CN110215741A - 一种油水分离器以及分离系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种化工用油水分离器以及油水分离系统。油水分离器为罐式中空结构，内部设置有涂覆疏水膜的分离通道、物理隔板、新型液位浮板，罐底分别设置油相和水相出料口。通过设置疏水膜层，在分离通道内实现油水的快速分离，缩短油水分离时间；采用新型气囊浮板，设计出密度可调控的油水分离液位浮板，高效促进油相、水相的分离；同时通过液位浮板端的磁感应装置，可实时监测油水两相的相界面位置，指导调控水相采出量，为化工用油水分离过程提供了一种有效的液位监控手段，适用于具有DCS控制的传统化工油水分离。

Description

一种油水分离器以及分离系统

技术领域

本发明属于化工油水分离过程技术领域，具体涉及一种化工用高效油水分离器以及分离系统。

背景技术

甲基丙烯酸甲酯(MMA)是一种重要的化工原料，是国内进口依存度最高的十大化工产品之一。MMA主要用于生产聚甲基丙烯酸甲酯(有机玻璃PMMA)，可以与甲基丙烯酸酯类、丙烯酸酯类、丁二烯、丙烯腈、苯乙烯等单体共聚生产涂料、腈纶、黏合剂、印染剂以及润滑油添加剂等产品；同时MMA还可以作为交联剂、改性剂与不饱和聚酯、橡胶和功乳胶进一步共聚生产其他能高分子材料。MMA可溶于乙醇、乙醚、丙酮等多种有机溶剂，微溶于水。MMA的制备过程主要包括丙酮氰醇(ACH)法、异丁烯氧化法、乙烯羰基化法和α-MMA技术方法，但其生产过程始终存在着甲基丙烯醛、MMA与水之间分离效率低、分离过程不可控的难题，严重制约了自动化的生产。

CN1121254C提供了一种由一个或多个油水分离单元上下叠加组成的油水分离系统，通过在每个箱体内设置水平固定的超亲水阻油滤层丝网，提高了除油效率，但对于组成时刻变动的体系分离效果可能较差。

CN100518877C通过底部循环系统，不断向分离箱体内鼓入气泡，提高油水分层传质效率，但不适用于易氧化、易挥发、易燃易爆体系的分离；通过添加少量氯化钙、盐酸和氢氧化钠，促进了油的凝聚，但也向系统内引入了第三组分杂质，增加了后续处理难度。

CN101972559B通过在入口分别设置U型旋流器、液体分布器保证液体分布均匀，通过在分离器内设置筛板、波纹填料提高油水传质分层速率，系统构成比较复杂，不适用于易聚合体系的油水分离，限制了其使用范围。

CN105268213B通过电场电极化快速将两相区的水分分离，通过电导传感器监视液体存量，并通过电磁阀开动排出积水，油水分离效率提升明显，但不适用于易燃易爆体系的分离。

CN106731015A通过在分离腔设置双层中空结构，利用油水密度差，在内外腔体分别排出分离后的油相、水相，装置简单，但分离效率较低，不适用规模化的生产。

CN106890483A通过在分离器内设置多个斜面的隔板区、二级吸油辊和曝气吸油装置，提高了油水分离效率和分离效果，但装置较为复杂，不适用于化工装置的连续生产处理。

CN107857337A公开了一种油水分离装置，通过在分离器内设置搅拌件、挡板可加速油水相的分离，通过设置人体红外传感器、控制器、照明装置可实时查看分离器内分相情况，操作简便，适用于间歇操作。

CN109464827A通过在油水分离的支撑筒外设置碳纳米材料形成的亲油疏水性分离膜，可不依赖压差实现油水的智能分离，提高了采收率。但单纯依靠油水分离膜，处理能力不足，分离效率较低。

CN204874401U在连续四级油水分离罐内实现油水的分离，通过采用蒸汽恒温的方式实现轻油、重油和水的快速分离，适用于煤焦油的多组分分离，但设备占地面积较大，操作不方便。

由此可以看出，传统的油水分离装置普遍存在着分离设备复杂、分离效率低、适用范围窄，不利于化工规模化、自动化的生产。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有化工自动化生产过程中的油水分离难题，尤其是MMA制备过程中存在的缺点，而提出了一种化工用高效油水分离器。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种化工用高效油水分离器，包括相互连接的中空罐体、进料口、涂覆疏水膜分离通道、涂覆疏水膜降液管、物理隔板、磁感应监测器、液位浮板、出水口和出油口。所述罐体底部焊接有固定的物理隔板，所述物理隔板将罐体分隔成油相区和水相区，所述物理隔板内置磁感应液位监测器，所述物理隔板与罐体间通过导轨链接，所述液位浮板通过磁感应端与物理隔板连接，所述液位浮板通过磁感应端与罐体连接，所述罐体顶部连接有进料口，所述进料口与水相区间设置有分离通道，所述分离通道由疏水膜和降液管组成，所述物理隔板顶端与所述罐体相同水平位置设置限位格挡。

其中，分离通道的直径是所述进料口直径的1-3d，d是进料口直径，例如分离通道的直径可以是1d、1.2d、1.5d、1.8d、2d、2.2d、2.4d、2.8d和3d，但并不仅仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

液位浮板直径h3是所述油水分离罐直径的0.2-0.8D，D是油水分离罐的直径，例如液位浮板直径h3可以是0.2D、0.3D、0.4D、0.5D、0.6D、0.7D和0.8D；与之对应的出油侧的切线罐壁与物理隔板的间距是油水分离罐直径的0.8D、0.7D、0.6D、0.5D、0.4D、0.3D和0.2D，但并不仅仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

物理隔板高度h7是所述油水分离罐罐体高度的0.4-0.8H，H是油水分离罐罐体的切线高度，例如物理隔板的高度h7可以是0.4H、0.45H、0.5H、0.55H、0.6H、0.65H、0.7H、0.75和0.8H，但并不仅仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

为避免进料串流或出现穿流现象，在分离通道的末端设置有降液管，控制所述降液管下沿与所述物理隔板上沿垂直距离有15-100mm，距离可为15mm，20mm，25mm，30mm，40mm，50mm，60mm，70mm，80mm，90mm和100mm，但并不仅仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

为提高油水分离器的适用范围，所述物理隔板采用不锈钢材质，所述液位浮板材质采用耐油性的玻璃钢塑材，所述分离通道采用不锈钢材质。

为方便分离过程中的相界面位置监测，所述液位浮板采用中空结构，内部空间填充有气体以降低其整体密度。通过填充空气、氮气、氩气、氢气和二氧化碳中的一种或至少两种的组合，使其密度处于水相密度与油相密度中间，进而可提高分离效率。

为提高油水分离效率，将液位浮板上设置下凹开孔，所述开孔位置采用三角形排列，由于孔间距最小可等于小孔直径，但其面临着加工难度大、中空气室容积太小，不利于调控液位浮板综合密度；同样，孔间距过大时，中空气室容积增加明显，但使得油水传质接触面小，分离效率会降低，为此需控制孔间距是孔径的1.2-2倍，可以是孔径的1.2倍、1.3倍、1.4倍、1.5倍、1.6倍、1.7倍、1.8倍、1.9和2倍，但并不仅仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。为进一步促进油水两相的分离，在分离通道内的小孔凹面处涂覆亲油疏水性分离膜，提高油水分离传质效率。

为实时监测油水分离过程中相界面位置，将所述液位浮板通过磁感应端与所述物理隔板的凹槽导轨连接，所述罐体通过凹槽导轨与所述液位浮板连接，相界面变化时通过液位浮板位置提供监测信号。

所述水位监测仪表与出水调控阀连接，所述油相液位监测仪表与出油调控阀连接。

本发明提供的油水分离器，提供一种涂覆疏水膜的分离通道，加快油与水之间的分相速度；通过设置降液管结构，引流待分离混合物进入水相区，避免油、水分相不充分对油相产品纯度造成影响；利用油水间密度差，设计带有气囊结构的液位浮板，使得浮板密度在油相、水相之间，确保液位浮板处于水与油相间。含油混合物中的水由液位浮板凹槽进入浮板下方水相区，由于密度差，液位浮板位置会随水位的增加而升高，油相随之进入隔板另一侧的油相区；利用磁感应液位测定原理，通过液位浮板的磁感应端与物理隔板内的磁感应信号监测装置实时测定水位，进而可将液位信号变换为数值信号进入DCS控制终端，实现自动化的油水分离。

本发明的有益效果为：本装置结构紧凑，占地面积小，同时利用所述分离通道及其涂覆的疏水膜实现MMA与水的预分离，提高分离效率；同时利用液位浮板的中空结构，有效调节了浮板与MMA、水之间的密度差，实现浮板的再分离格挡作用，加速了油水分离速度；利用液位浮板的磁感应端与物理隔板内设置的磁感应液位监测器，实现液位的实时监测，便于现代化工的DCS自动化调控，简化了操作过程，进而实现高效的油水分离效果。

附图说明

图1为实施例1提供的油水分离器的结构示意图。

图2a为实施例1提供的浮板开孔示意图。

图2b为实施例1提供的浮板示意图。

图3为实施例1提供的凹槽导轨示意图

图4为实施例2提供的油水分离器的分离控制系统示意图。

图中：1罐体、2进料口、3分离通道、4疏水膜、5降液管、6物理隔板、7磁感应信号监测器、8液位浮板、9凹槽导轨、10磁感应端、11限位格挡、12液位浮板凹槽、13气室、14出油口、15出水口、16油相液位计、17进料调控阀、18出水调控阀、19出油调控阀、20水位监测仪表、21油相液位监测仪表。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。本领域技术人员应该明了，所述具体实施方式仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以作为各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非意在限制要求保护本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的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，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例1

本实施例提供了一种油水分离器，如图1和2所示，其包括1油水分离器罐体、2进料口、3分离通道、4疏水膜、5降液管、6物理隔板、7磁感应信号器、8液位浮板、9凹槽导轨、10磁感应端、11限位格挡、12液位浮板凹槽、13气囊、14出油口、15出水口。特别的，在分离通道的内壁上涂覆一层疏水膜4，可提高油水分离的效率；同时在油水分离器罐体底部连接有物理隔板6，物理隔板6内设置磁感应液位信号器7，水相区的液位可通过液位浮板8末端的磁感应端10与物理隔板6连接，进而可实现水相区液位的实时测定。其中，油水分离罐的特征参数主要为：1)分离通道的直径是所述进料口直径的1d-3d，d是进料口直径；2)液位浮板直径h3是所述油水分离罐直径的0.2D-0.8D，D是油水分离罐的直径；3)物理隔板高度h7是所述油水分离罐罐体高度的0.2H-0.8H，H是油水分离罐罐体的切线高度。

实施例2

本实施例提供了一种油水分离系统，如图3所示，其包括16油相液位监测仪表、17进料调控阀、18出水调控阀、19出油调控阀、20水位监测仪表。

含MMA和水的混合溶液通过进料管道上的进料调控阀17进入油水分离器16，在油水分离器16中实现MMA和水的分离，通过出水调控阀18控制水相采出速率，通过出油调控阀19调节MMA的采出速率。

在MMA和水分离的工艺过程中，MMA和水在油水分离器16内实现分离。当油水分离器16内水相液位高时，通过水位监测仪表20增大水调控阀18的开度以增大采出速率，同时控制进料调控阀17开度提高进料速率以维持油水分离器16内液位平稳；当油水分离器16内水位较低时，通过水位监测仪表20减小水调控阀18的开度，同时减少进料调控阀17的进料速率。油相的液位通过油相液位监测仪表21控制出油调控阀19，当油相区液位高时，增加出油调控阀19的开度以加快油相出料速率；当油相区液位低时，减小出油调控阀19的开度以减慢油相出料速率，以避免油相空采。

实施例3

本实施例提供了一种利用实施例1的油水分离器分离MMA和水混合物，油水分离罐的特征参数主要为：1)进料口直径为25mm，分离通道的直径是所述进料口直径的50mm；2)油水分离罐的直径为800mm，液位浮板直径h3为480mm；3)油水分离罐罐体高度为1800mm，物理隔板高度h7为1080mm。液位浮板8为中空结构，内部填充有空气，根据MMA(密度0.94g/ml)与水(密度1.0g/ml)间的密度差，调节液位浮板密度为0.97g/ml，可使其处于水相区与混合相区的分离界面，可准确指示水相区液位。

液位浮板8上设置液位浮板凹槽12，液位浮板凹槽12的布置按照三角形均匀分布在液位浮板8上(如图2a)，利于混合相中水相流入液位浮板8底的水相区，小孔直径为2mm，控制孔间距为2.4mm。

油水分离器罐体1为甲基丙烯酸甲酯(MMA)和水实现分离的工作容器，在MMA和水分离的工艺过程中，MMA和水的混合溶液经过进料口2进入油水分离器罐体1。混合溶液进如罐体内，在分离通道3中MMA和水在经过涂覆的疏水膜4后实现快速的分离，然后经过降液管5流入混合相区。MMA和水在密度差作用下，在混合相区实现分离，分离出的水经过液位浮板凹槽12进入液位浮板8底的水相区，最终通过水相区底部的出水口15离开分离器；较轻的MMA油相则通过物理隔板顶部进入油相区，通过底部的出油口14离开分离器罐体。

实施例4

本实施例提供了一种利用实施例3的油水分离器分离MMA和水混合物，与实施例3不同的是，油水分离罐的特征参数主要为：1)进料口直径为25mm，分离通道的直径是所述进料口直径的25mm；2)油水分离罐的直径为800mm，液位浮板直径h3为160mm；3)油水分离罐罐体高度为1800mm，物理隔板高度h7为360mm；4)液位浮板8上设置液位浮板凹槽12小孔直径为2mm，控制孔间距为4.0mm；5)液位浮板8中填充氮气，控制液位浮板密度为0.97g/cm³。

实施例5

本实施例提供了一种利用实施例2所述的油水分离系统连续化分离MMA和水的混合物，其中油水分离器的的特征参数为：1)进料口直径为25mm，分离通道的直径是所述进料口直径的75mm；2)油水分离罐的直径为800mm，液位浮板直径h3为640mm；3)油水分离罐罐体高度为1800mm，物理隔板高度h7为1440mm；4)液位浮板8上设置液位浮板凹槽12小孔直径为2mm，控制孔间距为4.0mm；

通过向液位浮板8中充入氮气，控制液位浮板密度为0.97g/cm³，使其轻于水但稍重于MMA。

通过进料阀17开度控制含50％MMA的水溶液以7kg/h连续通入油水分离器内，在油水分离器的分离通道的梳油膜作用下，油水实现快速的预分离，经降液管流入油水分离器的水腔内的液位浮板上；在液位浮板的小孔凹槽内，水和MMA实现再次的分相，重组分水在密度差的作用下通过小孔流入液位浮板下，油相则悬浮于液位浮板以上。随着物料的连续加入，液位浮板位置随着水量的增加而升高；通过水位监测仪表20监测水相液位达到50％时，挂上DCS自控系统，通过DCS系统控制出水阀15开度，使其出水流量为3.5kg/h；通过油相液位监测仪表18监测油相侧液位达到50％时，挂上DCS自控系统，通过DCS系统控制出油阀19开度至出油速率为3.5kg/h。在进料流量和组成维持不变的情况下，进料阀17、出水阀18和出油阀19的开度将维持不变；在进料组成发生变化后，DCS系统会根据水相侧和油相侧的液位分别调控水相、油相的液位，使得两相的液位维持在40％～60％之间。

Claims (10)

1.一种化工用油水分离器，其特征在于，所述油水分离器包括1-中空罐体、2-进料口、3-分离通道、4-疏水膜、5-降液管、6-物理隔板、7-磁感应信号监测器、8-液位浮板、9-凹槽导轨、10-磁感应端、11-限位格挡、12-液位浮板凹槽、13-气室、14-出油口、15-出水口、16-油相液位计；所述油水分离器罐体为中空结构，所述进料口位于油水分离器顶部，所述物理隔板将罐体空间分隔成油相区和水相区，所述出油口位于罐体油相区底端，所述出水口位于罐体水相区底端，所述分离通道位于进料口与水相区之间，所述中间隔板内设置磁感应液位信号监测器，所述液位浮板位于隔板与罐体的水相区内，所述油相液位计位于油相区。

2.根据权利要求1所述的油水分离器，其特征在于，所述分离通道的直径h4是所述进料口直径的1d-3d，d是进料口直径；所述液位浮板直径h3是所述油水分离罐直径的0.2D-0.8D，D是油水分离器的直径；所述物理隔板高度h7是所述油水分离器罐体高度的0.4H-0.8H，H是油水分离器罐体的切线高度。

3.根据权利要求1所述的油水分离器，其特征在于，所述分离通道末端设置有降液管，所述降液管下沿与所述物理隔板上沿垂直距离有15-100mm，所述降液管出口位于水相区上部。

4.根据权利要求1所述的油水分离器，其特征在于，所述分离通道内附有一层亲油疏水性分离膜，膜厚为10um～100um，所述分离通道采用2-30℃倾角焊接。

5.根据权利要求1所述的油水分离器，其特征在于，所述物理隔板焊接在分离罐底部，所述物理隔板内设置磁感应液位信号监测器。

6.根据权利要求1所述的油水分离器，其特征在于，所述液位浮板为中空密封结构并内部填充气体，所述气体为空气、氮气、氩气、二氧化碳中的一种或至少2种的组合。

7.根据权利要求1所述的油水分离器，其特征在于，所述液位浮板上设置下凹开孔，所述开孔位置采用三角形排列，孔间距是孔径的1.2-2倍。

8.根据权利要求1所述的油水分离器，其特征在于，所述液位浮板通过磁感应端与所述物理隔板连接，所述液位浮板通过凹槽导轨与油水分离罐体连接。

9.根据权利要求1所述的油水分离器，其特征在于，所述水位监测仪表与出水调控阀连接，所述油相液位监测仪表与出油调控阀连接。

10.一种化工用油水分离系统，其特征在于所述油水分离系统包括油水分离器、进料调控阀、出水调控阀、出油调控阀、水位监测仪表、油相液位监测仪表；所述进料调控阀位于所述油水分离器进料口管道上，所述出油调控阀与所述油水分离器出油口管道上，所述出水调控阀与所述油水分离器出水口管道上，所述水位监测仪表与权利要求1所述油水分离器内的磁感应信号监测器连接，所述油相液位监测仪表与权利要求1所述的油水分离器内的油相液位计连接。