CN212292990U

CN212292990U - 一种厌氧三相分离器

Info

Publication number: CN212292990U
Application number: CN202021289322.XU
Authority: CN
Inventors: 李兵; 郑晓伟; 郭栋
Original assignee: Environmental Protection Institute of Light Industry
Current assignee: Environmental Protection Institute of Light Industry
Priority date: 2020-07-02
Filing date: 2020-07-02
Publication date: 2021-01-05
Anticipated expiration: 2030-07-02

Abstract

本实用新型的一种厌氧三相分离器，包括第一模组、第二模组、第三模组、第四模组和固定架，第一、二、三模组顶部分别连接有导气管；第一模组包括圆锥筒体，第二模组包括圆台二和倒置在圆台二内的圆台一，圆台一底部与圆台二顶部连接；第三模组包括圆台四和倒置在圆台四内的圆台三，圆台三底部与圆台四顶部连接；第四模组包括倒置的圆台五；第二模组底部固定在固定架上方，第三模组顶部固定在固定架下方且位于第二模组外环侧，固定架四周固定在圆台五顶部，第一模组的顶部固定在固定架的中心且间隔布置在圆台三内，固定安装时，各模组同轴。本实用新型的各模组模块化设计和制作，满足厌氧反应器设计需求，避免大量繁琐的设计计算。

Description

一种厌氧三相分离器

技术领域

本实用新型涉及厌氧消化技术领域，具体涉及一种厌氧三相分离器。

背景技术

厌氧消化工艺指在隔绝氧气的条件下，厌氧微生物利用有机污染物作为代谢底物，在降解污染物的同时产生沼气，沼气的主要成分是甲烷和二氧化碳，采用厌氧工艺处理有机废水具有能源和环保双重效益，从上世纪70年代以来，以UASB为代表的第二代高效厌氧反应器在工农业高浓度有机废水处理领域取得了广泛的应用，具有广阔的应用前景。

为了考察UASB(Upflow Anerobic Sludge Bed，升流式厌氧污泥床)反应器、EGSB(Expanded Granular Sludge Bed，膨胀颗粒污泥床)反应器、IC(Internal Circulation，内循环)反应器等第二代、第三代高效厌氧反应器对废水厌氧处理的可行性，评估处理负荷和处理能力，以小型反应器做模拟试验，是行业技术人员经常采用的方式。三相分离器作为上述反应器设备的核心部件，起着对反应器内颗粒污泥(固)、厌氧消化液(液)、沼气(气)三相分离的功能，三相分离器的分离效果直接决定着厌氧反应器的效率，模拟的试验条件应尽量与实际运行条件相似或优于实际条件。

目前应用于工程的三相分离器大多以长条型多层结构为主。对方形反应器而言，长条型三相分离器设计安装简单，回流缝面积大，能够满足设计要求；然而方形反应器内，均匀的水力条件难控制，容易存死角，导致有效容积小，反应器效率普遍较低；圆形(塔式)反应器能够避免方形反应器存在的水力条件难控制问题，但是三相分离器若采取条型设计，设计计算复杂繁琐，牛腿或盲板的设计会占用回流缝面积。而用于试验的UASB反应器由于尺寸小，三相分离器的设计和制作更加困难，采用条型设计，一方面尺寸过小，三相分离器模块制作时的尺寸精度和安装精度、水平精度都难保证，在实际运行时容易出现漏气、分离效率低等问题而不具有操作性。更多的情况下，行业技术人员在制作UASB反应器时，仅以简单的倒扣漏斗作为三相分离器，虽然能够起到分离效果，但是回流缝面积小，一般设计三相分离器回流缝面积占沉淀区面积的15％～25％才能起到较好的分离效果，而倒扣漏斗型三相分离器800(如图10所示)回流缝面积仅占沉淀区总面积的14％左右，一方面极大的限制了水力负荷的提升，也同时影响固、液、气三相分离效率，导致试验结果呈现负偏差，对实际工程设计的指导意义大打折扣。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的问题，提供一种厌氧三相分离器及其制作方法。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种厌氧三相分离器，包括第一模组、第二模组、第三模组、第四模组和固定架，所述第一模组、第二模组、第三模组顶部分别连接有导气管；所述第一模组包括圆锥筒体，所述第二模组包括圆台二和倒置在圆台二内的圆台一，所述圆台一的底部与圆台二的顶部连接；所述第三模组包括圆台四和倒置在圆台四内的圆台三，所述圆台三的底部与圆台四的顶部连接；所述第四模组包括倒置的圆台五；所述第二模组底部固定在所述固定架上方，所述第三模组顶部固定在所述固定架下方且位于所述第二模组的外环侧，所述固定架四周固定在所述圆台五顶部，所述圆锥筒体的顶部固定在所述固定架的中心位置且间隔布置在所述圆台三内；所述圆锥筒体、圆台一、圆台二、圆台三、圆台四以及圆台五同轴布置且锥角均为60°；所述圆台一、圆台二、圆台三、圆台四的母线长度为L，所述圆台五母线长度为2L，所述圆台四的底部直径为4L，所述圆台二的底部直径为2.5L，所述圆台五的底部直径为5.5L，所述圆锥筒体底直径为L。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的厌氧三相分离器，只需要确定三相分离器回流斜面长度L，就可以确定UASB反应器三相分离器所有尺寸，根据设计负荷等参数确定沉淀区尺寸及反应器高度H后，即可以满足厌氧反应器设计需求，避免大量繁琐的设计计算。本实用新型的三相分离器方案，回流缝面积占沉淀区总面积比例为24％，符合15％～25％的行业设计要求，相比行业技术人员普遍采用的方案提升了70.08％。本专利所公开的三相分离器制作方式，不仅可以用在UASB反应器中，还可以用于EGSB，IC等含有三相分离装置的应用场景。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

进一步，所述圆锥筒体、圆台一、圆台二、圆台三、圆台四以及圆台五的母线与底面的夹角均为60°。

采用上述进一步方案的有益效果是：采用60度角设计，方便计算设计，更加方便制作。

进一步，所述固定架为十字交叉结构，其中心交叉处开设有中心孔，所述圆锥筒体上的导气管穿过所述中心孔并与所述固定架固定。

进一步，所述圆台一底部尺寸和圆台二顶部尺寸相同，所述圆台三底部尺寸和圆台四顶部尺寸相同。

进一步，所述圆台一的底部与圆台二的顶部通过满焊或粘接进行密封，所述圆台三的底部与圆台四的顶部通过满焊或粘接进行密封。

进一步，所述固定架四周通过满焊或粘接固定在所述圆台五的顶部。

进一步，所述第一模组、第二模组、第三模组、第四模组和固定架的材质相同，且采用PVC、PP、有机玻璃、不锈钢中的一种。

附图说明

图1为本实用新型正圆锥筒A的切割过程示意图；

图2为本实用新型第二模组的组装过程示意图；

图3为本实用新型正圆锥筒B的切割过程示意图；

图4为本实用新型第三模组的组装过程示意图；

图5为本实用新型三相分离器的组装过程示意图一；

图6为本实用新型三相分离器的组装过程示意图二；

图7为本实用新型组装完成后的三相分离器示意图；

图8为本实用新型三相分离器的装配状态示意图；

图9为本实用新型三相分离器的分离过程原理示意图；

图10为倒扣漏斗型三相分离器的装配状态示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、第一模组；

2、第二模组；21、圆台一；22、圆台二；

3、第三模组；31、圆台三；32、圆台四；

4、第四模组；5、固定架；

100、三相分离器；101、分离器斜板；200、沉淀区；300、反应器主体；400、反应器底座；500、导气管；600、正圆锥筒A；700、正圆锥筒B；800倒扣漏斗型三相分离器。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

如图1-图9所示，本实施例的一种厌氧三相分离器，包括第一模组1、第二模组2、第三模组3、第四模组4和固定架5，所述第一模组1、第二模组2、第三模组3顶部分别连接有导气管500，导气管200与各个模组接触部分密封不漏气；所述第一模组1包括圆锥筒体，所述第二模组2包括圆台二22和倒置在圆台二22内的圆台一21，所述圆台一21的底部与圆台二22的顶部连接；所述第三模组3包括圆台四32和倒置在圆台四32内的圆台三31，所述圆台三31的底部与圆台四32的顶部连接；所述第四模组4包括倒置的圆台五；所述第二模组2底部固定在所述固定架5上方，所述第三模组3顶部固定在所述固定架5下方且位于所述第二模组2的外环侧，所述固定架5四周固定在所述圆台五顶部，所述圆锥筒体的顶部固定在所述固定架5的中心位置且间隔布置在所述圆台三31内；所述圆锥筒体、圆台一21、圆台二22、圆台三31、圆台四32以及圆台五同轴布置且锥角均为60°(它们所在圆锥的锥角相同)；所述圆台一21、圆台二22、圆台三31、圆台四32的母线长度为L(即三相分离器100的分离斜面为L)，所述圆台五母线长度为2L，所述圆台四32的底部直径为4L，所述圆台二22的底部直径为2.5L，所述圆台五的底部直径为5.5L，所述圆锥筒体底直径为L。其中，第四模组4也同时作为UASB反应器的筒体。

本实施例的厌氧三相分离器，只需要确定三相分离器回流斜面长度L，就可以确定UASB反应器三相分离器所有尺寸，根据设计负荷等参数确定沉淀区尺寸及反应器高度H后，即可以满足厌氧反应器设计需求，避免大量繁琐的设计计算。本实用新型的三相分离器方案，回流缝面积占沉淀区总面积比例为24％，符合15％～25％的行业设计要求，相比行业技术人员普遍采用的方案提升了70.08％。本实施例所公开的三相分离器制作方式，不仅可以用在UASB反应器中，还可以用于EGSB，IC等含有三相分离装置的应用场景。

本实施例的一个具体方案为，所述圆锥筒体、圆台一21、圆台二22、圆台三31、圆台四32以及圆台五的母线与底面的夹角均为60°，满足55～60度的设计规范要求。采用60度角设计，方便计算设计，更加方便制作。

如图5所示，本实施例的一个可选方案为，所述固定架5为十字交叉结构，，其中心交叉处开设有中心孔，所述圆锥筒体上的导气管穿过所述中心孔并与所述固定架固定。固定架5包括两个相互垂直焊接的固定杆，每条固定杆长度为5.5L，固定杆的截面形状可以为方形或圆形，截面边长或直径约为1/8L～1/4L，固定杆的材质与制作三相分离器模组的材质相同。可在固定杆中心开孔，将第一模组的导气管穿过固定杆中心孔并焊接或粘接密封牢固。

具体的，如图1-图4所示，本实施例的所述圆台一21底部尺寸和圆台二22顶部尺寸相同，所述圆台三31底部尺寸和圆台四32顶部尺寸相同。

具体的，所述圆台一21的底部与圆台二22的顶部通过满焊或粘接进行密封，所述圆台三31的底部与圆台四32的顶部通过满焊或粘接进行密封，确保第二模组2和第三模组3在使用过程中不漏气。所述固定架5四周通过满焊或粘接固定在所述圆台五的顶部。

具体的，所述第一模组1、第二模组2、第三模组3、第四模组4和固定架5的材质相同，且采用PVC、PP、有机玻璃、不锈钢中的一种。

一种厌氧三相分离器的制作方法，如图1-图9所示，包括以下步骤：

S1，取两个正圆锥筒，分别为正圆锥筒A600和正圆锥筒B700，正圆锥筒A600和正圆锥筒B700的锥角均为60°，正圆锥筒A600底面直径为4L，正圆锥筒B700底面直径为5.5L；

S2，切割正圆锥筒A600：从正圆锥筒A600顶部开始，切割一个母线长度为L的圆锥筒体，作为第一模组1；从正圆锥筒A600底边任意点开始，沿其母线量取长度L处，平行于其底面切割得到圆台二22，继续沿其母线量取长度L处，平行于其底面切割得到圆台一21；

S3，切割正圆锥筒B700：从正圆锥筒B700底边任意点开始，沿其母线量取长度2L处，平行于其底面切开后得到圆台五；从正圆锥筒B700直径为2.5L的底面处开始，沿其母线向锥顶方向，量取母线长度L处，平行于其底面切割得到圆台四32，继续向锥顶方向沿母线量取长度L处，平行于其底面切割得到圆台三31；

S4，制作第二模组2：将圆台一21倒置在圆台二22内，将圆台一21和圆台二22相同尺寸的边沿连接；

S5，制作第三模组3，将圆台三31倒置在圆台四32内，将圆台三31和圆台四32相同尺寸的边沿连接；

S6，将第一模组1顶部固定在固定架5中心位置的下方，将第三模组3底部与固定架5顶部连接，将第二模组2顶部与固定架5底部连接，将固定架5四周固定在倒置的圆台五的顶部，使第一模组1、第二模组2、第三模组3和第四模组4与圆台五同轴布置；

S7，在第一模组1、第二模组2、第三模组3以及第四模组4顶部分别开设通孔，并在通孔内密封连接导气管500。

本实施例的厌氧三相分离器制作方法，只需要确定三相分离器回流斜面长度L，就可以确定UASB反应器三相分离器所有尺寸，根据设计负荷等参数确定沉淀区尺寸及反应器高度H后，即可以满足厌氧反应器设计需求，避免大量繁琐的设计计算。本实施例使用成型锥筒切割出三相分离器组件并焊接制作三相分离器，在试验设备尺寸小的情况下，更能保证组件的精度，可操作性强，更容易实现批量生产，更节省材料。本实用新型的三相分离器方案，回流缝面积占沉淀区总面积比例为24％，符合15％～25％的行业设计要求，相比行业技术人员普遍采用的方案提升了70.08％。本专利所公开的三相分离器制作方式，不仅可以用在UASB反应器中，还可以用于EGSB，IC等含有三相分离装置的应用场景。

其中，所述圆台一21的底部与圆台二22的顶部通过满焊或粘接进行密封，所述圆台三31的底部与圆台四32的顶部通过满焊或粘接进行密封。

具体的，所述圆锥筒体、圆台一21、圆台二22、圆台三31、圆台四32以及圆台五的母线与底面的夹角为60°；所述固定架5为十字交叉结构，其中心交叉处开设有中心孔，所述圆锥筒体上的导气管500穿过所述中心孔并与所述固定架5固定。

本实用新型的三相分离器的分离器斜板101的回流斜面长度为L，回流角度为60°，其回流参数具体为：

1)其沉淀区直径为5.5L，则沉淀区面积为：π×(5.5L/2)²＝7.56πL²

2)最外圈回流缝面积为：π(2.25L)²-π(2L)²＝1.0625πL²

3)中间回流缝面积为：π(1.5L)²-π(1.25L)²＝0.6875πL²

4)中心回流缝面积为：π(0.25L)²＝0.0625πL²

上述计算可得，回流缝总面积＝(1.0625+0.6875+0.0625)πL²＝1.8125πL²。

本实用新型专利公开的三相分离器，其回流缝占沉淀区面积比例为1.8125πL²÷7.56πL²＝23.97％≈24％，而行业技术人员普遍采用的倒扣漏斗型式三相分离器回流缝占沉淀区比例为1.0625πL²÷7.56πL²＝14.05％。

经上述验证计算，本专利公开的三相分离器方案，回流缝面积占沉淀区总面积比例为24％，符合15％～25％的行业设计要求，相比行业技术人员普遍采用的方案提升了70.08％。本专利所公开的三相分离器制作方式，不仅可以用在UASB反应器中，还可以用于EGSB，IC等含有三相分离装置的应用场景。

本实用新型的三相分离器的分离过程原理为：厌氧反应器中，在反应区存在污水、颗粒污泥以及由颗粒污泥分解污染物所产生的沼气，由于沼气产生于颗粒污泥内部，所以沼气气泡可能附着在颗粒污泥表面，为了使污水处理连续进行，需要：1)处理后的水能够及时排出；2)沼气从颗粒污泥表面分离并且集中收集，不能随处理后的水排出，避免危险；3)颗粒污泥必须留在反应器内，以便利用微生物继续处理污水。三相分离器的目的就是实现污水、污泥和沼气的分离。

如图9所示，本实用新型的三相分离器的分离过程如下：

状态1：反应器中的颗粒污泥产生的沼气气泡附着在表面导致其密度降低，在水的浮力作用下，不断上升；

状态2：当附着着沼气气泡的颗粒污泥上升至三相分离器斜板并与斜板碰撞后，气泡从颗粒污泥表面脱落，继续上升进入三相分离器的气室，并经导气管导出系统；

状态3：与沼气气泡分离后的颗粒污泥密度增大，在重力作用下，落回反应区，继续反应。

污水通过三相分离器之间的缝隙进入三相分离器沉淀区，由于污水中会夹带部分颗粒污泥，因此在沉淀区，通过重力作用，颗粒污泥沿三相分离器斜板回到系统中，污水通过排水管道排出系统外。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims

1.一种厌氧三相分离器，其特征在于，包括第一模组、第二模组、第三模组、第四模组和固定架，所述第一模组、第二模组、第三模组顶部分别连接有导气管；所述第一模组包括圆锥筒体，所述第二模组包括圆台二和倒置在圆台二内的圆台一，所述圆台一的底部与圆台二的顶部连接；所述第三模组包括圆台四和倒置在圆台四内的圆台三，所述圆台三的底部与圆台四的顶部连接；所述第四模组包括倒置的圆台五；所述第二模组底部固定在所述固定架上方，所述第三模组顶部固定在所述固定架下方且位于所述第二模组的外环侧，所述固定架四周固定在所述圆台五顶部，所述圆锥筒体的顶部固定在所述固定架的中心位置且间隔布置在所述圆台三内；所述圆锥筒体、圆台一、圆台二、圆台三、圆台四以及圆台五同轴布置且锥角均为60°；所述圆台一、圆台二、圆台三、圆台四的母线长度为L，所述圆台五母线长度为2L，所述圆台四的底部直径为4L，所述圆台二的底部直径为2.5L，所述圆台五的底部直径为5.5L，所述圆锥筒体底直径为L。

2.根据权利要求1所述一种厌氧三相分离器，其特征在于，所述固定架为十字交叉结构，其中心交叉处开设有中心孔，所述圆锥筒体上的导气管穿过所述中心孔并与所述固定架固定。

3.根据权利要求1所述一种厌氧三相分离器，其特征在于，所述圆台一底部尺寸和圆台二顶部尺寸相同，所述圆台三底部尺寸和圆台四顶部尺寸相同。

4.根据权利要求1所述一种厌氧三相分离器，其特征在于，所述圆台一的底部与圆台二的顶部通过满焊或粘接进行密封，所述圆台三的底部与圆台四的顶部通过满焊或粘接进行密封。

5.根据权利要求1所述一种厌氧三相分离器，其特征在于，所述固定架四周通过满焊或粘接固定在所述圆台五的顶部。

6.根据权利要求1所述一种厌氧三相分离器，其特征在于，所述第一模组、第二模组、第三模组、第四模组和固定架的材质相同，且采用PVC、PP、有机玻璃、不锈钢中的一种。