CN1318425A - 一种用于互不相溶液体混合物的分离装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于互不相溶液体分离的装置,属于机械领域。该装置包括一个聚结器、旋液分离器组件、泵和调节系统。聚结器包括一个圆柱形筒体及内件。旋液分离器组件包括若干个旋液分离器和进料腔、溢流腔和底流腔。旋液分离器包括一个带有切向进料口的圆柱形旋流发生腔,一个带有轴向排油口和排水口的倒圆锥形旋流加速腔。本发明可用于不互溶液体的分离,如油污水去油等。

Description

一种用于互不相溶液体混合物的分离装置

本发明涉及对互不相溶液体混合物进行分离的装置以及该装置的新用途。

传统的旋流器，即用于固/液或固/气混合物分离的旋流器，湍流程度及对流动的扰动大、停留时间短，故一般不能用于互不相溶液体混合物的分离。

专利CN 85 1 00767 A给出的一种用于油水分离的旋流器，其主体部分由圆柱形旋流发生腔和倒锥形旋流加速腔组成，但入口不在旋流发生腔顶端，且轻相和重相出口都不是轴向的，而有轻相和重相收集腔。入口速度只有0.068～0.64m/s，所产生的离心力只能使较大的分散油滴发生沉降。

 M.T.Thew和D.A.Colman发明的一种用于液体混合物分离的旋液分离器，给出了这种旋液分离器的基本构型(美国专利US44 237 006和US4 231 368)，并给出了旋流加速腔母线的一种形式的方程(英国专利GB2211765B)。但这给出的曲线方程只是一个特例，对于不同的旋流器直径或相同旋流器直径、不同的底流口直径，就不合适了。

专利91109284.6给出了一种小直径(8～28mm)液/液旋液分离器的旋流发生腔和加速腔的长度，旋流加速腔内壁面积与体积的比值，以及旋流加速腔母线为一二次曲线(没给出具体曲线常数)。

专利92104381.3给出了一个由旋液分离器和重力分离器组成的油水分离系统。

以上专利技术装置难以对重相占绝大部分，轻相只有极少部分(通常在百分之几以下)的乳化液体混合物进行分离。

本发明的目的是提供一种能对重相占绝大部分，轻相只有极少部分(通常在百分之几以下)的乳化液体混合物进行分离的分离装置。这种混合物的典型例子是含油污水，它是一种人们生活或生产活动中产生的面广量大的污水，如石油开采、炼制、油品贮运、油轮事故、轮船压舱洗舱、石油化工、车辆清洗、机械制造、食品加工等过程中产生的含油污水。本发明特别涉及但并不限于含油水的去油。

为实现上述目的，本发明的技术方案是，该互不相溶液体混合物分离装置由泵、聚结器、旋液分离器组件和调节显示系统组成。此聚结器呈管状且在管子内设有波纹板。旋液分离器组件内部空间设置若干个旋液分离器、进料腔、溢流腔和底流腔，进液口、轻液出口和重液出口以及各自的排空口设置于上述诸腔室的相应部位。旋液分离器包括一个带有双入口和一个轴向轻液出口--溢流口的圆柱形旋流发生腔，一个带有轴向重液出口--底流口的旋流加速腔。

旋液分离器内设置有带有双入口和轴向轻液出口的圆柱形旋流发生腔以及带有轴向重液出口的旋流加速腔。旋液分离器双入口，入口曲线为一多项式：

           y=3.0×10^-7x⁴+1.0×10^-4x³-0.0152x³+0.0829x+36.337；垂直于流动方向的入口截面形状为矩形，其长宽比为3∶1～6∶1。轴向轻液出口直径与旋液分离器直径之比为0.001～0.05。重液出口直径与旋液分离器直径之比为0.175～0.225。旋流加速腔的母线由两段曲线组成：曲线1： $\frac{r}{R}=\sqrt{1-{\left(\frac{z}{R}\right)}^2},(0\≤\frac{z}{R}\≤0.433)$ 曲线2： $\frac{r}{R}=\frac{R_u}{R}+(0.9014-\frac{R_u}{R})\exp [-\frac{0.5774}{0.9014-R_u/R}(\frac{z}{R}-0.433)],(0.433\≤\frac{z}{R}\≤\frac{L_a}{R})$ 式中，r--旋流加速腔在某一轴向位置的半径；

  z--离加速腔起始位置的轴向距离；

  R_u--旋液分离器底流口半径，=D_u/2；

  R、D--分别为旋液发生腔的半径和直径；

  L_a--旋流加速腔长度。

旋液分离器重液排出口设有底流导流板。旋液分离器组件中的旋液分离器中间支承处设有吸振器。泵具有低剪切作用，且可通过变频调速器控制其转速。此外，本发明给出的分离装置适用于分离两种具有密度差的不相溶液体，可同时得到较纯的液相，从大量重液中分离出少量或微量轻液时，如乳化油污水(平均油滴粒度约30微米)，可将含油量从2000ppm以上降到50ppm以下。

本发明给出的互不相溶液体分离装置，其关键部分为旋液分离器。互不相溶的液体混合物以一定的方式注入旋液分离器后，产生强烈的旋转，从而产生离心力场。在离心力场作用下，分散相(如油滴)相对于连续相(如水)作离心沉降运动，与固/液或固/气混合物分离不一样，分散相(如油滴)向旋流器中心迁移、聚集，并沿轴向旋液分离器溢流口流动，作为溢流排出。连续相(如水)在旋液分离器内沿壁面向底流口流动，作为底流排出。在此过程中，由于分散相也是一种流体，通常，一方面分散相与连续相的密度差较固/液或固/气混合物的为小，另一方面，液体颗粒不像固体颗粒那样强度大，很容易在流体剪切作用下破碎--剪切敏感，这样，更增加了互不相溶液体混合物分离的难度。因此，用于互不相溶液体分离的旋液分离器必须具有大的离心力、长的停留时间、小的湍流程度及对流动的扰动。

本发明在大量研究与工业实践的基础上发现，以往的液/液旋液分离器由于结构形式上的问题产生了内部流动的不对称性，使内部流动受到扰动，从而影响分离效率。本发明采用两个或两个以上一定曲线形式的入口，有效的解决了旋流器内流动的不对称性问题。

湍流是导致液滴破碎和微小液滴难于分离的主要因素。本发明除了用上述形式的入口外，还在旋流加速腔采用了两段母线，以减小湍流程度和滞流。

这种分为两段的旋流加速腔母线可用于不同旋液发生腔直径或不同底流口直径的液/液旋液分离器，并且可有效消除旋液发生腔与旋流加速腔连接处的滞流现象和降低湍流程度。

早期南安普顿大学M.T.Thew和D.A.Colman发明的液/液旋液分离器为双锥形，以长锥入口处的直径定义为液/液旋液分离器的参考直径，但后来液/液旋液分离器发展为以一曲线为母线形成的腔体代替双锥，此时的旋流器参考直径就很难定义和测量。因此，还是像传统的固/液旋流器一样，也以旋流发生腔的直径定义为液/液旋液分离器的参考直径，来得简单、直观、方便。

液/液旋液分离器，如英国专利GB2211765B、专利91109284.6和专利92104381.3所述，都采用大底流口直径，D_u/D=0.25。本发明的底流口直径小，D_u/D=0.175～0.225，可避免因使用阀门调节底流流量或背压而产生额外的流体剪切，造成油滴破碎而增加后处理的难度。

本发明的优点是此液液旋流分离器适用于平均油滴粒度为30微米的含油水去油，可将含油量从上千mg/L降到10mg/L以下；用于炼油工业中分馏塔排出的含油水(乳化液，平均油滴粒度约为30微米)去油，可将含油量从1500mg/L以上降到100mg/L以下。此外，本发明液液旋流分离器在达到上述分离性能的同时，所需压力降在0.5MPa以下，一般在0.4MPa以下，表现为低能耗或低压降特性。

附图1是本发明互不相溶液体分离装置组成示意图。

附图2是旋液分离器组件的结构示意图。

附图3是旋液分离器的结构示意图。

下面结合附图介绍本发明的实施例。本实施例给出的互不相溶液体分离装置组成如附图1所示。该分离装置由一台低剪切泵5、一个聚结器6、一个旋液分离器组件7和调节显示系统组成。聚结器6包括一个圆柱形简体及内件，其外形呈管状，其内件为波纹板。旋液分离器组件(图2)包括若干个旋液分离器11和进料腔13、溢流腔9和底流腔14，相应地有进液口12、轻液出口10和重液出口16以及各自的排空口17。旋液分离器11(如图3所示)包括一个带有双入口和一个轴向轻液出口--溢流口8的圆柱形旋流发生腔，一个带有轴向重液出口--底流口的旋流加速腔。旋流加速腔的母线由两段曲线组成，即曲线1和曲线2。不互溶液体混合物经泵5加压，先经聚结器聚结6，再进入旋液分离器组件7的进料腔13，经过旋流分离，重液富集于底流腔14，经阀门从重液出口16排出；轻液富集于溢流腔9，经阀门从轻液出口10排出。

在旋液分离器中间支承处设有吸振器15，以减轻由系统的水力振动对旋液分离器工作的影响。

通过上述旋液分离器的液体绝大部分通过底流口排出，这部分液体具有的剩余的旋转速度已无力再将小油滴分离，但还具有很大的旋转能量。本发明在底流口设置导流板3，将无效的流体旋转运动转变为沿管道轴向的流动，减少能耗。

本实施例所用的泵5为低剪切泵，且可通过变频调速器4控制其转速，以满足流量要求。这样，一方面减小湍流，另一方面减少能耗。

本实施例在旋液分离器前设置了一个管式聚结器6，在管子内设有波纹板等形式的内件，以不断改变液体流向，使液体混合物达到一定的湍动程度，增加分散液滴的碰撞和聚结机会，从而提高整个装置的除油效率。

不互溶液体经泵加压，先经聚结器聚结，再进入旋液分离器组件的进料腔，经过旋流分离，重液富集于底流腔，经阀门从重液出口排出；轻液富集于溢流腔，经阀门从轻液出口排出。

Claims (11)

1、一种用于互不相溶液体混合物的分离装置，由泵、旋液分离器组件和调节显示系统组成，其特征在于：旋液分离器组件内部空间设置若干个旋液分离器、进料腔、溢流腔和底流腔，进液口、轻液出口和重液出口以及各自的排空口设置于上述诸腔室的相应部位。

2、根据权利要求1所述的一种用于互不相溶液体混合物的分离装置，其特征在于：该分离装置组成中还可以包括有聚结器，此聚结器呈管状且在管子内设有波纹板。

3、根据权利要求1所述的一种用于互不相溶液体混合物的分离装置，其特征在于：旋液分离器包括一个带有双入口和一个轴向轻液出口--溢流口的圆柱形旋流发生腔，一个带有轴向重液出口--底流口的旋流加速腔。

4、根据权利要求1所述的一种用于互不相溶液体混合物的分离装置，其特征在于：旋液分离器双入口，入口曲线为一多项式：

           y=3.0×10^-7x⁴+1.0×10^-4x³-0.0152x³+0.0829x+36.337；垂直于流动方向的入口截面形状为矩形，其长宽比为3∶1～6∶1。

5、根据权利要求1所述的一种用于互不相溶液体混合物的分离装置，其特征在于：轴向轻液出口直径与旋液分离器直径之比为0.001～0.05。

6、根据权利要求1所述的一种用于互不相溶液体混合物的分离装置，其特征在于：重液出口直径与旋液分离器直径之比为0.175～0.225。

7、根据权利要求1所述的一种用于互不相溶液体混合物的分离装置，其特征在于：旋流加速腔的母线由两段曲线组成：曲线1： $\frac{r}{R}=\sqrt{1-{\left(\frac{z}{R}\right)}^2},(0\≤\frac{z}{R}\≤0.433)$ 曲线2： $\frac{r}{R}=\frac{R_u}{R}+(0.9014-\frac{R_u}{R})\exp [-\frac{0.5774}{0.9014-R_u/R}(\frac{z}{R}-0.433)],(0.433\≤\frac{z}{R}\≤\frac{L_a}{R})$ 式中，r--旋流加速腔在某一轴向位置的半径；

  z--离加速腔起始位置的轴向距离；

  R_u--旋液分离器底流口半径，=D_u/2；

  R、D--分别为旋液发生腔的半径和直径；

  L_a--旋流加速腔长度。

8、根据权利要求1所述的一种用于互不相溶液体混合物的分离装置，其特征在于：旋液分离器重液排出口设有底流导流板。

9、根据权利要求1所述的一种用于互不相溶液体混合物的分离装置，其特征在于：旋液分离器组件中的旋液分离器中间支承处设有吸振器。

10、根据权利要求1所述的一种用于互不相溶液体混合物的分离装置，其特征在于：泵具有低剪切作用，且可通过变频调速器控制其转速。

11、一种用于互不相溶液体混合物的分离装置的用途，其特征在于：此分离装置适用于分离两种具有密度差的不相溶液体混合物，可同时得到较纯的液相，从大量重液中分离出少量或微量轻液时，如乳化油污水(平均油滴粒度约30微米)，可将含油量从2000ppm以上降到50ppm以下。

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