CN110871149A - 旋流分离装置、危化品旋流分离系统及旋流分离方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及危化品事故应急处置技术领域，公开了一种旋流分离装置、危化品旋流分离系统及旋流分离方法。所述旋流分离装置包括壳体(16)和设置在所述壳体(16)内的螺旋器，所述壳体(16)顶部设有溢流口(18)，所述壳体(16)底部设有出口(19)，所述螺旋器包括竖直设置的筒体(20)以及用于驱动所述筒体(20)旋转的驱动单元，所述筒体(20)设置为从所述溢流口(18)朝向所述出口(19)延伸，所述筒体(20)上设有通孔(21)。本发明的旋流分离装置使得旋流分离过程中的内旋流完全在螺旋器内部完成，并通过螺旋器的筒体上的通孔完成物质交换，从而有效提高了分离效率和纯度。

Description

旋流分离装置、危化品旋流分离系统及旋流分离方法

技术领域

本发明涉及危化品事故应急处置技术领域，具体地涉及一种旋流分离装置、危化品旋流分离系统及旋流分离方法。

背景技术

随着经济社会的快速发展和化工产业的迅猛崛起，我国危险化学品的海上运输日益增多。然而，发展机遇伴随着风险产生，世界范围内的海上危化品泄漏事故频繁发生。该类事故具有危害性大、突发性强、处置难度高的特点，应及时根据危化品的性质采取科学、合理的应急处置措施，否则将严重危害海洋生态环境及沿岸居民的生产生活安全。

目前，国内外研究机构主要针对油品回收、分离领域进行研究，对海上泄漏环境污染事故应急处置技术研究较少，尤其针对危险化学品研究甚少。

中国专利(如CN103332802A、CN202945080U等)介绍了一种油水分离方法，利用油、水比重差原理，通过重力沉降方法，进行油水分离。该种方法油水分离较慢，效率低，且需要有一定容积的容器进行沉淀分离，占用空间大。中国专利(CN105148570A)采用多项旋流器串并联方式，实现重杂及油水分离，并解决含重杂的作业中间水难处理问题。但该方法主要为提高水相分离重杂的能力，未进行油品分离优化研究，且处理流程过长、分选可靠性差、运行成本高，且现有技术中的旋流分离器存在分离速率慢，效果低等缺陷。

可见，现有技术中均未对危险化学品与(海)水的分离回收进行研究，且存在工艺流程较长、分离效率低、装置能耗大等问题，需要对技术进行不断创新，以解决现有存在的问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的无法实现危化品回收、旋流分离器分离速度慢的问题，提供了一种旋流分离装置，该装置能够提高旋流分离的速率，优化分离效果。

为了实现上述目的，本发明一方面提供一种旋流分离装置，包括壳体和设置在所述壳体内的用于加速内部旋流的螺旋器，所述壳体侧壁上设有切向入口，所述壳体顶部设有溢流口，所述壳体底部设有出口，所述螺旋器包括与所述溢流口相连通的呈竖直设置的筒体以及用于驱动所述筒体旋转的驱动单元，所述筒体设置为从所述溢流口朝向所述出口延伸，所述筒体具有靠近所述出口的入口端，所述筒体上设有用于在旋流分离过程中实现物质交换的通孔。

优选地，所述壳体呈竖直设置，所述溢流口和所述出口相对设置在所述壳体上，所述筒体的直径不小于所述溢流口的直径。

本发明第二方面提供一种危化品旋流分离系统，包括：

第一旋流单元，所述第一旋流单元通过旋流方法将收集的水相中的固体杂质和液体进行分离；

第二旋流单元，所述第二旋流单元通过旋流方法用于将所述第一旋流单元所分离出的液体中的危化品进行分离；

吸附单元，所述吸附单元内设有用于吸收从所述第二旋流单元分离出的危化品的吸附剂；

回收单元，所述回收单元用于将所述吸附单元中完成吸附后的吸附剂和危化品进行分离；

其中，所述第二旋流单元包括以上任意方案所述的旋流分离装置，分离出的危化品从所述溢流口流出。

优选地，所述第一旋流单元包括横向设置的第一旋流分离器，所述危化品旋流分离系统包括用于收集从所述第一旋流单元分离出的固体杂质的第三收集单元。

优选地，所述第一旋流单元的顶部设有进料口，所述第一旋流单元的沿横向方向的两端分别设有第一出料口和第二出料口，所述第一出料口与所述第三收集单元连接，所述第二出料口与所述第二旋流单元连接。

优选地，所述第一旋流单元的设有所述第一出料口的端部沿出料方向直径依次减小。

优选地，所述回收单元包括竖直设置的第三旋流分离器，所述危化品旋流分离系统还包括用于回收所述危化品的第一收集单元，所述第三旋流分离器的顶部与所述第一收集单元连接。

优选地，所述危化品旋流分离系统包括用于对吸附剂进行脱附再生的再生器，所述再生器与所述第三旋流分离器相连以收集从所述第三旋流分离器中分离出的吸附剂，所述危化品旋流分离系统包括用于对所述再生器抽真空的真空泵。

优选地，所述危化品旋流分离系统包括用于收集所述第二旋流单元和所述吸附单元中的水相的第二收集单元。

本发明第三方面提供一种危化品旋流分离方法，包括以下步骤：

S1、通过旋流方法将收集的水相中的固体杂质和液体进行分离；

S2、通过旋流方法将步骤S1中分离出的液体中的危化品进行分离，并在分离过程中加速内部旋流，根据密度差异实现危化品和液体之间的物质交换；

S3、利用吸附剂将步骤S2中分离出的所述危化品进行吸附，再将所述吸附剂和危化品进行分离以完成所述危化品的回收。

通过上述技术方案，本发明的旋流分离装置通过在内部设置螺旋器，加速了旋流分离的速率，提高了分离效果，使得旋流分离过程中的内旋流完全在螺旋器内部完成，并通过螺旋器的筒体上的通孔完成物质交换，从而有效提高分离效率，达到精细分离的目的。

附图说明

图1是本发明的一种实施方式的旋流分离装置的结构示意图；

图2是本发明的一种实施方式的危化品旋流分离系统的结构示意图。

附图标记说明

1—增压泵、2—第一旋流单元、3—第三收集单元、4—第二旋流单元、5—吸附单元、6—第二收集单元、7—回收单元、8—第一收集单元、9—再生器、10—真空泵、11—进料口、12—第一出料口、13—第二出料口、14—螺旋器、15—吸附箱、16—壳体、17—切向入口、18—溢流口、19—出口、20—筒体、21—通孔、22—转轴。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

结合图1，根据本发明的一个方面，提供一种旋流分离装置，包括壳体16和设置在所述壳体16内的用于加速内部旋流的螺旋器，所述壳体16侧壁上设有切向入口17，所述壳体16顶部设有溢流口18，所述壳体16底部设有出口19，所述螺旋器包括与所述溢流口18相连通的呈竖直设置的筒体20以及用于驱动所述筒体20旋转的驱动单元，所述筒体20设置为从所述溢流口18朝向所述出口19延伸，所述筒体20具有靠近所述出口19的入口端，所述筒体20上设有用于在旋流分离过程中实现物质交换的通孔21。

本发明的所述旋流分离装置特别适用于密度差较小的液-液两相之间的分离，克服了传统旋流分离器对密度差较小的物质间难以高效分离的缺陷。

通常来说，所述旋流分离装置的壳体上部呈圆筒状、下部呈圆锥状，在旋流分离的过程中，液体以一定的速度从切向入口17进入所述旋流分离装置，液体进入后在所述旋流分离装置内部以涡流的形式存在，并且边旋转边向旋流器的锥段运动，运动路线呈螺旋形态。

当液体从圆筒段进入圆锥段后，由于内径逐渐缩小，液体旋转速度逐步加快.在液体呈现涡流运动时，径向压力不等，壳体边壁处的压力最高。由于壳体的出口19口径较小，使得液体无法全部从出口19排出，同时由于壳体顶部有一溢流口18，这样一部分分离后的密度较小的液体会在壳体底部聚集起来向压力较低的中心处流动，呈螺旋状轻质液柱，并且边旋转边向溢流口18处运动，即形成内旋流，最终从溢流口18排出。同时，密度较大的液体由于离心力的作用，向壳体边壁移动，与密度较小的液体分开，最终从出口19排出。由此，能够完成存在密度差异的物质之间的分离。

本发明的旋流分离装置在完成上述旋流分离过程中，由于增设有螺旋器，螺旋器在驱动单元的驱动下发生旋转，使得轻质液柱在螺旋器的作用下，加速向上螺旋旋转凝聚，从而能够有效加速内旋流的速率，进而加快分离，特别适用于密度差较小的液体之间的分离；此处可以理解地，若要起到提高旋流速率的目的，至少保证螺旋器的转速大于原始状态下内部旋流速度。

其中，所述驱动单元可以采用现有技术中任意能够实现带动所述筒体20旋转的结构，此处不作限制。本实施方式中，所述驱动单元包括位于所述筒体中部并与所述筒体相连的转轴以及驱动所述转轴转动的驱动电机。具体来说，所述转轴上可水平延伸设置有与所述筒体20内壁相连的连接杆，由此当所述转轴旋转的过程中，即可驱动所述筒体20同步转动。

由于所述筒体20设置为从所述溢流口18朝向所述出口19延伸，内旋流过程中，密度较小的液体会向轴心聚集，形成轻质液柱并从靠近所述出口19的筒体20的入口端进入所述筒体20，并沿所述筒体20向所述溢流口运动，可见通过上述方案本实施方式中的内旋流过程完全在所述筒体20内部完成，充分利用筒体20和筒体20上的通孔21结构，这样在内旋流时，位于筒体内部的密度较大的液体能够通过通孔21甩出，而被遗漏的密度较小的液体还可通过通孔21进入筒体20最终从顶部的溢流口18排出，可见通过螺旋器的筒体结构实现了分离过程中的不同密度的物质之间的交换，通过筒体的隔挡作用，从而有效提高分离效率，提高溢流口18所排出的分离液体的纯度，达到精细分离的目的。

另外，需要注意的是，本发明中的筒体20从所述溢流口18朝向所述出口19延伸，筒体20的入口端靠近所述出口19设置，一般来说，筒体20的长度设置为至少不少于整个壳体16高度的三分之二，保证液体在所述筒体20内完成内旋流，提高内旋流过程的旋流效率，使得液体在筒体20内旋流过程中完成不同密度差异的物质的交换，进而有效提高从所述溢流口18排出的液相的纯度，保证分离效果；若所述筒体20设置长度过短，例如仅设置在所述溢流口18处或者向下延伸长度不能满足要求，则内旋流不能在筒体20内进行，也就无法利用筒体20在内旋流过程中进行物质交换，由此将导致分流效果不理想，且对提高旋流速率的影响也不大。

作为本发明一种优选的实施方式，所述壳体16呈竖直设置，所述溢流口18和所述出口19相对设置在所述壳体16上，由此，能够充分考虑内旋流的运动规律，便于设置所述筒体20，使得内旋流完全在所述筒体20内完成。可以理解地，通过内旋流能够进一步筛选出密度较小的液体使其从所述溢流口18排出，为提高分离纯度，需保证从所述溢流口18排出的液体均为经过内旋流筛选的，因此，所述筒体20的直径不得小于所述溢流口18的直径，这样即可将所述溢流口18完全封设在所述筒体20内，防止在所述溢流口18处混入外旋流过程中崩溅进来的密度较大的液体。

本发明还提供了一种危化品旋流分离系统，包括：

第一旋流单元2，所述第一旋流单元2通过旋流方法将收集的水相中的固体杂质和液体进行分离；

第二旋流单元4，所述第二旋流单元4通过旋流方法用于将所述第一旋流单元2所分离出的液体中的危化品进行分离；

吸附单元5，所述吸附单元5内设有用于吸收从所述第二旋流单元4分离出的危化品的吸附剂；

回收单元7，所述回收单元7用于将所述吸附单元5中完成吸附后的吸附剂和危化品进行分离；

其中，所述第二旋流单元4包括以上任意方案所述的旋流分离装置，分离出的危化品从所述溢流口流出。

通过上述技术方案，本发明的危化品旋流分离系统利用旋流单元将收集的水相先进行固液分离，再从液相中分离出危化品，并对危化品进行提纯回收，在解决现有油水分离技术不足的基础上，填补危化品分离回收技术领域的空白，解决了采用重力分离方法中存在的固、液相分离速率慢、效率低、容器占用空间大的问题。

同时，由于所述第二旋流单元4采用上述方案记载的旋流分离装置，因此，该系统具有所述旋流分离装置的全部优点，能够进一步加快分离速率，提高分离效果，满足密度差异不太大的液-液之间的分离。

而由于所述第一旋流单元2主要是用于进行固-液之间的分离，二者的密度差异较大，因此采用现有技术中的普通的旋流分离器即可满足分离效果，当然，也可采用上述旋流分离装置来完成分离。本实施方式中，所述第一旋流单元2包括横向设置的第一旋流分离器，所述危化品旋流分离系统包括用于收集从所述第一旋流单元2分离出的固体杂质的第三收集单元3。理论上说，此处采用横向或传统的纵向竖直设置的旋流分离器均可，但是考虑到与后续分离过程的衔接问题，为便于分离后液体流通，优选采用横向设置。

需注意的是，横向设置时旋流分离器的结构仍保持不变，只是相对位置发生了变化，具体来说，所述第一旋流单元2的顶部设有进料口11，所述第一旋流单元2的沿横向方向的两端分别设有第一出料口12和第二出料口13，所述第一出料口12与所述第三收集单元3连接，所述第二出料口13与所述第二旋流单元4连接。所述进料口11上连接有进料管道，所述进料管道上设有增压泵1以便将待分离水相抽取进入所述第一旋流单元2。

为保证水相进入后能够在所述第一旋流单元2内部的发生旋流，所述第一旋流单元2的设有所述第一出料口12的端部沿出料方向直径依次减小，利于密度较大的物质在离心力的作用下沿边壁逐步凝聚富集。

由此，收集的水相以一定速度从所述进料口11进入后，边旋转边向所述第一出料口12运动，此时由于内径逐渐减小，压力逐渐增大，密度重的固体杂质沿边壁螺旋运动至所述第一出料口12排出进入所述第三收集单元3进行回收，而由于所述第一出料口12的口径较小，离心力较大，密度轻的液体难以从所述第一出料口12排出，则会在所述第一出料口12聚集起来，向压力较低的所述第二出料口13移动，最终从所述第二出料口13排出，实现固-液分离的目的，解决了重力分离方法固、液相分离速率慢、效率低、容器占用空间大的问题。

密度较轻的液体从所述第二出料口13排出后直接进入所述第二旋流单元4，液体中的危化品经所述第二旋流单元4的溢流口分离排出进入所述吸附单元5中被吸附。此处，所述吸附单元5中可设置吸附反应箱，每个箱体内均可填充吸附剂，进一步地，所述吸附单元5可控温，从而利于调节适宜的吸附条件，实现危化品的高效吸附储存。

根据前述记载可知，所述回收单元7的作用是将所述吸附剂和危化品进行分离，而由于二者之间同样存在密度差异，因此也可利用旋流分离器来完成上述分离。具体来说，所述回收单元7包括竖直设置的第三旋流分离器，这里的所述第三旋流分离器可以采用现有技术中任意能够实现分离的旋流分离器，也可以采用上述记载的旋流分离装置。所述危化品旋流分离系统还包括用于回收所述危化品的第一收集单元8，所述第三旋流分离器的顶部与所述第一收集单元8连接。由于所述危化品的密度较轻，因此，分离过程中，危化品从所述第三旋流分离器顶部溢流口排出进入所述第一收集单元8进行回收，而吸附剂则从所述第三旋流分离器底部排出。

针对危化品吸附，所述吸附剂可以包括活性炭、活性碳纤维或膨胀石墨等。为实现所述吸附单元5内的吸附剂的重复利用，所述危化品旋流分离系统包括用于对吸附剂进行脱附再生的再生器9，所述再生器9与所述第三旋流分离器相连以收集从所述第三旋流分离器中分离出的吸附剂，所述危化品旋流分离系统包括用于对所述再生器9抽真空的真空泵10。通过所述真空泵10保证所述再生器9内的真空，从而对内部的吸附剂进行真空高温脱附再生，满足吸附剂循环使用的需求。

进一步地，由于在所述第二旋流单元4分离危化品的过程中，以及所述吸附单元5吸收危化品的过程中，存在被分离出的水相和未被吸附的水相，出于节约能源、防止造成环境污染的目的，所述危化品旋流分离系统还包括用于收集所述第二旋流单元4和所述吸附单元5中的水相的第二收集单元6。

本发明的危化品旋流分离特别适用于海上泄漏危化品的高效分离回收，具体的工作过程如下：

海水从所述所述进料口11进入所述第一旋流单元2中，实现海水中的固(颗粒物、重杂等)-液(危化品、海水)分离，固体杂质从所述第一出料口12分离出去进入所述第三收集单元3回收，而分离后的海水从所述第二出料口13排出进入所述第二旋流单元4；

所述第二旋流单元4可以采用上述记载的旋流分离装置，从而实现密度差异较小的海水和危化品之间的分离，旋流分离过程中，海水和危化品在所述筒体20内完成物质交换，进而有效提高了危化品分离纯度，分离出的危化品从顶部的溢流口排出进入所述吸附单元5内进行吸附，而经所述第二旋流单元4二次分离后的海水则进入所述第二收集单元6进行回收，此时可检测海水中危化品的浓度，若达标，则可直接排放入海；

泄漏危化品被分离后进入所述吸附单元5的过程中，可能会携带部分海水，这部分海水无法被吸附剂吸收则通过吸附单元5上的排水口进入所述第二收集单元6完成回收或排放；

完成吸附后的吸附剂被送入所述回收单元7中进行吸附剂与危化品之间的分离，该步骤可通过人工操作或泵抽取来完成，分离出的危化品从顶部溢流口进入所述第一收集单元8，而吸附剂则从底部出口排出进入所述再生器9中完成脱附再生，以便下次重复使用。

本发明还提供了一种危化品旋流分离方法，包括以下步骤：

S1、通过旋流方法将收集的水相中的固体杂质和液体进行分离；

S2、通过旋流方法将步骤S1中分离出的液体中的危化品进行分离，并在分离过程中加速内部旋流，根据密度差异实现危化品和液体之间的物质交换；

S3、利用吸附剂将步骤S2中分离出的所述危化品进行吸附，再将所述吸附剂和危化品进行分离以完成所述危化品的回收。

具体地，该分离方法可以通过以上方案所述的危化品旋流分离系统来实现。该方法在解决现有油水分离技术不足的基础上，填补危化品分离回收技术领域的空白。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种旋流分离装置，其特征在于，包括壳体(16)和设置在所述壳体(16)内的用于加速内部旋流的螺旋器，所述壳体(16)侧壁上设有切向入口(17)，所述壳体(16)顶部设有溢流口(18)，所述壳体(16)底部设有出口(19)，所述螺旋器包括与所述溢流口(18)相连通的呈竖直设置的筒体(20)以及用于驱动所述筒体(20)旋转的驱动单元，所述筒体(20)设置为从所述溢流口(18)朝向所述出口(19)延伸，所述筒体(20)具有靠近所述出口(19)的入口端，所述筒体(20)上设有用于在旋流分离过程中实现物质交换的通孔(21)。

2.根据权利要求1所述的旋流分离装置，其特征在于，所述壳体(16)呈竖直设置，所述溢流口(18)和所述出口(19)相对设置在所述壳体(16)上，所述筒体(20)的直径不小于所述溢流口(18)的直径。

3.一种危化品旋流分离系统，其特征在于，包括：

第一旋流单元(2)，所述第一旋流单元(2)通过旋流方法将收集的水相中的固体杂质和液体进行分离；

第二旋流单元(4)，所述第二旋流单元(4)通过旋流方法用于将所述第一旋流单元(2)所分离出的液体中的危化品进行分离；

吸附单元(5)，所述吸附单元(5)内设有用于吸收从所述第二旋流单元(4)分离出的危化品的吸附剂；

回收单元(7)，所述回收单元(7)用于将所述吸附单元(5)中完成吸附后的吸附剂和危化品进行分离；

其中，所述第二旋流单元(4)包括权利要求1-2中任意一项所述的旋流分离装置，分离出的危化品从所述溢流口流出。

4.根据权利要求3所述的危化品旋流分离系统，其特征在于，所述第一旋流单元(2)包括横向设置的第一旋流分离器，所述危化品旋流分离系统包括用于收集从所述第一旋流单元(2)分离出的固体杂质的第三收集单元(3)。

5.根据权利要求4所述的危化品旋流分离系统，其特征在于，所述第一旋流单元(2)的顶部设有进料口(11)，所述第一旋流单元(2)的沿横向方向的两端分别设有第一出料口(12)和第二出料口(13)，所述第一出料口(12)与所述第三收集单元(3)连接，所述第二出料口(13)与所述第二旋流单元(4)连接。

6.根据权利要求5所述的危化品旋流分离系统，其特征在于，所述第一旋流单元(2)的设有所述第一出料口(12)的端部沿出料方向直径依次减小。

7.根据权利要求3所述的危化品旋流分离系统，其特征在于，所述回收单元(7)包括竖直设置的第三旋流分离器，所述危化品旋流分离系统还包括用于回收所述危化品的第一收集单元(8)，所述第三旋流分离器的顶部与所述第一收集单元(8)连接。

8.根据权利要求7所述的危化品旋流分离系统，其特征在于，所述危化品旋流分离系统包括用于对吸附剂进行脱附再生的再生器(9)，所述再生器(9)与所述第三旋流分离器相连以收集从所述第三旋流分离器中分离出的吸附剂，所述危化品旋流分离系统包括用于对所述再生器(9)抽真空的真空泵(10)。

9.根据权利要求3-8中任意一项所述的危化品旋流分离系统，其特征在于，所述危化品旋流分离系统包括用于收集所述第二旋流单元(4)和所述吸附单元(5)中的水相的第二收集单元(6)。

10.一种危化品旋流分离方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、通过旋流方法将收集的水相中的固体杂质和液体进行分离；

S2、通过旋流方法将步骤S1中分离出的液体中的危化品进行分离，并在分离过程中加速内部旋流，根据密度差异实现危化品和液体之间的物质交换；

S3、利用吸附剂将步骤S2中分离出的所述危化品进行吸附，再将所述吸附剂和危化品进行分离以完成所述危化品的回收。

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