CN1275922A - 混合设备 - Google Patents

Abstract

一种混合第一物料和第二物料的方法和设备,其中,第一物料包括希望分离的两种或两种以上不同组分。本发明的方法和设备在分离第一物料的两种不同组分前,生成两种物料的充分混合的混合物。本发明的设备包括利用一旋液分离器曝气或充气原料物流,所述的原料物流例如是含亲油废物或食品废物的废水,在从介质例如水中分离油或食品废物前,在空气泡或气泡内夹带废物的颗粒。利用旋液分离器代替分离器,旋液分离器用作混合器提供了令人满意的效果并使曝气组分易于分离。

Description

混合设备

一般地说，本发明涉及工业中物料的化学处理，特别是涉及化学处理工业中所使用的总工艺过程中包括的各个步骤，特别是工业中所涉及的不同物料的相互分离。更具体地说，本发明涉及两种或两种以上不同物料的化学处理的改进，所述的不同物料在一个步骤或在几个不同的步骤中相互被分离。最具体地说，本发明涉及一个作为预处理的混合步骤，或涉及两种或两种以上的不同物料，特别是两种或两种以上基本不相混溶的流体，可以根据一种或一种以上的性质或各个流体具有的特征，例如它们各自的密度可以被分离的流体相互分离的总工艺过程混合步骤的改进。本发明发现，利用旋液分离器将两种流体混合在一起的方法和设备，作为分离两种不同物料，例如油或似油物料和水的相互分离，和供选择地在悬浮固体颗粒的流体(一般为水)中从该流体中分离悬浮的固体颗粒的总工艺过程中一些步骤的一个预处理步骤的特别应用。但是，本发明的设备和方法也可以用作一个混合器，把一种物料加入另一种物料，这两种物料不分离或基本上不分离，例如，把一种气体暂时或永久地加入一种液体，例如碳酸化饮料。

虽然本发明具体参考使用一个旋液分离器混合空气和含油类与润滑油污物的石油废水或食品加工工业例如乳制品工业的废水，通过在空气和水在剪切力条件下混合来形成乳液或类似的混合物进行描述，但是，应当指出，本发明不受所述方案范围的限制，本发明的范围而是更宽，它包括设备的其它排列、设备和方法的其它用途和设备和方法在除油或石油工业或食品加工工业以外的其它工业中的应用。在其它工业应用的实例中，本发明发现的特殊应用包括一般的食品工业，特别是饮料工业，包括鲜果汁工业和乳制品工业。

旋液分离器已经方便地用于化学处理工业，两种不同物料的相互分离，或两种不相混溶液体的相互分离，或固体和液体，特别是悬浮在液体中的固体的相互分离。过去，根据被处理混合物组分的一种或一种以上所具有的一种或一种以上的性质或特性，旋液分离器已被用于分离被处理混合物的两种组分，结果每一组分通过选择旋液分离器的出口分开地排出。通常，两种组分按照它们不同的比重或密度来分离。待分离的含这些组分的原料在或向旋液分离器的顶部处加入旋液分离器，基本上沿旋液分离器体螺旋形地向下流动，从设置在旋液分离器底部处的出口排出(下流)，同时低密度组分运动进入旋液分离器体内内部产生的位于中心的旋涡，并从位于旋液分离器顶部处的另一出口通过降低该旋液分离器内的压力排出。因此，至今旋液分离器始终有用于物料分离的不同出口物流的两个不同的出口。

本发明人最惊奇地发现是，旋液分离不仅只用于分离物料，而且为达到有利的结果，也可用于将不同的物料混合在一起。使用旋液分离器作混合器的有利结果之一是以一种混合物保持不同的物料或使混合物中的不同物料相互分离，有助于或易于该物料的随后处理。而且，本发明人已经惊奇地发现，在分离两种或两种以上不同物料的总工艺过程中，如果在实际的分离工艺过程开始之前，使用旋液分离器将不同的物料混合在一起作为预处理步骤，在后续的处理过程中，比不使用预处理步骤，该物料更易分离，或反之生成在物料后续分离过程中更好的或有利的稳定混合物。本发明人更惊人地发现，在分离过程或步骤开始前，虽然两种物料更充分地混合在一起，但是，在混合物进入旋液分离器之前，把空气或一种气体加入混合物，比不使用空气或气体，大大有利于两种不同物料相互随后分离。完全没有预料到，混合物的各组分通过更充分地混合，各组分可以更容易地相互分离。

本发明的方法和设备在石油工业之类的各种各样的化学处理工业中发现了应用，例如在油田生产水分离中的应用，炼油厂工艺过程水分离中的应用，石油化学废水分离中的应用和压舱水分离中的应用，在食品和饮料工业中的应用，例如在乳制品工业中或饮料生产工业中从水中分离废物，或混合气体，例如二氧化碳气与饮料如啤洒或软饮料的混合，或在任何工业中所要求的两种不同物料例如不相混溶流体的混合和/或分离，或两种或两种以上的不同比重或密度的流体的分离，从液体中分离固体或悬浮固体和流体的曝气或充气。可以通过本发明的方法和设备处理的石油工业中物料的类型包括轻烃类、重烃类、润滑油类、脂肪油类和脂肪类、杂油物料等。

本发明提供了利用一种混合设备混合第一物料和第二物料的方法，所述的第一物料包括两种不同组分的混合物，为了使这两种不同的组分相互易于分离，其特征是第一物料是通过第一入口加入混合设备，第二物料是通过第二入口加入混合设备，该混合设备以这种方式操作，即第二物料和第一物料一起吸入混合设备，因此第一物料和第二物料是在剪切力作用下进行混合，生成了第一物料和第二物料充分混合的混合物，和充分混合的混合物从混合设备排出，由此通过生成第一物料和第二物料的充分混合的混合物，使第一物料两种不同组分易于分离。

本发明提供的另一个方案，是用于生成第一物料和第二物料充分混合的混合物的混合设备，所述的第一物料包括两种不同组分的混合物，其特征是该混合设备包括把第一物料加入混合设备的第一入口，把第二物料加入混合设备的第二入口，在剪切力条件下生成第一物料和第二物料充分混合的混合物的混合室和排出第一物料和第二物料充分混合的混合物的出口，由此，通过生成第一物料和第二物料的充分混合的混合物，使第一物料的两种不同组分易于相互分离。

本发明的第三方案，是使用该设备生成两种不同组分近乎稳定的混合物，该混合物在一延长的时间期间内分离成两种组分，或作为一种充分混合的混合物保持一相当长的时间期间。

通常，第一物料是水或水溶液或其它的物料。通常第二物料是一种气体，例如空气、氮气、氧气、天然气或其它的气体。

通常，第一物料是包括水和油或似油或亲油物料作为两种不同的组分的废水。通常第一物料是饮料例如软饮料、啤酒或其它的饮料。通常，污染的废水的曝气或充气，通过在本发明的设备中，在剪切力作用下，使被夹带的油或反之空气或气体与废水混合所生成的空气泡或气泡使油或似油组分从水中易于分离。通常，饮料的充气是在压力下，通过加入空气或二氧化碳气生成充气或加气的饮料来使饮料加气。

通常，混合设备是一旋液分离器或是类似旋液分离器的设备。通常，旋液分离器设置一入口，甚至更一般地该入口仅是旋液分离器的入口。在进入旋液分离器之前，两种物料进行预混合。

通常，第二入口位于通往旋液分离器的导管上。该导管是把废水输送到旋液分离器的入口。甚至该入口是在该导管上的空气的注入口、文氏管(venturi)或相似部件，因此空气或气体在进入旋液分离器之前与废水混合。气/空气与废水的混合物进入旋液分离器，在剪切力条件下进一步混合，生成在废水中夹带空气泡或气泡的充分混合的混合物。进入空气的量通过在空气入口附近的导管上的控制装置控制。

进入废水的或与废水混合的空气/气体的量，以混合物的总体积计，为约1-50体积％，优选为10-35体积％，更优选为20-30体积％。

通常，出口把气泡/空气泡和废水的混合物排放到一输送到进一步处理步骤或阶段的导管。在充分混合的混合物中，在进一步处理步骤中油污物与易分离的气泡/空气泡结合。空气泡或气泡的量要大于从废水中被分离的油或似油物料的量。

在本发明的方法和设备所使用的旋液分离器本身没有任何分离作用，旋液分离器只是“吸”空气(通常是在正位移泵的吸入侧处)进入通往旋液分离器的导管，空气被废水溶解并与之很好地混合。产生夹带油滴、悬浮的固体颗粒或其它物的无数的细小空气泡，其结果在随后的处理过程中，空气泡带着悬浮的固体或小滴到达表面，有助于这些物料的相互分离。在没有旋液分离器作为预处理步骤混合器的情况下，空气泡的分布不均匀，并形成导致废水的两不同组分不满意分离的空气的大堵塞物。

现在，通过一个非限制性的实例来描述本发明。这个实例将参考附图说明，其中，图1是一示意流程图，示出了作为大型总装置一部分的本发明混合设备的一种排列方式。

在图1中，示意地示出了装置的一种形式，其中，使用本发明的设备，混合物的两种不同组分易于分离。所述的方案将参考在石油工业中，从水中分离油和可能悬浮的固体，例如，从收集在槽、罐、容器或相似容器的废洗涤水或排水中分离油。在这个实例中，在水循环再利用或通过一般的雨水排水系统处理返回到天然水道之前，有必要从水中分离油和可能悬浮的固体。

被石油产物如油、润滑油等和可能包括固体和悬浮固体污染的水用适宜的泵6经管8从贮罐和/或收集容器4泵送。应当指出，收集容器可为任意形状或装置。通过位于阀10和泵6之间的管8上的吸气装置20进入管8的空气的体积用位于管8上的阀10控制。吸气装置20包括一气体容器22或类似部件[例如空气吸入管等把空气或气体输送到管8并在此与废水混合]和控制进入管8空气量的为阀门形状的节流装置23。吸气装置20是一有效的文氏管或空气进入管8与泵送通过的废水混合的空气注入口。节流装置23可为任何适宜的形状，调节进入管8的空气/气体的量使之与要求的相一致，油和水最后易于分离成两个分开的单个组分。通常，气体是空气。但是，根据天然气或任何其它的气体或两种或两种以上气体的组合也可使用。

应当指出，控制阀10可位于泵6的上游或下游。吸气装置20可以是在常压或加压下操作的一般的常规的吸气装置。通常，吸气装置20允许约25体积％空气与约75体积％废水进入管8。

管24从泵6延伸到混合设备30，成旋液分离器30，特别是聚结旋液分离器形状。在管24上提供适当的装配，形成加入化学添加剂，例如絮凝剂或其类似物的入口26，有助于随后废水，特别是空气泡中夹带油滴的分离。压力表或传感器28或类似部件设置在入口26和旋液分离器30之间的管24的中间位置，提供有助于调节装置操作，特别是通过不同管段的流率和通过第二入口(吸气装置20的节流部件23)加入空气/气体量的信息。

旋液分离器30设置与旋液分离器30的壳体34流体相通的气体或空气与废水的混合物进入旋液分离器的入口32。在旋液分离器的一端处或左右设置出口36。传统的旋液分离器的通常的第二出口用适当的截止部件关闭不使用或不设置通常的第二出口，这是因为本发明的旋液分离器是被用作混合设备，不是作为这种设备传统用途的分离设备，因此旋液分离器产生的两个分离的组分不需要两个分开的出口。但是，在另一些应用中，为了在旋液分离器的操作期间内提供加强控制，使油和废水在剪切力作用下充分地混合，设置第二出口，例如，通过调节旋液分离器内背压就是这样。

在从旋液分离器30的出口36延伸返回到容器4，或特别是返回到容器4的竖管通往分离器管40上设置传感器和阀38。通过操作传感器和阀38检测旋液分离器30内的压力，使旋液分离器30保持较低的背压，有助于在旋液分离器30中空气和废水在剪切力作用下的混合。通过控制阀38把旋液分离器30内的背压保持在预定的值之上，使空气和废水在旋液分离器内强制混合，更易于油和废水的分离。

供选择地，旋液分离器30在阀38之前，设置连接在一起的两个出口，因此所有充分混合的油/水/气混合物都通过随后的处理和分离。

此外，旋液分离器在其底部处或左右在收集从原料混合物分离的固体的底流出口附近处设置一固体收集器。在这种排列方案中，来自旋液分离器的曝气的充分混合的混合物的主排放物是通过在旋液分离器的顶部处或左右的逆流出口排出。在这一方案中，固体收集器定期地清除收集的固体。

在旋液分离器30中的空气/废水混合物在旋液分离器中受到剪切力的作用，足以生成空气是被分散相或被分散流体或水是分散流体或介质的乳液或类似物。

当空气/废水混合物通过旋液分离器高速推进时，产生剪切力，使气体形成数不清的小气泡。油滴和悬浮的固体颗粒吸附在气泡上，随气泡推进通过旋液分离器和装置的导管，结果当混合物从旋液分离器释放到贮存容器或经出口和有关的导管返回到原来的容器并静置一段时间时，空气泡上升到表面，在容器的表面上或多或少收集到油滴和悬浮固体颗粒的泡沫或浮渣。由于浮渣或泡沫含污染的油和/或固体颗粒，通过任何适宜的装置，例如通过适宜的泡沫分离器(skimmer)除去浮渣或泡沫，也可以从水中除去泡沫和固体污染物，因此实现了从水中分离油，水可循环使用或送到废物处理。

应当指出，化学添加剂第二注入点可以设置在管40上，把选择或所需要的化学添加剂注入在这导管内流动的水和气充分混合的混合物。化学添加剂的一个例子是助分离的絮凝剂。在流径的不同的其它位置，设置化学添加剂的其它注入点。

本发明的旋液分离器混合设备发现了作为总装置中一附加部件预处理污染废水的特殊的应用，在污水利用传统的分离技术、设备或方法进行传统的分离前，利用本发明人的待审查的改进的分离设备和方法进行污水的预处理。本发明的混合设备不用代替原有的分离设备，但是与此组合使用，因此提供了以前没有以相同方式使用的至今未知而新颖的旋液分离器的用途。

本发明的方法和设备在许多工业中找到了应用，例如在石油工业、食品加工工业、地下水回收和中间处理等中的应用。

包括空气/气体溶解进入全部废水的本发明的方法和设备的优点如下：

-在气泡形成后，特别是在第一100毫秒内，污物特别是食品污物有吸附到充分混合的混合物空气/水界面的机会。

-更多的废物颗粒有作为气泡形成核的机会。

-产生的空气泡的总数量高，允许增加废物物料的处理量和处理增加了废物残余量的废物物料。

-空气与废水混合良好。

-应当保证水中空气良好的混合；和

-在颗粒之间产生碰撞。

-设备有效地产生成千上万细小的空气泡。

-在某些应用中，要求少量或不要絮凝剂，这降低了运行费用，由于错误和不正确进行方法的可能性极小，因此方法更有效。

-由于空气“吸入”设备和使用旋液分离器作混合器，就使剪切力最小，从而降低了固体颗粒的剪切力作用和随后它们形成絮凝物的自然倾向的减少。

通过说明所述的设备，许多改进可以进行而不离开在本申请中公开的包括每一新颖的特征和这些特征新颖组合的本发明的精神和范围。

本领域内的技术人员将会理解，本申请中描述的本发明除已经详细描述的那些之外，易于做出各种改变和改进。十分清楚，本发明包括落在本发明精神和范围内的所有这些改变和改进。

Claims (22)

1.利用混合设备混合第一物料和第二物料的方法，其中所述的第一物料包括两种不同组分的混合物，为了使两种不同组分易于相互分离，其特征是通过第一入口把所述的第一物料加入混合设备，第二物料通过第二入口加入，混合设备是以这样的方式操作，即第二物料和第一物料被吸入混合设备，因此第一物料和第二物料的混合是在剪切力的作用下进行，生成第一物料和第二物料充分混合的混合物，从混合设备排出充分混合的混合物，由此，因形成了第一物料和第二物料充分混合的混合物，所以第一物料的两种不同组分易于分离。

2.按权利要求1所述的方法，其特征是第一物料是废水、水溶液或含污染物的含水废液。

3.按权利要求1或2所述的方法，其特征是第二物料是气体、空气、氮气、氧气、天然气或其它类似气体。

4.按前述任何权利要求所述的方法，其特征是第一物料是包括水作为一组分，油或似油物或亲油的物料作为另一组分的废水混合物。

5.按权利要求1-3所述的任一项方法，其特征是第一物料是饮料，例如软料、啤酒、果汁或其它饮料。

6.按权利要求4所述的方法，其特征是气体与水或废水的混合使污染的废水曝气或充气，通过油被夹带或反之在剪切力的作用下，所产生的空气或气体与废水充分混合而形成的空气泡或气泡，油或似油物易于与水的分离。

7.按前述任意权利要求所述的方法，其特征是通过一个或两个出口从旋液分离器排出充分混合的混合物，其条件是如果有两个出口且两个出口连接在一起，形成两种物料的充分混合的混合物单一物流。

8.按权利要求4-7所述的任一项方法，其特征是在废水加入旋液分离器之前，或空气或气体和废水通过不同的入口或通过一个入口的不同部分加入旋液分离器之前，空气或气体与废水混合。

9.按权利要求8所述的方法，其特征是在预混合的条件下，气体/空气和废水的混合物进入旋液分离器时，在剪切力作用下进一步混合，在旋液分离器中生成在废水中夹带空气泡或气泡的充分混合的混合物。

10.按前述任何权利要求所述的方法，其特征是进入设备的空气量由位于形成空气或气体入口的导管上的控制部件控制。

11.按前述任意权利要求所述的方法，其特征是进入并与废水混合的空气/气体的量，以混合物总体积计，为1-50体积％，优选为10-35体积％更优选20-30体积％。

12.按前述任意权利要求所述的方法，其特征是气泡/空气泡与废水的充分混合的混合物从混合设备排出，进行两组分分离的进一步处理步骤或阶段。

13.一种生成第一物料和第二物料充分混合的混合物的混合设备，其中，所述的第一物料包括两种不同组分的混合物，其特征是该设备包括把第一物料加入混合设备的第一入口、把第二物料加入混合设备的第二入口、在剪切力作用条件下，生成第一物料和第二物料充分混合的混合物的混合室和排出第一物料和第二物料充分混合的混合物的出口，由此，因生成第一物料和第二物料的充分混合物，第一物料的两种不同组分易于相互分离。

14.按权利要求13所述的混合设备，其特征是所述的混合设备是旋液分离器或类似旋液分离器的设备。

15.按权利要求13或14所述的设备，其特征是所述旋液分离器设置一个入口。

16.按权利要求13-15所述的任一项设备，其特征是第二入口位于通往旋液分离器的导管上。

17.按权利要求13-16所述的任一项混合设备，其特征是有第二入口的导管是把废水输送到旋液分离器的第一入口。

18.按权利要求13-17所述的任一项混合设备，其特征是第二入口是位于通往第一入口导管上的空气注入口、文氏管或其它类似部件，因此在这种混合物进入旋液分离器之前，空气或气体与废水先进行混合。

19.按权利要求13-18所述的任一项混合设备，其特征是出口装置把气泡/空气泡和废水的充分混合的混合物排放到进一步处理步骤或进一步分离阶段。

20.按权利要求13-19所述的任一项混合设备，其特征是有一个出口或两个出口，其条件是如果有两个出口，那么这两个出口是相互连接在一起，形成充分混合物料的单一物流。

21.一种参考附图基本如上所述的第一物料和第二物料的混合方法。

22.一种参考附图基本如上所述的生成第一物料和第二物料充分混合的混合物的设备。

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