидкости в щель) происходит и под углом, отличным от прямого.

Ширина щели в каждом конкретном случае определяется скоростью газового потока, количественной характеристикой находящейся в нем жидкой фазы, а также числом щелей на участке длины корпуса, поэтому она выбирается эмпирически в зависимости от рабочих параметров.

Наличие в корпусе концентрично с кольцевым зазором установленного полого цилиндрического сердечника с выходным концом, расположенным за пределами корпуса, с соплами, выполненными в виде просечек, расположенных попарно на диаметрально противоположных сторонах сер- денника, причем вершина конического обтекателя присоединена к ступице завих- рителя, а угол наклона сопел и угол при вершине обтекателя равны углу наклона лопаток завихрителя, в конечном итоге пре- пятствует разрушению и срыву пленки вращающейся жидкости и ее частичному уносу основным вращающимся газовым потоком, чем обеспечивается повышение эффективности очистки газа, Дополнительный эффект при этом создается возможность ввода в зону сепарации при расширении технологических возможностей устройства внешней энергии теплового потока, энергии потока, сдвигающего равновесие в сие- теме газ (пар) - жидкость при пленочном их взаимодействии.

В центральной осевой части корпуса за завихрительной розеткой при работе уловителя образуется зона активного раз- ряжения, в которую посредством перфорированного сердечника самопроизвольно или принудительно через его верхний торец, расположенный за пределами корпуса, вводится поток газа-носителя, распредели- емый в зоне сепарации корпуса уловителя из попарно диаметрально противоположных отверстий в виде направленных струй, вовлекаемых в основной пристенный закрученный газовый поток и на- кладываемых на пленку движущейся вращательно-поступательно жидкости. В качестве газа-носителя может быть использован теплоноситель, газ с концентрацией по извлекаемому в основном процессе, на- пример, десорбции, компоненту равной нулю, газ, вовлекаемый на рециркуляцию из газохода за уловителем и т.д.

Сохранение равного угла наклонасопел в виде просечек, угла при вершине обтека- теля и угла наклона лопаток завихрителя обеспечивает параллельное, а значит, не пересекающееся направление движения основного и дополнительного потоков к стенке корпуса, что не приводит к дополни- тельным гидравлическим потерям в зоне корпуса за завихрителем.

Попарное диаметрально противоположное расположение сопел на сердечнике предполагает их минимально необходимое для равномерного распределения количество (в данном случае - минимум два) в одном ярусе с учетом влияния вращения сердечника, которое обеспечивается прикреплением конического обтекателя к ступице вращающегося завихрителя. Равномерное распределение при этом газа-носителя в корпусе обеспечивается постоянно смещающимися з горизонтальном сечении при вращении сердечника направленными симметричными в каждом ярусе просечек струями.

Сохранение направления отверстий в виде просечек с направлением наклона лопаток завихрительной розетки при противоположном направлении вращения системы розетка-сердечник, обеспечивает полезный дополнительный крутящий момент на оси вращения и навивание подаваемого через сердечник газа-носителя на поверхностную пленку жидкости.

На фиг. 1 изображен предлагаемый циклонный уловитель, продольный разрез. На фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1.

Циклонный уловитель содержит цилиндрический корпус 1, размещенную в нем с возможностью вращения завихрительную розетку 2, лопатки 3 которой перекрывают сечение корпуса 1 и расположены наклонно к его оси под углом «, установленную концентрично снаружи корпуса 1 камеру 4 отвода. На образующей поверхности корпуса 1 выполнена непрерывная многозаход- ная наклонная щель 5, имеющая свое начало и окончание у торцов камеры 4 отвода. Завихрительная розетка 2 выполнена с углом / раскрытия, имеющим величину 90° , а направление наклона наклонной щели 5 и лопаток 3 завихрительной розетки 2 взаимно противоположное. Внутри корпуса 1 концентрично с кольцевым зазором 6 установлен перфорированный сердечник 7, верхний торец которого расположен за пределами корпуса 1, а нижний торец имеет конический обтекатель 8 с углом «при его вершине, равным углу а наклона лопаток 3 завихрительной розетки 2, и прикрепленный своей вершиной к ступице 9 завихрительной розетки 2, при этом перфорация сердечника 7 образована на ее цилиндрической поверхности расположенными попарно на диаметрально противоположных сторонах сердечника 7, отверстиями 10 в виде просечек, выполненных с направлением и под углом а к оси корпуса 1, равным таковым у лопаток 3 завихрительной розетки 2.

Циклонный уловитель работает следующим образом.

Сепарируемый газожидкостной поток поступает Р корпус 1 через ею нижнюю часть и, попадая в полость установленной с возможностью вращения завихрительной розетки 2, выполненной в виде установленных на ступице 9 лопаток 3, перекрывающих

сечение корпуса 1 и расположенных по углом а к его оси, причем утл /3 раскрытия завихрительной розетки 2 имеет величину 90° / 180°, за счет кинетической энергии приводит во вращение завихрительную розетку 2 и на ее лопатках 3 приобретает вра- щательно-поступательное движение. За счет вращательного движения эавихритель- ной роз.етки 2 уменьшается время пребывания сепарируемого газожидкостного потока на лопатках 3, а, следовательно, снижаются и гидравлические потери на преодоление местного сопротивления - перекрывающих сечение корпуса 1 лопаток 3. Улучшению гидродинамической обстановки в зоне завихрительной розетки 2 способствует увеличение протяженности межлопастного канала для прохода газожидкостного потока при выполнении завихрительной розетки 2 с углом уЗ раскрытия, имеющим величину 90° . Под действием центробежных сил капли жидкости вместе с газовым потоком отбрасываются на внутреннюю поверхность корпуса 1 и движутся вдоль нее по винтовой спирали.

Улавливание капель жидкости обеспечивается превышением времени пребывания газа в корпусе 1 над временем, необходимым для подхода капли к стенке корпуса 1, при этом на каплю жидкости, находящуюся в закрученном газовом потоке, в радиальном направлении действует центробежная сила и сила стоксового трения. Капли жидкости, двигаясь вращатель- но-поступательно на стенке корпуса 1, сливаются в пленку, которая под действием центробежной силы проваливается через наклонную непрерывную многозаходную щель 5, расположенную на образующей поверхности корпуса 1 и имеющую направление наклона взаимно противоположное направлению наклона лопаток 3 завихрительной розетки 2, в камеру 4 отвода и вне поля центробежных сил сливается на ее дно, откуда через гидрозатвор (не показан) покидает уловитель.

При работе уловителя в центральной осевой части корпуса 1 за завихрительной розеткой 2 образуется зона активного разряжения, в которую посредством перфорированного сердечника 7 через его верхний торец самопроизвольно или, при недостаточном расходе основного потока газа, при- нудительно из-за пределов уловителя вводится газ-носитель, препятствующий разрушению и срыву пленки вращающейся жидкости и ее частичному уносу основным вращающимся газовым потоком, а при расширении технологических возможностей

устройства, способствующий тепловой и/или диффузионной обработке основного потока газа или сепарируемой жидкости. Газ-носитель распределяется в корпусе 1

через попарно диаметрально противоположные отверстия 10 в виде просечек, выполненных на цилиндрической поверхности сердечника 7 с направлением и под углом а к оси корпуса, равным таковым у лопаток

3 завихрительной розетки 2. Равномерное распределение газа-носителя в корпусе 1 обеспечивается постоянно смещающимися в горизонтальном сечении направленными симметричными в каждом ярусе отверстий

10 струями при осевом вращении сердечника 7, которое обеспечивается прикреплением конического обтекателя 8 к ступице 9 вращающейся завихрительной розетки 2. Вовлеченный в основной пристенный закрученный газовый поток, газ-носитель на- кладывается на пленку движущейся вращательно-поступательно жидкости, при этом воздействуя на нее и/или на основной поток газа принесенной с собой энергией,

что способствует повышению эффективности работы уловителя.

Очищенный газовый поток продолжает восходящее движение и покидает пределы корпуса 1 уловителя в виде закрученного

полого цилиндра.

Совместное вращательное движение завихрительной розетки 2 и перфорированного сердечника 7 может быть использовано в качестве движителя устройств

механического разрушения поверхностного пенного слоя, например, в насадочных аппаратах с режимом эмульгирования или абсорберах при барботажном, струйном или пенном режиме их эксплуатации.

Таким образом, циклонный уловитель данной конструкции обеспечивает более полную очистку газа в широком диапазоне изменения доли жидкой фазы в газожидкостном потоке и переменной нагрузке по газовой фазе, а при сохранении размеров сепарационной камеры имеет, в сравнении с прототипом, на 20-30% меньшее гидравлическое сопротивление, что как и возможное расширение его технологических

возможностей за счет одновременного совмещения в одном устройстве процессов сепарирования и тепломассообмена повышает эффективность работы уловителя в целом.

Разработанный циклонный уловитель прост и надежен в эксплуатации предлагается к установке на десорбционно-абсорб- ционном оборудовании в процессах извлечения целевых продуктов из жидкого

сырья и улавливания вредных компонентов газовых выбросов в атмосферу. Формула изобретения 1. Циклонный уловитель, содержащий корпус, установленный на его входном открытом торце завихритель с наклонными к оси корпуса лопатками, полый осевой сердечник с коническим обтекателем на входном конце и наклонными соплами для ввода вспомогательного закрученного потока на боковой поверхности,, расположенную снаружи корпуса и сообщающуюся с его полостью через расположенные по много- заходной винтовой линии щели, выполненные в стенке корпуса, камеру отвода отделенных частиц, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности очистки газа и снижения гидравлическо0

го сопротивления, запихритель выполнен в виде р эзетки с осевой ступицей и углом раскрытия /. имеющим величину 180°, щели в стенке корпуса выполнены непрерывными, сердечник выполнен цилиндрическим с выходным концом, расположенным за пределами корпуса, его сопла выполнены в виде просечек, расположенных попарно на диаметрально противоположных сторонах сердечника, вершина конического обтекателя присоединена к ступице завих- рителя, при этом угол наклона сопл и угол при вершине обтекателя равны углу наклона лопаток завихрителя.

2. Уловитель по п. 1,отличающий- с я тем, что завихритель установлен с возможностью вращения.

Использование: для очистки газов. Сущность изобретения завихрительная розетка 2 выполнена с углом раскрытия 90° и установлена с возможностью вращения. В корпусе концентрично установлен полый сердечник 7, входной конец которого имеет конический обтекатель 8, прикрепленный своей вершиной к ступице завихрительной розетки 2 Наклонные сопла 10 для ввода вспомогательного закрученного потока на боковой цилиндрической поверхности сердечника 7 диаметрально противоположны и выполнены в виде просечек. Угол наклона сопел 10 и угол при вершине обтекателя 8 равны углу наклона к оси корпуса лопаток 3 завихрителя. 1 з. п. ф.. 2 ил. w fe VJ 41 ел со 00

х

//-//

фиг. 2