CN118002331A - 一种超声聚合式动态旋流分离器及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超声聚合式动态旋流分离器及其应用。该聚合式动态旋流分离器包括外壳、螺旋旋流板、清液出口管、清液收集罩、中心轴、拨水板、原液进口管、下密封轴承、收集罐、电机、上密封轴承、超声传振杆、清液进口、超声换能器、清液出口。它具有分离速度快、分离量大、分离精度高的特点，可以应用在绝大多数的固液分离领域。

Description

一种超声聚合式动态旋流分离器及其应用

技术领域

本发明涉及旋流分离器，特别是一种超声聚合式动态旋流分离器及其应用。

背景技术

在多相介质分离技术研究发展过程中，为适应不同需求、不同场合的应用，形成了旋流分离、聚结分离、沉降分离、化学分离等多种分离方法及形式。其中旋流分离具有设备体积小、分离速度快等优点被广泛应用于多相流分离领域。传统的水力旋流器并不适用于介质间的高精度分离。聚结分离具有高精度分离的优点，但其分离速度较慢，一般需要一个较长的聚结时间，通常情况下聚结会与沉降分离方法并用，实现介质间分离，但分离速度较慢，无法保障快速的连续分离。例如水力聚结是为了增加液滴间的碰撞机率将小油滴变为大油滴进而加速分离效率及精度。但目前，以上这些现有技术还都处于各自独立运用的状态，未曾被有机的组合起来发挥更好的作用。

因此，有必要研究一种分离装置以解决上述分离技术中存在的问题，收到快速高效精细的分离效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超声聚合式动态旋流分离器及其应用，它主要解决上述现有技术所存在的问题，它具有分离速度快、分离量大、分离精度高的特点，可以应用在绝大多数的固液分离领域。

本发明的具体技术方案如下：

一种超声聚合式动态旋流分离器，其特征在于：它包括外壳、螺旋旋流板、清液出口管、清液收集罩、中心轴、拨水板、原液进口管、下密封轴承、收集罐、电机、上密封轴承、超声传振杆、清液进口、超声换能器、清液出口；其中：

该外壳的下端连接收集罐；该外壳内垂直设置螺旋旋流板，该螺旋旋流板的中间穿过安装拨水板的中心轴；该中心轴的两端分别通过下密封轴承、上密封轴承连接在外壳上；该中心轴的上端连接电机；该在中心轴至少在其上半部设置为中空形式，并在中空部位上设置有若干个清液进口和清液出口，该清液进口位于清液出口下方；该中心轴上位于清液出口外设置有清液收集罩，该清液收集罩连接清液出口管的一端、清液出口管另一端延伸到外壳以外；该外壳侧面下端还连接原液进口管；该外壳和螺旋旋流板都通过超声传振杆连接，该超声传振杆的另一端与超声换能器连接。

所述的超声聚合式动态旋流分离器，其特征在于：该拨水板沿中心轴外围等距分布有多块，该拨水板是以镶嵌方式连接在中心轴上。

所述的超声聚合式动态旋流分离器，其特征在于：该外壳的主体部分呈圆筒状，在其主体部分下端为锥筒状。

所述的超声聚合式动态旋流分离器，其特征在于：该螺旋旋流板是其截面呈渐开线方式由内向外逐渐扩径的板体。

所述的超声聚合式动态旋流分离器，其特征在于：在中心轴的上端接近壳体上端的部位设置清液收集罩。

所述的超声聚合式动态旋流分离器，其特征在于：该原液进口管以切线方向连接外壳。

所述的超声聚合式动态旋流分离器，其特征在于：应用于油田井口采出液处理。

所述的超声聚合式动态旋流分离器，其特征在于：应用于含油废水处理。

所述的超声聚合式动态旋流分离器，其特征在于：应用于循环水系统处理，代替旁滤系统。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、本发明的分离器与相同单位体积内普通的旋流或离心分离设备相比，具有分离速度快、分离量大、分离精度高的特点。旋流离心分离技术领域，巧妙运用了浅池沉降原理技术，提高了分离效果和分离速度。它可以应用在绝大多数的固液分离领域。

2、本发明在离心和旋流过程中，不单单依靠高速的离心力来进行分离，还采用了超声强化聚合分离技术，超声分离是利用超声能量的辐射，使得液体中的微细颗粒由于其密度和可压缩率的差异而产生的悬浮颗粒在不同位置凝聚和沉淀，最终达到颗粒分离目的的分离方法。超声凝聚的机理是由于存在于液体介质中的微颗粒会随着液体介质在超声辐射的作用下一起振动，并且颗粒粒径越小，其振幅越大，相位也越接近液体介质的振动相位。颗粒在振动的过程中，会发生碰撞、粘粘的效果，结果颗粒的粒径会逐渐的变大，振幅会越来越小，相位也会落后于液体介质的振动相位，由于颗粒的不断“长大”而不再跟随液体介质一起振动，最后变沉定下来。

这就确保在保证高效分离效果的同时，不需要更高的转速。这样就可以把分离设备的体积加工的比较大，同时避免了在分离过程之中基本旋转不平衡而引起震动的问题。这样就不需要大功率的电机高速驱动，确保了运行低能耗。

3、本发明可以用在乳状液破乳领域。超声波破乳是基于超声波作用于性质不同的流体介质产生位移效应，使乳状液中的分散相液滴不断向波腹或波节移动、聚积并发生碰撞，生成直径较大的液滴，然后在重力作用下与连续相分离。离心力，形成冲撞力或剪切力作用于乳状液，促使乳状液中分散相液滴聚结，进而促进乳状液破乳。离心场越强，破乳效果就越好。超声与离心联合作用可以使乳状液在较小的离心转速下，可以实现快速破乳，破乳率能达到97%。

4、本发明的分离器是一种主动式旋流分离器，从而使得液流不需要牺牲压力就能够实现高速旋转使得离心力大大增加，同时由于外部电机转速可调从而实现旋转动力的可调使得处理量的变化范围更大。在旋流过程中流场稳定，没有流场波动现象，有效避免分离的液流又重新混合在一起的现象而降低旋流器分离性能问题。

附图说明

图1是本发明的外观结构示意图。

图2是本发明的剖视结构图。

图3是本发明中螺旋旋流板的结构示意图。

具体实施方式

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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

请参阅图1-3，本发明公开了一种超声聚合式动态旋流分离器。如图所示：它包括外壳1、螺旋旋流板2、清液出口管3、清液收集罩4、中心轴5、拨水板6、原液进口管7、下密封轴承8、收集罐9、电机10、上密封轴承11、超声传振杆12、清液进口13、超声换能器14、清液出口15。其中：

该外壳1的下端连接收集罐9；该外壳1内垂直设置螺旋旋流板2，该螺旋旋流板2的中间穿过安装拨水板6的中心轴5；该中心轴5的两端分别通过下密封轴承8、上密封轴承11连接在外壳1上；该中心轴5的上端连接电机10（如调速电机）；该在中心轴5至少在其上半部设置为中空形式，并在中空部位上设置有若干个清液进口13和清液出口15，该清液进口13位于清液出口15下方；该中心轴5上位于清液出口15外设置有清液收集罩4，该清液收集罩4连接清液出口管3的一端、清液出口管3另一端延伸到外壳1以外；该外壳1侧面下端还连接原液进口管7；该外壳1和螺旋旋流板2都通过超声传振杆12连接，该超声传振杆12的另一端与超声换能器14连接。

本发明中，该外壳1与螺旋旋流板2可由有弹性和韧性耐腐蚀的金属薄板制成。该中心轴5由耐腐蚀钢性好的金属材料制成。该超声换能器14可采用由磁致伸缩材料制成的超声换能器。

本发明中，该拨水板6沿中心轴5外围等距分布有多块，如：该拨水板6是以镶嵌方式连接在中心轴5上，当然，也可以采用焊接连接方式。

本发明中，该外壳1的主体部分呈圆筒状，在其主体部分下端为锥筒状。

本发明中，该螺旋旋流板2是其截面呈渐开线方式由内向外逐渐扩径的板体。

本发明中，在中心轴5的上端接近壳体1上端的部位设置清液收集罩4，这样可以充分收集清液以利于排出分离器外。

本发明中，该原液进口管7以切线方向连接外壳1，确保可以使原液进入外壳1与螺旋旋流板2之间。

本发明的使用原理是:电机10启动时带动中心轴5和拨水板6高速转动，拨水板6带动外壳1内待处理的原液进行同步旋转。原液中质量不同的物质在离心的作用下向相反的方向运动，从而产生分离效果。在旋转分离过程中，比重大的物质被离心力甩到螺旋旋流板2外侧壁上进行聚结，同时沿着螺旋旋流板2向下移动。比重小的物质在离心力作用下在螺旋旋流板2内壁上进行聚结，同时沿着螺旋旋流板2向上移动。在中心轴5附近的原液经过一段时间的离心旋流分离形成清液区，清液从中心轴5下端往上移动到清液进口13时，进入到中心轴5内部，然后从中心轴5的上部的清液出口15出来，被清液收集罩4收集，通过清液出口管3排出分离器。

在分离过程中，外壳1和螺旋板2在超声传振杆12的驱动下，始终处在超声波振动状态。超声波振动的频率范围在10千赫兹到25千赫兹之间。这种超声波振动可以使被处理的原液同步产生超声波振动，其结果可以使原液中的各种物质质点每秒产生1万到2万次左右的碰撞，这种碰撞的结果有效的促进了原液中各种质点的聚合效应，这是一种微观范围内的高效聚合；在借助离心力作用和螺旋板2浅池原理碰壁的宏观聚合，从而提高了原液整体的聚合分离效果。

最后从原液中分离出来的固体杂质掉落进收集罐9，定期排放，从而保证了本发明旋流分离器的正常运行。

本发明超声聚合式动态旋流分离器的应用实施例1：应用于油田井口采出液处理。目前我国已经处在三次采油阶段，采出液中含有大量的泥沙和水。目前现场采用的分离技术效果不佳，不能全部处理原液中的泥沙问题，经常造成输油管路的堵塞。如果将本发明分离器应用到油田井口采出液处理，可以确保将采出液中的泥沙全部分离干净；而且可以将70%以上的油水进行彻底分离，这样就可以将分离出来的水就地注入地下，可以极大地减轻后续管道运输和油田联合站的处理成本。

本发明超声聚合式动态旋流分离器的应用实施例2：应用于含油废水处理。需要对本发明分离器进行一定的改动，将清液出口管3和清液收集罩4该在外壳1上侧面上，用做出油管；将原液进口管7改在椎斗上；在外壳1的中部位重新设置出水管。本发明分离器运行时原液中的小油滴在超声压缩作用下结合成大油滴，大油滴在离心力作用下甩到螺旋板2内壁上聚结成油膜，由于螺旋旋流板2也始终处在超声振动状态，促使油膜沿着螺旋旋流板2内壁向上移动。在中心轴5附近的原油在超声和离心力的作用下，能够使水远离中心轴，以及远离旋流板2的内壁，而是沿着螺旋旋流板2外壁和壳体1内壁向下移动。由于泥沙的比重比水大，在螺旋旋流板2上旋流过程中就掉入到了收集罐9，而最外壁的水通过设置在外壁上的出水管排出，最后实现了油水泥沙的三相分离。

本发明超声聚合式动态旋流分离器的应用实施例3：应用于循环水系统处理，代替旁滤系统。循环水系统配置旁滤系统主要是为了提高循环水的质量和稳定性，防止系统内积累悬浮物、微生物和其它杂质，保证系统高效、稳定运行。旁滤系统对于保证循环水系统的水质、防止腐蚀和结垢、节约水资源、减少化学品使用、保障系统安全以及提高系统效率和稳定性都具有重要作用。然而目前的旁滤系统存在以下问题：过滤器滤料老化、反洗效果不佳、系统设计问题、水质问题等影响最后的处理效果。本发明旋流处理器，是一种高效的，没有过滤层的固液分离装置，分离精度完全达到砂滤标准。在运行过程中不会出现滤料老化和断裂，导致过滤能力下降的问题，也没有循环水中的悬浮物、微生物和腐蚀产物等导致水质恶化，而影响旁滤设备的过滤效果的问题。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种超声聚合式动态旋流分离器，其特征在于：它包括外壳（1）、螺旋旋流板（2）、清液出口管（3）、清液收集罩（4）、中心轴（5）、拨水板（6）、原液进口管（7）、下密封轴承（8）、收集罐（9）、电机（10）、上密封轴承（11）、超声传振杆（12）、清液进口（13）、超声换能器（14）、清液出口（15）；其中：

该外壳（1）的下端连接收集罐（9）；该外壳（1）内垂直设置螺旋旋流板（2），该螺旋旋流板（2）的中间穿过安装拨水板（6）的中心轴（5）；该中心轴（5）的两端分别通过下密封轴承（8）、上密封轴承（11）连接在外壳（1）上；该中心轴（5）的上端连接电机（10）；该在中心轴（5）至少在其上半部设置为中空形式，并在中空部位上设置有若干个清液进口（13）和清液出口（15），该清液进口（13）位于清液出口（15）下方；该中心轴（5）上位于清液出口（15）外设置有清液收集罩（4），该清液收集罩（4）连接清液出口管（3）的一端、清液出口管（3）另一端延伸到外壳（1）以外；该外壳（1）侧面下端还连接原液进口管（7）；该外壳（1）和螺旋旋流板（2）都通过超声传振杆（12）连接，该超声传振杆（12）的另一端与超声换能器（14）连接。

2.根据权利要求1所述的超声聚合式动态旋流分离器，其特征在于：该拨水板（6）沿中心轴（5）外围等距分布有多块，该拨水板（6）是以镶嵌方式连接在中心轴（5）上。

3.根据权利要求1所述的超声聚合式动态旋流分离器，其特征在于：该外壳（1）的主体部分呈圆筒状，在其主体部分下端为锥筒状。

4.根据权利要求1所述的超声聚合式动态旋流分离器，其特征在于：该螺旋旋流板（2）是其截面呈渐开线方式由内向外逐渐扩径的板体。

5.根据权利要求1所述的超声聚合式动态旋流分离器，其特征在于：在中心轴（5）的上端接近壳体（1）上端的部位设置清液收集罩（4）。

6.根据权利要求1所述的超声聚合式动态旋流分离器，其特征在于：该原液进口管（7）以切线方向连接外壳（1）。

7.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的超声聚合式动态旋流分离器，其特征在于：应用于油田井口采出液处理。

8.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的超声聚合式动态旋流分离器，其特征在于：应用于含油废水处理。

9.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的超声聚合式动态旋流分离器，其特征在于：应用于循环水系统处理，代替旁滤系统。