RU2203125C1 - Separator for finely-dispersed dropping liquid - Google Patents
Separator for finely-dispersed dropping liquid Download PDFInfo
- Publication number
- RU2203125C1 RU2203125C1 RU2002105646/12A RU2002105646A RU2203125C1 RU 2203125 C1 RU2203125 C1 RU 2203125C1 RU 2002105646/12 A RU2002105646/12 A RU 2002105646/12A RU 2002105646 A RU2002105646 A RU 2002105646A RU 2203125 C1 RU2203125 C1 RU 2203125C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cylindrical
- filter element
- outlet
- gas
- branch pipe
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Filtering Of Dispersed Particles In Gases (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам для очистки газов от тонкодисперсной капельной жидкости, и может быть использовано для улавливания аэрозолей компрессорного масла в сжатых газах и воздухе, а также для тонкой сепарации газового конденсата и подготовки природных и попутных нефтяных газов на промыслах к дальнему транспорту. The invention relates to the oil and gas industry, and in particular to devices for purifying gases from finely divided dropping liquids, and can be used to trap aerosols of compressor oil in compressed gases and air, as well as for fine separation of gas condensate and preparation of natural and associated petroleum gases in oil fields long-distance transport.
Известно устройство для очистки газового потока от жидких частиц, выполненное в виде центробежного сепаратора, содержащего цилиндрический корпус с тангенциальным патрубком ввода очищаемого потока и спиральными, направленными в сторону закрутки потока канавками на внутренней поверхности по всей его высоте, причем нижняя часть корпуса выполнена конической с вырезами вдоль образующей на нижнем выходном торце, патрубок вывода очищенного потока газа и емкость для слива уловленной капельной жидкости (Патент РФ N 2022618, кл. В 01 D 45/12, В 04 С 5/08, 1994 [1]). A device is known for cleaning a gas stream from liquid particles, made in the form of a centrifugal separator containing a cylindrical body with a tangential nozzle for introducing a stream to be cleaned and spiral grooves directed towards the flow swirl on the inner surface along its entire height, and the lower part of the body is conical with cutouts along the generatrix at the lower output end, the outlet pipe for the purified gas stream and a container for draining the trapped droplet liquid (RF Patent N 2022618, CL 01 D 45/12, 04 04 5/08, 1994 [1]).
Устройство, как и другие центробежные сепараторы, например циклон, характеризуется малой эффективностью улавливания Е тонкодисперсных капель диаметром d=0,1-5 мкм, поскольку коэффициент осаждения тонкодисперсных капель, определяемый центробежным эффектом, пропорционален d2. Например, для капель диаметром менее 1 мкм эффективность улавливания составляет не более 60%, а при d<0,5 мкм величина Е<15% (В Страус. Промышленная очистка газов. - М.: Химия, глава 6, с. 292, 1981, 616 с [2], П. Райст. Аэрозоли. - М.: Мир, глава 7, с. 100, 1987, 280 с. [3]).The device, like other centrifugal separators, for example, a cyclone, is characterized by a low capture efficiency E of fine droplets with a diameter d = 0.1-5 μm, since the deposition coefficient of fine droplets, determined by the centrifugal effect, is proportional to d 2 . For example, for droplets with a diameter of less than 1 μm, the capture efficiency is not more than 60%, and for d <0.5 μm the value is E <15% (V Straus. Industrial gas cleaning. - M.: Chemistry,
Известен прямоточный сепаратор, содержащий корпусную трубу с соплом и разделительный патрубок, размещенный ниже по потоку сопла и коаксиально ему, при этом выходное отверстие разделительного патрубка выведено через боковую стенку трубы корпуса, а расстояние между выходным отверстием сопла и входным отверстием разделительного патрубка составляет 0,25 - 4 диаметра выходного отверстия сопла (Патент РФ N 2079342, кл. В 01 D 45/04, 1997 [4]). A direct-flow separator is known, comprising a casing pipe with a nozzle and a separation pipe located downstream of the nozzle and coaxially with the outlet opening of the separation pipe through the side wall of the housing pipe, and the distance between the outlet of the nozzle and the inlet of the separation pipe is 0.25 - 4 nozzle exit diameters (RF Patent N 2079342, class B 01 D 45/04, 1997 [4]).
Недостатком данного устройства является малая эффективность улавливания тонкодисперсных капель и существенный вторичный унос капель уловленной жидкости. The disadvantage of this device is the low efficiency of the capture of fine droplets and a significant secondary ablation of droplets of the captured liquid.
Известно также устройство для разделения гетерофазных систем, содержащее корпус и размещенный в нем газопроницаемый ячеистый блок, выполненный в виде набора пластин из пористо-ячеистого никеля, уложенных в виде не менее двух слоев, установленных параллельно друг другу без промежутков между ними под углом к вертикальной оси корпуса не ниже угла оттекания (Патент РФ N 2065317, кл. B 01 D 45/04, 1996 [5]). A device for separating heterophasic systems is also known, comprising a housing and a gas-permeable cellular block placed therein, made in the form of a set of porous-cellular nickel plates laid in the form of at least two layers installed parallel to each other without gaps between them at an angle to the vertical axis the housing is not lower than the angle of outflow (RF Patent N 2065317, CL B 01 D 45/04, 1996 [5]).
Недостатком устройства является малая эффективность улавливания тонкодисперсных капель, обрастание пористо-ячеистых многослойных металлических пластин вязкими компонентами уловленной жидкости в условиях пониженных температур, что приводит к существенному их газодинамическому сопротивлению, а также значительный вторичный унос капель накопленной жидкости. The disadvantage of this device is the low capture efficiency of fine droplets, the growth of porous-cellular multilayer metal plates by the viscous components of the trapped fluid at low temperatures, which leads to their significant gas-dynamic resistance, as well as a significant secondary ablation of droplets of the accumulated fluid.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для сепарирования тонкодисперсной капельной жидкости из газового потока, содержащее цилиндрический корпус с входным патрубком газожидкостного потока, фильтроэлемент, установленный на разделительной трубной доске, с длиной равной 5-50 диаметрам его выходного отверстия, и выполненный из лиофильного, металлического и/или металлокерамического материала с фронтальным по потоку тонкопористым мембранным слоем, нанесенным на грубопористую мембранную основу, два сливных патрубка, установленные выше и ниже разделительной трубной доски и соединенные с емкостями для слива жидкости, цилиндрический разделительный патрубок переменного сечения, расположенный соосно фильтроэлементу напротив его выходного отверстия на оптимальном расстоянии (Патент РФ N 2163163, кл. В 01 D 46/00, 2001 [6]). The closest to the invention in technical essence and the achieved effect is a device for separating a finely divided dropping liquid from a gas stream, comprising a cylindrical body with an inlet pipe of a gas-liquid stream, a filter element mounted on a separation tube board, with a length equal to 5-50 diameters of its outlet, and made of lyophilic, metallic and / or cermet material with a flow-front fine-porous membrane layer deposited on a coarse-porous meme a branded base, two drain pipes installed above and below the separation tube plate and connected to containers for draining the liquid, a cylindrical separation pipe of variable cross section, located coaxially with the filter element opposite its outlet at an optimal distance (RF Patent N 2163163, class B 01 D 46 / 00, 2001 [6]).
Недостатком вышеописанного устройства является существенный вторичный унос капель, образующихся при распылении высокоскоростным потоком газа накопленной жидкости в результате коалесценции уловленных капель, а также ограниченный объемный расход фильтруемого газа. The disadvantage of the above device is the significant secondary ablation of droplets generated by spraying a high-speed gas stream of accumulated liquid as a result of coalescence of trapped droplets, as well as the limited volumetric flow rate of the filtered gas.
Технической задачей данного изобретения является повышение эффективности сепарации тонкодисперсной капельной жидкости из высокоскоростного газового потока путем обеспечения существенного уменьшения вторичного уноса уловленной жидкости и увеличения с варьированием в широких пределах объемного расхода фильтруемого газа. The technical task of this invention is to increase the efficiency of separation of finely divided droplet liquid from a high-speed gas stream by providing a significant reduction in the secondary entrainment of the trapped liquid and increase with a wide variation in the volumetric flow rate of the filtered gas.
Указанный результат достигается тем, что в сепараторе тонкодисперсной капельной жидкости, содержащем цилиндрический корпус с входным патрубком газожидкостного потока, фильтроэлемент, установленный на разделительной трубной доске, с длиной, равной 5-50 диаметрам его выходного отверстия, и выполненный из лиофильного, металлического и/или металлокерамического материала с фронтальным по потоку тонкопористым мембранным слоем, нанесенным на грубопористую мембранную основу, два сливных патрубка, установленные выше и ниже разделительной трубной доски и соединенные с емкостями для слива жидкости, цилиндрический разделительный патрубок переменного сечения, расположенный соосно фильтроэлементу напротив его выходного отверстия на оптимальном расстоянии, сливные патрубки установлены по оси корпуса, фильтроэлемент выполнен в виде набора одинаковых параллельных фильтроэлементов с разделительным патрубком каждый, которые установлены расширением в сторону их выходных отверстий, причем во внутренней полости каждого фильтроэлемента установлен соосно дополнительный цилиндрический разделительный патрубок с перфорированной боковой поверхностью по всей длине фильтроэлемента, выход которого соединен через дополнительный кольцеобразный сливной патрубок с входным отверстием цилиндрического разделительного патрубка, а напротив его выходного отверстия соосно установлен цилиндрический уловитель капель с перфорированным конусообразным основанием, перпендикулярным оси цилиндрического разделительного патрубка, при этом расстояние между основанием цилиндрического уловителя капель и торцом цилиндрического разделительного патрубка составляет 0,5-4,0 диаметра его выходного отверстия. This result is achieved by the fact that in the separator of a finely divided dropping liquid containing a cylindrical body with an inlet nozzle of a gas-liquid flow, a filter element mounted on a dividing tube board, with a length equal to 5-50 diameters of its outlet, and made of lyophilic, metal and / or cermet material with a flow-front fine-porous membrane layer deposited on a coarse-porous membrane base, two drain pipes installed above and below the separation pipe a board and connected to containers for draining liquid, a cylindrical dividing nozzle of variable cross-section, located coaxially with the filter element opposite its outlet at an optimal distance, the drain nozzles are installed along the axis of the housing, the filter element is made in the form of a set of identical parallel filter elements with a dividing pipe each, which are installed by extension towards their outlet holes, moreover, in the inner cavity of each filter element an additional cylinder is coaxially mounted a separating nozzle with a perforated side surface along the entire length of the filter element, the outlet of which is connected through an additional annular drain nozzle to the inlet of the cylindrical separating nozzle, and a cylindrical droplet trap with a perforated conical base perpendicular to the axis of the cylindrical separating nozzle is coaxially mounted opposite to its outlet the distance between the base of the cylindrical trap drops and the end face of the cylindrical p the separation pipe is 0.5-4.0 in diameter of its outlet.
Установка на разделительной трубной доске набора одинаковых параллельных фильтроэлементов, напротив выходных отверстий которых соосно установлены цилиндрические разделительные патрубки переменного сечения с расширением в сторону их выходных отверстий, а также соосное размещение во внутренней полости каждого фильтроэлемента дополнительного цилиндрического разделительного патрубка с перфорированной боковой поверхностью по всей длине фильтроэлемента и соединение его выхода через дополнительный кольцеобразный сливной патрубок с входным отверстием цилиндрического разделительного патрубка, напротив выходного отверстия которого соосно установлен цилиндрический уловитель капель с перфорированным конусообразным основанием, перпендикулярным оси цилиндрического разделительного патрубка, позволяет не только увеличить и варьировать в широких пределах объемный расход фильтруемого газа, но и одновременно существенно увеличить эффективность его очистки за счет уменьшения вторичного брызгокаплеуноса накопленной и коалесцированной жидкости из внутренней полости фильтроэлементов. Installation on a dividing tube board of a set of identical parallel filter elements, opposite the outlet openings of which are coaxially mounted cylindrical dividing tubes of variable cross section with expansion towards their outlet openings, as well as coaxial placement in the inner cavity of each filter element of an additional cylindrical dividing tube with a perforated side surface along the entire length of the filter element and the connection of its output through an additional annular drain pipe with an inlet of a cylindrical separation pipe, opposite to the outlet of which a cylindrical droplet trap with a perforated conical base perpendicular to the axis of the cylindrical separation pipe is coaxially mounted, allows not only to increase and vary over a wide range the volumetric flow rate of the filtered gas, but also significantly increase its cleaning efficiency due to reduce secondary spray kapleunos accumulated and coalesced fluid from the internal cavity filter elements.
Многослойный цилиндрический фильтроэлемент по патенту РФ N 2044090, 1995 и многослойный фильтрующий материал, изготовленный по технологии, описанной в патенте РФ N 2070873, 1996 [7, 8]), обеспечивает эффективность улавливания тонкодисперсных капель E0= 99,9-99,9999% (в зависимости от технологических требований) Их высокоэффективное осаждение происходит в фронтальном тонкопористом слое в основном за счет диффузиионного механизма захвата и зацепления, а также инерции при существенной скорости очистки газа. В процессе длительной фильтрации или при большой массовой концентрации капель имеет место накопление и коалесценция капельной жидкости в тонких порах с образованием сплошной и/или островковой пленок. Под действием газодинамического давления - силы трения о ее поверхность - жидкость непрерывно движется в крупные поры с образованием пленки на тыльной по отношению к потоку газа грубопористой поверхности армирующей основы с последующим ее течением к выходу фильтроэлемента.A multilayer cylindrical filter element according to the patent of the Russian Federation N 2044090, 1995 and a multilayer filter material made according to the technology described in the patent of the Russian Federation N 2070873, 1996 [7, 8]) ensures the efficiency of capture of fine droplets E 0 = 99.9-99.9999% (depending on technological requirements) Their highly efficient deposition occurs in the front finely porous layer, mainly due to the diffusion mechanism of capture and engagement, as well as inertia at a significant rate of gas purification. During prolonged filtration or at a high droplet mass concentration, the droplet accumulates and coalesces in thin pores with the formation of continuous and / or island films. Under the influence of gas-dynamic pressure — the friction force on its surface — the liquid continuously moves into large pores with the formation of a film on the rough porous surface of the reinforcing base with respect to the gas flow, followed by its flow to the exit of the filter element.
В прототипе же основная масса собранной пленочной жидкости из внутренней полости фильтроэлемента выносится через его выходное отверстие в виде брызг и капель (тонкодисперсных в том числе. В заявленном сепараторе основная ее часть (около 90% по массе) стекает вдоль внутренней поверхности фильтроэлемента под действием силы тяжести и силы трения сопутствующего газового потока в пограничном слое, а далее ее удаляют через дополнительный кольцеобразный патрубок и нижний сливной патрубок в емкость для накопления чистой жидкости. In the prototype, the bulk of the collected film fluid from the inner cavity of the filter element is carried out through its outlet in the form of splashes and drops (including finely dispersed ones. In the claimed separator, its main part (about 90% by weight) flows along the inner surface of the filter element under the influence of gravity and the friction forces of the accompanying gas flow in the boundary layer, and then it is removed through an additional annular pipe and a lower drain pipe into a container for the accumulation of clean liquid.
Небольшую часть пленки (около 10% по массе) частично диспергируют газовым потоком внутри фильтроэлемента при истечении газа из грубопористых пор с образованием грубодисперсных капель. Установка внутри фильтроэлемента дополнительного разделительного цилиндрического патрубка с перфорированной боковой поверхностью позволяет за счет инерционного механизма эффективно улавливать капли. Далее осуществляют слив коалесцированных капель в виде пленки жидкости вдоль внутренней боковой поверхности дополнительного разделительного патрубка и ее последующее удаление через дополнительный кольцеобразный сливной патрубок и нижний сливной патрубок в емкость сбора отфильтрованной жидкости. A small part of the film (about 10% by weight) is partially dispersed by the gas flow inside the filter element when the gas flows from the coarse pores with the formation of coarse droplets. The installation inside the filter element of an additional separating cylindrical nozzle with a perforated side surface makes it possible to efficiently catch drops due to the inertial mechanism. Next, the coalesced drops are discharged in the form of a liquid film along the inner side surface of the additional separation pipe and its subsequent removal through the additional ring-shaped drain pipe and the lower drain pipe into the container for collecting the filtered liquid.
На выходе из дополнительного разделительного патрубка (на выходе из фильтроэлемента) имеет место как и в прототипе частичное диспергирование жидкости с образованием грубодисперсных капель с размером более 10 мкм. Для их улавливания высокоскоростной поток направляют в разделительный патрубок с переменным расширяющимся к выходу сечением для уменьшения его газодинамического сопротивления за счет уменьшения скорости течения газа, а далее вектор скорости течения газа поворачивают на 180o. За счет центробежных сил и собственной инерции грубодисперсные капли осаждают на поверхность цилиндрического уловителя капель с конусообразным перфорированным основанием. Уловленные капли коалесцируют и под действием силы тяжести стекают через перфорированные отверстия конусообразного основания в емкость сбора фильтрованной жидкости.At the outlet of the additional separation pipe (at the outlet of the filter element), as in the prototype, partial dispersion of the liquid takes place with the formation of coarse droplets with a size of more than 10 microns. To capture them, a high-speed stream is directed into a separation pipe with a cross section variable to extend to the outlet to reduce its gas-dynamic resistance by reducing the gas flow rate, and then the gas flow velocity vector is rotated by 180 ° . Due to centrifugal forces and intrinsic inertia, coarse droplets are deposited on the surface of a cylindrical trap drops with a cone-shaped perforated base. The trapped droplets coalesce and, under the action of gravity, flow through the perforated openings of the conical base into the container for collecting the filtered liquid.
Многочисленные эксперименты с тонкодисперсными аэрозолями воды, диэтиленгликоля, турбинного и трансформаторного масел (d=0,15-0,3 и d=1-3 мкм) показали, что наиболее эффективное улавливание тонкодисперсных капель и регенерация разработанного фильтроэлемента путем непрерывного удаления газовым потоком коалесцированной жидкости из пор к выходному отверстию с ее частичным грубодисперсным распылением имеет место, когда длина фильтроэлемента равна 5-50 диаметрам его выходного отверстия, а последующее эффективное улавливание грубодисперсных капель необходимо осуществлять при условии, что расстояние между основанием цилиндрического уловителя капель и торцом цилиндрического разделительного патрубка составляет от 0,5 до 4,0 диаметра его выходного отверстия, а оптимальная величина расстояния равна 1-2 диаметра выходного отверстия. Numerous experiments with finely dispersed aerosols of water, diethylene glycol, turbine and transformer oils (d = 0.15-0.3 and d = 1-3 microns) showed that the most efficient capture of fine droplets and regeneration of the developed filter element by continuous removal of a coalesced liquid by a gas stream from the pores to the outlet with its partial coarse dispersion occurs when the length of the filter element is 5-50 diameters of its outlet, and the subsequent effective capture of coarse to pel should be implemented under the condition that the distance between the base of a cylindrical droplet catcher and the end of the cylindrical spacer sleeve is 0.5 to 4.0 diameter of the outlet opening, and the optimum value of the distance is equal to 1.2 orifice diameters.
Вследствие непрерывного удаления коалесцированной жидкости из пор и соответственно непрерывной регенерации фильтроэлемента его дифференциальное сопротивление отличается от первоначального не более чем в 2 раза при оптимальной скорости лобовой очистки газа от 0,5 до 3 м/с, объемный расход газа существенно превосходит объем очищенного газа по прототипу, а эффективность очистки газа от тонкодисперсных капель за счет существенного уменьшения вторичного брызгокаплеуноса возрастает более чем в 20-40 раз по сравнению с эффективностью очистки газа в устройстве по прототипу. Due to the continuous removal of coalesced liquid from the pores and, accordingly, continuous regeneration of the filter element, its differential resistance differs from the initial one by no more than 2 times at the optimal frontal gas cleaning speed of 0.5 to 3 m / s, the gas volumetric flow significantly exceeds the volume of the purified gas according to the prototype , and the efficiency of gas purification from fine droplets due to a significant reduction in the secondary spray of droplets increases by more than 20-40 times compared with the cleaning efficiency gas in the device of the prototype.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен продольный разрез вертикального сепаратора, на фиг.2 - узел соединения разделительных патрубков. Сепаратор содержит входной патрубок газожидкостного потока 1, цилиндрический корпус 2, набор параллельных цилиндрических, металлических и/или металлокерамических фильтроэлементов из лиофильного материала с фронтальным тонкопористым мембранным слоем, нанесенным на грубопористую мембранную основу 3, разделительнeную трубную доску 4, дополнительный цилиндрический разделительный патрубок с перфорированной боковой поверхностью по всей длине фильтроэлемента 5, выходное отверстие дополнительного разделительного патрубка с перфорированной боковой поверхностью 6, дополнительный кольцеобразный сливной патрубок 7, входное отверстие разделительного патрубка 8, выходное отверстие разделительного патрубка 9, цилиндрический уловитель капель 10, перфорированное конусообразное основание цилиндрического уловителя капель 11, сливной патрубок, установленный выше разделительной трубной доски, 12, сливной патрубок, установленый ниже разделительной трубной доски, 13, фланец для крепления разделительных патрубков 14, выход фильтрованного газа 15, емкости для слива фильтрованной жидкости 16, емкость для слива загрязненной жидкости - 17, вентили В1 и В2. Диаметр выходного отверстия дополнительного цилиндрического разделительного патрубка с перфорированной боковой поверхностью Dр, диаметр выходного отверстия цилиндрического фильтроэлемента Dф, диаметр входного отверстия разделительного патрубка Dп, диаметр выходного отверстия разделительного патрубка Dв, длина металлокерамического фильтроэлемента Lф, расстояние между торцом выходного отверстия цилиндрического разделительного патрубка и конусообразным основанием цилиндрического уловителя капель Lп, объемный расход фильтруемого газа Q, объемный расход газа через цилиндрический разделительный патрубок Q1, объемный расход газа через дополнительный кольцеобразный сливной патрубок Q2, зона загрязненного газа I, зона фильтрованного газа II. Цилиндрический металлокерамический фильтроэлемент, разделительный цилиндрический патрубок, дополнительный цилиндрический патрубок, дополнительный кольцеобразный сливной патрубок и цилиндрический уловитель капель размещены относительно друг друга соосно. Сливные патрубки, установленные выше и ниже разделительной трубной доски, размещены вдоль оси цилиндрического корпуса и соединены с емкостями для слива загрязненной и отфильтрованной жидкости соответственно. Длина фильтроэлемента Lф составляет 5-50 диаметров его выходного отверстия Dф. Расстояние Lп между торцом выходного отверстия цилиндрического разделительного патрубка и конусообразным основанием цилиндрического уловителя капель составляет 0,5-4,0 диаметра выходного отверстия Dв цилиндрического разделительного патрубка. Отношение объемных расходов фильтрованного газа через цилиндрический разделительный патрубок и дополнительный кольцеобразный патрубок составляет Q1/Q2>20.The invention is illustrated by drawings, where in Fig.1 shows a longitudinal section of a vertical separator, in Fig.2 - the connection node of the separation pipes. The separator contains an inlet pipe for gas-liquid flow 1, a cylindrical body 2, a set of parallel cylindrical, metal and / or cermet filter elements made of a lyophilic material with a front finely porous membrane layer deposited on a coarse-
Сепаратор тонкодисперсной капельной жидкости работает следующим образом. The finely divided droplet separator operates as follows.
Поток газа с объемным расходом Q пропускают через входной патрубок 1, цилиндрический корпус 2 и металлокерамические многослойные цилиндрические фильтроэлементы 3, установленные параллельно на разделительной трубной доске 4. Тонкодисперсные капли улавливают в тонкопористом селективном слое, нанесенном на грубопористую мембранную основу без разрывов пористой структуры через переходный слой. В тонкопористом слое капли коалесцируют с образованием сплошной и/или островковой пленок. Под действием конвективного потока газа возникает пленочное течение жидкости через грубопористое основание с образованием на его тыльной поверхности жидкостного слоя, который переносят к выходному цилиндрическому отверстию с диаметром Dф под действием силы тяжести и сопутствующего газового потока Q2 и удаляют через дополнительный кольцеобразный сливной патрубок 7 и нижний сливной патрубок 13 в емкость для сбора фильтрованной жидкости 16. Таким образом собирают около 90% (по массе) уловленной и коалесцированной пленочной жидкости. Часть пленки (около 10% по массе) частично распыляют внутри фильтроэлемента при истечении газа из грубопористого слоя с образованием грубодисперсных капель диаметром более 10<d≤2000 мкм. При последующем движении потока газа через перфорированную с диаметром отверстий от 3 до 5 мм боковую поверхность дополнительного разделительного патрубка 5 происходит инерционное осаждение грубодисперсных капель, их переток под действием газа с коалесценцией на тыльную по отношению к потоку газа перфорированную поверхность. Собранная жидкость с внутренней поверхности стекает вниз под действием силы тяжести и силы трения сопутствующего газового потока с расходом Q1 с последующим ее сбором через дополнительный сливной патрубок 7 и нижний сливной патрубок 13 в емкость сбора фильтрованной жидкости 16. На выходе из выходного отверстия 6 с диаметром Dp разделительного патрубка 5 имеет место частичное диспергирование пленки жидкости с образованием грубодисперсных капель диаметром более 10 мкм. Для ее улавливания поток газа Q1 направляют в коаксиально установленное отверстие 8 с диаметром Dп разделительного патрубка с выходным отверстием 9 с диаметром Dв.A gas flow with a flow rate Q is passed through the inlet pipe 1, the cylindrical body 2 and the ceramic-metal multilayer
В разделительном патрубке направление потока газа поворачивают на противоположное с последующим разворотом в проходное сечение выхода газового потока 15. За счет инерции и центробежных сил грубодисперсные капли осаждают на поверхности цилиндрического уловителя 10 с конусообразным основанием 11. Уловленные и коалесцированные капли стекают через отверстия перфорированного основания 11 в емкость сбора чистой жидкости 16. Расстояние Lп между торцом выходного отверстия 9 и конусообразным основанием 10 составляет Lп=(0,5-4)Dв, а оптимальная величина расстояния для наиболее эффективного инерционного улавливания грубодиспесрных капель составляет Lп=(1-2)Dв.In the separation nozzle, the direction of the gas flow is reversed, followed by a turn into the passage section of the gas stream exit 15. Due to inertia and centrifugal forces, coarse droplets are deposited on the surface of the cylindrical trap 10 with a cone-shaped base 11. Trapped and coalesced drops flow through the holes of the perforated base 11 into clean liquid collecting container 16. The distance L n between the outlet end 9 and a conical base 10 is L n = (0,5-4) D in, and the optimum were ina distance for the most efficient capture inertial grubodispesrnyh droplets is L n = (1-2) D c.
Разделительный патрубок с входом 8 и выходом 9 выполнен с переменным сечением (Dв>Dп) для уменьшения его газодинамического сопротивления путем уменьшения скорости течения высокоскоростного потока газа в патрубке до величины 10-20 м/с. Патрубок 12 установлен для предварительного отвода уловленной капельной жидкости с внутренней поверхности корпуса 2 и фронтальной поверхности фильтроэлементов 3 загрязненной зоны I в сливную емкость для сбора загрязненной жидкости 17. Отношение объемных скоростей потоков через разделительный патрубок с входом 8 и дополнительный кольцеобразный сливной патрубок 7 равно Q1/Q2>20, а оптимальное значение соотношений объемных скоростей потоков Q1/Q2 составляет от 35 до 50.The separation pipe with
Осаждение тонкодисперсных капель происходит в тонких порах фронтального селективного слоя с мебранной структурой за счет их диффузионного захвата и зацепления, а также за счет инерции капель в извилистых порах слоя при больших скоростях лобовой очистки U=Q/S>0,5-1 м/с, где Q - объемный расход газа, S - геометрическая площадь фронтальной по потоку поверхности фильтроэлементов 3. Оптимальная скорость лобовой фильтрации газа U=50-300 см/с, поскольку авторами было установлено, что эффективность улавливания капель с d>0,1 мкм практически не уменьшается с увеличением скорости лобовой фильтрации от 50 до 300 см/с. Кроме того, было показано, что при оптимальной скорости лобовой фильтрации U= 50-300 см/с можно осуществлять непрерывную регенерацию фильтроэлемента в процессе его длительной эксплуатации путем выноса капельной жидкости из многослойной пористой структуры и реализации эффективного пленочного течения к выходному отверстию с частичным грубодисперсным распылом пленки внутри и на выходе из фильтроэлемента. Наконец, грубодисперсный спектр капель практически не зависит от структуры фронтального мембранного тонкопористого слоя и определяется в первую скоростью истечения газа из выходного отверстия фильтроэлемента и величиной диаметра пор его грубопористой основы, которую как правило варьируют в узких пределах (от 30 до 40 мкм). Оптимальная скорость истечения цилиндрического газового потока из выходного отверстия 6 в отверстие 8 составляет U1=15-30 м/с.The deposition of fine droplets occurs in the thin pores of the frontal selective layer with a mebranoid structure due to their diffusion capture and engagement, as well as due to the inertia of the droplets in the tortuous pores of the layer at high speeds of frontal cleaning U = Q / S> 0.5-1 m / s , where Q is the volumetric gas flow rate, S is the geometric area of the frontal surface of the
Соотношение длины фильтроэлемента 3 и диаметра выходного отверстия должно быть в пределах 5-50. При Lф/Dф>50 скорость истечения газа из выходного отверстия сопла Uф= 4ULф/Dф достигает критических значений (>300 м/с), при которых имеет место тонкодисперсный распыл пленки жидкости с образованием капель в интервале размеров от 0,05-10 мкм. Этот режим работы недопустим, так как разделительный патрубок практически не позволяет улавливать тонкодисперсные капли с d<1 мкм. При Lф/Dф<5 величины тангенциальной скорости течения газа в фильтроэлементе и скорости истечения газа недостаточны для эффективного удаления пленки жидкости из фильтроэлемента, ее частичного грубодисперсного распыления и последующего эффективного улавливания в разделительном патрубке (Г. Уоллис. Одномерные двухфазные течения. - М., 1972, пер. с англ. , Соколов В.Н., Доманский И.В. Газожидкостные реакторы. - Л., 1976 [7, 8]).The ratio of the length of the
Пример
Разработана конструкторская документация и изготовлен опытный образец сепаратора для высокоэффективного улавливания тонкодисперсной капельной жидкости из газового потока при избыточном давлении газа до 100 атм. Устройство выполнено из стали 20, прокладки уплотнений - овальные металлические.Example
Design documentation was developed and a prototype separator was made for highly efficient capture of finely dispersed droplet liquid from a gas stream at an overpressure of gas up to 100 atm. The device is made of steel 20, gasket seals - oval metal.
Диаметр выходного отверстия фильтроэлемента Dф=44 мм;
Диаметр выходного отверстия дополнительного разделительного патрубка Dp= 38 мм;
Диаметр входного отверстия разделительного патрубка Dп=30 мм;
Диаметр выходного отверстия разделительного патрубка Dв=45 мм;
Длина многослойного цилиндрического фильтроэлемента Lф=270 мм;
Внешний диаметр фильтроэлемента - 50 мм;
Количество фильтроэлементов - 3 шт;
Площадь фронтальной по потоку поверхности фильтроэлементов S=424•3=1272 см2;
Расстояние между выходным отверстием разделительного патрубка и конусообразным основанием цилиндрического уловителя капель LП=60 мм.The diameter of the outlet of the filter element D f = 44 mm;
The diameter of the outlet of the additional separation pipe D p = 38 mm;
The diameter of the inlet of the separation pipe D p = 30 mm;
The diameter of the outlet of the separation pipe D in = 45 mm;
The length of the multilayer cylindrical filter element L f = 270 mm;
The outer diameter of the filter element is 50 mm;
The number of filter elements - 3 pcs;
The area of the frontal surface of the filter surface surface S = 424 • 3 = 1272 cm 2 ;
The distance between the outlet of the separation pipe and the conical base of the cylindrical droplet trap L P = 60 mm
Многослойный фильтрующий цилиндрический элемент был изготовлен из никеля. Размер пор и толщина фронтального мембранного тонкопористого слоя составляли около 15 и 70 мкм, а размер пор и толщина грубопористой мембранной основы - 30 и 3000 мкм соответственно. Толщина переходного слоя между грубопористой и тонкопористой структурами была равна около 100 мкм. The multilayer filtering cylindrical element was made of nickel. The pore size and thickness of the frontal fine-porous membrane layer were about 15 and 70 μm, and the pore size and thickness of the coarse-porous membrane base were 30 and 3000 μm, respectively. The thickness of the transition layer between the coarse-porous and finely porous structures was about 100 μm.
Моделировались условия улавливания капель диэтиленгликоля (ДЭГ) с d= 0,15-0,4 мкм, используемого для осушки природного газа (Н.В. Жданова, А.Л. Халиф. Осушка углеводородных газов. - М.: Химия, главы 4-7, 1984, 192 с. [9] ). The conditions for capturing drops of diethylene glycol (DEG) with d = 0.15-0.4 μm used to dry natural gas were modeled (N.V. Zhdanova, A.L. Khalif. Drying of hydrocarbon gases. - M.: Chemistry, chapters 4 -7, 1984, 192 p. [9]).
Испытания проводились при сепарировании газового потока с объемной скоростью Q=63,6 литр/с и массовой концентрацией тонкодисперсной капельной жидкости Мк= 0,01-1,2 г/л. Спектр капель по размерам описывался логнормальным распределением. Скорость лобовой фильтрации газа составляла U=Q/S=0,5 м/с. Объемный расход газа через дополнительный кольцеобразный патрубок Q1=62,1/3= 20,7 л/с, а расход газа через дополнительный кольцеобразный патрубок Q2= 1,5/3= 0,5 л/с. Отношение расходов Q1/Q2=41,4. Скорость газа в входном отверстии цилиндрического разделительного патрубка составляла Uп=29,3 м/с, а из его выходного отверстия Uв=13 м/с.The tests were carried out during the separation of the gas stream with a space velocity Q = 63.6 liter / s and a mass concentration of finely divided droplet liquid M k = 0.01-1.2 g / L. The droplet size spectrum was described by a lognormal distribution. The frontal gas filtration rate was U = Q / S = 0.5 m / s. The volumetric flow rate of gas through an additional ring-shaped pipe Q 1 = 62.1 / 3 = 20.7 l / s, and the gas flow rate through an additional ring-shaped pipe Q 2 = 1.5 / 3 = 0.5 l / s. The ratio of costs Q 1 / Q 2 = 41.4. The gas velocity in the inlet of the cylindrical separation pipe was U p = 29.3 m / s, and from its outlet U in = 13 m / s.
Установлено, что средняя величина кратности сепарации-очистки газового потока от тонкодисперсной капельной жидкости составляет С=200, а эффективность улавливания Е=99,5% при массовой концентрации капель Мк=1 г/л. Анализ экспериментальных данных по прототипу показал, что С=28,6 и Е=96,5% при одинаковых значениях газодинамического сопротивления фильтроэлементов и лобовой скорости фильтрации U=0,5 м/с. Начальная эффективность улавливания тонкодисперсных капель фильтроэлементов составляла Е0=99,9% при U=0,5-3 м/с (без вторичного уноса грубодисперсного распыла).It was found that the average magnitude of the separation-cleaning ratio of the gas stream from a finely divided droplet liquid is C = 200, and the capture efficiency E = 99.5% at a droplet mass concentration of M k = 1 g / l. Analysis of the experimental data on the prototype showed that C = 28.6 and E = 96.5% with the same gas-dynamic resistance of the filter elements and the frontal filtration velocity U = 0.5 m / s. The initial capture efficiency of fine droplets of filter elements was E 0 = 99.9% at U = 0.5-3 m / s (without secondary entrainment of coarse dispersion).
Газодинамическое сопротивление фильтроэлемента возросло от 30-40 до 200% (в зависимости от концентрации тонкодисперсной капельной жидкости) по сравнению начальным (до улавливания капельной жидкости) и практически не менялось за счет непрерывной регенерации фильтроэлементов вследствие постоянного удаления жидкости из его многослойной пористой структуры газовым потоком. The gas-dynamic resistance of the filter element increased from 30-40 to 200% (depending on the concentration of the finely divided droplet liquid) compared to the initial one (before the capture of the droplet liquid) and practically did not change due to the continuous regeneration of the filter elements due to the constant removal of the liquid from its multilayer porous structure by the gas stream.
Сравнение разработанного сепаратора для высокоэффективного улавливания тонкодисперсной капельной жидкости из газового потока и устройства по прототипу показывает, что предлагаемый сепаратор позволяет существенно увеличить и варьировать в широких пределах объемный расход фильтруемого газа и при этом существенно увеличить (более чем в 7 раз) кратность очистки газа от капель с d>0,1 мкм за счет значительного уменьшения вторичного брызгокаплеуноса уловленных и коалесцированных капель из внутренней полости фильтроэлементов. Это позволит, например, сократить потери диэтиленгликоля в процессе осушки газа в многофункциональных аппаратах подготовки природного газа к дальнему транспорту, обусловленные уносом тонкодисперсного распыла ДЭГ из многофункционального аппарата в магистральный трубопровод [10]. A comparison of the developed separator for highly efficient capture of finely divided droplet liquid from the gas stream and the prototype device shows that the proposed separator can significantly increase and vary over a wide range the volumetric flow rate of the filtered gas and at the same time significantly increase (more than 7 times) the rate of gas purification from drops with d> 0.1 μm due to a significant reduction in the secondary splash droplets of captured and coalesced drops from the inner cavity of the filter elements. This will, for example, reduce the loss of diethylene glycol during gas dehydration in multifunctional devices for preparing natural gas for long-distance transport, due to the entrainment of fine dispersion of DEG from the multifunctional device into the main pipeline [10].
Источники информации
1. В.С. Мухамедов. Устройство для очистки газового потока от жидких частиц, патент РФ N 2022618, кл. В 01 D 45/12, В 04 С 5/08, БИ N 21, от 15.11.94.Sources of information
1. V.S. Muhamedov. A device for cleaning a gas stream from liquid particles, RF patent N 2022618, class. B 01 D 45/12, B 04
2. В. Страус. Промышленная очистка газов. - М.: Химия, глава 6, с. 292, 1981, 616 с. 2. V. Ostrich. Industrial gas cleaning. - M .: Chemistry,
3. П. Райст. Аэрозоли. - М.: Мир, глава 7, с. 100, 1987, 280 с. 3. P. Raist. Aerosols. - M .: World,
4. В.С. Щипачев. Прямоточный сепаратор, патент РФ N 2079342, кл. В 01 D 45/04, БИ N 14, от 20.05.97. 4. V.S. Schipachev. Direct-flow separator, RF patent N 2079342, class. B 01 D 45/04, BI N 14, dated 05.20.97.
5. А. М. Зобов, Л.И. Шпилевская. Устройство для разделения гетерофазных систем, патент РФ N 2065317, кл. В 01 D 45/04, БИ N 23, от 20.08.96. 5. A. M. Zobov, L.I. Shpilevskaya. A device for separating heterophase systems, RF patent N 2065317, class. B 01 D 45/04, BI N 23, from 08.20.96.
6. Г. И. Вяхирев, А.В. Загнитько, С.Н. Ходин, Ю.О. Чаплыгин. Устройство для сепарирования тонкодисперсной капельной жидкости из газового потока, патент РФ N 2163163, кл. В 01 D 46/00, БИ N 5, от 20.02.01 (прототип). 6. G. I. Vyakhirev, A.V. Zagnitko, S.N. Khodin, Yu.O. Chaplygin. A device for separating finely divided droplet liquid from a gas stream, RF patent N 2163163, class. In 01 D 46/00,
7. А. В. Загнитько и др. Способ получения многослойного металлического фильтрующего элемента, патент РФ N 2044090, БИ N 26, 1995, с. 204. 7. A. V. Zagnitko et al. A method for producing a multilayer metal filter element, RF patent N 2044090, BI N 26, 1995, p. 204.
8. А. В. Загнитько и др. Способ изготовления многослойного фильтрующего материала, патент РФ N 2070873, БИ N 36, 1996, с. 163. 8. A. V. Zagnitko et al. A method of manufacturing a multilayer filter material, RF patent N 2070873, BI N 36, 1996, p. 163.
9. Г. Уоллис. Одномерные двухфазные течения. - М., 1972, пер. с англ. 9. G. Wallis. One-dimensional two-phase flows. - M., 1972, trans. from English
10. Соколов В.Н., Доманский И.В. Газожидкостные реакторы. - Л., 1976. 10. Sokolov V.N., Domansky I.V. Gas-liquid reactors. - L., 1976.
11. Н.В. Жданова, А.Л. Халиф. Осушка углеводородных газов. - М.: Химия, главы 4-7, 1984, 192 с. 11. N.V. Zhdanova, A.L. Caliph. Drying of hydrocarbon gases. - M .: Chemistry, chapters 4-7, 1984, 192 p.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002105646/12A RU2203125C1 (en) | 2002-03-05 | 2002-03-05 | Separator for finely-dispersed dropping liquid |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002105646/12A RU2203125C1 (en) | 2002-03-05 | 2002-03-05 | Separator for finely-dispersed dropping liquid |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2203125C1 true RU2203125C1 (en) | 2003-04-27 |
Family
ID=20255376
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2002105646/12A RU2203125C1 (en) | 2002-03-05 | 2002-03-05 | Separator for finely-dispersed dropping liquid |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2203125C1 (en) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2466772C2 (en) * | 2007-08-24 | 2012-11-20 | Дюрр Системс Гмбх | Filter device and method of separating wet lacquer overspray |
| RU2488449C2 (en) * | 2008-02-20 | 2013-07-27 | Дюрр Системс Гмбх | Device and method for separation of excess spray of wet lacquer |
| RU2507010C2 (en) * | 2008-09-04 | 2014-02-20 | Айзенманн Аг | Device for separation of excessively sprayed lacquer |
| RU2512333C2 (en) * | 2008-09-04 | 2014-04-10 | Айзенманн Аг | Device for separation of excessively sprayed lacquer |
| RU2552475C2 (en) * | 2009-12-15 | 2015-06-10 | Айзенманн Аг | Method and device for electrostatic separation of excess atomisation |
| RU2613410C2 (en) * | 2011-11-02 | 2017-03-16 | Дюрр Зюстемс Гмбх | Method of thermal processing of auxillary material and plants processing |
| CN115400505A (en) * | 2022-09-29 | 2022-11-29 | 常州大学 | Demisting blade based on secondary entrainment suppressor |
-
2002
- 2002-03-05 RU RU2002105646/12A patent/RU2203125C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2466772C2 (en) * | 2007-08-24 | 2012-11-20 | Дюрр Системс Гмбх | Filter device and method of separating wet lacquer overspray |
| RU2488449C2 (en) * | 2008-02-20 | 2013-07-27 | Дюрр Системс Гмбх | Device and method for separation of excess spray of wet lacquer |
| RU2507010C2 (en) * | 2008-09-04 | 2014-02-20 | Айзенманн Аг | Device for separation of excessively sprayed lacquer |
| RU2512333C2 (en) * | 2008-09-04 | 2014-04-10 | Айзенманн Аг | Device for separation of excessively sprayed lacquer |
| RU2552475C2 (en) * | 2009-12-15 | 2015-06-10 | Айзенманн Аг | Method and device for electrostatic separation of excess atomisation |
| RU2613410C2 (en) * | 2011-11-02 | 2017-03-16 | Дюрр Зюстемс Гмбх | Method of thermal processing of auxillary material and plants processing |
| CN115400505A (en) * | 2022-09-29 | 2022-11-29 | 常州大学 | Demisting blade based on secondary entrainment suppressor |
| CN115400505B (en) * | 2022-09-29 | 2023-08-22 | 常州大学 | Demisting blade based on secondary entrainment inhibitor |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4668256A (en) | Liquid/gas separation | |
| EP1844839B1 (en) | Air-oil separator | |
| US5454945A (en) | Conical coalescing filter and assembly | |
| US5750024A (en) | Conical coalescing filter | |
| AU759788B2 (en) | Inertial gas-liquid separator having an inertial collector spaced from a nozzle structure | |
| US9005340B2 (en) | Fiber bed assembly including a re-entrainment control device for a fiber bed mist eliminator | |
| US7927394B2 (en) | Apparatus and method for enhanced droplet collection in gas flows | |
| US5112375A (en) | Radial vane demisting system in a separator for removing entrained droplets from a gas stream | |
| US5866000A (en) | Apparatus for separating dispersed liquid from a continuous fluid | |
| RU2203125C1 (en) | Separator for finely-dispersed dropping liquid | |
| AU665211B2 (en) | Conical coalescing filter | |
| US20130312609A1 (en) | Apparatus and methods for filtration of solid particles and separation of liquid droplets and liquid aerosols from a gas stream | |
| RU2612741C1 (en) | Liquid-gas separator | |
| RU2117514C1 (en) | Cone-shaped porous filter element and filter components | |
| US20050178718A1 (en) | Coalescing and separation arrangements systems and methods for liquid mixtures | |
| RU2278721C1 (en) | Device for separating finely dispersed dropping liquid from vapor-gas flow | |
| RU2163163C1 (en) | Device for separation of finely-dispersed dropping liquid from gas flow | |
| GB2194180A (en) | Liquid/gas separation | |
| RU2493900C1 (en) | Method of liquid-gas flow separation | |
| US6589322B2 (en) | Oil seal liquid separator | |
| JP2000508581A (en) | Disposable coalescer | |
| RU211920U1 (en) | SEPARATOR | |
| CN110499197A (en) | A kind of horizontal filter separator | |
| RU2163162C1 (en) | Straight-through separator for gas-and-liquid flow | |
| RU2749275C1 (en) | Device for cleaning the transported gas |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20040306 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent | ||
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170306 |