JPS63119862A

JPS63119862A - サイクロン分離器

Info

Publication number: JPS63119862A
Application number: JP21149187A
Authority: JP
Inventors: イアン　チャールズ　スマイス; マーチン　トーマス　スュー
Original assignee: BP PLC
Current assignee: BP PLC
Priority date: 1986-08-27
Filing date: 1987-08-27
Publication date: 1988-05-24
Also published as: GB8620707D0

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、異なる密度の非混和性液体を分離するサイク
ロン分離器に関し、さらに詳しくは比較的少量（例えば
総容積の４５％まで）の例えば水のような比較的重い液
体を比較的多量の例えば油のような比較的軽い液体から
その汚染を最少にして除去するサイクロン分離器に関す
る。

大抵のサイクロン分離器は流体から重い固体を分離する
目的を有し、その運転上の強制条件は大きく異なる。

〔従来の技術〕

１９８４年９月１９〜２１日の英国、バスにおける「ハ
イドロサイクロンに関する第２回国際会議」で発表され
、その予稿集の第１７７−１９０頁に報告されたスミス
、シューおよびコールマンによる報文Ｅ２は、この種の
目的のハイドロサイクロンを開示し、かつ一つの典型的
な応用が油田上部における軽質原油の親水であることを
示唆している。そのハイドロサイクロンは、軸線から相
当に離間した大きな対をなす流体注入口を備えた円筒形
の渦流形成室と渦ファインダーと適度にテーパーを持つ
下部の円錐体とから成っている。

〔発明の要点〕

本発明によれば、（ａ）　　はぼ所定容積の回転体の形状を有しかつ１個
もしくはそれ以上の流入路を有する入口部と、（ｂｌ　　入口部と同軸かつ入口部中に突入する渦ファ
インダー出口すなわちオーバーフローと、（ｃ）　　入
口部に隣接しかつ渦ファインダー出口の反対側に位置す
るほぼ軸方向に対称な収束する分離部と、必要に応じ（ｄ）　　分離部が収束する下流部と、から成るサイク
ロン分離器が提供され、ここで以下の関係（ｉ）−（ｖ
）が通用され、これら関係において、ｄｏは入口平面の３ｄ２以内にある渦ファインダー出口
の、又は入口平面の３ｄ２以内でないときはその端部に
おける最小内径であり、ｄｉはどの流入路によるかとは
無関係に供給液が流入する入口部のサイクロン直径であ
り、ｄ２は入口部が分離部と接合（接合については後記
に説明）する部位のサイクロン直径であり、ｄ、は分離
部が終端する又は下流部と接合（接合については後記に
説明）する部位のサイクロン直径であり、ｄ　ｉｘはＸ個目の入口を通って流体がサイクロンに流
入する部位の半径の２倍（すなわち軸線からの入口中心
線の接線方向成分の最小距離の２倍）であり、ＡＩ、（はＸＩＩＩ目の入口の断面積（以下に定義）で
あり、Ａｉ　＝言ＡｉＸ・（ｉｖ＞　　０．９　　ｄ、＞ｄ２（ｖ）０．９　　ｄ２　＞ａ。

ことを特徴とする。

入口平面は、入口の加重面積の平均軸線位置におけるサ
イクロンの軸線に対し垂直な平面と定義され、ハイドロ
サイクロン中への角モーメントを持つ注入はハイドロサ
イクロンの周りに均等に分配され、従って式〔式中、Ｚ〆はＸ（［！目の入口の中心線の軸線位置で
ある〕が成立する。

入口部と分離部との接合部はすべての２＞２２〔ここで
ｄはＺにおけるサイクロンの直径である〕の条件を最初
に通用する軸線位置ｚ２　（Ｚ＝０である人口平面を始
点に測定）であると定義される。

分離部と下流出口部との接合部は、存在する場合にはＺ
、における直径と定義され、ここですべてのＺ　＞　２
３についてｄ／ｄｔ＞０．９８である。

直交するサイクロン軸線に平行、つまりサイクロン軸線
に対して平行で開口部分中心線の接線方向の成分を含む
平面にて測定したＸ個目の入口の断面積の投影である。

渦ファインダー出口は、好ましくは入口平面の３ｄ２以
内で終端しこの距離をｌＯと定義する。

好ましくは、その軸方向のオーバーフロー出口（すなわ
ち渦ファインダー出口）は、少なくともサイクロン内に
入口平面まで突入する。

表わされる）は、サイクロン内に流入してｄ２平面に到
達した流れの接線方向：軸方向の速度の比を示す合理的
な尺度である。

前記流入路は、好ましくは入口部中へ実質的に接線方向
に向いたダクトから給液される。各流入路は、らせん型
流入口にて内部方向にらせん状であってもよい。流路の
外表面は、軸線のまわりを遍ヒ回った後、入口部の直径
ｄ、に収束してもよい（ただし、ｎは給液流路の個数で
ある）。

流入路は軸線に対して垂直な平面上にある必要はなく、
はぼらせん状に偏ってもよい。それらは軸線の周りを］
〆以上回った後、直径ｄ１かに到達する。入口部自体が円錐形であれば、その直径は
およそｄ、となろう。

入口平面で測定された直径ｄ１から直径ｄ２までの平均
収束はサイクロンにおける最大の円錐半角θを有するこ
とができ、５°乃至４５゜の範囲であってもよい。

入口部の寸法は、入口から流入する供給液の角モーメン
トが分離部内まで実質的に維持されるようにすべきであ
る。

好ましくはｄ、／ｄ２は０．７０未満であり、さらに好
ましくは０．５５未満である。

好ましくはｄｔ／ｄ２は０．２０より大であり、さらに
好ましくは０．２５より大である。

好ましくは下流の出口部（存在する場合）の内側長さが
！、であればｆｔ／ｄｓは〉１である。

空間上の理由から、下流の出口をゆるやかに湾曲させる
ことが望ましく、サイクロン軸線のゆるやかな湾曲が可
能である。

ｄ２はサイクロンの直径と見ることができ、多くの目的
には１０乃至ＬｏｏＢの範囲とすることができる。ｄ２
が極端に大きいと有効な分離を維持するにはエネルギー
消費が大となり、ｄ２が小さ過ぎると望ましくないレイ
ノルズ数効果や極端な剪断応力が発生し得る。

渦ファインダー内の圧力低下は過大であってはならず、
従って渦ファインダーのｒｄｏＪ部分の長さは短く保つ
べきである。渦ファインダーは即座に或いは２激又は徐
々の移行により「ｄｏ」の直径に達してもよく、次いで
テーパー又は段部により拡大してもよい。

外部から渦ファインダーはサイクロンの端部中に円滑に
突入してよく、又は円筒状のままでもよい、短絡した流
れを低減させるために、スカート部を備えても或いは端
部方向に拡大してもよい。

入口部もしくは分離部又はその両方の形成部の少なくと
も１部を湾曲させることも可能である。その形成部は、
例えば（ｉ）入口部末端で最も急傾斜かつその開放末端
で円錐角が次第にＯになる（変曲点を持たない）単調曲
線、或いは（ｉｉ）１個もしくはそれ以上の変曲点を持
つが、全体的に下流出口部位の方向に収束し、好ましく
は下流出口部の方向に決して拡開しない曲線である。

サイクロン分離器はいかなる配向でも同程度に有効であ
り、全体的な分離を改善するため直列に配列してもよい
。配列は流出流の一方もしくは双方に適用されてよい。

本発明の他の面によれば、比較的密度の高い相をそれよ
り多量の比較的密度の低い相から分離する方法が提供さ
れ、この方法は両相の混合物を含有する供給液を前記の
ようなサイクロン分離器の流入路に供給し、かつ濃度の
増加した比較的密度の低い相を渦ファインダー出口から
回収すると共に濃度の増加した比較的密度の高い相を下
流出口から回収することを特徴とする。

この方法は、油から水を分離し、特に原油から製造水を
分離するのに特に適し、すなわち脱水として知られてい
る操作に特に好適である。

水分含量は、油の性状に応じて全混合物の容積の４５％
までとすることができる。

サイクロン分離器の分離比は次のように定義されよう。

入口を通過する容積流速分離比は好結果の分離のためには最小値ををし、これは
サイクロンの配置、流入水濃度、水滴の寸法分布及び油
と水との特性によって決定される。サイクロンは、この
最小値以上で運転されるべきである。これは、サイクロ
ン外部の弁もしくは流量制限器によって背圧を制御する
ことにより達成できる。

好ましくは、分離比は１．２　Ｋ　ｉを越えるように配
置され、ここでＫｉは容積で示した入口の水含有量であ
る。最適性能を得るには、この値はＫｉの変化に従って
変る必要もあろう。

液体は一般に暖かい場合粘度が低下するため、この方法
はできるだけ便利な高い温度で有利に実施される。

〔実施例〕

以下、添付の図面を参照して、本発明を実施例により説
明する。

サイクロン分離器は入口部ｌと分離部２と下流部３と渦
ファインダー流出口４とから成り、すべて同軸である。

入口部１はＩ　Ｉｌｌの接線方向の流入路を介して給液
され、実質的に２つの部分、すなわち直径ｄ、かつ長さ
！、の円筒部６と直径がｄ、からｄ２に減少する截頭円
錐部７より成る。ｄ２はサイクロンの直径とみなされる
。テーパーの半角はθである。

分離部２は若干テーパーの付いた円筒であって、その直
径は截頭円錐部７に隣接する位置のｄ２から下流部３に
隣接する位置のｄ、まで減少する。テーパーの半角はα
である。

下流部３は直径ｄ、かつ長さ！、の円筒である。

渦ファインダー出口は入口８の軸方向平面を越えて突出
する内径ｄｏの円筒である。

記載したサイクロン分離器では、寸法は最も近いミリメ
ーターに近似され、関係は次の通りである：ｄ２は基準直径とし、３６ｍである。

ｄ６　＝０．２８ｄ２＝　１０ｍｄｔ　＝１．９４ｄ２　＝６９鶴ｄｓ−０，２７ｄ２＝　１０ｍｍＮｔ−１，９ｄ２雪６８ｓｎａｉ、−２ｄ２＝７０鰭１、　　−０．３８ｄ　　２　　＝　　１　　４　　ｍ
Ｗ円形入口の直径＝０．３６ｄ２−１３龍流入室の上端
からの入口の軸線距離＝　０．１８ｄ　。

＝０．５ｍ θ＝４０゜ α−２゜０．９ｄ、＝６２０．９ｄ２＝３２実施例１上記サイクロンを、水の分散物を含有する灯油の場合、
４５Ｉｌ／ｗｉｎの処理量にて約２０℃で運転した。分
離比４０％にて２５容量％の入日水含ｉｔ（平均の水滴
寸法１１５μｍ）はオーバーフロー出口では０．１４％
まで減少する一方、分離比１０％にて５％の入口水含Ｎ
（平均の水滴寸法４５μｍ）はオーバーフロー出口で０
．１３％まで減少した。オーバーフ・ロー出口までの圧
力低下はそれぞれ２バール及び１．５バールであった。

実施例２〜３ α＝１．５°である以外は実施例１と同じサイクロンを
用いてさらに試験を行なった。操作条件と結果とを添付
第１表に示す。

第２表この表は、本発明に従って構成された他のサイクロン分
離器についての形状寸法を例示する。

Ａ、Ｂ及びＣは特にそれぞれ油中水５％、油中水２０％
及び油中水４０％の混合物を取扱うのに好適なサイクロ
ン分離器に関する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるサイクロン分離器の軸線断面図、第２図はサイクロン分離器の軸線に垂直な断面図である
（これらの図面は縮尺を決めるものではない）。工００．入ロ部　　　　　２０１０分離部３１０．下流
部　　　４００．渦ファインダー出口５０１．流入路　
　　　　６０００円筒部７０１．截頭円錐部　　　８３
０．流入口特許出願人　ザ　ブリティッシュ　ピトロー
リアムコンパニー　ビー、エル、シー。同　　　ビー、ダプリヱー、エヌ、ボートオイルライツ
　コンパニー　ブロブライエタリー毛舟甫正！；３Ｆ卿昭和６２年１２月２日

Claims

【特許請求の範囲】

（１）（ａ）ほぼ所定容積の回転体の形状を有しかつ１
個もしくはそれ以上の流入路（５）を有する入口部（１
）と、（ｂ）入口部（１）と同軸かつ入口部（１）内に突入す
る渦ファインダー出口（４）と、（ｃ）入口部（１）に隣接しかつ渦ファインダー出口（
４）の反対側に位置するほぼ軸方向に対称な収束する分
離部（２）とから成り、下記関係式（ｉ）−（ｖ）を有
し、式中ｄ＿０は入口平面の３ｄ＿２以内にある渦ファインダー
出口（４）の、又は入口平面の３ｄ＿２以内でないとき
はその端部における最小内径であり、ｄ＿１はどの流入路（５）によるかとは無関係に供給液
が流入する入口部（１）のサイクロン直径であり、ｄ＿２は入口部（１）が分離部（２）と接合する部位の
サイクロン直径であり、ｄ＿３は分離部（２）が終端する部位のサイクロン直径
であり、ｄ＿ｉ＿ｘはＸ個目の入口を通って流体がサイクロンに
流入する部位の半径の２倍であり、Ａ＿ｉ＿ｘは前記Ｘ個目の入口の横断面積であり、Ａ＿ｉ＝Σ＾ｎ＿ｘ＿＝＿１　Ａ＿ｉ＿ｘ、ｄ＿ｉ＝１／Ａ＿ｉΣ＾ｎ＿ｘ＿＝＿１　ｄ＿ｉ＿ｘ　
Ａ＿ｉ＿ｘ、かつ αは前記分離部（２）の収束角度の半分である：（ｉ）８≦πｄ＿２ｄ＿ｉ／４Ａ＿ｉ≦１６（ｉｉ）１°≦α≦３° （ｉｉｉ）０．２５＜ｄ＿０／ｄ＿２＜０．６５（ｉｖ）０．９ｄ＿１＞ｄ＿２（ｖ）０．９ｄ＿２＞ｄ＿３ことを特徴とするサイクロン分離器。
（２）２°≦α＜３°である特許請求の範囲第１項記載
のサイクロン分離器。
（３）１．５°≦α＜３°である特許請求の範囲第１項
記載のサイクロン分離器。
（４）分離部（２）が収束して行く下流の出口部（３）
を含む特許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記
載のサイクロン分離器。
（５）渦ファインダー出口（４）が入口平面の３ｄ＿２
以内に終端する特許請求の範囲第１項乃至第４項のいず
れかに記載のサイクロン分離器。
（６）流入路（５）には入口部に対して実質的に接線方
向に指するダクトから給液する特許請求の範囲第１項乃
至第５項のいずれかに記載のサイクロン分離器。
（７）ｄ＿３／ｄ＿２が０．２０乃至０．７０の範囲内
である特許請求の範囲第１項乃至第６項のいずれかに記
載のサイクロン分離器。
（８）ｄ＿３／ｄ＿２が０．２５乃至０．５５の範囲内
である特許請求の範囲第７項記載のサイクロン分離器。
（９）ｌ＿３／ｄ＿３が１より大きい（ｌ＿３は下流出
口部の内側の長さである）特許請求の範囲第４項乃至第
８項のいずれかに記載のサイクロン分離器。
（１０）比較的密度の高い相をそれより多量の比較的密
度の低い相から分離するに際し、両相の混合物を含有す
る供給液を特許請求の範囲第１項乃至第９項のいずれか
に記載のサイクロン分離器の流入路（５）に供給し、か
つ濃度の増加した比較的密度の低い相を渦ファインダー
出口（４）から回収すると共に濃度の増加した比較的密
度の高い相を分離部（２）もしくは下流出口（３）から
回収することを特徴とする分離方法。
（１１）比較的密度の高い相が水であり、かつ比較的密
度の低い相が油である特許請求の範囲第１０項記載の方
法。
（１２）水分含有量が混合物の４５容量％までである特
許請求の範囲第１１項記載の方法。
（１３）分離比が１．２Ｋｉを越える（ここで、Ｋｉは
容積での入口水分含有量である）特許請求の範囲第１１
項または第１２項記載の方法。