Теоретические основы сеп-и. Основные типы конструкций сеп-в и их экспл-е пок-ли. Принцип работы сеп-в

На пром-х УКПГ к дальнейшему транспорту прим-ся сеп-ры разл-х констр-й, принцип дейст-я которых основан на разл-х физ-х св-х компон-в смеси. Наиболее широко исп-ся гравит-й и инерц-й принципы для отдел-я Г от кап-й ж-ти и мех. прим. По констр-му оформлению сеп-ры, исп-е инерц-й принцип подр-ся на 2 типа: 1) жалюзийные, в которых сеп-я Г осущ-ся за счет многократного изм-я напр-я потока Г; 2) циклонные, в которых сеп-я осущ. путем создания закрученного потока Г. По геометр-м формам сеп-ры дел-ся: вертик-е, гориз-е, сферич-е. Вертик-й сеп-р хорошо работает при импульсации потока и легко очищ-ся. Меньшая площадь зеркала ж-ти, чем в других сеп-х резко ¯ обратное исп-е ж-ти. Эти сеп-ры надежны при отводе жидкой фазы. Гориз-й сеп-р более транспортабельнее, экономичен при обр-ке больших объемов Г. При одинаковой произв-ти Æ гориз-го сеп-ра обычно < Æ верт-го. Сеп-ры независимо от типа имеют сеп-ю, коагуляц-ю и сборную секции. Сеп-я секция делится на первичную и вторичную. 1-я служит для отд-я основной крупно-дисперсной массы ж-ти от Г-го потока. Для ­ эф-ти работы этой секции входной патрубок распол-т тангенциально, а при прямом вводе Г-го потока под ним уст-т отражат-ю перегородку. Ж-ть отд-ся от Г в рез-те дейст-я ц/б-й силы. Вторичная секция (осадительная) предн-на для удаления средней дисперсной части ж-ти. Принц-м сепар-ии в ней явл. гравит-е осаждение, к-е проявл-ся при малых ск-тях Г. Поск-ку главным требов-ем гравит-о осаждения явл-ся ¯ турбулентности, то в нек-х констр-х сеп-в предусм-ны спец-е выпрямляющие поток приспособ-я. Коаг-я секция служит для удержания мелких капель ж-ти, не осевших в осадной секции. Для коаг-ии и улавл-ия мелких капель исп-т жалюзийные насадки, в которых исп-ся инерц-е силы и большая пов-ть контакта с сепарир-ой средой. Капельки малых размеров Æ менее 10 мкм уносится жалюзийной насадкой и улавлив-ся в экстракторе тумана, сост-го из набора проволочных сеток. Секция сбора служит для накопления и удаления отсепарир-й ж-ти. Она должна иметь достат-й объем и расп-ся так, чтобы сеп-р норм-но работал при неравном-м потоке, а отсепар-я ж-ть не мешала течению Г. Пр-с коаг-ии капель нестац-й, и для его стабил-ии необх. опред-е время. При размере капель до 10^{-6 см преобл-т броун-е движ-е, а выше – турб-е. Т. к.} r Г < r ж-ти, турб-но потоке Г при размере капель более 10^{-4 см большое влияние оказ-т инерц-е силы и укрупнение капель идет в результате турб-ой коаг-ии.}

Рост капель происх-т до тех пор, пока не нач-ся их дробл-е. С этого момента в потоке Г устан-ся равновесие м/у укрупн-ем и дробл-ем капель. Допуская, что пл-ть ж. фазы число капель и столкн-ий const в ед-це объема за малый промежуток времени получено ур-е для расчета времени коаг-ии капель: t=4/β×ρ_г /q×R²/(w×r₀ )×(1–(r₀/r)/Re_г^5/4), где β – коэф-т, зав-й от распред-я капель по размерам в турб-м потоке; R – радиус трубы; r₀ – радиус зародышей капель; r – текущ. радиус капель; q – конденс-й фактор, кг/м³ ; w – ск-ть Г в своб-м сечении сеп-ра.

r₀ = 2σM/R_г Тρ_ж lg(q₁/q₂), где М – молек-я масса капли; σ – пов-ое натяжение капли; q₁ – сод-е ж-ти в газе до дросселирования; q₂ – то же после дроссел-я; R_г – газовая const; Т – t-ра пр-са; ρ_ж – r к-та. В пром-х усл-х коаг-я наступает чрезв-но быстро, т. е. в зоне формир-я 2-хфаз-го потока, обр-ся за дросс-м эл-м. При движ-ии 2-хфаз-го потока на ряду с коаг-й происх-т также дробление капель. Знач-е радиуса, соотв-го опр-му периоду времени наз. модальным R капель. Связь м/у модальным радиусом капель и гидродин-ми пар-рами:

r_m = 0,18R(ρ_г/ρ_ж)^1/7*(1/w*√(σ/ρ_жR))^6/7, где R – радиус т/п; w – ск-ть Г. Из посл-го ур-я видно, что радиус дробящейся капли в турб-м потоке зависит от R т/п, отн-ю пл-тей Г и капли, коэф-та пов. нат-я капли и числа Веббера: (ρ_жR/ σ)^0,5.

Для обесп-я эф-ти работы сеп-в необх.учесть явление вторичного насыщения ж-тью отсепарир-го Г. Величина вторичного насыщ-я Г, именуемого коэф-м уноса к_у осн-ой критерий, имитирующий пропускную спос-ть сепар-го обор-я. Гравитационные сеп-ры. На г и г/к м/р сепарация на первой ступени иногда исп-ся обычные, пустотелые гравит-е сеп-ры верт-го или гор-го исп-я. Гравит-е сеп-ии в предельном случае (v=0) может обесп-ть высокую степень осаждение мех.прим., однако в реальных усл-х эф-ь осаждения частиц при v=0,05…0,5 м/с эф-ть ↓ и сост-т 85-70 % от первонач-го. Практика показала, что оптим-я ск-ть Г не должна превышать 0,1 м/с при р=6 МПа. При движ-ии верт.потока в сеп-ре ск-ть выпадения тв-х и жид-х частиц зависит от сопрот-я оказ-го их выпад-ю потоком Г. Если обозн-ть силу сопрот-я ч/з Р, то получим: P=ξρ_г F*w²/2g, где ξ – к-т сопрот-я; F – площадь гор-го сечения выпад-х частиц, м²; w – отн-я ск-ть частицы; Р – сила сопрот-я преодолевает масса частицы G, считая, что частицы-шарики: G=πd³/6×(ρ_ч–ρ_г), где G – масса частицы, кг; ρ_ч – r частицы; d – Ø частицы, м. Можно сост-ть ур-е: π×d³/6×(ρ_ч–ρ_г)=ξ×ρ_г×F×w²/(2g) отсюда: w=((4/3×g×d(ρ_ч–ρ_г))/ξ×ρ_г)^0,5 Ø верт.гравит.сеп-ра D при заданном расходе Г Q, раб.тем-ры Т и раб.дав. р опр-т: D= (Q×p_о×T×z/67800×w×p×T₀)^0,5