Спосіб взаємодії між газом і рідиною

Реферат: Спосіб взаємодії між газом і рідиною включає попереднє закручування газорідинного потоку з кутовою швидкістю, величину якої змінюють як у поперечному, так і в поздовжньому перерізах каналу, по якому рухається газорідинний потік, та наступне відділення рідини від газу. При цьому газорідинному потоку надають такий режим обертання, при якому осьову складову швидкості газорідинного потоку змінюють по величині і по напрямку. UA 89397 U (54) СПОСІБ ВЗАЄМОДІЇ МІЖ ГАЗОМ І РІДИНОЮ UA 89397 U UA 89397 U 5 10 15 20 25 30 35 40 Корисна модель має відношення до способів взаємодії між газом і рідиною й може знайти застосування в газовій, хімічній і інших галузях промисловості. Відомий спосіб взаємодії між газом і рідиною, який здійснюють шляхом введення рідини в газовий потік з подальшим її диспергуванням у потоці, закручування газорідинного потоку й наступної сепарації рідини від газу [див., наприклад, SU1327335, МПК B01D 3/00, 15.11.2004]. Недоліком відомого способу є те, що обертання газорідинного потоку здійснюють у кільцевому просторі з незмінними поперечним і поздовжнім перетинами, через що між частинками газорідинного потоку не виникають відносні швидкості, що не приводить до коалесценції крапель рідини й збільшення ефективності їхнього виділення з газорідинного потоку. Відомий також спосіб взаємодії між газом і рідиною, що включає диспергування рідини в газовий потік, закручування газорідинного потоку, обертовий рух газорідинного потоку з кутовою швидкістю, що змінюється як у поперечному, так і в поздовжньому перетинах каналу, по якому рухається газорідинний потік, і сепарацію рідини від газу [див., наприклад, UA3426, МПК В01D 3/00, 15.12.2004]. За технічною суттю й результатом, що досягається, відомий спосіб є найбільш близьким до того, що заявляється. Відомий спосіб забезпечує більшу ефективність взаємодії між газом і рідиною завдяки тому, що взаємодія здійснюється в режимі нерівномірного обертання потоків, що створює більші відносні швидкості між частинками газорідинного потоку, у результаті чого збільшується поверхня контактування й інтенсивність процесу масопередачі й сепарації. Однак, кутова швидкість потоків змінюється тільки по величині без зміни напрямку обертання. Крім того, осьова швидкість потоку також не змінює свого напрямку, що не забезпечує досягнення максимальної ефективності процесу взаємодії між газом та рідиною. В основу корисної моделі поставлена задача створити такий спосіб взаємодії між газом і рідиною, при якому не тільки кутова, але й осьова швидкості потоку змінювалися б не тільки по величині, але й за напрямком, що б забезпечило підвищення ефективності процесу. Поставлена задача вирішується в способі взаємодії між газом і рідиною, що включає попереднє закручування газорідинного потоку з кутовою швидкістю, величину якої змінюють як у поперечному, так і в поздовжньому перерізах каналу, по якому рухається газорідинний потік, та наступне відділення рідини від газу; при цьому газорідинному потоку надають такий режим обертання, при якому осьову складову швидкості газорідинного потоку змінюють по величині і за напрямком. Кутову складову швидкості газорідинного потоку змінюють за напрямком. Величину кутової та осьової складових швидкості газорідинного потоку змінюють за рахунок того, що газорідинний потік закручують в криволінійному каналі, площу перерізу якого змінюють. Напрямок кутової і осьової складових швидкостей газорідинного потоку змінюють завдяки тому, що його закручують послідовно у двох протилежних як осьових, так і кутових напрямках. При наданні газорідинному потоку режиму нерівномірного обертання, що здійснюють завдяки тому, що каналу, по якому рухається газорідинний потік надають форму зі змінною площею поздовжнього й поперечного перерізу, гальмування або прискорення частинок буде здійснюватися відповідно до закону руху потоку Ейлера де: dW 1  grad , dt  W - швидкість часточок потоку, t - час,  - щільність часточки потоку, P - тиск, діючий на потік, з інтенсивністю, що обернено пропорційна щільностям цих 45 50 55 частинок. Для двофазного потоку, яким є газорідинний потік, щільність частинок газу в десятки й більше разів менша щільності частинок рідини. Тобто, відповідно до закону руху потоку Ейлера, на ділянках каналу, що звужується, частинки газу будуть у десятки й більше разів швидше розганятися, ніж частинки рідини, а на ділянках, що розширюються, - у ті ж десятки й більше разів швидше загальмовуватися. При цьому виникають більші швидкості між частинками, що приведе до їхнього зіткнення, коалесценції й інтенсифікації процесу масопереносу. Крім того, при зміні напрямку обертання, а також при зміні напрямку руху уздовж каналу, прискорення й гальмування частинок досягають максимальних значень, у результаті чого інерційні сили, що впливають на частинки потоку, різко збільшуються, сприяючи інтенсифікації процесу масопереносу. Корисна модель, що заявляється, пояснюється кресленням, на якому на фіг. 1а представлений поздовжній розріз пристрою, у якому втілюється спосіб, що заявляється, на фіг. 1 UA 89397 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 1б - графік зміни осьових швидкостей газорідинного потоку уздовж пристрою, на фіг. 1в - графік зміни кутових швидкостей частинок газу й рідини уздовж пристрою, на фіг. 2а й 2б - поперечні перерізи двох модифікацій пристрою. Крім того, на фіг. 1а, 1б та 1в позначками 1'1', 2'2', 3'3', 4'4' та 5'5' показані місця розташування окремих поперечних перерізів пристрою, в яких відбувається зміна кутових та осьових складових швидкостей частинок газу та рідини. г p г Позначками Voc, Vtg , Vtg позначені осьові (Voc) та кутові складові швидкостей частинок газу (Vtg ) p та рідини (Vtg ), а значками (+) та (-) - показані зони, в яких осьові та кутові складові швидкостей частинок газу та рідини мають протилежні значення, а літерами Г та Р - газ та рідина відповідно. Спосіб взаємодії між газом і рідиною здійснюється в пристрої, що складається із двох ступенів сепарації та містить корпус 1 з патрубком 2 вводу газорідинної суміші, патрубком 6 виходу газу й патрубком 4 виходу рідини. Патрубок 3 виходу газу першого ступеню одночасно виконує функцію корпуса другого ступеню сепарації, на вході якої розміщений конічний завихрювач 5, а на виході - патрубки виходу газу 6 і рідини 7. На патрубку вводу 2 установлена криволінійна пластина 8, яка з боковою стінкою 9 і кришкою 10 перетворює поступальний рух газорідинного потоку в обертальний, який має напрямок, протилежний напрямку закручування потоку в конічному завихрювачі 5. Для додання газорідинному потоку режиму нерівномірного обертання корпус другого ступеню 3 розміщується або ексцентрично стосовно корпуса першого ступеню сепарації, надаючи при цьому кільцевому простору між корпусом 1 і патрубком 3 форму криволінійного каналу, що має конфузорну ділянку 11 і дифузорну ділянку 12, або виконується у вигляді некругового циліндра, у якого поперечний переріз має вигляд еліпса, що також забезпечує газорідинному потоку режим нерівномірного обертання. Спосіб, що заявляється, здійснюється таким чином. Газорідинний потік по патрубку вводу 2 надходить у корпус 1 першого ступеню і, проходячи по каналу, утвореному пластиною 8, боковою стінкою 9 і кришкою корпуса 10, набуває обертового руху. Кільцевий простір, по якому рухається потік, постійно то звужується, то розширюється. У результаті частинки потоку будуть рухатися із прискореннями або гальмуваннями. Під дією виникаючих сил більш важкі частинки рідини будуть переміщуватися в периферійну зону корпуса 1 і, дійшовши до патрубка виведення рідини 4, будуть виводитися з корпуса 1, а очищений газ із центральної зони потоку буде надходити через завихрювач у корпус другого ступеня 3. При цьому при проходженні газу через конічний завихрювач 5 буде відбуватися зміна напрямків як осьової швидкості потоку, так і кутової. Зміна напрямку кутової швидкості відбувається тому, що лопаті конічного завихрювача орієнтовані в напрямку, протилежному обертанню газорідинного потоку, а зміна напрямку осьової швидкості обумовлена протилежними напрямками руху газорідинного потоку в корпусах першого й другого ступеня. Пройшовши конічний завихрював, газорідинний потік продовжує рухатися або знову в режимі нерівномірного обертання, коли корпус другого ступеню має в поперечному розрізі форму еліпса, або в режимі рівномірного обертання, коли корпус другого ступеню має в поперечному перерізі форму кола. В обох модифікаціях виконання корпуса другого ступеню під дією відцентрових сил краплі рідини будуть переміщуватися в периферійну зону, звідки по патрубку 7 будуть виводитися з корпуса другого ступеню, а очищений газ буде виводитися із центральної зони корпуса по патрубку 6. Спосіб пояснюється наступним прикладом. Приклад Процес здійснювався на нафтогазовому промислі під час впровадження модернізованого газосепаратора в технології абсорбційного методу підготовки газу й проводився при наступних режимних параметрах: 3 - продуктивність по газу - 1800 тис. м /доб., - тиск - 3,8 Мпа, - температура на вході в сепаратор - мінус 52 °C, склад природного газу на виході із сепаратора по пропан-бутану - 1,2557 % ОБ. При цьому кутова складова швидкості газорідинного потоку змінювалася в різних перетинах сепаратора від 20 м/с до 60 м/с, а осьова складова швидкості від 1 м/с до 10 м/с. У результаті режим роботи забезпечував збільшення вироблення пропан-бутанової фракції на 3,8 т/добу в порівнянні з об'ємом газу, при якому працював існуючий сепаратор до модернізації. Таким чином, режим нерівномірного обертання потоку забезпечує зміну як кутових, так і осьових швидкостей частинок потоку не тільки по величині, але й за напрямком. Це сприяє збільшенню міжфазної поверхні й інтенсифікації процесу масопереносу. Техніко-економічні переваги способу, що заявляється, у порівнянні з найближчим аналогом полягають в підвищенні ефективності процесу. 2 UA 89397 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 15 1. Спосіб взаємодії між газом і рідиною, що включає попереднє закручування газорідинного потоку з кутовою швидкістю, величину якої змінюють як у поперечному, так і в поздовжньому перерізах каналу, по якому рухається газорідинний потік, та наступне відділення рідини від газу, який відрізняється тим, що газорідинному потоку надають такий режим обертання, при якому осьову складову швидкості газорідинного потоку змінюють по величині і по напрямку. 2. Спосіб взаємодії між газом і рідиною за п. 1, який відрізняється тим, що кутову складову швидкості газорідинного потоку змінюють по напрямку. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що величину кутової та осьової складових швидкості газорідинного потоку змінюють за рахунок того, що газорідинний потік закручують в криволінійному каналі, площу перерізу якого змінюють. 4. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що напрямок кутової і осьової складових швидкостей газорідинного потоку змінюють завдяки тому, що його закручують послідовно у двох протилежних як осьових, так і кутових напрямках. 3 UA 89397 U Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4