СЕПАРАТОР

Изобретение относится к сепарационным устройствам, основанным на действии центробежных сил, создаваемых поворотом направления разделяемого потока жидкого сырья, и может быть использовано в нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической и других отраслях промышленности.

Известен прямоточный спиральный сепаратор для отделения дисперсных частиц от газов или паров [пат. РФ №2264843, опубл. 2005.11.27], содержащий корпус с входным и выходным отверстиями, выполненный из направляющих элементов в виде скрученных по винтовой линии в продольном направлении и изогнутых в поперечном направлении по винтовой линии трех и более полос, соединенных между собой боковыми сторонами в виде винтовой многозаходной пустотелой колонны. В известном сепараторе скорость спирального движения разделяемого потока задается на входе нагнетающим насосом. Эта скорость быстро снижается за расчет свободного расширения исходного потока во внутреннем объеме сепаратора, что приводит к соответствующему уменьшению центробежных сил, действующих на составляющие поток частицы, и снижению эффективности разделения.

Известен сепаратор для отделения жидкостей и/или твердых частиц от газового потока [з. WO №2008050360, опубл. 02.05.2008], включающий корпус, снабженный расположенным в боковой стенке входным отверстием и выходным отверстием, соединенным с его крышкой, а также зону сбора, размещенную в нижней части корпуса, который содержит спиральный канал, соединяющий вход с выходом, размещенным по центру спирального канала, в котором одно или более отверстий, выполненных в корпусе, соединяют спиральный канал с зоной сбора, при этом входное отверстие размещено в верхней части корпуса в тангенциальном положении по отношению к спиральному каналу таким образом, что обрабатываемый поток газа входит в спиральный канал сверху в тангенциальном направлении по отношению к последнему. Недостатком известного сепаратора является недостаточно высокая эффективность разделения, обусловленная быстрым уменьшением кинетической энергии вращения сырьевого потока и соответственно центробежной силы, воздействующей на составляющие его частицы, причиной чего является расширение указанного потока и его распространение в свободном пространстве сепаратора.

Известен также спиральный сепаратор [з. US №2007151922, опубл. 05.07.2007], в котором используется кинетическая энергия входящего потока и сочетается действие тангенциальной, центробежной и гравитационной сил, что обеспечивает эффективное удаление паров или газов из жидкостей, твердых частиц из жидкостей и твердых частиц из газов. В известном сепараторе наличие свободного пространства внутри корпуса, позволяющего вращающемуся потоку разделяемого сырья расширяться в этом пространстве, приводит к снижению скорости вращения указанного потока и уменьшению воздействующих на составляющие его частицы центробежных сил, результатом чего является недостаточно высокая эффективность разделения.

Наиболее близким к заявляемому является центробежный сепаратор [пат. РФ №2031309, опубл. 20.03.1995], включающий цилиндрический корпус с тангенциально размещенным входным патрубком, тангенциально размещенным выходным патрубком для отвода жидкой среды и выходным патрубком для отвода газообразной среды, снабженный спиральным сепарирующим элементом, образованным размещенной по всей высоте корпуса спиральной лентой шириной 0,3-0,4 радиуса корпуса, соединенной с внутренними стенками корпуса и образующей открытый зигзагообразный канал.

Известный сепаратор имеет недостаточно высокую эффективность разделения исходного сырья и позволяет производить разделение только жидкой и газообразной фаз. Этот недостаток обусловлен тем, что в известном сепараторе поток сырья движется в открытом винтовом канале и может свободно расширяться по всему внутреннему объему сепаратора, в результате чего его первоначальная скорость быстро снижается и воздействующие на составляющие его частицы центробежные силы уменьшаются. С увеличением давления, создаваемого подающим сырье насосным агрегатом, происходит усиленное расширение потока сырья и еще более быстрое падение его скорости.

Задачей изобретения является создание сепаратора широкого назначения, который обеспечивает эффективное разделение различных эмульсий, очистку жидкостей от механических примесей, в частности очистку нефтесодержащих вод, а также загрязненных и обводненных нефтепродуктов.

Технический результат изобретения заключается в увеличении скорости потока разделяемого сырья и значения центробежных сил, воздействующих на составляющие его частицы, обеспечивающем повышение эффективности разделения при одновременном повышении производительности сепаратора.

Указанный технический результат достигается сепаратором, включающим цилиндрический корпус с размещенным тангенциально входным патрубком, выходными патрубками и спиральным сепарирующим элементом, в котором, в отличие от известного, спиральный сепарирующий элемент представляет собой закрытый спиральный канал, образованный спиральным желобом, выполненным в боковой поверхности коаксиально размещенного внутри корпуса монолитного цилиндра, и боковой стенкой корпуса, при этом выходные патрубки размещены на выходе спирального канала.

Максимальная эффективность разделения сырья обеспечивается сепаратором, закрытый спиральный канал которого имеет сечение в форме вытянутого параллелограмма, большая сторона которого перпендикулярна оси вращения упомянутого канала.

В частности, максимальная эффективность разделения обеспечивается сепаратором, у которого соотношение сторон сечения закрытого спирального канала равно 1:(5-10).

Предлагаемый сепаратор (вид сбоку) схематично показан на чертеже.

Сепаратор содержит цилиндрический корпус 1 с входным патрубком 2, тангенциально подведенным к боковой поверхности корпуса 1, выходным патрубком 3 для вывода тяжелой фракции, выходным патрубком 4 для вывода легкой фракции и закрытый спиральный канал 5. Закрытый спиральный канал 5 имеет вид спирального желоба с сечением в форме параллелограмма, выполненного в монолитном цилиндре 6, коаксиально размещенном внутри корпуса 1, который представляет собой металлический, например, стальной, полый цилиндр, напрессованный на монолитный цилиндр 6 и закрывающий спиральный канал 5. Выходные патрубки 3 и 4, снабженные перекрывающими вентилями, установлены на выходе спирального канала 5, при этом патрубок 4, размещенный у стенки спирального канала 5, удаленной от его оси вращения, служит для отбора тяжелых примесей, а патрубок 3, размещенный у его стенки, ближней к оси вращения, служит для отбора более легкого очищенного продукта. При вертикальном расположении корпуса 1 рациональным является размещение выходных патрубков 3 и 4 в нижней части сепаратора для удобства слива продуктов сепарации после окончания процесса.

Сепаратор работает следующим образом.

С помощью насоса рассчитанной производительности поток исходного сырья через входной патрубок с заданной скоростью подается в закрытый спиральный канал сепаратора.

Под воздействием центробежных сил, возникающих при движении жидкостей и/или твердых частиц исходного потока сырья по спирали, происходит перераспределение составляющих этого потока, при этом жидкости и/или твердые частицы с большей удельной плотностью (преимущественно тяжелые и нерастворимые примеси) движутся по стенке спирального канала, удаленной от оси его вращения, а более легкие составляющие вытесняются к стенке, ближней к указанной оси. Таким образом на выходе закрытого спирального канала формируются две четко разделяющиеся зоны сбора, к которым подведены соответствующие выходные патрубки с перекрывающими вентилями, с помощью которых можно регулировать отбор очищенного продукта и удаляемых примесей.

Эффективность разделения спирально закрученного потока сырья зависит от величины воздействующей на него центробежной силы. Необходимая величина центробежной силы обеспечивается путем придания этому потоку достаточной скорости за счет создания соответствующего давления на входе с помощью подающего насосного агрегата рассчитанной мощности. Значение скорости потока сырья на выходе закрытого спирального канала должно сохраняться таким, чтобы обеспечить величину центробежной силы, необходимую для четкого разделения сепарируемого продукта. Закрытый спиральный канал исключает распыление сырья в объеме сепаратора и быструю потерю давления. Путем использования более мощных насосных агрегатов он позволяет сообщить потоку сырья необходимую скорость и за счет этого повысить эффективность разделения сырья и увеличить производительность сепаратора.

Примером использования предлагаемого сепаратора может служить отделение воды от механических примесей донного осадка для его сгущения перед подачей на центрифугу, которую используют для разделения указанного осадка на две составляющие: вода и твердые вещества (механические примеси).