CN219209069U - 一种可在加热条件下进行油水分离的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种可在加热条件下进行油水分离的装置，包括装载容器、除水器、冷凝元件以及加热元件；除水器包括中空的本体，本体具有上、下分布的第一端口和第二端口，第一端口与冷凝元件连通，第二端口与装载容器连通，本体内设有将本体的内腔分隔为上、下分布的第一腔室和第二腔室的超疏水滤芯层，所述超疏水滤芯层位于第一端口和第二端口之间，超疏水滤芯层倾斜设置；本体上设有与第一腔室连通的排水口，排水口位于超疏水滤芯层的上方；超疏水滤芯层上设有若干通孔。本实用新型的装置可实现高温条件下的油水分离；既可用于有机溶剂的除水，制备超低含水量的有机溶剂；也可用于脱水聚合反应的除水，有效提高反应的转化率和反应速率。

Description

一种可在加热条件下进行油水分离的装置

技术领域

本实用新型涉及一种可在加热条件下进行油水分离的装置，属于油水分离技术领域。

背景技术

近年来，频繁的溢油事故和工业含油废水的排放造成严重的水污染，含油废水不仅污染环境、破坏生态系统的平衡，而且严重威胁着人类的生命健康。因此，含油废水的处理是一个日益趋于重要的研究领域。超浸润表面在自然界中无处不在，在抗润湿、防结冰、防雾、防腐、高效油水分离等方面展现出广泛的应用前景并引起了广泛的研究兴趣，其中的超疏水/超亲油材料因为其独特的疏水/亲油性能，在含油污水的处理中显示出高速率、低能耗两大优势，因而在油水分离领域受到广泛关注。然而值得注意的是，大部分超疏水/超亲油材料的油水分离性能模拟实验均在常温条件下进行的，在高温条件下的油水分离极少被探究。因此，限制了超疏水材料在高温条件下的油水分离领域的应用。

有机溶剂中水的存在对许多化学实验操作，如重结晶，萃取等，带来不良影响，且水分对很多检测仪器有伤害，因此在前处理过程中除去有机溶剂中的水分是重要步骤。同时，酯化反应和酰胺化反应等反应中产生的副产物水分，会限制平衡反应向生成产物的方向进行，除去反应中产生的水分，从而提高反应的转化率和速率也是重要的步骤。

因此，开发一套可在加热条件下进行油水分离的装置以有效解决以上问题，具有巨大的应用前景。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种可在加热条件下进行油水分离的装置，以在加热条件下实现油水的高效分离。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种可在加热条件下进行油水分离的装置，包括装载容器、除水器、冷凝元件以及用于对装载容器进行加热的加热元件；所述除水器包括中空的本体，所述本体具有上、下分布的第一端口和第二端口，所述第一端口与冷凝元件连通，所述第二端口与装载容器连通，本体内设有将本体的内腔分隔为上、下分布的第一腔室和第二腔室的超疏水滤芯层，所述超疏水滤芯层位于第一端口和第二端口之间，所述超疏水滤芯层倾斜设置；所述本体上设有与第一腔室连通的排水口，所述排水口位于超疏水滤芯层的上方；所述超疏水滤芯层上设有若干通孔，所述通孔所在位置高于第一端口在超疏水滤芯层上的竖向投影所在位置；所述排水口所在位置低于第一端口在超疏水滤芯层上的竖向投影所在位置。

本实用新型中，竖向投影是指第一端口沿竖直方向在超疏水滤芯层上的投影。

本实用新型中，若干是指1个或1个以上。

如此，可通过加热元件对装载容器内的待分类油水混合物或待反应的原料混合液进行加热，相关物质气化后形成蒸汽，蒸汽向上进入第二腔室，并透过超疏水滤芯层进入第一腔室，随后进入冷凝管冷凝，冷凝形成的液滴下落，滴至超疏水滤芯层上，受超疏水滤芯层的亲油/疏水特性影响，油相物质透过超疏水滤芯层落入装载容器内，水相物质沿着超疏水滤芯层倾斜方向流动，并通过排水口排出，进而实现油水分离。通孔的设置，不仅可便于气相物向上运动，而且可平衡超疏水滤芯层上、下空间的气压，可方便油相物质快速向下渗透；同时，当超疏水滤芯层被污染而堵塞的情况下，能有效地避免原料桶内压力过大的问题。可以看出，本实用新型的装置可高效地实现加热条件下的油水分离，且操作简单。

进一步地，所述超疏水滤芯层与水平面的夹角为5-75°，更进一步为10-60°，再进一步为15-50°。

超疏水滤芯层倾斜设置，如此，不仅可起到导向作用，还可增大回流的油水混合物与超疏水滤芯层的接触面积，还可有效避免水相物质通过通孔落入装载容器，有助于保证良好的油水分离效果。

进一步地，所述本体呈球形。

进一步地，所述排水口处设有阀门。

进一步地，所述装载容器为烧瓶、试管中的一种。

进一步地，所述冷凝元件为冷凝管。

可选地，超疏水滤芯层的孔隙大小为30-70μm，优选为50-65μm。

一般地，超疏水填料对水的接触角能达到150°以上，故超疏水滤芯层可供油相物质透过，但水相物质无法透过。

可选地，所述超疏水滤芯层中所用超疏水材料可选为CN108472598A等现有技术中提及的具有超疏水性质的材料。

本实用新型通过除水器与加热元件、装载容器和冷凝元件的耦合，实现了高温条件下的油水分离；既可用于有机溶剂的除水，制备超低含水量的有机溶剂；也可用于脱水聚合反应的除水，有效提高反应的转化率和反应速率。同时，适用于大批量样品的高温的除水生产，节省人力；结构简单，更加安全方便，适用范围广泛，因此具有很好的应用前景。

可选地，本实用新型的装置可以用于去除油水混合物中的水相，可选地，油相可以是甲苯、工业二甲苯、邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯等不与水互溶的有机溶剂，最终所得油相的含水量均能降至400ppm以下。

可选地，油水混合物的油水体积比可以从9：1至2：8，最终所得油相的含水量均能降至400ppm以下。

可选地，本实用新型的装置可以用于进行酯化反应和酰胺化反应，通过本装置可实现边反应边除水，有效促进反应的进行，转化率能短时间内接近100％。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

1、本实用新型的装置能实现高温条件下的油水分离，摆脱了现有的只在常温下进行油水分离的不足。

2、本实用新型的装置的结构简单紧凑，且具有足够的机械稳定性、耐高温稳定性和耐热水稳定性。

3、本实用新型的装置操作简单且分离效率高，既可以可在短时间内实现有机溶剂的脱水，又可以提高酯化反应和酰胺化反应转化率。

附图说明

图1是本实用新型一种可在加热条件下进行油水分离的装置的结构示意图。

图2是实施例1和2中不同油相通过本实用新型的装置进行高温油水分离后，油相中含水量的柱状图。

图3是实施例3中不同油水比通过本实用新型的装置进行高温油水分离后，油相中含水量的柱状图。

图4是实施例4中酰胺化反应有无使用本实用新型的装置的转化率对比图。

图5是实施例5中酯化反应有无使用本实用新型的装置的转化率对比图。

具体实施方式

以下将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为叙述方便，下文中如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。

实施例1

参见图1，一种可在加热条件下进行油水分离的装置，包括装载容器8、除水器1、冷凝元件7以及用于对装载容器8进行加热的加热元件9(油浴加热装置)；所述除水器1包括中空的本体，所述本体具有上、下分布的第一端口4和第二端口6，所述第一端口4与冷凝元件7连通，所述第二端口6与装载容器8连通，本体内设有将本体的内腔分隔为上、下分布的第一腔室和第二腔室的超疏水滤芯层2，所述超疏水滤芯层2位于第一端口4和第二端口6之间，所述超疏水滤芯层2倾斜设置；所述本体上设有与第一腔室连通的排水口5，所述排水口5位于超疏水滤芯层2的上方；所述超疏水滤芯层2上设有1个通孔3，所述通孔3所在位置高于第一端口4在超疏水滤芯层2上的竖向投影所在位置，具体地，通孔3的位置尽可能地靠近超疏水滤芯层2的最高位置设置，以使之与竖向投影之间有更大的距离；所述排水口5所在位置低于第一端口4在超疏水滤芯层2上的竖向投影所在位置。

所述超疏水滤芯层与水平面的夹角为40°。所述本体呈球形。所述排水口5处设有阀门。阀门上设有聚四氟乙烯材质的两通活塞，其耐腐蚀、耐酸碱、耐高温且密闭性强，可较好地满足不同应用场景需求。所述装载容器8为烧瓶。所述冷凝元件7为冷凝管。第一端口4和第二端口6的大小均为24口，第一端口的内侧面为磨砂口，可方便地与冷凝管紧密连接，有效阻止气体泄漏；第二端口的外侧面为磨砂口，可方便地与装载容器8紧密连接，有效阻止气体泄漏。可选地，除水器1和冷凝元件7通过支架固定。

将90mL甲苯和10mL去离子水加入装载容器8中，通过加热元件控制加热温度为160℃，在此温度下甲苯和水以蒸汽的形式向上扩散，经过第二端口6、第一端口4，到达冷凝元件；蒸汽经冷凝后形成冷凝液；冷凝液因为重力的作用经过第一端口4回流至球形本体内超疏水滤芯2上；因为滤芯超疏水/超亲油的性质，甲苯将经第二端口6回流至装载容器8内，而被截留的水分将从排水口5排出装置。加热3小时后，通过含水量测量仪测量装载容器8内甲苯的水含量。由图2可知，甲苯的水含量可降低至400ppm以下。

实施例2

重复实施例1，区别仅在于：将甲苯换成工业二甲苯、邻二甲苯、间二甲苯和对二甲苯中的一种。

由图2可知，不同有机溶剂的水含量均可降低至400ppm以下，说明本实用新型的装置能有效降低不与水互溶的有机溶剂中的含水量。

实施例3

重复实施例1，区别仅在于：将甲苯与水的油水体积比改为7：3、5：5、3：7和2：8。

由图3可知，不同油水体积比下甲苯的水含量均能降低至400ppm以下，说明本实用新型的装置能有效降低不同含水量有机溶剂中的含水量。

实施例4

重复实施例1，区别仅在于：将0.5mol己酸、0.5mol辛胺和78mL甲苯的混合物加入到装载容器8中，通过加热元件控制加热温度为150℃，加热一定时间，并通过核磁表征不同时间点下反应的转化率。

同时，以不设置超疏水滤芯的装置作为反应器的酰胺化反应为平行对照组。

由图4可知，采用本实施例的装置作为反应器能有效提高酰胺化反应的转化率和反应速率。

实施例5

重复实施例4，区别仅在于：油相为0.5mol己酸、0.5mol辛醇和78mL甲苯的混合物，同时加入0.05％的浓硫酸作为催化剂。

由图5可知，采用本实用新型的装置作为反应器能有效提高酯化反应的转化率和反应速率。

上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本实用新型，而不用于限制本实用新型的范围，在阅读了本实用新型之后，本领域技术人员对本实用新型的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。

Claims (7)

1.一种可在加热条件下进行油水分离的装置，其特征在于，包括装载容器(8)、除水器(1)、冷凝元件(7)以及用于对装载容器(8)进行加热的加热元件(9)；所述除水器(1)包括中空的本体，所述本体具有上、下分布的第一端口(4)和第二端口(6)，所述第一端口(4)与冷凝元件(7)连通，所述第二端口(6)与装载容器(8)连通，本体内设有将本体的内腔分隔为上、下分布的第一腔室和第二腔室的超疏水滤芯层(2)，所述超疏水滤芯层(2)位于第一端口(4)和第二端口(6)之间，所述超疏水滤芯层(2)倾斜设置；所述本体上设有与第一腔室连通的排水口(5)，所述排水口(5)位于超疏水滤芯层(2)的上方；所述超疏水滤芯层(2)上设有若干通孔(3)，所述通孔(3)所在位置高于第一端口(4)在超疏水滤芯层(2)上的竖向投影所在位置；所述排水口(5)所在位置低于第一端口(4)在超疏水滤芯层(2)上的竖向投影所在位置。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述超疏水滤芯层(2)与水平面的夹角为5-75°。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述超疏水滤芯层(2)与水平面的夹角为10-60°。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述本体呈球形。

5.根据权利要求1-4任一项所述的装置，其特征在于，所述排水口(5)处设有阀门。

6.根据权利要求1-4任一项所述的装置，其特征在于，所述装载容器(8)为烧瓶、试管中的一种。

7.根据权利要求1-4任一项所述的装置，其特征在于，所述冷凝元件(7)为冷凝管。

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