CN112138878A - 混合流体螺旋离心分离装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种混合流体螺旋离心分离装置，包括工作筒和设在工作筒内的螺旋式分离芯；螺旋式分离芯轴向穿设在工作筒内，螺旋式分离芯轴心与工作筒中心为同心，螺旋式分离芯直径与工作筒内径相应；螺旋式分离芯与工作筒热装固定一体；工作筒筒体一端设置一个轴向进液口，筒体设数个分离液出口，轴向进液口设有进液接头，数个分离液出口均设有出液接头，进液接头和出液接头分别与外部流程连接；适用于混合流体的螺旋离心分离，可广泛用于油气行业污水治理、油水分离、气水分离、天然气净化以及食品、医药、化工、环保等行业需要对混合流体进行分离提纯；具有比离心机节能、生产维护成本低、无自身泄露、无运动部件的功效，使用效果理想。
Description
技术领域
本发明涉及多种混合流体离心分离装置，尤其涉及一种混合流体螺旋离心分离装置。
背景技术
现有离心分离设备主要包括高转速动力装置等带动的强制离心分离设备如：动力离心机类以及依靠装备型腔设计实现分离的旋流分离装置等；这些设备均存在各种各样的优缺点。
动力离心机类存在的缺陷是，需要设备高速旋转，以实现流体的超重力离心。这种装置具有价格昂贵、运动部件易磨损、维护和保养需要专业人员执行等问题。
旋流分离装置类的设备虽然具有价格便宜、易维护，不存在运动部件，单位时间产量高等优点，在各行各业均有广泛应用，特别是在液-固、气-固及气液分离等方面应用广泛。但是仍存在分离精度低的缺陷，尤其是用于液-液分离等密度差异较小，乳化程度较高的液体时，分离精度和效果难以保证。从而限制了该装置在油水分离、污水处理等方面的推广和使用。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种混合流体螺旋离心分离装置，由工作筒和设置在工作筒内的-螺旋式分离芯构成，可实现混合流体在高速离心状态下的高产量精确分离，特别是可用于乳化严重、密度差异小的混合液体的纯物理分离，操作简便，成本低，使用效果理想。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：
本发明混合流体螺旋离心分离装置，其特征在于，包括工作筒和设置在工作筒内的螺旋式分离芯；该螺旋式分离芯轴向穿设在工作筒内，螺旋式分离芯的轴心与工作筒的中心为同心，螺旋式分离芯直径与工作筒内径相应；螺旋式分离芯与工作筒热装固定一体；该工作筒筒体一端设置一个轴向进液口，筒体侧壁设有数个分离液出口，该进液口设有进液接头，该数个分离液出口均设有出液接头，该进液接头和出液接头分别与外部流程连接。
前述的混合流体螺旋离心分离装置，其中，
所述工作筒为中空圆柱体，该中空圆柱体外径30至60mm、长度为60至100cm，内径为10至30mm；
所述螺旋式分离芯包括中心轴以及套设在中心轴上的围绕中心轴旋转的轴向同径或者轴向异径的螺旋体；该螺旋式分离芯长度小于工作筒长度；
所述轴向进液口包括设置在工作筒筒体一端内的进液通道以及与进液通道相连的进液缓冲腔，该进液通道中心与工作筒轴心呈同心，进液缓冲腔的直径大于进液通道直径，进液缓冲腔背离进液通道的腔体上设有进液口，该进液口与螺旋式分离芯流道入口呈相切状；进液通道背离工作筒的一端连接进液接头；混合流体依次通过进液接头、进液通道和进液缓冲腔后进入工作筒内，该混合流体由进液通道进入进液缓冲腔后形成液柱缓冲，使进液缓冲腔内始终充满混合流体，有效防止气体入侵和压力波动等因素干扰分离效果，进液缓冲腔的进液口与螺旋式分离芯流道入口呈相切状，可以保证进液阻力为最小状态；
所述数个分离液出口包括一级分离液出口、二级分离液出口和三级分离液出口；该三级分离液出口设置在背离工作筒设置轴向进液口的另一端，该一级分离液出口设置在靠近工作筒设置轴向进液口端的筒壁内，该二级分离液出口设置在靠近工作筒设置三级分离液出口一端的筒壁内，且一级分离液出口和二级分离液出口设置在工作筒筒壁的同侧或者相对侧；
该一级分离液出口包括设置在工作筒筒壁内的出液通道以及与出液通道相连的出液缓冲腔，该出液缓冲腔的直径大于出液通道直径，出液缓冲腔背离出液通道的腔体上设有出液孔，该出液孔与螺旋式分离芯流道入口呈相切状；出液通道背离工作筒的一端连接出液接头；
该二级分离液出口包括设置在工作筒筒壁内的出液通道以及与出液通道相连的出液缓冲腔，该出液缓冲腔的直径大于出液通道直径，出液缓冲腔背离出液通道的腔体上设有出液孔，该出液孔与螺旋式分离芯流道入口呈相切状；出液通道背离工作筒的一端连接出液接头；
该三级分离液出口包括设置在工作筒筒体内的出液通道以及与出液通道相连的出液缓冲腔，该出液通道中心与工作筒轴心呈同心，出液缓冲腔的直径大于出液通道直径，出液缓冲腔背离出液通道的腔体上设有出液孔，该出液孔与螺旋式分离芯流道入口呈相切状；出液通道背离工作筒的一端连接出液接头。
前述的混合流体螺旋离心分离装置，其中，所述一级分离液出口的出液缓冲腔的出液孔设置在螺旋式分离芯距离工作筒轴向进液口第10至12个螺距处的筒壁内且与工作筒内部相通；该一级分离液出口的出液缓冲腔的出液孔直径与螺旋式分离芯螺距宽度相应；该出液孔与螺旋式分离芯流道入口呈相切状；所述二级分离液出口的出液缓冲腔的出液孔设置在螺旋式分离芯距离工作筒轴向进液口第18至20个螺距处的筒壁内且与工作筒内部相通；该二级分离液出口的出液缓冲腔的出液孔直径与螺旋式分离芯螺距宽度相应；该出液口与螺旋式分离芯流道入口呈相切状；所述一级分离液出口出液接头(9)、二级分离液出口出液接头(11)以及三级分离液出口出液接头(14)为市售产品，且分别与外部流程连接；所述进液接头(7)为市售产品，该进液接头与外部流程连接。
本发明的有益效果是：其是一种多种混合流体离心分离装置，可针对污水净化、气体净化、气液体提纯的要求，实现各组份的精确分离，完成油气行业污水治理、油水分离、气水分离、天然气净化以及食品、医药、化工、环保等行业需要对混合流体进行分离提纯的各项工艺。实现低密度差混合流体的精确，高产量分离以及乳化液的纯物理分离；通过进液接头和出液接头与外部流程进行连接，使与各进出口连接的外部流程设置的流量计及电磁阀接通后，在自动控置系统控制下，有序控制进出口流量和分流，防止外部流程波动对分离器的影响，可实现无人值守管理，降低生产成本；实现各组份精确控制，减少分流不准造成的二次分离。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图。
图中主要标号说明：1工作筒、2螺旋式分离芯、3一级分离液出口、4二级分离液出口、5三级分离液出口、A进液缓冲腔、B一级分离液出口的出液缓冲腔、C二级分离液出口的出液缓冲腔、D三级分离液出口的出液缓冲腔、6进液口、7进液接头、8进液通道、9一级分离液出口出液接头、10一级分离液出口出液通道、11二级分离液出口出液接头、12二级分离液出口出液通道、13三级分离液出口出液接头；14三级分离液出口出液通道。
具体实施方式
如图1所示，本发明混合流体螺旋离心分离装置，其包括工作筒1和设置在工作筒内的螺旋式分离芯2；该螺旋式分离芯2轴向穿设在工作筒1内，螺旋式分离芯的轴心与工作筒的中心为同心，螺旋式分离芯直径与工作筒内径相应；螺旋式分离芯与工作筒热装固定一体；该工作筒筒体一端设置一个轴向进液口，筒体侧壁设有数个分离液出口，该进液口设有进液接头，该数个分离液出口均设有出液接头，该进液接头和出液接头分别与外部流程连接。
如图1所示，本发明混合流体螺旋离心分离装置，其中，该工作筒1为中空圆柱体，该中空圆柱体外径30至60mm、长度为60至100cm，内径为10至30mm；该螺旋式分离芯2包括中心轴以及套设在中心轴上的围绕中心轴旋转的轴向同径或者轴向异径的螺旋体；该螺旋式分离芯2长度小于工作筒1长度；该轴向进液口包括设置在工作筒1筒体一端内的进液通道8以及与进液通道相连的进液缓冲腔A，该进液通道8中心与工作筒轴心呈同心，进液缓冲腔A的直径大于进液通道直径，进液缓冲腔背离进液通道的腔体上设有进液口6，该进液口6与螺旋式分离芯2流道入口呈相切状；进液通道背离工作筒的一端连接进液接头7；混合流体依次通过进液接头7、进液通道8和进液缓冲腔A后进入工作筒1内，该混合流体由进液通道进入进液缓冲腔后形成液柱缓冲，使进液缓冲腔内始终充满混合流体，有效防止气体入侵和压力波动等因素干扰分离效果，进液缓冲腔的进液口与螺旋式分离芯2流道入口呈相切状，可保证进液阻力为最小状态；该数个分离液出口包括一级分离液出口3、二级分离液出口4和三级分离液出口5；该三级分离液出口5设置在背离工作筒1设置轴向进液口的另一端，该一级分离液出口3设置在靠近工作筒设置轴向进液口端的筒壁内，该二级分离液出口4设置在靠近工作筒设置三级分离液出口一端的筒壁内，且一级分离液出口3和二级分离液出口4设置在工作筒1筒壁的同侧或者相对侧；该一级分离液出口3包括设置在工作筒1筒壁内的出液通道10以及与出液通道10相连的出液缓冲腔B，该出液缓冲腔B的直径大于出液通道直径10，出液缓冲腔背离出液通道的腔体上设有出液孔，该出液孔与螺旋式分离芯2流道入口呈相切状；出液通道背离工作筒的一端连接出液接头9；该二级分离液出口4包括设置在工作筒1筒壁内的出液通道12以及与出液通道12相连的出液缓冲腔C，该出液缓冲腔C的直径大于出液通道直径12，出液缓冲腔背离出液通道的腔体上设有出液孔，该出液孔与螺旋式分离芯2流道入口呈相切状；出液通道背离工作筒的一端连接出液接头11；该三级分离液出口5包括设置在工作筒1筒体内的出液通道14以及与出液通道相连的出液缓冲腔D，该出液通道14中心与工作筒1轴心呈同心，出液缓冲腔的直径大于出液通道直径，出液缓冲腔背离出液通道的腔体上设有出液孔，该出液孔与螺旋式分离芯2流道入口呈相切状；出液通道背离工作筒的一端连接出液接头13。该一级分离液出口的出液缓冲腔的出液孔设置在螺旋式分离芯距离工作筒轴向进液口第10至12个螺距处的筒壁内且与工作筒内部相通；该一级分离液出口的出液缓冲腔的出液孔直径与螺旋式分离芯螺距宽度相应；该出液孔与螺旋式分离芯2流道入口呈相切状；该二级分离液出口的出液缓冲腔的出液孔设置在螺旋式分离芯距离工作筒轴向进液口第18至20个螺距处的筒壁内且与工作筒内部相通；该二级分离液出口的出液缓冲腔的出液孔直径与螺旋式分离芯螺距宽度相应；该出液口与螺旋式分离芯2流道入口呈相切状；该一级分离液出口出液接头9、二级分离液出口出液接头11以及三级分离液出口出液接头13为市售产品，且分别与外部流程连接；该进液接头7为市售产品，该进液接头7与外部流程连接。
如图1所示，本发明混合流体螺旋离心分离装置使用时，待分离的混合流体经进液接头7、进液通道8进入进液缓冲腔A内，当混合流体充满进液缓冲腔A内时，在流程压力下进入螺旋式分离芯2与工作筒1构成的封闭螺旋式流道内。在泵压作用下，待分离的混合流体在该封闭螺旋式流道内高速旋转，实现混合流体的离心分层，并在各进出口缓冲腔的缓冲作用下，螺旋流道内的流体能够相对平稳的旋转分离。当分层后的流体到达一级分离液出口的出液缓冲腔B时，在泵压的压差作用下，最外层流体(密度最大组分)进入一级分离液出口的出液缓冲腔B内，当一级分离液出口的出液缓冲腔B内充满密度最大组分液体后，通过一级分离液出口的出液通道10和一级分离液出口3排出，排放量通过外部流程设置的流量计和控制阀联合控制；剩余液体到达二级分离液出口的出液缓冲腔C时，在泵压的压差作用下，中间层流体(密度居中组分)进入二级分离液出口的出液缓冲腔C内，当二级分离液出口的出液缓冲腔内充满密度居中组分液体后，同样通过二级分离液出口的出液通道12和二级分离液出口4排出，排放量通过外部流程设置的流量计和控制阀联合控制；最内层流体(密度最轻组分)继续经螺旋流道到达三级分离液出口的出液缓冲腔D，当三级分离液出口的出液缓冲腔内充满密度最轻组分液体后，通过三级分离液出液通道14和三级分离液出口5排出，排放量通过外部流程设置的流量计和控制阀联合控制。通过上述步骤，混合流体在螺旋流道内强制离心分层，并经各级出液缓冲腔、分离液出口实现分层分离，实现待分离混合液的逐层多级分离；另外，通过控制相应分离液出口的排放量，可以达到该级分离液所需要的有效纯度。
本发明的工作原理：本发明通过工作筒和设在工作筒内的螺旋式分离芯组成的封闭螺旋流道，使得待分离混合流体在外部泵压动力作用下，流经该封闭螺旋流道，形成高速流体螺旋后产生高速离心作用，在该高速离心作用下，混合流体因密度差异产生分层，分层稳定后，各组份流体依次按密度大小经各自出口分离；一般情况下，高密度组分流体在离心力作用下始终处于流体螺旋最外侧，其可流经一级分离液出口的出液缓冲腔B、由一级分离液出口3流出工作筒；中密度组分流体位于流体螺旋的次外侧，其可流经二级分离液出口的出液缓冲腔C、由二级分离液出口4流出工作筒，最后剩余密度最小组分经三级分离液出口的出液缓冲腔D、由三级分离液出口5流出工作筒，从而实现混合流体的螺旋离心逐层分离。可以根据混合流体分离组分的数量设置相应数量的分离液出口。全程螺旋流道的限制，使得流体在限定的流道内被强制高速离心，离心速度的大小由进入离心分离装置的流体排量确定。流量越大，离心加速度越高，越容易使混合流体进行分层分离。各进液缓冲腔和各级出液缓冲腔的设置，使螺旋流道内的流体能够保持稳定平稳分流。由螺旋式分离芯构成的窄流道在径向方向厚度小，使得在流道内的流体为螺旋薄膜状，因厚度限制，流体在径向移动距离小，分离阻力小；同时，由于移动距离小，可避免很多径向涡流的产生，从而减少离心分层的流体被再次混合的几率，最大限度的降低涡流损耗。
本发明的优点是：1、通过分离器内螺旋式流道的设立，人工建立强制性的螺旋固定流道，使得分离流体只能在该通道内高速旋转，产生强大的离心力，从而实现具有密度差异的流体分层分离。2、通过设立分离器进液口缓冲腔、多级分离液出口的出液缓冲腔，使混合流体在整个分离流动过程中流动状态稳定，保证分离平稳运行。3、轴向进液口由设置在工作筒筒体一端内的进液通道以及与进液通道相连的进液缓冲腔构成，使进液口阻力有效降低，流量得到足够保证。4、通过控制流量大小实现离心转速调节，方便在线调节不同密度差的流体离心力大小，克服现有旋流器只能在设定流量参数范围内对密度差异、运行流量范围调节的限制。5、通过在分离器不同位置设计多个分离出口，以实现混合流体多种组分的同时分离，克服现有旋流器只能实现两相分离的缺陷。
适用于混合流体的螺旋离心分离，可广泛用于油气行业污水治理、油水分离、气水分离、天然气净化以及食品、医药、化工、环保等行业需要对混合流体进行分离提纯的技术领域；具有比离心机节能、生产维护成本低、无自身泄露、无运动部件的功效，使用效果理想。
实施例：
将0.5％的氯仿+30％的汽油+69.5％的水的混合流体，流量假设为200方/天，通过泵入方式将混合流体泵入本发明的混合流体螺旋离心分离装置，混合流体首先流经工作筒1设有的进液接头7、进液通道8、进液缓冲腔A，当进液缓冲腔A内充满混合流体时，进入螺旋式分离芯2与工作筒1构成的螺旋流道中，混合流体在螺旋流道内高速旋转，形成连续离心力，该三种不同密度组分在离心力的作用下，逐渐分层，密度最重的氯仿会逐渐聚集在最外层，汽油会逐渐聚集在螺旋流道靠近分离芯的最内层，密度居中的水会逐渐聚集在中间层。当混合流体旋转到一级分离液出口3位置时，密度最重的氯仿会率先由一级分离液出口的出液缓冲腔B的出液孔进入一级分离液出口的出液缓冲腔B内，待一级分离液出口的出液缓冲腔B内充满氯仿液体后，经一级分离液出口出液通道10和一级分离出液口3排出，控制排出量为200*0.5％＝1方/天；如需提高分离氯仿纯度，则将排量放小，排量放小后，该一级分离出液口分离出部分氯仿，其他氯仿即从二级分离液出液口排出。
剩余混合流体继续沿螺旋流道旋转行进，当剩余流体旋转到二级分离液出口的出液缓冲腔C位置时，密度居中的水由二级分离液出口的出液缓冲腔C的出液孔进入二级分离液出口的出液缓冲腔C内，待二级分离液出口的出液缓冲腔内充满水后，经二级分离液出口出液通道12和二级分离出液口4排出，控制排出量为200*69.5％＝139方/天；如需提高分离水的纯度，则将氯仿出口排量(一级分离出液口)适当放大，即可保证二级分离液出口水的纯度；也就是一级分离出液口分离出的氯仿中含有少量的水，二级分离液出口水的纯度就提高了。
余下流体继续沿螺旋流道旋转行进至三级分离液出口的出液缓冲腔D位置时，密度最小的汽油由三级分离液出口的出液缓冲腔D的出液孔进入三级分离液出口的出液缓冲腔内，待三级分离液出口的出液缓冲腔内充满汽油后，经三级分离液出口出液通道14和三级分离出液口5排出，此处理论排出量就是剩余流体量，纯度不确定。控制排出量为200*69.5％＝139方/天；如需提高分离水的纯度，则将氯仿出口排量(一级分离出液口)适当放大，即可保证二级分离液出口水的纯度；也就是一级分离出液口分离出的氯仿中含有少量的水，二级分离液出口水的纯度就提高了。
一般情况下，不可能保证三个组分分离液的纯度，但是可以确保最重密度氯仿和最轻密度汽油的纯度；在需要保证这两相液体的纯度时，控制方式是控制氯仿出口(一级分离液出口)的排量<200*0.5％；控制汽油(三级分离液出口)的排量<200*30％；控制水相(二级分离液出口)的排量>200*69.5％即可。也就是哪一级分离液出口排量小于该级理论排放量时，该级分离液产物的纯度提高。
本实施例中未进行说明的内容为现有技术，故，不再进行赘述。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (3)
1.一种混合流体螺旋离心分离装置，其特征在于，包括工作筒(1)和设置在工作筒内的螺旋式分离芯(2)；
该螺旋式分离芯(2)轴向穿设在工作筒(1)内，螺旋式分离芯的轴心与工作筒的中心为同心，螺旋式分离芯直径与工作筒内径相应；螺旋式分离芯与工作筒热装固定一体；
该工作筒筒体一端设置一个轴向进液口，筒体侧壁设有数个分离液出口，该进液口设有进液接头，该数个分离液出口均设有出液接头，该进液接头和出液接头分别与外部流程连接。
2.根据权利要求1所述的混合流体螺旋离心分离装置，其特征在于，
所述工作筒(1)为中空圆柱体，该中空圆柱体外径30至60mm、长度为60至100cm，内径为10至30mm；
所述螺旋式分离芯(2)包括中心轴以及套设在中心轴上的围绕中心轴旋转的轴向同径或者轴向异径的螺旋体；该螺旋式分离芯(2)长度小于工作筒(1)长度；
所述轴向进液口包括设置在工作筒(1)筒体一端内的进液通道(8)以及与进液通道相连的进液缓冲腔(A)，该进液通道(8)中心与工作筒轴心呈同心，进液缓冲腔(A)的直径大于进液通道直径，进液缓冲腔背离进液通道的腔体上设有进液口，该进液口与螺旋式分离芯(2)流道入口呈相切状；进液通道背离工作筒的一端连接进液接头(7)；
所述数个分离液出口包括一级分离液出口(3)、二级分离液出口(4)和三级分离液出口(5)；该三级分离液出口(5)设置在背离工作筒(1)设置轴向进液口的另一端，该一级分离液出口(3)设置在靠近工作筒设置轴向进液口端的筒壁内，该二级分离液出口(4)设置在靠近工作筒设置三级分离液出口一端的筒壁内，且一级分离液出口(3)和二级分离液出口(4)设置在工作筒(1)筒壁的同侧或者相对侧；
该一级分离液出口(3)包括设置在工作筒(1)筒壁内的出液通道(10)以及与出液通道(10)相连的出液缓冲腔(B)，该出液缓冲腔(B)的直径大于出液通道直径(10)，出液缓冲腔背离出液通道的腔体上设有出液孔，该出液孔与螺旋式分离芯(2)流道入口呈相切状；出液通道背离工作筒的一端连接出液接头(9)；
该二级分离液出口(4)包括设置在工作筒(1)筒壁内的出液通道(12)以及与出液通道(12)相连的出液缓冲腔(C)，该出液缓冲腔(C)的直径大于出液通道直径(12)，出液缓冲腔背离出液通道的腔体上设有出液孔，该出液孔与螺旋式分离芯(2)流道入口呈相切状；出液通道背离工作筒的一端连接出液接头(11)；
该三级分离液出口(5)包括设置在工作筒(1)筒体内的出液通道(14)以及与出液通道相连的出液缓冲腔(D)，该出液通道(14)中心与工作筒(1)轴心呈同心，出液缓冲腔的直径大于出液通道直径，出液缓冲腔背离出液通道的腔体上设有出液孔，该出液孔与螺旋式分离芯(2)流道入口呈相切状；出液通道背离工作筒的一端连接出液接头(13)。
3.根据权利要求2所述的混合流体螺旋离心分离装置，其特征在于，
所述一级分离液出口的出液缓冲腔的出液孔设置在螺旋式分离芯距离工作筒轴向进液口第10至12个螺距处的筒壁内且与工作筒内部相通；该一级分离液出口的出液缓冲腔的出液孔直径与螺旋式分离芯螺距宽度相应；该出液孔与螺旋式分离芯(2)流道入口呈相切状；
所述二级分离液出口的出液缓冲腔的出液孔设置在螺旋式分离芯距离工作筒轴向进液口第18至20个螺距处的筒壁内且与工作筒内部相通；该二级分离液出口的出液缓冲腔的出液孔直径与螺旋式分离芯螺距宽度相应；该出液口与螺旋式分离芯(2)流道入口呈相切状；
所述一级分离液出口出液接头(9)、二级分离液出口出液接头(11)以及三级分离液出口出液接头(14)为市售产品，且分别与外部流程连接；
所述进液接头(7)为市售产品，该进液接头与外部流程连接。
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