1.4 Сурет – Тік сепаратордағы газды ағын бағытының сұлбасы
Тік сепараторда газды ағынның бағыты келесідей болуы мүмкін:
а) тік – жоғарыдан төмен.
Бұл кезде бөлшектер тек төмен түседі және олардың тұсу жылдамдығы мынаған тең
w0=w+v. (1.1)
ә) тік – төменнен жоғары.
Бұл кезде бөлшектер сепаратордан тыс шығарылуы, тұнуы және өлшенген күйде болуы мүмкін.
m бөлшектің төмен түскен шартында оның салыстырмалы жылдамдығы мынаған тең
w0=w-v, (1.2)
мұнда v - газ жылдамдығы;
w – бөлшек жылдамдығы.
Тұнудың максималды жылдамдығы ағынның жоғарыдан төменге қозғалысында, ал минималды жылдамдық – төменнен жоғарыға қозғалысында болатыны байқалынып тұр.
Яғни газ ағынының бағыты жоғарыдан төмен бағытталған сепараторлар ең тиімді, ал қоспаның бағыты төменнен жоғары бағытталған тік сепараторлардың тиімділігі аз болады.
Тік және көлденең гравитациялық сепараторлардың жалпы сұлбасы 1.5 суретте көрсетілген.
а) ә)
1.5 Сурет – Тік (а) және көлденең (ә) сепараторлардың сұлбасы
Н0 мәні 600 мм кем және L 3 м кем көлемді сепараторларды қолдану ұсынылмайды, өйткені бұл жағдайда сепарацияның сапасы нашарлайды және газ ағынының мүмкін жылдамдығы азаюы тиіс.
Гравитациялық сепараторлардың конструкциясының негізгі айырмашылығы газдысұйықтық ағынды аппаратқа енгізу жолында: тарамдалған, тангенциалды, кіріктірмен циклон, сепаратор сыйымдылығынан тыс орналасқан циклонмен, газ және сұйықтықтың бөлек енгізілуі және т.б.
Тік сепараторларда H0 мәні 600 мм кем болса, сепарация тиімді болмайды. Газды ағынның жылдамдығын аппарат кесігі бойынша сепарациялық зона шегінде біркелкі тарату үшін газдың кірісі және шығысы штуцерлерінің тігінен арақашықтығы H0+D/2 тең болуы тиіс.
Көлденең сепараторларда сепарациялық кеңістіктің ұзындығының L0 3м артық үлкеюі сепарациялық дәреженің біршама ұлғаюына ықпал етеді. Егер L0 3м артық болса көлденең сепаратордағы мүмкін болатын жылдамдықты сепарацияның дәрежесін өзгертпей арттыруға болады.
2) Саптамасы бар сепараторлар. Сепаратордың өнімділігін ұлғайту үшін және сепарацияның сапасын және тиімділігін арттыру үшін әртүрлі уатпа саптамалар қолданылады.
Уатпа саптамалар колонналық аппараттардың жоғарғы бөлігінде және ылғалұстағыш секцияларында орнатылады.
Саптамалардағы сұйық тамшылары әдетте инерция күші ықпалынан тұнады. Тамшыларды турбуленттік тасудың рөлі салыстырмалы түрде аз болады. 1.6 суретте жалпы процесі газды ағыннан сұйықтық тапшыларын бөлу және оларды саптамадан бұру әдісіне негізделген саптамалар көрсетілген.
а) ә) б) в) г) ғ) д)
а, ә, б – жалюзилік саптама; в – Рашига сақиналары саптамасы; г – торлы саптама; ғ, д – бұрышты саптама.
1.6 Сурет – Сепаратордың сұйықтықты тамшылық және қабықшалы дренаждау элементтері
Сепаратор жұмысы кезінде осы саптамалардың элементтерінде сұйықтық тамшылары бірте-бірте үлкейеді және саптаманың төменгі бөлігінде сұйықтық қабықшасын құрап, ауырлық күші әсерінен оқтын-оқтын төменге ағады. Газ ағыны осы тамшыларға және сұйықтықтық қабықшасына әсер етеді, газды ағынның белгілі жылдамдығында сепаратордың қалыпты жұмысы тамшылардың төменге ағуының тоқтауына, газды ағын қозғалысының бағытында сұйықтықтың көбеюіне және саптаманың жиегінің жоғарғы бөлігінен қабықшаның жарылуына байланысты бұзылады.
Соңғы уақытта шетелдік және отандық тәжірибеде газдан және будан сұйықтық тамшыларын бөлу жабдығы ретінде торланған сым тор кең қолданысқа ие. Сым торлы уатқыштардың тиімділігі жылдамдықтың кең диапазонында 99 % асады. Газды ағынның төмен жылдамдығында сұйықтық тамшылары сым торлары арасынан өтеді, бұл уатқыштың тиімділігін төмендетеді. Газды ағынның жоғарғы жылдамдығында сұйықтық уатқышта жиналады және сұйықтықтың екінші ретті шығу болады.
Сепарацияның жоғарғы тиімділігін қамтамасыз ету үшін саптамасы бар уатқыштардағы газ жылдамдығы сұйықтықтың екінші ретті шығуын болдырмайтындай максималды жоғары болуы тиіс.
Торланған сым тор уатқышында қысым айырымы 0,005 МПа аралығында өзгереді. Қысым айырымы газдың жылдамдығына байланысты. Қысым айырымы сұйықтық тамшылары бойымен жүктеменің артуымен ұлғаяды, өйткені тор қабаттары сұйықтыққа тола бастайды, бұл өз кезегінде газды ағынның көлденең қима ауданы арқылы жеңіл өтуіне кедергі жасайды. Сұйықтық бойымен жүктеменің артуы уатқышта сұйықтық «деңгейін» тудырады. Торлы уатқыштың жұмысында 3 мезгілді байқауға болады:
сұйықтық торға соғылып, саптаманың төменгі бөлігінде жиналады, жиналған қабат 25-50 мм құрайды;
жылдамдық артқан сайын жиналған сұйықтық «қайнайды» және оның тұндырғыштағы деңгейі арта бастайды. Бұл ретте қысым айырымы артады, тұрақты өзгере отырып ол орнықсыз күйге айналады;
жылдамдықтың кейінгі артуында уатқыштағы қысым айырымы қаттырақ өзгереді, бұл сұйықтықтың екінші ретті шығуына әкеледі.
Торлы уатқыштың жұмыс тиімділігі көп жағдайда оның корпус ішіндегі орналасуына байланысты. Ең жақсы нәтиже көлденең орналасқан уатқышта болады. Тік орналасқан уатқыштарда екінші ретті шығу аз жылдамдықта пайда болады.
3) Циклонды сепаратор. Циклонды сепаратордың жұмыс принципі ортадан серпетін күш әсерінен сұйықтықты газдан бөлуге негізделген. 1.7 суретте газды циклонды сепаратордың сұлбасы көрсетілген.
Циклонды сепараторларда газ (2) кіріс келте құбыры арқылы циклонға тангенциалды енеді, мұнда газ айналмалы қозғалыс күйінде болады және азаймалы құйын ретінде бұранды сызық бойымен конус ұшына төмен бағытталады. Газды ағынның айналу жылдамдығы әсерінен (3) циклон ортасында түсіңкі статикалық қысым пайда болады. Қоспаның өлшенген бөлшектері циклон қыбырғасына сығылады және ауырлық күші әсерінен төмен (4) бункерге ағылады. Циклонның ортаңғы бөлігінің сиретілуіне байланысты тазартылған газдың айналмалы қабаттары бағытын өзгертеді және өрлеп келе жатқан ағын ретінде циклонның (1) шығыс келте құбырына бағытталады. Бункерде жиналған шаңның және сұйықтықтың бөлшектері уақытылы шығарылып тұрады.
– газдың шығуы; 2 – газдың енуі; 3 – циклон; 4 – бункер.