一种变螺距式气液分离装置及其工作方法与流程

本发明涉及一种气液分离装置，尤其涉及一种变螺距式气液分离装置及其工作方法，属于多相分离技术领域。

背景技术：

在多效蒸发或mvr(机械蒸汽再压缩)系统中，当系统压力突变、料液温升过高或者料液中含有轻组分时，蒸发釜内的料液会发生剧烈爆沸，进而导致系统冲料问题。冲料现象不仅降低了产品收率，增加凝液侧tds含量，冲料还将导致料液直接进入压缩机或换热器等设备，严重威胁着蒸发浓缩系统的安全稳定运行。常规技术通常采用丝网除沫器作为蒸发釜的气液分离装置，用以去除蒸发过程中二次蒸汽的雾沫夹带。然而在爆沸冲料的蒸发场合，料液所含的各种溶质、盐类会进入并积存在丝网除沫器内，导致丝网除沫器通量下降甚至失效。通常情况下，气液分离器进口处的液汽比较大，分离器进口处有大量液滴被拦截，如果气液分离器的进口气流速较高时，进口位置会发生严重的二次夹带问题，如现有技术cn2487427y。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述已有技术存在的不足，提供了一种变螺距式气液分离装置及其工作方法。

一种变螺距式气液分离装置，其特征在于：包括外壳，液滴导流筒，汽水分离环和螺旋带，所述外壳、液滴导流筒、汽水分离环和螺旋带同轴安装，所述外壳为两端敞口的筒状结构，其外径为d，所述液滴导流筒内插于外壳内，所述液滴导流筒为两端敞口的筒状结构，液滴导流筒的内壁面均布开设若干组用于导流的条缝，液滴导流筒的外径与所述外壳内径相等，液滴导流筒的高度与所述外壳高度相等；

所述螺旋带为螺旋纽带状结构，内插于液滴导流筒内，螺旋带的横截面投影直径与所述液滴导流筒的内径相等；

所述汽水分离环为中空的凸台结构，设于液滴导流筒的底端，所述凸台结构包括上下均为敞口的圆筒和同轴固装于该圆筒底端的圆环，所述圆环内径与圆筒内径相等，所述圆筒的外径与所述液滴导流筒内径相等，所述圆筒的上端面与所述螺旋带下底面平齐，且位于外壳内，所述圆环的上表面位于外壳外且与所述外壳下端不接触。

优选的，所述圆环的上表面与外壳下端面的距离为0.05～0.1d，所述圆环外径为1.1d～1.3d，圆筒的高度为0.1d～0.4d；螺旋带的高度为l–(0.1d～0.4d)，螺旋带上下相邻螺旋的螺距比为r，其中1<＝r<＝5。

优选的，所述条缝为螺旋条缝或轴向条缝，当所述条缝为螺旋条缝时，其螺旋角为θ，其中1<θ<＝90。

优选的，所述螺旋带旋向为左旋或右旋，螺旋带为单螺旋或多螺旋结构。

优选的，所述螺旋条缝的旋向与螺旋带的方向相反，即螺旋带采用左旋时，螺旋条缝采用右旋；螺旋带采用右旋时，螺旋条缝采用左旋。

优选的，所述螺旋带的螺距较大的一端位于所述汽水分离环的一侧。

优选的，变螺距式气液分离装置采用单个或多个并行组合且竖直设置，安装有汽水分离环的一侧朝下。

本发明的一种变螺距式气液分离装置的工作方法：

蒸发或爆沸过程产生的汽液混合物由汽水分离环的中心孔进入装置内的螺旋流道，在螺旋带的导流作用下呈高速螺旋状流动，汽液混合物流动时不断与螺旋曲面碰撞，承受着螺旋面给予的轴向斥力及径向离心力的双重作用，轴向斥力将液滴拦截在螺旋带的迎风面，由于蒸汽与液滴的质量差异，液滴在径向离心力的作用下，螺旋流动过程中被不断抛送至所述外壳内壁面上，并在所述液滴导流筒的条缝引流作用下流落至筒体下口，由汽水分离环与外壳间的环隙流出并回落至蒸发料液中。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明利用气液两相流体旋转运动的离心力差异实现汽液分离，采用变螺距的流道设计，进口位置螺距较大，气液混合物的流速相对较低，有利于减小分离器进口拦截液的二次夹带；出口位置螺距较小，二次蒸汽的流速逐渐升高，有利于通过高流速分离更小的液滴，提高装置的分离效率。

2、本发明所述的变螺距式气液分离装置还设有用于拦截液下落的引流流道，并通过结构设计实现了其与二次蒸汽流道的分离，有效降低了拦截液下落过程的二次夹带问题。

3、本发明通过汽水分离环的设置，实现了分离装置进口位置处二次蒸汽进汽体与拦截液下落的区域分离，避免了分离装置进口位置的二次夹带问题。

4、本发明所述的变螺距式气液分离装置具有分离效率高、气相压降低、通量可调、结构紧凑、可靠性高、不易堵塞、维护简单等特点。可有效解决多效蒸发、mvr浓缩系统中的雾沫夹带问题，尤其适用于爆沸冲料严重的各类蒸发场合。

附图说明

图1为本发明的变螺距式气液分离装置结构示意图

图2为本发明所述气液分离装置的螺旋形液滴导流带(左旋)

图3为本发明所述气液分离装置的汽水分离环的结构示意图

图4为本发明所述气液分离装置在蒸发釜中应用的结构示意图

图5为本发明所述气液分离装置在蒸发釜中应用的俯视图

图6为本发明所述气液分离装置的液滴运行轨迹图

图7为本发明所述气液分离装置的工作原理示意图

图8为实施例二中所应用的液滴导流带的结构示意图

图中，1为外壳，2为汽水分离环，3为液滴导流带，4为螺旋带。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是特指所指装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本发明的限制。

实施例一：

如图1所示，一种变螺距式气液分离装置由外壳1，汽水分离环2，液滴导流带3，螺旋带4组成。

所述外壳1为两端敞口筒状结构，外壳外径为105mm，内径为100mm，高度为300mm；如图2所示，所述液滴导流筒3为两端敞口筒状结构，外径为100mm，内径为95mm，高度为300mm，所述液滴导流筒壁面均布开设若干组螺旋条缝，螺旋条缝间距10mm，旋向为左旋，螺旋角为45°；如图3所示，所述汽水分离环2为中空凸台结构，高度为21mm，凸台的圆筒内径为90mm，外径为95mm，凸台的圆环外径为120mm。所述螺旋带4为右旋式单螺旋结构，采用变螺距结构，螺距比为1.5，螺旋带投影面直径为95mm，螺旋带轴向高度为279mm。所述液滴导流筒内插于外壳内，所述螺旋带内插于液滴导流筒内，所述汽水分离环内置液滴导流筒的一端，凸台上端面与所述螺旋带下底面平齐，凸台下部圆环的上表面与外壳下底面保持6mm的环隙距离，用做拦截液的排液。

本实施例的工作方法如下：

如图4～图5所示，本实施例采用21个变螺距式气液分离装置并行使用，将21个分离装置相互固定并内置于蒸发釜液面上气相蒸发空间内。蒸发或爆沸过程产生的汽液混合物由汽水分离环的中心口进入装置内，在螺旋带的导流作用下呈螺旋状高速流动，汽液混合物流动时不断与螺旋曲面碰撞，同时承受着螺旋面给予的轴向惯性力及径向离心力双重作用。如图6所示，轴向惯性力将液滴拦截至螺旋带的迎风面，由于蒸汽与液滴的质量差异，液滴在径向离心力的作用下，螺旋流动过程中被不断抛送至所述外壳内壁面上。如图7所示，在所述液滴导流筒的条缝引流作用下流落至筒体下口，由汽水分离环的周边落回至蒸发料液中。

本实施例利用气液两相流体旋转运动的离心力差异实现汽液分离，同时采用了拦截液引流流道、进口分流及变螺距的结构设计，有效避免了分离过程及分离器进口处液体的二次夹带。本实施例的变螺距式气液分离装置，当蒸发温度为80℃，上升气速为5m/s时，本实施例所述分离装置的实测分离效率达99％，气相压降仅为300pa左右，远低于同工况丝网除沫器压降(约1000pa)。

实施例二：

本实施例的一种变螺距式气液分离装置由外壳1，汽水分离环2，液滴导流带3，螺旋带4组成。

如图8所示，本实施例的液滴导流带3采用两端敞口筒状结构，外径为100mm，内径为95mm，高度为300mm，所述液滴导流筒壁面均布开设若干轴向竖直条缝，螺旋条缝间距10mm。所述螺旋带4为右旋式双螺旋结构，采用等螺距结构，即螺距比为1，螺旋带投影面直径为95mm，螺旋带轴向高度为279mm。

本实施例的其他部件尺寸、安装方式及工作方法与实施例一相同，此处不再赘述。

本实施例的螺旋带采用等螺距的双螺旋结构设计，可提高气液分离效率，适用于气液夹带不严重，气相压降无要求的相关场合。具有分离效率高、结构简单，不易堵塞、易于维护等特点。

尽管上文结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护范围。