Мультикассетная кольцевая сепарационная насадка
Изобретение относится к области химической промышленности и предназначено для обеспечения тонкой очистки газа от жидкости при реконструкции сепараторов и фильтр-сепараторов абсорбционных и ректификационных колонн. Мультикассетная кольцевая сепарационная насадка содержит крышку, фильтрующий блок, водоотделяющее средство, входной патрубок, соединенный с фильтрующим блоком шпилькой, и газораспределительные диски, прикрепленные к шпильке. Фильтрующий блок выполнен в виде сетчатых кассет, установленных одна на другую, причем внутренние поверхности сетчатых кассет образуют газораспределительный коллектор. Водоотделяющее средство выполнено в виде переливных трубок, расположенных в кассетах, и поддонов с осевым отверстием, установленных под кассетами. Каждая сетчатая кассета снабжена отбойником, выполненным в виде плоского диска с осевым отверстием и кольцевым буртиком по периметру диска. Каждая сетчатая кассета образована путем одновременной намотки двух параллельных полос сетки, один из которых выполняют из плоской сетки, а второй - из гофрированной сетки. Со стороны своей цилиндрической внутренней поверхности сетчатая кассета снабжена цилиндрической перфорированной обечайкой, причем первые слои полос сетки прикреплены к перфорированной обечайке металлическими скобами или приварены к перфорированной обечайке. По крайней мере два наружных слоя каждой полосы сетки скреплены металлическими скобами, число сетчатых кассет составляет 6. Переливные трубки установлены равномерно вокруг оси насадки по окружности, диаметр которой составляет от 0,85 до 0,92 наружного диаметра сетчатой кассеты, диаметр проходного сечения каждой переливной трубки составляет от 0,038 до 0,05 наружного диаметра сетчатой кассеты, а суммарная площадь отверстий перфорации обечайки составляет от 50 до 60% площади внутренней цилиндрической поверхности обечайки. В результате достигается повышение эффективности сепарации за счет предотвращения накопления отсепарированной жидкости в кассетах насадки. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к области химической промышленности и предназначено для обеспечения тонкой очистки газа от жидкости при реконструкции сепараторов и фильтр-сепараторов абсорбционных и ректификационных колонн.
Известна сепарационная насадка, содержащая фильтрующий блок в виде тонкостенных керамических колец высотой, равной диаметру (Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М.: Химия, 1973, с.447).
Недостатком данной насадки является их низкая эффективность и производительность.
Известна насадка в виде фильтра, оснащенного двумя соединительными дисками, расположенными с торцов, у которого сквозной входной проход запирающего диска закрыт тарелкой клапана, под которой расположен блок винтовой пружины, а запирающий диск, обращенный к тарелке, имеет выступы для опоры пружины, при этом между витками пружины и диском проходит обрабатываемая среда (DE, 3904701, А1, ArgoGmbH fur Feinmechanik, 30.08.90, В 01 D 27/00).
Недостатком известной насадки является низкая производительность при обеспечении нормативного качества очистки газа.
Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является мультикассетная кольцевая сепарационная насадка, содержащая крышку, фильтрующий блок, водоотделяющее средство, входной патрубок, соединенный с фильтрующим блоком шпилькой и газораспределительные диски, прикрепленные к шпильке, при этом фильтрующий блок выполнен в виде сетчатых кассет, установленных одна на другую и стянутых по высоте с помощью шпильки, причем внутренние поверхности сетчатых кассет образуют газораспределительный коллектор, а водоотделяющее средство выполнено в виде переливных трубок, расположенных в кассетах, и поддонов, установленных под кассетами, насадка снабжена отбойником, выполненным в виде плоского диска с осевым отверстием и кольцевым буртиком по периметру диска, утопленным в фильтрующий блок, а отбойник прикреплен к крышке и каждому поддону со стороны верхнего торца каждой сетчатой кассеты (см. RU 26441, В 01 D 25/00, 10.12.2002).
Сепараторы, оборудованные предлагаемой насадкой, имеют достаточно высокую эффективность и производительность за счет увеличения контакта между газожидкостным потоком и материалом сепарационного слоя, однако в данных насадках возможно накопление отсепарированной жидкой среды в кассетах при неравномерной нагрузке на кассеты, что связано с неоптимальным расположением переливных трубок и недостаточным их проходным сечением.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение эффективности сепарации за счет предотвращения накопления отсепарированной жидкости в кассетах насадки.
Указанный технический результат достигается за счет того, что мультикассетная кольцевая сепарационная насадка содержит крышку, фильтрующий блок, водоотделяющее средство, входной патрубок, соединенный с фильтрующим блоком шпилькой, и газораспределительные диски, прикрепленные к шпильке, при этом фильтрующий блок выполнен в виде сетчатых кассет, установленных одна на другую и стянутых по высоте с помощью шпильки, причем внутренние поверхности сетчатых кассет образуют газораспределительный коллектор, а водоотделяющее средство выполнено в виде переливных трубок, расположенных в кассетах, и поддонов с осевым отверстием, установленных под кассетами, каждая сетчатая кассета снабжена отбойником, выполненным в виде плоского диска с осевым отверстием и кольцевым буртиком по периметру диска, утопленным в сетчатую кассету, а отбойник прикреплен к крышке и каждому поддону со стороны верхнего торца каждой сетчатой кассеты, при этом каждая сетчатая кассета образована путем одновременной намотки двух параллельных полос сетки, один из которых выполняют из плоской сетки, а второй - из гофрированной сетки, со стороны своей цилиндрической внутренней поверхности сетчатая кассета снабжена цилиндрической перфорированной обечайкой, причем первые слои полос сетки прикреплены к перфорированной обечайке металлическими скобами или приварены к перфорированной обечайке, по крайней мере два наружных слоя каждой полосы сетки скреплены металлическими скобами, число сетчатых кассет составляет 6, переливные трубки установлены равномерно вокруг оси насадки по окружности, диаметр которой составляет от 0,85 до 0,92 наружного диаметра сетчатой кассеты, диаметр проходного сечения каждой переливной трубки составляет от 0,038 до 0,05 наружного диаметра сетчатой кассеты, а суммарная площадь отверстий перфорации обечайки составляет от 50 до 60% площади внутренней цилиндрической поверхности обечайки.
При этом предпочтительно, чтобы отбойник был прикреплен к крышке и поддонам посредством сварки, каждая кассета была образована сплошной намоткой двух слоев сетки, из которых один слой плоский, а другой гофрирован поперечными гофрами; кассеты были выполнены цилиндрической формы; в качестве материала сетки была использована обычная или нержавеющая сталь, или нержавеющие материалы, или пластмасса; была использована сетка рукавной, или плосковязаной, или мелкоячеистой, или просечно-вытяжной формы.
Не менее важное значение имеет количество сетчатых кассет в насадке, расположение переливных трубок и их проходное сечение. В ходе исследования было установлено, что наиболее оптимальное количество кассет равно шести. Меньшее количество приводит к снижению производительности, а большее количество затрудняет процесс организации равномерной нагрузки на все сетчатые кассеты. Было установлено, что при выполнении насадки, у которой переливные трубки установлены равномерно вокруг оси насадки по окружности, диаметр которой составляет от 0,85 до 0,92 наружного диаметра сетчатой кассеты, а диаметр проходного сечения каждой переливной трубки составляет от 0,038 до 0,05 наружного диаметра сетчатой кассеты предотвращается ситуация, при которой отсепарированная в кассете жидкость не может быть быстро удалена из кассеты. В ходе эксперимента удалось подобрать такой диаметр расположения переливных трубок, при котором жидкость эффективно удаляется как из внутренних слоев сетки, так и с наружных по отношению к трубкам слоев сетки. Что касается отверстий в перфорированной обечайке, то было установлено, что при суммарной площади отверстий перфорации обечайки от 50 до 60% площади внутренней цилиндрической поверхности обечайки достигается достаточная ее жесткость при незначительном гидравлическом сопротивлении.
На чертеже представлен продольный разрез мультикассетной кольцевой сепарационной насадки.
Мультикассетная кольцевая сепарационная насадка содержит крышку 1, входной патрубок 2 и газораспределительные диски 4, прикрепленные к шпильке 3. Насадка содержит фильтрующий блок, выполненный в виде сетчатых кассет 5, установленных одна на другую и стянутых по высоте с помощью шпильки 3, причем внутренние поверхности сетчатых кассет 5 образуют газораспределительный коллектор 6. Водоотделяющее средство насадки выполнено в виде переливных трубок 7, расположенных в кассетах 5, и поддонов 8 с осевым отверстием, установленных под кассетами 5. Кроме того, насадка снабжена отбойниками 9, выполненными в виде плоского диска с кольцевым буртиком по периметру диска, утопленным в образованные кассетами 5 фильтрующие блоки. Отбойник 9 прикреплен к крышке 1 и каждому поддону 8 со стороны верхнего торца каждой сетчатой кассеты 5.
Входной патрубок 2 выполнен с крепежным ребром 10 и приваренной к нему гайкой 11, а крышка 1 соединена со шпилькой 3 посредством гайки 12.
Сетчатые кассеты 5 выполнены цилиндрической формы. В качестве материала сетки может быть использована обычная или нержавеющая сталь, или нержавеющие материалы, или пластмасса, при этом может быть применена сетка рукавной, или плосковязаной, или мелкоячеистой, или просечно-вытяжной формы. Каждая сетчатая кассета 5 образована путем одновременной намотки двух параллельных полос сетки, из которых одна выполнена плоской, а другая гофрированной поперечными гофрами, выполняющими тройную функцию. Во-первых, гофры обеспечивают жесткость по высоте кассет 5, во-вторых, создают внутренние вертикальные полости, способствующие равномерному распределению газа по высоте кассеты 5. Кроме того, вертикальные полости гофрированного слоя позволяют легко очистить кассету 5 от твердых механических примесей путем промывки, продувки или встряхиванием после просушки. Сплошная намотка сетчатых слоев обеспечивает такую прочность кассеты, что даже при забивании ее твердыми механическими примесями деформации и разрушения кассеты не происходит. Со стороны своей цилиндрической внутренней поверхности сетчатая кассета 5 снабжена цилиндрической перфорированной обечайкой 13, причем первые слои полос сетки прикреплены к перфорированной обечайке 13 металлическими скобами или приварены к перфорированной обечайке. По крайней мере два наружных слоя каждой полосы сетки скреплены металлическими скобами. Число сетчатых кассет составляет 6. Переливные трубки 7 установлены равномерно вокруг оси насадки по окружности, диаметр D1 которой составляет от 0,85 до 0,92 наружного диаметра D2 сетчатой кассеты 5. Диаметр D3 проходного сечения каждой переливной трубки 7 составляет от 0,038 до 0,05 наружного диаметра сетчатой кассеты 5, а суммарная площадь отверстий перфорации обечайки 13 составляет от 50 до 60% площади внутренней цилиндрической поверхности обечайки 13.
Сепарируемая среда поступает в насадку через входной патрубок 2. Газораспределительные диски 4 и перфорированные обечайки 13 обеспечивают равномерное распределение расхода газа по всем составляющим насадку кассетам 5. Степень равномерности распределения расхода по кассетам 5 определяется соотношением диаметров газораспределительных дисков 3. Отбойник 9 предотвращает проникновение жидкой среды мимо кассет 5 по их верхнему торцу. Количество кассет 5 в каждой мультикассетной кольцевой сепарационной насадке равно шести.
Отсепарированная жидкость стекает в поддоны 8. Каждая кассета 5 снабжена индивидуальным поддоном 8 с закрепленными на нем переливными трубками 7, равномерно расположенными по окружности заданного, указанного выше диаметра. С помощью переливных трубок 7 отсепарированная жидкость из поддона 8 кассеты 5 переливается в поддон нижележащей кассеты 5, что обеспечивает дифференцированный по высоте насадки сбор жидкости и эффективность сепарации по высоте слоя насадки. Нижний поддон 8 насадки не оборудован переливными трубками, а имеет по оси переливных трубок отверстия, по которым отсепарированная жидкость сливается в случае ректификационной колонны на тарелку и далее через трубу гидрозатвора в нижнюю часть аппарата.
В качестве примера можно привести технические характеристики одной из насадок: - максимальный фактор скорости при наружной поверхности насадки в режиме максимальной сепарации 10-28; - производительность единичной насадки при давлении от 4,0 до 10,0 МПа составляет 600-1300 тыс. Н/м3 в сутки; - гидравлическое сопротивление для различных типов насадок составляет 30-700 мм вод. ст.
Для конкретных условий могут быть использованы насадки с диаметром входного патрубка 50-220 мм, наружным диаметром насадки 100-470 мм. Могут быть использованы различные конструкции сетчатых слоев, оптимальных для различных характеристик обрабатываемого потока.
Увеличение эффективности и производительности аппаратов, снабженных предлагаемыми насадками, обеспечивается за счет многократного повышения поверхности контакта между газожидкостным потоком и материалом сепарационного слоя.
К основным преимуществам сепараторов, оборудованных мультикассетными кольцевыми насадками, относится простота их обслуживания и полная ремонтопригодность. Конструкция насадок обеспечивает замену, ремонт и регенерацию как всего комплекта сепарационной секции аппарата, так и отдельных насадок или кассет.
Кольцевые сепарационные насадки применяют для реконструкции сепараторов, фильтр-сепараторов абсорбционных и ректификационных колонн для обеспечения тонкой очистки газа от жидкости.
1. Мультикассетная кольцевая сепарационная насадка, содержащая крышку, фильтрующий блок, водоотделяющее средство, входной патрубок, соединенный с фильтрующим блоком шпилькой, и газораспределительные диски, прикрепленные к шпильке, при этом фильтрующий блок выполнен в виде сетчатых кассет, установленных одна на другую и стянутых по высоте с помощью шпильки, причем внутренние поверхности сетчатых кассет образуют газораспределительный коллектор, а водоотделяющее средство выполнено в виде переливных трубок, расположенных в кассетах, и поддонов с осевым отверстием, установленных под кассетами, каждая сетчатая кассета снабжена отбойником, выполненным в виде плоского диска с осевым отверстием и кольцевым буртиком по периметру диска, утопленным в сетчатую кассету, а отбойник прикреплен к крышке и каждому поддону со стороны верхнего торца каждой сетчатой кассеты, отличающаяся тем, что каждая сетчатая кассета образована путем одновременной намотки двух параллельных полос сетки, один из которых выполняют из плоской сетки, а второй - из гофрированной сетки, со стороны своей цилиндрической внутренней поверхности сетчатая кассета снабжена цилиндрической перфорированной обечайкой, причем первые слои полос сетки прикреплены к перфорированной обечайке металлическими скобами или приварены к перфорированной обечайке, по крайней мере два наружных слоя каждой полосы сетки скреплены металлическими скобами, число сетчатых кассет составляет 6, переливные трубки установлены равномерно вокруг оси насадки по окружности, диаметр которой составляет от 0,85 до 0,92 наружного диаметра сетчатой кассеты, диаметр проходного сечения каждой переливной трубки составляет от 0,038 до 0,05 наружного диаметра сетчатой кассеты, а суммарная площадь отверстий перфорации обечайки составляет от 50 до 60% площади внутренней цилиндрической поверхности обечайки.
2. Насадка по п.1, отличающаяся тем, что отверстия перфорации обечайки выполнены квадратными.
