气液分离器的原理、现状和改进

一个好的气液分离器应具有如下特点：1、分离效果好。２、适应的分离负荷范围非常宽。３、体积小。４、阻力小。５、工作稳定。一、分离效率高。一）分离效率的现状从气液分离器的要求来看，就要求其能将气体与液体尽可能分离，经过气液分离器之后，液体就是液体，不含有气体，而气体就是气体，不含有液体。当然一个分离器实际上其分离效率不可能１００%，因种种原因实际的情况是根据不同分离要求来选择气液分离器。１、分离要求比较低的，选择重力沉降分离。２、分离要求一般的，选择普通的折流分离（挡板分离）或者普通的离心分离（旋流分离）。３、要求较高的，选择填料分离。４、要求高的，选择丝网分离。５、要求很高的，选择微孔过滤分离。当然这样选择也不是绝对的，实际使用中气液分离效率可能并不完全符合上述顺序。其原因以后说明。气液分离器分离效率的选择跟待分离的液体物性有关，如果液体粘度大，分子间作用力强，相对来说容易分离一些，所以油水分离器一般分离极数比水分离器低。同样的分离要求，较粘液体的分离器的分离方式在上述顺序中可以降低一档。但较粘的液体存在的严重问题在于液体下流时间较长。二）提高气液分离器的分离效率的好处上面说的是气液分离器的现状，那究竟这样选择是不是最合理的呢？１、净化分离器。净化分离器的作用是将气体中无用或有害的液体分离出来，也就是说分离效率越高，气体中无用或有害的液体越小，带来的好处：如果是无用的液体少了，也就是使净化气体的使用效率高了，也就是气体的使用成本低了；如果是有害的液体少了，就不光是净化气体使用成本低了，而且是降低了液体的危害程度，用户的运行成本因此也明显更降低了。典型的净化分离器如：油水分离器。油水分离器一般安装在压缩机的进口或者出口。如果安装在进口的油水分离器分离效率高，压缩机的功效会提高，为什么呢？因为压缩机可以做有用功和无用功，如果进口气体中间含有无用的油水越少，其有用功增加，其功效越高，那么从长远来看，降低的运行成本远远大于提高油水分离效率所用的成本。如果分离效率提高了１%，也就是压缩机电耗减少了１%，而一般提高分离效率１%所用的成本只相当于半年节省的电费。如果安装在压缩机出口，可以净化输往用户的气体，从而使用户的运行成本降低或者运行更加安全平稳，也明显比提高气液分离效率所用成本划得来。２、工艺介质分离器工艺介质分离器的作用是工艺介质的气液两相分离，因为一般来说，系统就是利用工艺介质气液两相性质不同来循环运行的，如果气液混合在一起，肯定会使整个系统的运行质量和效率下降。典型的工艺介质分离器如：制冷系统的蒸发器后气液分离器。制冷系统是利用制冷剂液体相变潜热大来制冷的，工艺介质在蒸发器吸收了大量的被冷却物质的热量，从而由液相变成气相，然后送往吸收器或压缩机，然后是发生器或冷凝器，又从气相变成液相。如果蒸发器后气液分离器的分离效率提高了１%，蒸发器的冷却效率也提高了１%，冷剂泵或压缩机电耗减少了１%，发生器或冷凝器的效率也提高了１%，而一般提高分离效率１%所用的成本只相当于压缩机半年节省的电费。３、产品分离器产品分离器的作用是把混合在原料气中液态产品分离下来，也就是说液体没分离下来，产品就没生产出来。典型的产品分离器如：合成氨系统中的氨分离器。由于原料气每次反应不可能完全，所以生成的氨和未反应完的原料气是混在一起的，经过冷却器后，大部分气氨变成了液氨，经过分离器后，原料气经压缩机提压后继续进行反应。如果分离效率提高１%，氨产量提高了１%，压缩机的电耗降低了１%，氨塔反应的推动力提高了１%，而一般提高分离效率１%所用的成本只相当于压缩机半年节省的电费。从上面的分析来看，提高气液分离器的分离效率是很必要的，很经济的。三）改进如何改进，才能有效提高分离效率呢？从气液分离器的原理及优缺点来看，由于丝网分离或微孔过滤分离分离效率很高，所以一般都会采用，但很少单独使用丝网分离或微孔过滤分离，一般是在其前串联普通折流分离或普通离心分离。由于这种结合实现了优势互补，扬长避短，所以极大地提高了分离效率，成为了目前标准的气液分离器配置。但随着使用时间的推移和使用范围的扩大，问题还是出现了。由于某些系统扩大了产能，也就是说分离器的分离负荷重了，原来的气液分离器分离效率明显下降，从而带来了严重问题，那么气液分离器的改造势在必行。在改造的过程中技术人员发现，丝网分离或微孔过滤分离已经没有多大的余地，唯一的出路在于改造传统的折流分离或离心分离。经过不断地研究实践，本公司成功地对传统的折流分离或离心分离进行了改造，明显地提高了分离效率，折流分离的效率提高了５%～３０%，而离心分离提高了５%～２０%，从而很好地解决了用户的问题，使用户的运行成本明显地降低。气液分离器采用的分离结构很多,其分离方法也有：1、重力沉降；2、折流分离；3、离心力分离；4、丝网分离；5、超滤分离；6、填料分离等。但综合起来分离原理只有两种：一、利用组分质量（重量）不同对混合物进行分离（如分离方法1、2、3、6）。气体与液体的密度不同，相同体积下气体的质量比液体的质量小。二、利用分散系粒子大小不同对混合物进行分离（如分离方法4、5）。液体的分子聚集状态与气体的分子聚集状态不同，气体分子距离较远，而液体分子距离要近得多，所以气体粒子比液体粒子小些。一、重力沉降1、重力沉降的原理简述由于气体与液体的密度不同，液体在与气体一起流动时，液体会受到重力的作用，产生一个向下的速度，而气体仍然朝着原来的方向流动，也就是说液体与气体在重力场中有分离的倾向，向下的液体附着在壁面上汇集在一起通过排放管排出。2、重力沉降的优缺点优点：1）设计简单。2）设备制作简单。3）阻力小。缺点：1）分离效率最低。2）设备体积庞大。3）占用空间多。3、改进重力沉降的改进方法：1）设置内件，加入其它的分离方法。2）扩大体积，也就是降低流速，以延长气液混合物在分离器内停留的时间。二、折流分离１、折流分离的原理简述由于气体与液体的密度不同，液体与气体混合一起流动时，如果遇到阻挡，气体会折流而走，而液体由于惯性，继续有一个向前的速度，向前的液体附着在阻挡壁面上由于重力的作用向下汇集到一起，通过排放管排出。２、折流分离的优缺点优点：１）分离效率比重力沉降高。２）体积比重力沉降减小很多，所以折流分离结构可以用在（高）压力容器内。３）工作稳定。缺点：１）分离负荷范围窄，超过气液混合物规定流速后，分离效率急剧下降。２）阻力比重力沉降大。３、改进从折流分离的原理来说，气液混合物流速越快，其惯性越大，也就是说气液分离的倾向越大，应该是分离效率越高，而实际情况却恰恰相反，为什么呢？究其原因：１）在气液比一定的情况下，气液混合物流速越大，说明单位时间内分离负荷越重，混合物在分离器内停留的时间越短。２）气体在折流的同时也推动着已经着壁的液体向着气体流动的方向流动，如果液体流到收集壁的边缘时还没有脱离气体的这种推动力，那么已经着壁的液体将被气体重新带走。在气液比一定的情况下，气液混合物流速越大，气体这种继续推动液体的力将越大，液体将会在更短的时间内流到收集壁的边缘，而液体流到底部需要的时间不变，也就是说有更多已经着壁的液体被带走而没有分离下来。３）液体没有固定的形状，容易碎化，在着壁的同时，会产生更细的液滴重新返回气相中，随着流速的增大，液体收集壁的碰撞力越大，其碎化的倾向越大，而我们知道越细的液滴其惯性越小，越容易被气体带走。原因分析清楚了，如何改进呢？１）针对第一点，可以增大分离器体积，也就是降低流速。2）针对第二点，如果我们对已经着壁的液体进阻挡，使其不能流到收集壁的边缘，或者让气体和已经着壁的液体分开，不产生或减弱推动作用，折流分离器的分离效率将大大提高。3）针对第三点，如果我们对钢性收集壁进行改造，使液滴着壁的碰撞力减小，那么折流分离器的分离效率也将大大提高。从上述目标出发，本公司对折流分离器的钢性收集壁进行了改造，折流分离器的分离效率大大提高，分离负荷范围大大增加。（复制如下链接看第６７８页图１２３４。=CN200520051057.0&leixin=syxx&title=一种喷射式折流气液分离装置的捕液刚性收集壁&ipc=B01D19/00(2006.01)I）三、离心分离１、离心分离的原理简述由于气体与液体的密度不同，液体与气体混合一起旋转流动时，液体受到的离心力大于气体，所以液体有离心分离的倾向，液体附着在分离壁面上由于重力的作用向下汇集到一起，通过排放管排出。２、离心分离的优缺点优点：１）分离效率比重力沉降高。２）体积比重力沉降减小很多，所以离心分离结构可以用在（高）压力容器内。３）工作稳定。缺点：１）分离负荷范围窄，超过气液混合物规定流速后，分离效率急剧下降。２）阻力比重力沉降大。３、改进从离心分离的原理来说，气液混合物流速越快，其离心力越大，也就是说气液分离的倾向越大，应该是分离效率越高，而实际情况却恰恰相反，为什么呢？究其原因：１）在气液比一定的情况下，气液混合物流速越大，说明单位时间内分离负荷越重，混合物在分离器内停留的时间越短。２）气体在旋流的同时也推动着已经着壁的液体向着气体流动的方向流动，液体下流不畅，随着着壁液体的厚度越大，受到气液剪切的影响越大，也就是说已经着壁的液体越容易重新回到气相中而被带走。在气液比一定的情况下，气液混合物流速越大，气体这种继续推动液体的力将越大，同时单位时间内分离液体会更多，液体的厚度越大，也就是说有更多已经着壁的液体被带走而没有分离下来。３）液体没有固定的形状，容易碎化，在着壁的同时，会产生更细的液滴重新返回气相中，随着流速的增大，液体收集壁的碰撞力越大，其碎化的倾向越大，而我们知道越细的液滴其惯性越小，越容易被气体带走。原因分析清楚了，如何改进呢？１）针对第一点，可以增大分离器体积，也就是降低流速。２）针对第二点，如果我们让气体和已经着壁的液体分开，不产生或减弱推动作用，离心分离器的分离效率将大大提高。３）针对第三点，如果我们对钢性收集壁进行改造，使液滴着壁的碰撞力减小，那么离心分离器的分离效率也将大大提高。从上述目标出发，本公司对离心分离器的钢性收集壁进行了改造，离心分离器的分离效率大大提高，分离负荷范围大大增加。（复制如下链接看第６７８页图１２３。=CN200520051058.5&leixin=syxx&title=一种旋流式气液分离装置的捕液刚性收集壁&ipc=B01D19/00(2006.01)I）四、填料分离１、填料分离的原理简述由于气体与液体的密度不同，液体与气体混合一起流动时，如果遇到阻挡，气体会折流而走，而液体由于惯性，继续有一个向前的速度，向前的液体附着在阻挡填料表面上由于重力的作用向下汇集到一起，通过排放管排出。由于填料相对普通折流分离来说具有大得多的阻挡收集壁面积，而且多次反复折流，液体很容易着壁，所以其分离效率有提高。２、填料分离的优缺点优点：１）分离效率比普通的折流分离或普通的离心分离高。２）结构简单，只需制作一个填料架。３）体积比普通的折流分离器或普通的离心分离器小。缺点：１）分离负荷范围更窄，超过气液混合物规定流速或者液气比后，分离效率急剧下降。２）阻力比普通的折流分离器或普通的离心分离器大。３）工作较不稳定，容易带液。４）填料易碎。５）填料易堵。６）填料的选择很重要。３、改进从填料分离的原理来说，气液混合物流速越大或者液气比越大，其气液分离的倾向越大，应该是分离效率越高，而实际情况却恰恰相反，为什么呢？究其原因：１）在气液比一定的情况下，气液混合物流速越大，说明单位时间内分离负荷越重，混合物在分离器内停留的时间越短。２）气体在折流的同时也推动着已经着壁的液体向着气体流动的方向流动，液体下流不畅，随着着壁液体的厚度越来越厚，气体的流通面积越来越小，气液流速越来越大，在这双重影响下，已经着壁的液体将很容易被气体重新带走。如果流速增