CN208082240U - 一种基于旋流冲洗的膜法油水分离装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于旋流冲洗的膜法油水分离装置，包括中空的腔体，所述腔体内部设置有一中空的滤筒，所述滤筒的外壁与腔体的内壁之间螺旋绕设有导流叶片，所述腔体的底部设置有切水口，所述腔体的侧壁低于滤筒底部的位置处设置有入口，所述腔体的顶部设置有出口。所述腔体包括圆柱形中空的筒体结构，该筒体结构的上方设置有向上拱出的上盖，该筒体结构的下方设置有向下拱出的下盖，所述上盖、筒体结构以及下盖一体成型或焊接结合，所述滤筒同轴设置于筒体结构的中心。本实用新型基于旋转流场实现预防及清理过滤材料表面杂质，进一步降低较重杂质与过滤材料的接触，可有效的防止固体杂质接触或进入过滤材料内部，从而延长滤筒使用寿命。

Description

一种基于旋流冲洗的膜法油水分离装置

技术领域

本实用新型属于机械工程、表面工程与环境工程技术领域，具体涉及一种基于旋流冲洗的膜法油水分离装置。

背景技术

膜过滤是一种物理式的过滤方法，没有发生化学变化。膜法过滤可用于固液分离，将液体中固体杂质截留，也可用于液/液两相分离。使用过滤膜的过滤方式，不需要凝絮化学处理，也不需蒸发分离作用，只需一定驱动力将待处理物质通过过滤膜使得杂质被截留。膜法过滤的方式主要有两种：一种是流动液体全部垂直通过过滤材料，杂质被过滤膜截留称为全量过滤，另外一种是流体流动的方向与过滤膜方向平行，该方式称为错流过滤，由于液体在膜表面上流动，产生剪切应力，减少过滤膜表面因杂质浓缩而形成污垢堆积产生固体杂质。膜分离方法具有结构紧凑、操作简单、能耗低及通用性强等优点，因此广泛应用于各类水处理工艺过程中，尤其在油水分离领域内具有良好的应用前景。含有脂类及油类的废水称为含油废水，石油石化行业的采油炼油废水、油品运输及存储泄漏是含油污水产生的主要途径之一。

随着能源行业的高速发展，全世界范围内石油泄漏事故频繁出现，此外，在原油开采、机械加工、纺织染色、生物制药等工业生产活动中都会产生大量的油水混合液，由此造成污染十分严重。随着国民经济的发展和人们对生活环境要求的日益重视。石化行业、机械加工以及其它行业产生的含油废水亟待处理，根据油类与水的物理及化学性质存在的差异，人们提出了各种油水分离技术。重力法是基于油类物质与水在密度上存在的差异来实现油水分离的，由于油、气、水的相对密度不同,组分一定的油水混合物在一定的压力和温度下,当系统处于平衡时就会形成一定比例的油、气、水相。重力作用下较重组分液滴会发生沉降。重力式沉降分离设备即根据这一基本原理进行设计。气浮法又称浮选法，主要是根据水和油的密度差或者化学性质不同，在利用重力沉降原理的基础上，依靠水中形成微小气泡,携带絮粒上浮至液面使水净化的一种方法，是国内外正在深入研究并不断推广的一种油水分离的水处理方法。气浮法应用的条件是附在油滴上的气泡可形成油气颗粒。由于气泡的出现使水和颗粒之间密度差加大,且颗粒直径比原油油滴大,所以用颗粒密度代替油密度可使上升速度明显提高。其主要优点是操作简单，缺点是投资较大、占地多、操作弹性小、油资源难于回收、分离效率低、容易造成二次污染。旋流法是利用油水密度的不同,使高速旋转的油水混合液产生不同的离心力,从而使油与水分开。由于离心设备可以达到非常高的转速,产生高达几百倍重力加速度的离心力,因此离心设备可以较为彻底地将油水分离开,并且只需很短的停留时间和较小的设备体积。由于离心设备有运动部件,日常维护较难,因此只应用于试验室的分析设备和需要减小占地面积的场所。利用离心分离原理工作的一种主要设备是旋流器,它用于将作为连续相的液体与作为分散相的固粒、液滴或气泡进行物理分离的设备。油与水之间的密度差越大,两相就越容易分离。与重力场中的情况类似,在两相之间的密度差一定的条件下,分散相的颗粒直径越大,在重力场中达到平衡状态时两相之间反向运行的速度差越大,因此就越容易分离。

低污染、低能耗、高效的油水分离膜必然称为油水分离领域内主要发展方向。然而过滤膜分离等方法，均易引起堵塞，现场操作难度大，过滤膜处理方法主要有，曝气、反冲洗、错流以及人工化学清洁等方式。反冲洗及错流等方式均是通过过滤膜与流体间相互运动使得粘附在过滤膜表面的固体杂质去除，然而在杂质浓缩凝聚过程中深入到过滤膜内部因此很难经过简单流体作用力实现杂质的去除，因此错流及反冲洗在使用上收到限制。而认为化学清洗可较为彻底的实现过滤膜的清洗，然而清洗过程中需要过滤设备停止运转往往造成较大的资源损耗。

针对现有过滤膜表面杂质浓缩凝结形成的固体杂质难以去除的问题，提出一种旋转流场预防和去除杂质的方法，延长滤芯使用寿命。

实用新型内容

针对现有技术中膜法分离设备由于过滤膜堵塞而引起使用寿命低等问题，本实用新型基于流场及机械结构提供一种基于旋流冲洗的膜法油水分离装置，其利用旋转流场的方式实现预防及去除过滤膜表面杂质，通过结构优化设计具有处理方法简单、经济可靠、处理效果好等优点，可广泛应用于各种膜法过滤设备过滤膜表面预防及清理问题。

一种基于旋流冲洗的膜法油水分离装置，包括中空的腔体，所述腔体的内部设置有一中空的滤筒，所述滤筒的外壁与腔体的内壁之间螺旋绕设有导流叶片，所述腔体的底部设置有切水口，所述腔体的侧壁低于滤筒底部的位置处设置有入口，所述腔体的顶部设置有出口。

优选地，所述腔体为圆柱形，所述滤筒设置于腔体内部的中心位置，且与所述腔体同轴设置。

优选地，所述腔体包括圆柱形中空的筒体结构，该筒体结构的上方设置有向上拱出的上盖，该筒体结构的下方设置有向下拱出的下盖，所述上盖、筒体结构以及下盖一体成型或焊接结合，所述滤筒同轴设置于筒体结构的中心，所述导流叶片的侧缘与腔体的内壁焊接。

优选地，所述上盖的顶部设置有出口，所述下盖的底部设置有切水口，所述入口设置于筒体结构与所述下盖衔接的位置。

优选地，所述滤筒包括支撑材料和滤膜，所述滤膜围设于所述支撑材料的外部。

优选地，所述支撑材料选择孔径为0.5-10mm的金属网。

优选地，所述滤膜选择孔径为5-50μm的金属过滤网。

优选地，所述腔体通过支角支撑。

优选地，所述滤筒为圆柱形滤筒。

本实用新型具有的优点在于：

本实用新型提供一种基于旋流冲洗的膜法油水分离装置，其基于旋转流场实现预防及清理过滤材料表面杂质，过滤器工作期间流场主运动方向与过滤方向接近垂直而形成错流过滤，过流界面处的剪切流动使杂质在过滤过程中进入微孔过滤材料的概率大大降低，从而进一步降低较重杂质与过滤材料的接触，可有效的防止固体杂质接触或进入过滤材料内部，从而延长滤筒使用寿命。

该除杂方式在进行杂质去除时不影响过滤器正常使用，在清理固体杂质过程中不需要停止过滤器工作不影响其他工序，与反冲洗等杂质去除手段相比，旋流除杂是一种在整体过流界面上均可去除杂质的方式，可避免由于反冲洗只能将局部滤饼去除而引起后续过滤效果降低等问题。

本实用新型具有操作简单、成本低廉、环境友好等显著特点，有着良好的工程应用前景。

附图说明

图1为本实用新型中膜法油水分离装置的整体结构示意图。

图2为本实用新型中杂质受力示意图。

图中：1-腔体；2-滤筒；3-导流叶片；4入口；5-出口；6-切水口；7-支角；8-回流口。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型提供一种基于旋流冲洗的膜法油水分离装置，如图1所示，包括中空的腔体1，所述腔体1通过支角7支撑。所述腔体1靠近底部的位置设置有入口4，腔体1的底部设置有切水口6，入口4处于切水口6上方，腔体4的顶部设置有出口5。所述腔体4的内部于中心位置设置有一中空的圆柱形滤筒2，所述滤筒2的外壁围设有螺旋状绕设的导流叶片3，从滤筒2的顶端至底端绕设该导流叶片3。所述导流叶片3远离滤筒2外壁的侧缘与所述腔体1的内壁相接触，二者可以相互焊接连接，这样使从入口4进入的流体全部进入导流叶片3所形成的流道内，随着流体不断从入口4加入，进而使流体在流道内旋转运动，从而分离油水。所述导流叶片3与滤筒2相靠近的端部侧缘与滤筒靠近，但并不完全贴合，留有非常小的间隙，以便于更换滤筒2。所述腔体1上方还设置有回流口8。

如图1所示，所述腔体1的主体为圆柱形中空的筒体结构，该筒体结构的顶部具有向上拱出的拱形上盖，筒体结构的底部具有向下拱出的下盖，该筒体结构与上盖和下盖一体成型或焊接结合，形成一个中空的腔体，所述入口4设置于筒体结构与所述下盖衔接的位置或者距离该位置略靠上，即于低于滤筒2底部的腔体1的侧壁上设置所述入口4，所述切水口6位于所述下盖的底部，所述出口5位于所述上盖的顶部。所述上盖与所述筒体结构衔接的位置或者距离该位置略靠下还设置有回流口8。

通过腔体内部的导流叶片使得过滤介质在腔体内实现旋流，过滤介质的旋转流动一方面使得过流界面处的主流方向是沿切向方向运动，有效减少杂质与过滤材料接触，另一方面旋转流动使得过滤介质中密度较重的杂质在离心力的作用下远离过流界面，进一步减小杂质与滤膜的接触，如图2受力示意图所示。该膜法油水分离装置在过滤过程中通过导流叶片实现的流场结构优化设计而实现预防以及清除杂质，并且基于旋流带来的剪切应力实现除杂，避免了反冲洗等除杂方法由于局部滤饼脱落引起的除杂不彻底，具有分离效果显著、操作方便、成本低廉、易于工程化、不带来二次污染等特点，有望用于解决各类过滤器过滤膜堵塞不易更换等问题。

所述滤筒包括支撑材料和滤膜，选用具有良好刚性强度的孔径为0.5-10mm(优选为2-10mm)、厚度为1-5mm的金属网作为支撑材料，于该支撑材料的外部挂设滤膜，该滤膜优选孔径为5-50μm、厚度为100-500μm的金属过滤网。可以根据通量大小制备成相应尺寸的滤筒。在具体实际选择时，可以根据过滤介质粘度以及杂质含量优化设计滤筒的外表面与腔体内壁的间隙。

所述导流叶片的围绕于所述滤筒设置的高度为5-25mm，厚度为0.5-2mm，疏密程度满足螺旋线螺距为10-50mm，使流体在压力驱动下进入腔体后形成稳定良好的旋流。

本实用新型中利用旋流的方式预防及去除杂质的方法的有益效果是：根据流场及旋流的产生一方面使得过流界面处产生剪切应力，另一方面旋流产生的离心力均会导致杂质接触滤膜表面的难度增加，降低滤膜发生堵塞的概率，增加滤筒等核心组件的使用寿命。

按照上述结构设计膜法油水分离装置，由于腔体内旋转流场的行程，过滤介质中杂质在过流界面处的剪切力以及旋转流场形成的离心力作用下难以在滤膜表面形成粘附及堆积，当发生部分粘附时由于旋转流场的剪切作用可实现杂质去除，避免反冲洗杂质去除方法中由于压力不均匀引起的局部杂质脱落而影响过滤组件继续使用。该结构实现的预防杂质粘附及去除过程中，基于流场运动不影响过滤材料(滤膜)的功能，因此在去除杂质过程中不需要停机，因此可有效提高过滤器使用寿命、减小维护成本。

下面结合实例对所提出基于旋转流场的杂质预防及去除技术做进一步的详细说明。

实施例

选用厚度为1mm、孔径为20mm的高强度精钢网作为支撑材料，选用孔径为10μm、厚度为100μm的金属过滤网经烧结形成复合过滤材料，根据上述结构，选用厚度为1mm、宽度为20mm的不锈钢带按螺旋线结构焊接在腔体内壁。选用含有水分以及絮状物杂质的柴油为过滤介质，入口处压力为0.3MPa(3atm)。本实用新型提供的膜法分离装置通过与无导流叶片的过滤结构对比，将该装置用于过滤器内部可在保证过滤器正常使用的前提下，将使用寿命由90天增加到180天，大幅度提高过滤设备的使用寿命。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于旋流冲洗的膜法油水分离装置，其特征在于，包括中空的腔体，所述腔体的内部设置有一中空的滤筒，所述滤筒的外壁与腔体的内壁之间螺旋绕设有导流叶片，所述腔体的底部设置有切水口，所述腔体的侧壁低于滤筒底部的位置处设置有入口，所述腔体的顶部设置有出口。

2.根据权利要求1所述的基于旋流冲洗的膜法油水分离装置，其特征在于，所述腔体为圆柱形，所述滤筒设置于腔体内部的中心位置，且与所述腔体同轴设置。

3.根据权利要求1所述的基于旋流冲洗的膜法油水分离装置，其特征在于，所述腔体包括圆柱形中空的筒体结构，该筒体结构的上方设置有向上拱出的上盖，该筒体结构的下方设置有向下拱出的下盖，所述上盖、筒体结构以及下盖一体成型或焊接结合，所述滤筒同轴设置于筒体结构的中心，所述导流叶片的侧缘与腔体的内壁焊接。

4.根据权利要求3所述的基于旋流冲洗的膜法油水分离装置，其特征在于，所述上盖的顶部设置有出口，所述下盖的底部设置有切水口，所述入口设置于筒体结构与所述下盖衔接的位置。

5.根据权利要求1所述的基于旋流冲洗的膜法油水分离装置，其特征在于，所述滤筒包括支撑材料和滤膜，所述滤膜围设于所述支撑材料的外部。

6.根据权利要求5所述的基于旋流冲洗的膜法油水分离装置，其特征在于，所述支撑材料选择孔径为0.5-10mm的金属网。

7.根据权利要求5所述的基于旋流冲洗的膜法油水分离装置，其特征在于，所述滤膜选择孔径为5-50μm的金属过滤网。

8.根据权利要求1所述的基于旋流冲洗的膜法油水分离装置，其特征在于，所述腔体通过支角支撑。

9.根据权利要求1所述的基于旋流冲洗的膜法油水分离装置，其特征在于，所述滤筒为圆柱形滤筒。