Способ разделения сред с неоднородным полем плотностей и с разной молекулярной массой компонентов и вихревое устройство для его осуществления

Способ разделения сред с неоднородным полем плотностей и с разной молекулярной массой компонентов и вихревое устройство для его осуществления

Реферат

 

Использование: в области струйной техники. Сущность: внутри вихревой трубы на расстоянии от завихрителя потока, размещенного на ее входном участке, установлен по меньшей мере второй завихритель потока, обеспечивающий дозакрутку последнего, при этом при выбранных конструктивных характеристиках вихревого устройства и известных характеристиках подаваемых в вихревую трубу разделяемых сред максимальная эффективность разделения сред достигается путем осуществления совместного регулирования по меньшей мере степени открытия регулирующих запорных устройств, установленных на отводах разделенных сред из каналов вихревой трубы, и расстояния между выходным сечением по крайней мере каждого предыдущего завихрителя потока и входным сечением смежного с ним последующего завихрителя потока путем смещения в осевом направлении вихревой трубы последующих завихрителей потока. 2 с. и 38 з.п. ф-лы, 26 ил.

Изобретение относится к способам разделения сред с неоднородным полем плотностей и с разной молекулярной массой компонентов, а также к устройствам для их осуществления за счет применения вихревого способа разделения сред, использование которого позволяет значительно сократить затраты энергии и упростить технологию разделения сред, и может быть использовано в различных отраслях производства, в частности химической, нефтегазодобывающей и перерабатывающей промышленности, тепловой энергетике и многих других производствах.

Известен способ разделения газовых смесей с разной молекулярной массой компонентов и вихревое устройство для его реализации, содержащее вихревую трубу с соосно установленной на одном из ее концов вихревой камерой с тангенциальным вводом в последнюю потока газовой смеси, при этом периферийный поток разделенной среды отводится с противоположной входному участку вихревой трубы стороны, на выходе из которой установлена дроссельная заслонка, выход центрального потока разделенной среды осуществляется через диафрагму, установленную соосно вихревой трубе в стенке вихревой камеры, при этом при выбранных конструктивных характеристиках вихревого устройства и известных характеристиках подаваемых в вихревую трубу разделяемых сред максимальная эффективность разделения сред достигается путем осуществления совместного регулирования дроссельной заслонки и клапанов, установленных на входе газовой смеси в вихревую камеру, на отводах разделенных сред за дроссельной заслонкой и за диафрагмой [1] Недостатком такого способа разделения сред является невозможность его осуществления, так как газовая смесь подается в вихревую камеру при сверхкритическом истечении и сама конструкция вихревого устройства не приспособлена для его осуществления.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ разделения сред, осуществляемый с помощью вихревой трубы [2] содержащей камеру энергетического разделения с двумя сопловыми вводами на одном конце и диффузором вывода горячего потока на другом, подключенным через теплообменник к одному из сопловых вводов, второй из которых соединен с источником сжатого газа, а также осевой патрубок вывода холодного потока, камера энергетического разделения со стороны сопловых вводов снабжена осесимметрично расположенным патрубком, а патрубок вывода холодного потока расположен со стороны диффузора и вокруг этого патрубка дополнительно установлена трубка, образующая с ним кольцевой зазор, подключенный к патрубку, осесимметрично расположенному со стороны сопловых вводов.

Недостатком такого способа разделения сред является невозможность его осуществления, так как разделяемые среды подаются в камеру энергетического разделения через сопловые вводы при сверхкритическом истечении, что обеспечивает только разделение сред вследствие разницы в их температурах. Конструкция же вихревой трубы не приспособлена для разделения сред с неоднородным полем плотностей и с разной молекулярной массой компонентов, имеющих одинаковую температуру.

Задача изобретения уменьшение затрат и упрощение технологии разделения сред.

Указанная задача достигается тем, что в известном способе разделения сред с неоднородным полем плотностей и с разной молекулярной массой компонентов и вихревом устройстве для его реализации, содержащем вихревую трубу с по меньшей мере одним завихрителем потока, установленным в последнем случае на ее входном участке и обеспечивающим закрутку проходящего через него поток, а периферийный канал с кольцевым входным сечением для отвода периферийного потока и выход центрального потока разделенных сред расположены с противоположной входному участку вихревой трубы стороны, периферийный канал на своем начальном участке для отвода периферийного потока разделенной среды образован внутренней поверхностью вихревой трубы и наружной поверхностью участка трубы, расположенного внутри выходного участка вихревой трубы соосно последней, а центральный поток вышеуказанной среды отводится по меньшей мере через один канал, которым на его начальном участке в последнем случае служит вышеуказанный участок трубы, расположенный внутри выходного участка вихревой трубы, и по крайней мере каждый из отводов разделенных сред за вихревой трубой снабжен по меньшей мере одним регулирующим запорным устройством, при этом при выбранных конструктивных характеристиках вихревого устройства и известных характеристиках подаваемых в вихревую трубу разделяемых сред максимальная эффективность разделения сред достигается путем осуществления совместного регулирования по меньшей мере степени открытия регулирующих запорных устройств, установленных на отводах разделенных сред из каналов вихревой трубы.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с аналогом и прототипом позволяет сделать вывод о наличии новых отличительных признаков, следовательно, заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизна".

В известных науке и технике решениях нами не обнаружены совокупности отличительных признаков заявляемого решения, проявляющих аналогичные свойства и позволяющих достичь указанный в цели изобретения результат, следовательно, решение соответствует критерию изобретения "существенные отличия".

На фиг.1 представлено предлагаемое вихревое устройство; на фиг.2 - вихревое устройство; на фиг.3 характерное изменение окружной скорости потока по радиусу в выходном сечении лопаточного завихрителя; на фиг.4 - характерное изменение окружной скорости потока w по радиусу в выходном сечении лопаточного завихрителя; на фиг.5 фрагмент выполнения торцов выходных труб; на фиг. 6 составная вихревая труба; на фиг.7-9 вихревое устройство; на фиг. 10-12 фрагмент выполнения входного участка вихревой трубы; на фиг.13 вихревое устройство; на фиг. 14, 15 вариант подачи разделяемых сред в вихревое устройство; на фиг.16, 17 вариант отвода разделенной среды из вихревого устройства; на фиг.18-21 вариант совместной работы вихревых устройств; на фиг. 22, 23 сечение А-А на фиг.2; на фиг.24-26 сечение Б-Б на фиг.1.

В способе разделения сред с неоднородным полем плотностей и с разной молекулярной массой компонентов и вихревом устройстве для его реализации (фиг. 1), содержащем вихревую трубу 1 с по меньшей мере одним завихрителем потока 2, установленным в последнем случае на ее входном участке 3 и обеспечивающим закрутку проходящего через него потока, а периферийный канал 4 с кольцевым входным сечением 1-1 для отвода периферийного потока и выход центрального потока разделенных сред расположены с противоположной входному участку 3 вихревой трубы 1 стороны, периферийный канал 4 на своем начальном участке для отвода периферийного потока разделенной среды образован внутренней поверхностью вихревой трубы 1 и наружной поверхностью участка 5 трубы 6, расположенного внутри выходного участка 7 вихревой трубы 1 соосно последней, а центральный поток вышеуказанной среды отводится по меньшей мере через один канал 8, которым на его начальном участке в последнем случае служит вышеуказанный участок 5 трубы 6, расположенной внутри выходного участка 7 вихревой трубы 1, а по крайней мере каждый из отводов 9 и 10 разделенных сред за вихревой трубой снабжен по меньшей мере одним регулирующим запорным устройством 11 и 12, при этом при выбранных конструктивных характеристиках вихревого устройства и известных характеристиках подаваемых в вихревую трубу 1 разделяемых сред максимальная эффективность разделения сред достигается путем осуществления совместного регулирования по меньшей мере степени открытия регулирующих запорных устройств 11 и 12, установленных на отводах 9 и 10 разделенных сред из каналов 4, 8 вихревой трубы 1 (фиг.1).

При этом внутри вихревой трубы 1 на расстоянии от завихрителя потока 2, размещенного на ее входном участке 3, может быть установлен по меньшей мере второй завихритель потока 13, обеспечивающий дозакрутку последнего (фиг.2); максимальное значение окружной скорости _макс закрученного в каждом завихрителе потока 2, 13 разделяемых сред в их выходном сечении 2-2 может не превышать критического значения при котором еще обеспечивается вращение наиболее тяжелых (наибольшей плотности или наибольшей молекулярной массы) частиц среды в периферийной зоне 14 (фиг.2, 3) потока, в результате чего при работе вихревого устройства в процессе затухания вращательного движения потока за выходным сечением 2-2 каждого завихрителя потока 2, 13 возникает процесс непрерывного замещения менее тяжелых частиц среды тяжелыми в направлении к оси вращения потока, в результате чего разделенная среда, обладающая меньшей плотностью или молекулярной массой, выходит из вихревой трубы 1 через периферийный канал 4, а разделенная среда, имеющая большую плотность или молекулярную массу, выходит по меньшей мере через один центральный канал 8 (фиг.3); максимальное значение окружной скорости _макс закрученного в каждом завихрителе потока 2, 13 разделяемых сред в их выходном сечении 2-2 может превышать критическое значение _кр(_макс>_кр), при котором еще обеспечивается вращение наиболее тяжелых (наибольшей плотности или наибольшей молекулярной массы) частиц среды в периферийной зоне 14 потока (фиг. 2, 4), в результате чего в процессе затухания вращательного движения потока за выходным сечением 2-2 каждого завихрителя потока 2, 13 возникает процесс непрерывного замещения менее тяжелых частиц среды тяжелыми в направлении от оси вращения потока, при этом во входном сечении 3-3 каждого последующего завихрителя потока 13 максимальное значение окружной скорости _макс сохраняется большим или достигает вышеуказанного критического значения окружной скорости _кр(_макскр), в результате чего разделенная среда, обладающая большей плотностью или молекулярной массой, выходит из вихревой трубы 1 через периферийный канал 4, а разделенная среда, имеющая меньшую плотность или молекулярную массу, выходит по меньшей мере через один центральный канал 8 (фиг. 2, 4); центральный поток разделенных сред может отводиться из вихревой трубы 1 с противоположной ее входному участку 3 стороны по меньшей мере через два канала 8, 15, при этом входные участки 5 и 16 вышеуказанных двух каналов 8 и 15, расположенные в выходном участке 7 вихревой трубы 1, образованы двумя концентрично друг относительно друга и соосно вихревой трубе 1 расположенными участками труб 6, 17, при этом по крайней мере каждый из вышеуказанных каналов 8 и 15 разделенных сред, переходящих в соответствующий отвод 10 и 18, за вихревой трубой 1 снабжен регулирующим запорным устройством 12 и 19 (фиг.2); на выходе периферийного потока разделенной среды из периферийного канала 4 с кольцевым входным сечением, расположенного внутри выходного участка 7 вихревой трубы 1 соосно последней, может быть установлена дроссельная заслонка 20 кольцеобразной формы, цилиндрическое отверстие которой свободно охватывает наружную поверхность трубы 17, образующей совместно с вихревой трубой 1 вышеуказанный начальный участок 16 канала 4 с кольцевым входным сечением, обеспечивая взаимное перемещение последних 20 и 17 друг относительно друга в осевом направлении вихревой трубы 1 (фиг.2); выходной торец 21, 22 участка 5, 16 по крайней мере каждой трубы 6, 17, расположенного внутри выходного участка 7 вихревой трубы 1 соосно последней, может быть выполнен обтекаемой формы (фиг.2); входной торец 21, 22 участка 5, 16 по крайней мере каждой трубы 6, 17, расположенного внутри выходного участка 7 вихревой трубы 1 соосно последней, может быть выполнен с острой входной кромкой 23, 24 (фиг.2, 5); участок 5, 16 по крайней мере каждой трубы 6, 17, расположенный внутри выходного участка 7 вихревой трубы 1 соосно последней, может смещаться (x₁) в осевом направлении вихревой трубы 1 при изменении характеристик разделяемых сред и режимных параметров работы вихревого устройства (фиг.2); вихревая труба 1 может быть выполнена составной, при этом длина вышеуказанной трубы 1 может изменяться при изменении характеристик разделяемых сред и режимных параметров работы вихревого устройства (фиг.1, 2, 6); расстояние l₁ между выходным сечением 2-2 по крайней мере каждого предыдущего завихрителя потока 2 и выходным сечением 3-3 смежного с ним последующего завихрителя потока 13 может не превышать длины участка вихревой трубы 1, на котором происходит полное затухание вращательного движения закрученного потока (фиг.2); расстояние l₂, l₃ между выходным сечением 2-2 завихрителя потока 13, расположенного ближе к выходу из вихревой трубы 1, и входным сечением 4-4 и 5-5 по крайней мере в каждый участок 5, 16 труб 6, 17, расположенный внутри выходного участка 7 вихревой трубы 1, может не превышать длины участка вихревой трубы 1, на котором происходит полное затухание вращательного движения закрученного потока (фиг.7); расстояние l₁ между выходным сечением 2-2 по крайней мере каждого предыдущего завихрителя потока 2 и входным сечением 3-3 смежного с ним последующего завихрителя потока 13 может не превышать длины участка вихревой трубы 1, на котором максимальное значение окружной скорости потока _макс, выходящего из выходного сечения 2-2 предыдущего завихрителя потока 2, снижается до ее критического значения _кр (фиг.21); расстояние l₂, l₃ между выходным сечением 2-2 завихрителя потока 13, расположенного ближе к выходу из вихревой трубы 1, и входным сечением 4-4 и 5-5 по крайней мере в каждый участок 5, 16 труб 6, 17, расположенный внутри выходного участка 7 вихревой трубы 1, может не превышать длины участка вихревой трубы 1, на котором максимальное значение окружной скорости потока, выходящего из выходного сечения 2-2 вышеуказанного завихрителя потока 13, снижается до ее критического значения _кр (фиг.7); по крайней мере каждый последующий по движению потока завихритель потока 13 может смещаться (х₂) в осевом направлении вихревой трубы 1 при изменении характеристик разделяемых сред и режимных параметров работы вихревого устройства (фиг.7); внутренняя поверхность 28 вихревой трубы 1 может быть выполнена в форме усеченного конуса, вершина которого обращена в сторону, противоположную направлению движения потока, по крайней мере на всем участке вихревой трубы 1, расположенном за выходным сечением 2-2 завихрителя потока 2, установленном на входном участке 3 вихревой трубы 1 (фиг.8); внутренняя поверхность 28 вихревой трубы 1 по крайней мере на участках 29 и 30 между каждыми двумя смежными завихрителями потока 2 и 13, 13 и 31 может быть выполнена в форме усеченного конуса, вершина каждого из которых обращена в сторону, противоположную направлению движения потока, а на участках 32, 33, на которых осуществляется перемещение разделителей потока 13, 31 в осевом направлении вихревой трубы 1, внутренняя поверхность последней 1 выполнена цилиндрической формы (фиг.9); площадь проходного сечения вихревой трубы 1 может увеличиваться в направлении к выходу из последней (фиг.8, 9); вихревая труба 1 может быть снабжена по крайней мере несколькими сменными комплектами завихрителей потока 2, 13, 31, отличающимися между собой характеристиками завихрителей, а по крайней мере каждый завихритель потока 2, 13, 31 вихревой трубы 1 может быть выполнен съемным (фиг.1, 2, 7, 8, 9); угол выхода потока разделяемых сред по крайней мере из каждого завихрителя потока 2, 13, 31, установленного в вихревой трубе 1, к оси последней может изменяться в зависимости от изменения характеристик разделяемых сред и режимных параметров работы вихревого устройства (фиг.1, 2, 7, 8, 9); по крайней мере концентрично друг относительно друга и соосно вихревой трубе 1 расположенные трубы 6, 17, выходные участки 5, 16 которых размещены внутри выходного участка 7 вихревой трубы 1, могут быть выполнены сменными, отличающимися друг от друга геометрическими размерами (фиг.1, 2, 7, 8, 9); по крайней мере каждый канал 4, 8 отвода разделенной среды из вихревой трубы 1 на своем входном участке может быть снабжен спрямителем потока 34, 35 (фиг.9); вихревая труба 1 в работающем вихревом устройстве может иметь горизонтальное расположение (фиг.1, 2); вихревая труба 1 в работающем вихревом устройстве может иметь вертикальное расположение (фиг. 1, 2); вихревая труба 1 в работающем вихревом устройстве может быть расположена под углом к горизонтальной плоскости (фиг.1, 2); перед входным участком 3 вихревой трубы 1, в котором размещен завихритель потока 2, может быть установлено регулирующее запорное устройство 36, регулированием степени открытия которого достигается максимальная эффективность разделения сред (фиг.10); входное отверстие 27 вихревой трубы 1 вихревого устройства может быть выполнено открытым (фиг.11); к входному торцу 38 вихревой трубы 1 может примыкать конфузорный участок 39 (фиг.12); на входе центрального потока разделенных сред по крайней мере в каждый канал 8, 15, входные участки 5, 16 которых расположены в исходном участке 7 вихревой трубы 1 соосно последней, может быть установлена съемная диафрагма 40 (в канал 8) с торцевой поверхностью 41, обращенной навстречу потока и выполненной в форме усеченного тела вращения, вершина которого обращена навстречу потока (фиг. 2, 8); по меньшей мере первый, отсчитываемый со стороны выхода из вихревой трубы 1, завихритель потока 42 может быть расположен между внутренней поверхностью вихревой трубы и наружной поверхностью участка 5 трубы 6 меньшего диаметра, образующего канал 8 круглого проходного сечения для отвода центрального потока разделенных сред из вихревой трубы 1 (фиг. 13); по крайней мере каждый из отводов 9 и 10 разделенных сред за вихревой трубой 1 может быть снабжен вторым параллельно с первым включенным 2 запорным 1 регулирующим устройством 43 и 44, обеспечивающим независимый выпуск разделенной среды при осуществлении регулирования введенного в работу вихревого устройства (фиг.1); в канале 15, образованном двумя концентрично друг относительно друга расположенными участками труб 6 и 17, за выходным сечением вихревой трубы 1 перед регулирующим запорным устройством 19 в направлении движения потока может быть установлена дроссельная заслонка 45 кольцеобразной формы, цилиндрическое отверстие которой свободно охватывает наружную поверхность вышеуказанной трубы 6 меньшего диаметра, обеспечивая взаимное перемещение последних 6 и 45 друг относительно друга в осевом направлении вихревой трубы 1 (фиг.7); подача и закрутка потока разделяемых сред в вихревую трубу 1 может осуществляться по меньшей мере под воздействием скоростного напора входящего потока сред (фиг.10, 11); подача и закрутка потока разделяемых сред в вихревую трубу 1 может осуществляться по меньшей мере за счет избыточного давления в герметичной емкости 46, размещенной между нагнетательным устройством 47, подающим разделяемые среды в последнюю 46, и регулирующим запорным устройством 36, установленным на выходе в вихревую трубу 1 (фиг.10, 14); на трубопроводе 48, соединяющем нагнетательное устройство 47 и герметичную емкость 46, может быть установлено регулирующее запорное устройство 49 (фиг.14); подача и закрутка разделяемых сред в вихревую трубу 1 может осуществляться по меньшей мере нагнетательным устройством 47, создающим избыточное давление на входе в последнюю 1 и установленным перед регулирующим запорным устройством 36 вихревой трубы 1 (фиг.15); подача и закрутка потока разделяемых сред в вихревую трубу 1 может осуществляться путем соединения по крайней мере каждого отвода 9, 10 разделенной среды из вихревой трубы 1 за регулирующим запорным устройством 11, 12 в направлении движения потока среды с отдельной герметичной емкостью 50, 51 в каждой из которых создается своим (индивидуальным) отсасывающим устройством 52, 53, соединенным с герметичной емкостью 50, 51, пониженное давление в сравнении с давлением разделяемых сред на входе в вихревую трубу 1 (фиг.16); по крайней мере каждая герметичная емкость 50, 51 может быть соединена с индивидуальным отсасывающим устройством 52, 53 через установленное между ними регулирующее запорное устройство 54, 55 (фиг.16); подача и закрутка потока разделяемых сред в вихревую трубу 1 может осуществляться по меньшей мере за счет создания в каждом из отводов 9, 10 разделенных сред из вихревой трубы 1 пониженного давления в сравнении с давлением разделяемых сред на входе в вихревую трубу 1 индивидуальным для каждого из отводов 9, 10 отсасывающим устройством 54, 55, подключенным к соответствующему отводу 9, 10 вихревой трубы 1 (устройства) через установленное между последней 1 и каждым из отсасывающих устройств 54, 55 регулирующего запорного устройства 11, 12 (фиг. 17); по меньшей мере два вихревых устройства 56, 57 могут быть соединены для параллельной работы, обеспечивая выпуск разделенной среды по меньшей мере из одного одинакового отвода, например, 10 каждого вихревого устройства 56, 57 в индивидуальную для вышеуказанного отвода 10 герметичную емкость 58 (фиг. 18); по меньшей мере один из отводов, например, 10 разделенных сред предыдущего вихревого устройства 59 может быть соединен с входом последующего вихревого устройства 60 (фиг. 19); в каждом из по меньшей мере двух вихревых устройств 56, 57, соединенных для параллельной работы, по меньшей мере один из одинаковых для вышеуказанных вихревых устройств 56, 57 отводов, например, 10 разделенных сред может быть соединен с входом в одно и то же другое вихревое устройство 61 (фиг. 20); по меньшей мере два агрегата, состоящие из вихревых устройств 59, 60, в каждом из которых по меньшей мере один из отводов, например, 10 разделенных сред предыдущего вихревого устройства 59 соединен с входом в последующее вихревое устройство 60, могут быть включены для параллельной работы, обеспечивая выпуск разделенной среды по меньшей мере из одного одинакового отвода 10 каждого последующего вихревого устройства 60 в индивидуальную для вышеуказанного отвода 10 герметичную емкость 62 (фиг. 21); по крайней мере в каждом лопаточном завихрителе потока 2, 13, 31, установленном в вихревой трубе 1, каждый канал 63, образованный двумя смежными лопатками 64, может быть разделен по меньшей мере на два канала 65 и 66 по меньшей мере одним боковым участком 67 цилиндрического пустотелого тела, соосного вихревой трубе 1 (фиг. 22); по крайней мере в каждом лопаточном завихрителе потока 2, 13, 31, установленном в вихревой трубе 1, каждый канал 63, образованный двумя смежными лопатками 64, может быть разделен по меньшей мере одним участком 68 пустотелого усеченного тела вращения, соосного вихревой трубе 1, по меньшей мере на два канала 65 и 66 (фиг.23); по крайней мере в каждом лопаточном завихрителе потока 13, установленном в вихревой трубе 1, каждый канал 63, образованный двумя смежными лопатками 64, может быть разделен по меньшей мере одной плоской перегородкой 69, одна из сторон которой совпадает с соответствующей боковой поверхностью одной из граней 70 правильного многогранника 71, соосного вихревой трубе 1 и имеющего количество граней, равное количеству каналов 63, образованных каждыми двумя смежными лопатками 64 завихрителя потока потока 13, при этом при совмещении каждой перегородки 69 с соответствующей гранью 70 многогранника 71 каждая из последних 71 располагается между двумя смежными лопатками 64 по меньшей мере на два канала 65 и 66 (фиг.22); по крайней мере в каждом лопаточном завихрителе потока 13, установленном в вихревой трубе 1, по меньшей мере каждый периферийный канал 65, образованный двумя смежными лопатками 64, перегородкой 67 и по крайней мере участком внутренней поверхности вихревой трубы 1, в каждом сечении последней (вихревой трубы) на участке завихрителя потока 13 может быть симметрично разделен по меньшей мере одной перегородкой 72, расположенной между боковыми сторонами двух смежных лопаток 64 (фиг.22); каждый торец 73, 74, обращенный навстречу потоку, каждой перегородки 67, 72, выполненной в каждом канале 63 лопаточного завихрителя потока 13, образованном двумя смежными лопатками 64, может быть выполнен заостренным (фиг.22).

Способ разделения сред с неоднородным полем плотностей и с разной молекулярной массой компонентов и работа вихревого устройства для его реализации (фиг. 1) осуществляются в соответствии с законом, открытым автором, который гласит: "В свободно вращающемся вихревом потоке среды (газа, жидкости, их смесей, диспергированной, двухфазной, пылегазовой и другой сред) с неоднородным полем плотностей (в том числе и с разной молекулярной массой компонентов) в процессе затухания вращательного движения потока за сечением по его длине, в котором максимальное значение окружной скорости достигает критического значения, обеспечивающего еще вращение наиболее тяжелых частиц среды в периферийной зоне потока, возникает процесс непрерывного замещения менее тяжелых частиц среды тяжелыми в направлении к оси вращения потока, продолжающийся до сечения, в котором среда во вращающемся потоке располагается кольцевыми слоями в порядке возрастания ее плотности в каждом последующем из них в направлении к оси вращения вихревого потока.

При максимальном значении окружной скорости большем критического значения процесс непрерывного замещения менее тяжелых частиц среды тяжелыми протекает в обратном вышеуказанному направлении, т.е. в направлении к периферии потока".

Таким образом, предложенный способ разделения сред осуществляется на использовании ранее неизвестного явления.

В вихревом устройстве (фиг.1), содержащем вихревую трубу 1 с по меньшей мере одним завихрителем потока 2, установленным в последнем (вышеуказанном) случае на ее входном участке 3, из завихрителя 2 выходит закрученный поток, среды в котором, перемещаясь в осевом направлении, одновременно осуществляют и вращательное движение. При этом при выбранных конструктивных характеристиках вихревого устройства и известных характеристиках подаваемых в вихревую трубу 1 разделяемых сред максимальная эффективность разделения сред достигается путем осуществления совместного регулирования по меньшей мере степени открытия регулирующих запорных устройств 11, 12, установленных на отводах 9, 10 разделенных сред из каналов 4, 8 вихревой трубы 1, обеспечивая этим оптимальное значение максимальной окружной скорости закрученного потока в выходном сечении завихрителя потока 2, которое может не превышать критическое значение w_кр, при котором еще обеспечивается вращение наиболее тяжелых (наибольшей плотности или наибольшей молекулярной массы) частиц среды в периферийной зоне потока, а также может превышать вышеуказанное критическое значение окружной скорости _кр. В зависимости от вышеуказанного максимального значения окружной скорости вихревого потока на выходе из завихрителя потока 2 процесс непрерывного замещения менее тяжелых частиц среды тяжелыми (большей плотности или молекулярной массы) при затухании вращательного движения потока происходит в направлении к оси вращения потока или в направлении от вышеуказанной оси, т.е. к периферии потока. В последнем случае процесс продолжается до тех пор, пока максимальное значение окружной скорости _макс в каком-то сечении потока не достигнет его критического значения _кр, при котором еще обеспечивается вращение наиболее тяжелых (наибольшей плотности или наибольшей молекулярной массы) частиц среды в периферийной зоне 14 потока (фиг.2, 3).

При дальнейшем снижении максимального значения окружной скорости _макс(_макс<_кр) в сечениях потока в направлении его движения направление замещения менее тяжелых частиц среды тяжелыми изменяется на противоположное, т.е. вышеуказанное замещение происходит в направлении к оси вращения потока.

Поэтому в последнем случае при установке только одного завихрителя потока 2 на входном участке 3 вихревой трубы 1 максимальная эффективность разделения сред достигается в случае, когда максимальное значение окружной скорости _макс вращающегося потока снижается до его критического значения _кр во входном сечении 1-1 в каналы 4, 8 разделенных сред.

В случае выхода потока разделяемых сред из выходного сечения завихрителя потока 2 с максимальным значением окружной скорости _макс, не превышающем его критического значения _кр, максимальная эффективность разделения сред достигается в случае, когда полное затухание вращательного движения происходит во входном сечении 1-1 в каналы 4, 8 разделенных сред или за указанным сечением 1-1 в направлении движения потока. Выполнение последнего целесообразно для случая, когда разделение сред заканчивается ранее полного затухания вращательного движения потока, в результате чего несколько сокращается длина вихревой трубы и, следовательно, вихревого устройства.

Перемещение тяжелых частиц среды ближе к оси вращения потока происходит по спиралеобразной траектории с уменьшением радиуса вращения. При этом при переходе на меньший радиус вращения тяжелые частицы, обладающие большей окружной скоростью, увеличивают угловую скорость вращения менее тяжелых частиц среды на указанном радиусе, отдавая часть кинетической энергии другим частицам, менее тяжелым, в результате чего процесс перемещения их (тяжелых частиц) к оси вращения ускоряется, что подтверждается экспериментальными исследованиями.

Перемещение менее тяжелых частиц среды в направлении к периферии закрученного потока происходит по спиралеобразной траектории с увеличением радиуса вращения. Процесс взаимного замещения частиц сред в вихревом потоке, имеющих разную плотность, сопровождается затратой работы замещения.

Во вращающемся потоке при соблюдении условий взаимного замещения менее тяжелых частиц среды тяжелыми в одном из вышеприведенных направлений заканчивается в сечении вихревой трубы 1, в котором разделяемые среды располагаются кольцевыми слоями в порядке увеличения или уменьшения плотности или молекулярной массы от слоя к слою в направлении к оси вращения потока. Выход разделяемых сред из вихревой трубы 1 осуществляется через периферийный 4 и по меньшей мере один центральный 8 каналы, расположенные с противоположной входному участку 3 вихревой трубы 1 стороны. При этом периферийный канал 4 образован внутренней поверхностью вихревой трубы 1 и наружной поверхностью участка 5 трубы 6, расположенного внутри выходного участка 7 вихревой трубы 1 соосно последней.

В свою очередь участок 5 трубы 6 при отводе центрального потока разделенной среды по меньшей мере через один канал 8 служит начальным участком последнего.

Вследствие быстрого затухания вращательного движения потока после выхода его из завихрителя потока 2 даже при значительно отличающейся плотности или молекулярной массе разделяемых сред процесс разделения последних не успевает завершиться полностью, особенно это касается процесса разделения сред в случае протекания его при максимальном значении окружной скорости закрученного потока сред в каждом сечении вихревой трубы на участке разделения, превышающем его критическое значение _кр(_макскр).

Для достижения лучшего качества разделения сред внутри вихревой трубы 1 на расстоянии от завихрителя потока 2, размещенного на ее входном участке 3, устанавливается по меньшей мере второй завихритель потока 13, обеспечивающий дозакрутку потока (фиг.2).

Количество завихрителей потока может быть различным, которое зависит от значений плотностей или молекулярных масс разделяемых сред. При малой разнице в последних количество завихрителей потока для достижения наиболее полного разделения сред при прочих равных условиях увеличивается.

Увеличение геометрических размеров вихревой трубы 1 устройства также приводит к увеличению количества устанавливаемых завихрителей потока для достижения необходимой эффективности в разделении сред. Качество разделения сред при прочих равных условиях зависит и от вязкости разделяемых сред, а также от ряда других факторов.

В зависимости от разности плотностей или молекулярных масс компонентов разделяемых сред и, прежде всего, от процентного содержания каждой из последних, а также от других условий максимальное значение окружной скорости _макс закрученного в каждом завихрителе потока 2, 13 разделяемых сред в их выходном сечении 2-2 может не превышать критического значения _кр(_макс>_кр), при котором еще обеспечивается вращение наиболее тяжелых (наибольшей плотности или наибольшей молекулярной массы) частиц среды в периферийной зоне 14 потока (фиг.2, 3), а также может превышать вышеуказанное критическое значение окружной скорости _кр(_макскр) (фиг.2, 4), в результате чего при работе вихревого устройства в первом случае в процессе затухания вращательного движения потока за выходным сечением 2 2 каждого завихрителя потока 2, 13 возникает процесс непрерывного замещения менее тяжелых частиц среды тяжелыми в направлении к оси вращения потока, вследствие чего разделенная среда, обладающая меньшей плотностью или молекулярной массой, выходит из вихревой трубы 1 через периферийный канал 4, а разделенная среда, имеющая большую плотность или молекулярную массу, выходит по меньшей мере через один центральный канал 8, а во втором случае в процессе затухания вращательного движения потока за выходным сечением 2 2 каждого завихрителя потока 2, 13 возникает процесс непрерывного замещения менее тяжелых частиц среды тяжелыми в направлении от оси вращения потока, при этом во входном сечении 3 3 каждого последующего завихрителя потока 13 максимальное значение окружной скорости _макс должно сохраняться большим или оно может достигать вышеуказанного критического значения окружной скорости _кр(_макскр), вследствие чего разделенная среда, обладающая большей плотностью или моле