Устройство для очистки газа от жидкости Советский патент 1993 года по МПК B01D45/12 

Изобретение относится к технике очистки газа от жидкости, преимущественно аэрозолей, и может быть использовано в любой отрасли народного хозяйства, в частности для осушки сжатого воздуха от влаги и масла.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является устройство для очистки газа от жидкости, содержащее корпус с тангенциальным входным и выходным штуцерами. Внутри корпуса размещены одна над .другой конусообразные перфорированные поддерживающие решетки с фильтрующим материалом между ними, которые установлены на расстоянии от стенок корпуса и выполнены с отбортовкой, с направленной навстречу входа газа. Нижняя поддерживающая решетка снабжена кольцевым карманом. К нижней перфорированной решетке

.крепится суживающее сопло с гидрофильной внутренней поверхностью, в узком сечении которого установлен многополостной закручиватель. Нижняя часть сопла выполнена с зубцами, которые опираются на выпуклый отражатель с гидропрофильной поверхностью. Отражатель, размещен в конденсатосб.орнике. Нижняя часть устройства образованна штуцером для отвода конденсата и отделена от зоны вывода газа перегородкой.

Однако такая конструкция имеет недостаточную эффективность при осушке сжатых газов по нескольким причинам. Во первых - в данном устройстве дважды происходит разгон и торможение потока: снача- ла газ разгоняется во входном тангенциальном штуцере, закручивается, затем тормозится в фильтрующем материа-ч ю

N

4 О 00

ле, после опять разгоняется и закручивается в суживающем сопле с многолопастным за- кручивателём, а затем снова тормозится в нижней части устройства, т.е. дважды происходит преобразование потенциальной энергии давления в кинетическую. При любом преобразовании энергии потери неизбежны. Во вторых, в верхней части устройства над фильтрующим материалом в приосевой зоне образуется высокотурбулентный вынужденный вихрь, который в значительной степени диссипирует энергию, что также снижает полезную часть перепада давления и, следовательно, снижает эффективность осушки газа. В третьих, весь поток газа, для коагуляции мелкодисперсных капель, проходит через фильтрующий материал, что также приводит к. высокому гидросопротивлению и снижению полезной части перепада давления до и после устройства. В четвертых, при осушке сжатого газа с большим объемным содержанием жидкости сильно возрастает гидравлическое сопротивление во входном тангенциальном штуцере, что снижает полезную часть перепада давления. В результате снижается интенсивность закрутки потока как после тангенциального входного штуцера, так и в суживающемся сопле с многолопастным за- вихрителем и, следовательно, снижается эффективность осушки газа.

Цель изобретения - повышение степени очистки газа от жидкости.

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве ля очистки газа от жидкости, содержащем конденсатосбор- ник, корпус с тангенциальным входным и выходным штуцерами, с расположенными одна над другой конусообразными поддерживающими решетками с фильтрующим материалом между ними, установленными на расстоянии от стенок корпуса, причем отверстия решеток выполнены с отбортовкой, направленной навстречу входу газа, а ниж- няя поддерживающая решетка снабжена кольцевым карманом соосно корпусу, в области расположения тангенциального вход- ного штуцера, установлен дополнительный тангенциальный завихритель, образованный из коаксиальных конусных перегородок с тангенциальными прямоугольными соплами. На торцевой стенке завихрителя, расположенной со стороны больших оснований коаксиальных конусных кольцевых перегородок, выполнены кольцевые канавки,образованные с одной стороны внутренними поверхностями коаксиальных кольцевых проставрк, с другой стороны кольцевыми уступами, расположенными на внутренней поверхности торцевой стенки завихрителя.

5

В кольцевых канавках выполнены отверстия для отвода в конденсатосборник смеси от- сепарированного конденсата с частью газа. В верхней части корпуса, соосно завихрителю установлен диффузор, содержащий дополнительные коаксиальные кольцевые перегородки с тангенциальными прямоугольными каналами.

Тангенциальные прямоугольные каналы в каждой перегородке диффузора имеют суммарную площадь:

fsi(Ri/Ri) О), где f Ј1 - площадь каналов ближней к оси диффузора.перегородки;

RI и Ri - внутренние радиусы 1-ой и ближней к оси диффузора перегородки.

Соседние коаксиальные перегородки расположены на расстояний одна от другой не менее высоты тангенциального канала большей из соседних перегородок. В верхней части устройства, соосно диффузору и завихрителю установлена составная конусообразная вставка, большое основание которой соединено с торцевой поверхностью завихрителя, а меньшее сопряжено с верхней торцевой поверхностью диффузора, зазор между двумя частями конусообразной вставки расположен в области дополнительного завихрителя, причем часть конусообразной вставки большим основанием выполнена в виде сопла, соединяющего камеру конденсатосборника с дополнительнымзавихрителем. Диаметр конусообразной вставки составляе тО,2-0,5 текущих внутренних диаметров поверхностей дополнительного завихрителя и диффузора.

На фиг. 1 представлен продольный раз- рез; на фиг. 2 -сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 1.

Устройство для очистки газа от жидкости состоит из конденсатосборника 1, корпуса 2 с тангенциально расположенными входным штуцером 3 и выходным штуцером

4. Соосно корпусу, в области расположения тангенциального входного штуцера 3, установлен дополнительный тангенциальный завихритель, образованный из коаксиальных конусных кольцевых перегородок 5, 6 и

7с тангенциальным прямоугольными соплами 8, 9, 10, имеющими различную высоту .сррдветственно hi, Л2, hi изменяющуюся от г е ородки к перегородке. Длина сопел И,

j$Доставляет 1,5...2,0 их высоты. Соседние

конусные кольцевые перегородки 5, б, 7 рас- ЛпоДфкены с односторонней ориентацией их больших оснований и на расстоянии одна от другой А п Лиг не менее высоты сопел большей из соседних перегородок. Сопла 8, 9 и

5

0

5

10 каждой перегородки 5, 6 и 7 имеют суммарную площадь Fzi (n/ri) FЈi, где - площадь сопел ближней к оси тангенциального завихрителя перегородки; п и п - внутренние радиусы в одном поперечном сечении соответственно 1-ой и ближней к оси конусных перегородок эавихрителя. На торцевой поверхности 11 дополнительного завихрителя, со стороны больших оснований конусных перегородок 5, 6 и 7, выполнены кольцевые канавки 12, 13 и 14, образованные с одной стороны внутренними поверхностями конусных кольцевых перегородок 5, 6, 7, а с другой стороны, расположенными на торцевой поверхности 11, кольцевыми уступами 15,16 и 17. В кольцевых канавках 12, 13 и 14 выполнены отверстия 18, 19 и 20 для отвода смеси отсепарированного конденсата с частью газа. Внутри устройства имеется щель 21 между стенкой корпуса и верхней 22 и нижней 23 поддерживающими конусообразными решетками с фильтрующим материалом 24. Решетка выполнена вогнутой между ее уз- лЈми соединения 25. Нижняя решетка 23 снабжена кольцевым приемным карманом 26, оборудованным сливной трубкой с ttffl,- розатвором 27, который находится в кон- денсатосборнике 1.

В верхней части корпуса, соосно дополнительному завихрителю, установлен диффузор 28, содержащий дополнительные коаксиальные кольцевые перегородки 29, 30 и 31 с тангенциальными прямоугольными каналами 32, 33, 34, имеющими различную высоту Hi, На, Hi изменяющуюся от перегородки к перегородке. Длина каналов Li, La, U составляет 1,5 - 2,0 их высоты. Соседние кольцевые перегородки 29, 30 и 31 расположены на расстоянии одна от другой ДЯ-i, ДР2 не менее высоты сопел большей из соседних перегородок. -Каналы 32, 33, 34 каждой перегородки 29,.30, 31 имеют суммарную площадь

fЈ (R|/Rl) fЈ1,

где fsi - площадь каналов ближней к оси диффузора перегородки; Ri и RI - внутренние радиусы в одном поперечном сечении соответственно i-ой и ближней к оси перегородок диффузора. В верхней части устройства, коаксиально диффузору 28 и дополнительному завихрителю установлё- на составная конусообразная вставка 35, большее основание которой соединена с торцевой поверхностью 11 завихрителя, а меньшее сопряжено с верхней торцевой поверхностью 36 диффузора 28. Зазор 37 между двумя частями конусообразного тела 35 расположен в области дополнительного завихрителя, образованного перегородками 5, 6, 7. Часть конусообразной вставки с большим основанием выполнена в виде суживающегося сопла 38, соединяющего ка- 5 меру конденсатосборника 1 с вихревой камерой 39 дополнительного тангенциального завихрителя. Конусообразные решетки 22, 23 с фильтрующим материалом 24 крепятся к нижней части сопла 38. Нижняя

0 часть конденсатосборника 1 оборудован штуцером 40 для отвода конденсата. Полость конденсатосборника 1 отделена от полости вывода газа через сопло 42 перегородкой 41.

5 Устройстве работает следующим образом.г

Влажный сжатый газ подается тангенциально через входной штуцер 3 и, протекая через сопло 8 перегородки 5, приобретает

0 вращательное движение. В кольцевом слое газа, между перегородками 5 и б, создается поле центробежных сил, которое действуя на жидкие частицы конденсата, отбрасыва-. етих вначале к внутренней поверхности пе5 регородки в кольцевую канавку 12, Накапливающиеся в канавке 12 жидкие частицы конденсата увлекаются частью газа через отверстие 18 за пределы дополнительного завихрителя. При этом выполне0 ние одной из стенок кольцевой канавки 12 в виде уступа 15 предотвращает перетечку отсепарированного конденсата в погрЗнич- ном слое, образовавшемся на торцевой поверхности завихрителя, к следующей

5 кольцевой перегородке 6, тем самым улучшая качество сепарации конденсата. Очень важно, что выделенная конденсационная жидкость не загромождает тангенциальные каналы завихрителя, что позволяет сохра0 нить рациональное соотношение между соплами перегородок и обеспечить минимальные гидропотери. Частично осушенный газ, перетекая через сопла 9 и 10 конусных кольцевых перегородок 6 и 7 по5 следовательно разгоняется и одновременно сепарируется от вновь образовавшегося вследствие понижения температуры конденсата описанным выше образом. При этом отсепарированный конденсат собира0 ется в канавках 13 и 14 и удаляется за пределы дополнительного завихрителя вместе с частью газа через отверстия 19 и 20. Отсе- парированная смесь конденсата с частью газа попадает в нижнюю часть аппарата

5 между стенкой завихрителя и верхней перфорированной решеткой 22. Часть конденсата собирается в вогнутостях между узлами соединения 25 решетки 22, по которым отводится по наклонной поверхности в щель 21 и кольцевой приемный карман 26.

Предварительно очищенный газовый поток проходит через перфорацию верхней решетки 22 и попадает в «фильтрующий слой 24, заполненный сыпучим фильтрующим материалом, где происходит коагуляция мелкодисперсной фазы в капли конденсата, который стекает на нижнюю перфорированную решетку 23 и собирается в вогнутостях между ее узлами соединения решетки (конструкция решеток 22 и 23 аналогичны), по которым быстро отводятся в кольцевой приемный карман 26 по наклонной поверхности. Скопившийся в приемном кармане конденсат отводится через сливную трубку, с гидрозатвором 27 в конденсатосборник 1. Такое конструктивное выполнение решеток 22 и 23 позволяет увеличивать свободное сечение для прохода газа через отверстия и фильтрующий материал займет уменьшения количества конденсата приходящего через них. В то же время предотвращение попадания конденсата в отверстия нижней ре- шетки 23 снижает вторичное диспергирование скоагулированной жидкости. Это позволяет снизить гидравлическое сопротивление и увеличить срок службы фильтрующего материала.

Газовый поток, очищенный от основной массы конденсата, проходит через сужаю- щее сопло 38 и зазор 37 в вихревую камеру 39 дополнительного завихрителя, где смешивается с основным потоком, приобретая вращательное движение. Под действием центробежных сил унесенные из конденса- тосборника 1 капли конденсата отбрасываются на внутреннюю поверхность перегородки 7, а затем, как было описано выше, выводятся из завихрителя через отверстие 20. Газовый поток, выходя из зазо- ра 37, препятствует перетоку поверхностной, пленки жидкости в пограничном слое с торцевой поверхности-11 вихревой камеры 39 завихрителя по поверхности конусообразной вставки 35 в диффузор 28. Конусообразная вставка 35 улучшает эффективность очистки газа от жидкости за счет исключения выеокотурбу- лентного приосевого вихря в вихревой камере дополнительного завихрителя и диффузора 28. Эффективность очистки газа возрастает за счет -снижения гидросопротивления и турбулентного уноса тонкодисперсных частиц из вихревой камеры 39.

Закрученный поток, имеющий винтовую струйную структуру, из вихревой камеры 39 поступает в диффузор 28, где происходит преобразование кинетической энергии потока в потенциальную энергию давления. При этом на торцевых стенках диффузора, вниз по потоку, происходит нарастание толщины пограничного слоя до кольцевой перегородки 29. Рост толщины погранслоя ниже по потоку предотвращается этой кольцевой перегородкой. Частично заторможенный поток перетекает по тангенциальным каналам 32 кольцевой перегородки 29 и тормозится с восстановлением давления в кольцевом слое между кольцевыми перегородками 29 и 30. На торцевых поверхностях диффузора, между перегородками 29 и 30, опять происходит, в направле нии течения, нарастание толщины погранслоя. Дальнейший рост погранслоя предотвращается кольцевой перегородкой 30. Далее поток, перетекая через тангенциальные каналы 33, 34 кольцевых перегородок 30, 31, последовательно тормозится с восстановлением давления описанным выше образом. Повышение к.п.д. диффузора происходит по трем причинам. Во первых - кольцевые перегородки, разрезая погранс- лой на торцевых поверхностях диффузора, предотвращают отрыв потока. Во вторых - в условиях струйного течения на входе в диффузор, кольцевые перегородки с тангенциальными каналами предотвращают образование вторичных течений между струями. В третьих - при выполнении кольцевых перегородок и тангенциальных каналов описанным выше образом позволяет приблизить течение в диффузоре к потенциальному, т.е. безвихревому. Диффузор с кольцевыми перегородками приближается по своим характеристикам к лопаточному диффузору, но значительно проще по конструкции, технологичнее и имеет меньшую стоимость изготовления.

Таким образом, устройство для очистки газа от жидкости предлагаемой конструкции позволяет повысить степень очистки газа от жидкости за счет снижения гидросопротивления, т.е. за счет повышения интенсивности закрутки газа.

Использование: для очистки газа от жидкости, преимущественно аэрозолей, в частности для осушки сжатого воздуха от влаги и масла. Сущность изобретения: устройство для очистки газа от жидкости, содержит конденсатосборник, корпус с тангенциальным входным и выходным штуцерами, конусообразные поддерживающие решетки с фильтрующим материалом между ними, Соосно корпусу в области расположения тангенциального входного штуцера установлен дополнительный, тангенциальный завихритель, образованный из коаксиальных конусных кольцевых перегородок с тангенциальными прямоугольными соплами. На торцевой стенке завихрителя, р.асполо-с женной со стороны больших оснований коаксиальных конусных кольцевых перегородок, выполнены кольцевые канавки. В кольцевых канавках выполнены отверстия для отвода в конденсатосборник смеси отсепармрованного конденсата с частью газа. В.верхней части корпуса соосно завих- рителю установлен диффузор. В верхней части устройства соосно диффузору и завих- рителю установлены составная конусообразная вставка.3 ил.

Формул а из о б ре тени я Устройство для очистки газа от жидкости, содержащее корпус с тангенциальным входным и выходным штуцерами, конденсатосборник, конусообразные поддерживающие решетки с фильтрующим материалом

между ними и кольцевым карманом для сбора жидкости и дополнительный завихри- тель, отличающееся тем, что, с целью повышения степени очистки газа от жидко сти, дополнительный завихритель установлен в области расположения

тангенциального входного штуцера и выполнен из коаксиальных конусных кольцевых перегородок с тангенциальными прямоугольными соплами и с торцевой стенкой, расположенной со стороны боль- ших оснований конусных перегородок и снабженной кольцевыми уступами, образующими с внутренними поверхностями конусных перегородок кольцевые канавки, в которых выполнены отверстия, устройство Снабжено диффузором, расположенным в верхней части корпуса соосно с дополнительным завихритёлем, и конусообразной вставкой, расположенной в верхней части корпуса соосно с диффузором и дополни- тельным завихритёлем, при этом диффузор выполнен в виде коаксиальных кольцевых перегородок с тангенциальными прямоугольными каналами, суммарную площадь каналов последующих с перегородок f-.gt выбирают в зависимости от площади каналов, ближней к оси перегородки из выражения

ffl (Rl/Rl) fЈ1, ,

где RI и RI - внутренние радиусы 1-й и ближней к оси перегородки, соседние перегородки расположены на расстоянии одна от другой не менее высоты тангенциального канала большей из соседних перегородок, большее основание конусообразной вставки соединено с торцевой поверхностью ;;авихрителя, меньшее сопряжено с верхкей торцевой поверхностью диффузора, конусообразная вставка состоит из двух частей, зазор между двумя частями расположен в области дополнительного завихри геля, ч-.сть конусообразной вставки с большим основанием выполнена в виде Суживающегося сопла, а диаметр конусообразной : ставки составляет 0,2-0,5 диаметра внутренних поверхностей завихрителя и диффузора.

Ю//2 J Составитель А.Казанцев

Редактор ВЛ рубченко Техред М.МоргенталКорректор Н.Бучок

Заказ 383Тираж Подписное

ВНИЙПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„ 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г, Ужгород, ул.Гагарина, 101