RU101644U1

RU101644U1 - DEVICE FOR SEPARATION OF LIQUID EMULSIONS

Info

Publication number: RU101644U1
Application number: RU2010134393/05U
Authority: RU
Inventors: Владимир Владимирович Сербиненко; Вадим Васильевич Варвянский; Дмитрий Владимирович Сербиненко; Андрей Николаевич Загоруйко; Сергей Алексеевич Лопатин
Original assignee: Общество С Ограниченной Ответственностью "Сибметаллсервис"
Priority date: 2010-08-16
Filing date: 2010-08-16
Publication date: 2011-01-27

Abstract

1. Устройство для разделения жидкостных эмульсий, включающее герметичный корпус, выполненный в виде полой цилиндрической обечайки с крышками, снабженный патрубком подачи потока исходной эмульсии, по меньшей мере двумя патрубками раздельного вывода потоков компонентов эмульсии, и по меньшей мере один расположенный внутри корпуса проницаемый для потоков фильтрующий блок, содержащий по меньшей мере один слой фильтрующего коалесцентного материала, отличающийся тем, что фильтрующий блок выполнен в виде опорной рамы прямоугольной формы, внешние края которой герметично прикреплены к внутренней поверхности цилиндрической обечайки корпуса и к внутренним поверхностям крышек, и расположенной параллельно оси симметрии корпуса и перпендикулярно крышкам корпуса. ! 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что корпус выполнен содержащим внешнюю опорную конструкцию, выполненную с возможностью расположения корпуса устройства при эксплуатации таким образом, чтобы угол отклонения плоскости слоев фильтрующего материала от вертикали был не ниже угла оттока отделяемой жидкости. ! 3. Устройство по любому из пп.1 и 2, отличающееся тем, что патрубок подачи исходной эмульсии дополнительно содержит распределительный элемент для гашения кинетической энергии потока. ! 4. Устройство по 3, отличающееся тем, что распределительный элемент патрубка подачи исходной эмульсии выполнен в виде эллиптического отражателя. ! 5. Устройство по любому из пп.1, 2 и 3, отличающееся тем, что фильтрующий блок выполнен в виде опорной рамы прямоугольной формы, содержащей пластины из пористо-ячеистого металла или сплава либо их комбинации с другими фильт� 1. A device for separating liquid emulsions, comprising a sealed enclosure made in the form of a hollow cylindrical shell with covers, provided with a nozzle for supplying a stream of the original emulsion, at least two nozzles for separate output of flows of the components of the emulsion, and at least one permeable for flows located inside the housing a filtering unit containing at least one layer of filtering coalescent material, characterized in that the filtering unit is made in the form of a support frame of a rectangular shape, The outer edges of which are hermetically attached to the inner surface of the cylindrical shell of the housing and to the inner surfaces of the covers, and located parallel to the axis of symmetry of the housing and perpendicular to the housing covers. ! 2. The device according to claim 1, characterized in that the housing is made containing an external supporting structure configured to arrange the housing of the device during operation so that the angle of deviation of the plane of the layers of filter material from the vertical is not lower than the angle of outflow of the separated liquid. ! 3. The device according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the supply pipe of the original emulsion further comprises a distribution element for damping the kinetic energy of the stream. ! 4. The device according to 3, characterized in that the distribution element of the supply pipe of the source emulsion is made in the form of an elliptical reflector. ! 5. A device according to any one of claims 1, 2 and 3, characterized in that the filter unit is made in the form of a rectangular support frame containing plates of porous-cellular metal or alloy or a combination thereof with other filters

Description

Полезная модель относится к области химии, нефтехимии, нефте- и газопереработки, а именно к устройствам и системам разделения гетерогенных жидких смесей и может применяться, в частности, для разделения водно-углеводородных смесей.The utility model relates to the field of chemistry, petrochemistry, oil and gas processing, and in particular to devices and systems for the separation of heterogeneous liquid mixtures and can be used, in particular, for the separation of water-hydrocarbon mixtures.

Разделение жидкостных эмульсий, в которых мелкодисперсные капли одной жидкости находятся в объеме другой жидкости, является важной технической задачей. В частности, к таким задачам относится обезвоживание исходного углеводородного сырья, полупродуктов и продуктов предприятий химического и нефтехимического профиля, либо выделение углеводородных примесей из сточных вод.Separation of liquid emulsions in which fine droplets of one liquid are in the volume of another liquid is an important technical task. In particular, such tasks include dehydration of the initial hydrocarbon feedstock, intermediates and products of chemical and petrochemical enterprises, or the separation of hydrocarbon impurities from wastewater.

Разделение эмульсий может производиться путем их отстаивания и расслаивания, однако, скорость таких процессов может быть весьма низкой, что приводит к снижению эффективности разделения и низкой производительности таких технологий. Также отделение углеводородов может осуществляться за счет ректификации исходных смесей, однако, это сопряжено со значительными капитальными и энергетическими затратами.Emulsions can be separated by settling and delaminating, however, the speed of such processes can be very low, which leads to a decrease in separation efficiency and low productivity of such technologies. Hydrocarbons may also be separated by distillation of the initial mixtures, however, this entails significant capital and energy costs.

Эффективным способом разделения жидкостных эмульсий является коалесцентная фильтрация, основанная на пропускании исходной эмульсии через фильтрующие материалы, которые имеют различную способность к смачиванию различными компонентами смеси и, соответственно, различную пропускную способность по отношению к ним. Кроме того, коалесцентные фильтры стимулируют коалесценцию (слияние) мелких капель диспергированной жидкости в более крупные, что облегчает и ускоряет их последующее гравитационное отслоение. Коалесцентная фильтрация отличается высокой эффективностью и весьма малым уровнем энергетических и прочих эксплуатационных расходов.An effective way of separating liquid emulsions is coalescence filtration, based on the passage of the original emulsion through filter materials, which have different ability to wet various components of the mixture and, accordingly, different throughput in relation to them. In addition, coalescence filters stimulate coalescence (fusion) of small droplets of dispersed liquid into larger ones, which facilitates and accelerates their subsequent gravitational separation. Coalescence filtration is highly efficient and has a very low level of energy and other operating costs.

Существует задача поиска оптимальной конструкции устройства для разделения жидкостных эмульсий и оптимального способа расположения в них слоев фильтрующего материала, обеспечивающих максимальную эффективность разделения жидкостных эмульсий при минимальных габаритах устройства в сочетании с простотой его эксплуатации.There is the task of finding the optimal design of a device for separating liquid emulsions and the optimal method of arranging layers of filtering material in them, providing maximum separation efficiency of liquid emulsions with the minimum dimensions of the device in combination with the simplicity of its operation.

Известно устройство для разделения жидкостных эмульсий, состоящее из множества горизонтальных последовательных ступеней фильтрации, скомпонованных в виде нисходящей лестницы, по которой движется разделяемая эмульсия (патент США №US 2758720, МПК B01D 17/10; C10G 33/06, приоритет от 29.06.1953). За счет избирательной фильтрации жидкостей происходит их разделение. Недостатком известного устройства является низкая производительность, а также громоздкость конструкции, которая ограничивает его применение.A device for separating liquid emulsions is known, consisting of many horizontal successive stages of filtration arranged in the form of a descending ladder along which the shared emulsion moves (US patent No. US 2758720, IPC B01D 17/10; C10G 33/06, priority from 06/29/1953) . Due to the selective filtration of liquids, they are separated. A disadvantage of the known device is low productivity, as well as the cumbersome design, which limits its application.

Известно устройство для разделения жидкостных эмульсий, состоящее из вертикально соединенных полных и усеченных фильтрующих конусов (патент США №5750024, МПК B01D 17/04 H; B01D 39/16 B4; B01D 39/20 B4; B01D 39/20 D4; B01D 46/00 C10; B01D 46/00 D2; B01D 46/00 F20D; B01D 46/24 F2, приоритет от 31.03.1995). Такая конструкция отличается компактностью. Недостатками известного устройства является его низкая технологичность, осложняющая возможность обслуживания и замены слоев фильтрующего материала, а также технические сложности, возникающие при создании фильтров большой производительности.A device for separating liquid emulsions is known, consisting of vertically connected full and truncated filter cones (US Patent No. 5750024, IPC B01D 17/04 H; B01D 39/16 B4; B01D 39/20 B4; B01D 39/20 D4; B01D 46 / 00 C10; B01D 46/00 D2; B01D 46/00 F20D; B01D 46/24 F2, priority dated 03/31/1995). This design is compact. The disadvantages of the known device is its low manufacturability, which complicates the ability to service and replace layers of filter material, as well as the technical difficulties that arise when creating high-performance filters.

Известно устройство для разделения жидкостных эмульсий, содержащее горизонтально расположенный корпус круглого сечения с патрубками для ввода исходной эмульсии и раздельного вывода ее компонентов после разделения, внутри которого под углом не ниже угла оттекания жидкости по направлению к движущемуся потоку последовательно расположены несколько слоев фильтрующего материала (Патент РФ №2105584, МПК B01D 17/04, приоритет от 25.04.1997, опубликовано 27.02.1998). Такая конструкция отличается простотой и позволяет создавать устройства для разделения эмульсий большой единичной мощности.A device for separating liquid emulsions is known, comprising a horizontally arranged circular cross-section housing with nozzles for introducing the original emulsion and separately outputting its components after separation, inside of which several layers of filter material are sequentially arranged at an angle not lower than the angle of liquid outflow in the direction of the moving stream (RF Patent No. 2105584, IPC B01D 17/04, priority dated 04.25.1997, published 02.27.1998). This design is simple and allows you to create a device for the separation of emulsions of large unit power.

Недостатком этого устройства является высокая сложность изготовления, укладки и замены слоев фильтрующего материала, связанная со специфической (овальной) формой этих слоев.The disadvantage of this device is the high complexity of the manufacture, installation and replacement of layers of filter material associated with the specific (oval) shape of these layers.

Перед авторами ставилась задача разработать простое по конструкции устройство для разделения жидкостных эмульсий, обеспечивающее компактную упаковку фильтрующих слоев с возможностью их технологически простой установки и замены, при сохранении высокой эффективности разделения эмульсий.The authors were tasked with developing a device with a simple design for separating liquid emulsions, which provides compact packaging of filter layers with the possibility of their technologically simple installation and replacement, while maintaining high separation efficiency of emulsions.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для разделения жидкостных эмульсий, включающем герметичный корпус, выполненный в виде полой цилиндрической обечайки с крышками, снабженный патрубком подачи потока исходной эмульсии, хотя бы двумя патрубками раздельного вывода потоков компонентов эмульсии, и хотя бы один расположенный внутри корпуса проницаемый для потоков фильтрующий блок, содержащий хотя бы один слой фильтрующего коалесцентного материала, фильтрующий блок выполнен в виде опорной рамы прямоугольной формы, внешние края которой герметично прикреплены к внутренней поверхности цилиндрической обечайки корпуса и к внутренним поверхностям крышек, и расположенной параллельно оси симметрии корпуса и перпендикулярно крышкам корпуса. При этом корпус устройства может быть выполнен содержащим внешнюю опорную конструкцию, выполненную с возможностью расположения корпуса устройства при эксплуатации таким образом, чтобы угол отклонения плоскости слоев фильтрующего материала от вертикали был не ниже угла оттока отделяемой жидкости. Патрубок подачи исходного газового потока может дополнительно содержать распределительный элемент для гашения кинетической энергии потока, в частности - эллиптический отражатель. Фильтрующий блок может содержать пластины из пористо-ячеистого металла или сплава, либо их комбинации с другими фильтрующими материалами.The problem is solved in that in a device for separating liquid emulsions, including a sealed housing, made in the form of a hollow cylindrical shell with covers, equipped with a pipe for supplying the stream of the original emulsion, at least two pipes for separate output of the flows of the components of the emulsion, and at least one located inside the case a filter block permeable to flows, containing at least one layer of filter coalescent material, the filter block is made in the form of a rectangular support frame, external cr which is hermetically attached to the inner surface of the cylindrical shell of the housing and to the inner surfaces of the covers, and located parallel to the axis of symmetry of the housing and perpendicular to the housing covers. In this case, the device housing can be made comprising an external support structure configured to arrange the device housing during operation so that the angle of deviation of the plane of the layers of filter material from the vertical is not lower than the angle of outflow of the separated liquid. The supply pipe for the source gas stream may further comprise a distribution element for damping the kinetic energy of the stream, in particular an elliptical reflector. The filtering unit may contain plates of porous-cellular metal or alloy, or a combination thereof with other filtering materials.

Технический эффект заявляемой полезной модели заключается в существенном упрощении и удешевлении конструкции устройства, а также упрощении его обслуживания за счет того, что фильтрующие блоки в этом случае имеют прямоугольный вид, что существенно упрощает их изготовление, загрузку и замену в них слоев фильтрующего материала в ходе эксплуатации. При этом наклон слоев фильтрующего материала, необходимый для эффективного оттока жидкости, может задаваться наклонным расположением самого корпуса устройства за счет использования различных внешних опорных конструкций. Использование входного патрубка с дополнительным распределительным элементом позволяет существенно понизить кинетическую энергию потока и тем самым уменьшить его разрушающее действие на фильтрующий материал и увеличить срок его службы.The technical effect of the claimed utility model is to significantly simplify and cheapen the design of the device, as well as simplifying its maintenance due to the fact that the filter units in this case have a rectangular shape, which greatly simplifies their manufacture, loading and replacing layers of filter material in them during operation . In this case, the inclination of the layers of filter material necessary for effective outflow of liquid can be set by the inclined arrangement of the device body itself due to the use of various external supporting structures. The use of the inlet pipe with an additional distribution element can significantly reduce the kinetic energy of the flow and thereby reduce its destructive effect on the filter material and increase its service life.

Система поясняется чертежами, на фиг.1 изображен общий вид устройства для разделения жидкостных эмульсий, где 1 - цилиндрическая обечайка, 2 - фильтрующие блоки, 3 - патрубок для подачи исходной эмульсии, 4 - патрубок для вывода менее плотного отделенного компонента эмульсии, 5 - патрубки для вывода более плотного отделенного компонента эмульсии, 6 - крышка корпуса устройства, 7 - распределительный элемент; на фиг.2 и фиг.3 изображены возможные комбинации корпуса устройства с внешней опорной конструкцией, где 8 - внешняя опора корпуса устройства, 9 - воображаемая вертикальная линия, 10 - ось симметрии корпуса устройства, 11 - поток исходной эмульсии, 12 - поток менее плотного отделенного компонента эмульсии, 13 - поток более плотного отделенного компонента эмульсии, 14 и 15 - отделенные слои более плотного и менее плотного компонентов эмульсии.The system is illustrated by drawings, Fig. 1 shows a general view of a device for separating liquid emulsions, where 1 is a cylindrical shell, 2 are filter blocks, 3 is a pipe for supplying the initial emulsion, 4 is a pipe for outputting a less dense separated component of the emulsion, 5 are pipes to output a denser separated component of the emulsion, 6 - the cover of the housing of the device, 7 - distribution element; figure 2 and figure 3 shows possible combinations of the device casing with an external supporting structure, where 8 is the external support of the device casing, 9 is an imaginary vertical line, 10 is the axis of symmetry of the device casing, 11 is the flow of the original emulsion, 12 is the flow less dense the separated component of the emulsion, 13 is the flow of a denser separated component of the emulsion, 14 and 15 are the separated layers of the denser and less dense components of the emulsion.

Устройство состоит из цилиндрической обечайки 1 с верхней и нижней крышками. Внутри корпуса устройства параллельно осевой линии корпуса и перпендикулярно крышкам располагаются прямоугольные фильтрующие блоки 2, представляющие собой опорные рамы, в которых установлены слои фильтрующего материала. В устройстве предусмотрены патрубок 3 для подачи исходной потока исходной жидкостной эмульсии и патрубки 4 и 5 для раздельного вывода потоков отделенных друг от друга компонентов эмульсии 14 и 15. Загрузка и замена слоев фильтрующего материала в опорных рамах осуществляется при открытии верхней крышки устройства 6. Во входном патрубке 3 может быть установлен распределительный элемент 7 для гашения кинетической энергии входного потока. Слои фильтрующего материала могут изготавливаться из пластин из пористо-ячеистых металлов или сплавов отдельно либо в идее их комбинаций с другими фильтрующими материалами (см., например, патент РФ №2146164, МПК B01D 17/022, приоритет от 14.10.1998).The device consists of a cylindrical shell 1 with upper and lower covers. Inside the device’s casing, parallel to the axial line of the casing and perpendicular to the covers are rectangular filtering blocks 2, which are supporting frames in which layers of filtering material are installed. The device has a pipe 3 for supplying an initial stream of the original liquid emulsion and pipes 4 and 5 for separately outputting the streams of the emulsion components separated from each other 14 and 15. The layers of filter material in the support frames are loaded and replaced when the top cover of the device is opened 6. In the inlet the nozzle 3 can be installed distribution element 7 for damping the kinetic energy of the input stream. The layers of filtering material can be made of plates of porous-cellular metals or alloys separately or in the idea of their combinations with other filtering materials (see, for example, RF patent No. 2146164, IPC B01D 17/022, priority dated 10/14/1998).

На чертежах фиг.2 и 3 показаны возможные комбинации корпуса устройства с внешней опорной конструкцией, позволяющие наклонять корпус устройства таким образом, чтобы угол отклонения плоскостей слоев фильтрующего материала от вертикали был не ниже угла оттока отделяемой жидкости. В первом случае (фиг.2) корпус устройства устанавливается на внешней опоре 8 таким образом, чтобы ось симметрии корпуса устройства 10 отклонялась от вертикали 9 на угол не ниже угла оттока отделяемой жидкости 14 в среде более легкой жидкости 15. Во втором случае (фиг.3) устройство устанавливается на опоре на боковую сторону таким образом, что ось симметрии устройства располагается горизонтально, а отклонение плоскостей 10 слоев фильтрующего материала от вертикали 9 задается поворотом корпуса устройства на необходимый угол.The drawings of figures 2 and 3 show possible combinations of the device body with an external supporting structure, allowing to tilt the device body so that the angle of deviation of the planes of the layers of filter material from the vertical is not lower than the angle of outflow of the separated liquid. In the first case (Fig. 2), the device casing is mounted on the external support 8 so that the axis of symmetry of the casing of the device 10 deviates from the vertical 9 by an angle not lower than the outflow angle of the separated liquid 14 in the environment of the lighter liquid 15. In the second case (Fig. 3) the device is mounted on a support on the side so that the axis of symmetry of the device is horizontal, and the deviation of the planes 10 of the layers of filter material from vertical 9 is set by turning the device casing to the required angle.

Применение описанного устройства обеспечивает высокую эффективность разделения жидкостных эмульсий, низкое гидравлическое сопротивление устройства потоку разделяемой эмульсии при обеспечении технологической простоты процедуры изготовления, загрузки и замены слоев фильтрующего материала. Кроме того, применение данной конструкции устройства позволяет проводить разделение жидкостных эмульсий в компактных и простых по конструкции устройствах с весьма малыми габаритами и металлоемкостью и высокой надежностью при эксплуатации, что существенно расширяет возможности их практического применения.The application of the described device provides high separation efficiency of liquid emulsions, low hydraulic resistance of the device to the flow of the separated emulsion, while ensuring the technological simplicity of the manufacturing, loading and replacement of layers of filter material. In addition, the use of this device design allows the separation of liquid emulsions in compact and simple in design devices with very small dimensions and metal consumption and high reliability during operation, which significantly expands the possibilities of their practical application.

Claims

1. A device for separating liquid emulsions, comprising a sealed enclosure made in the form of a hollow cylindrical shell with covers, provided with a nozzle for supplying a stream of the original emulsion, at least two nozzles for separate output of flows of the components of the emulsion, and at least one permeable for flows located inside the housing a filtering unit containing at least one layer of filtering coalescent material, characterized in that the filtering unit is made in the form of a support frame of a rectangular shape, The outer edges of which are hermetically attached to the inner surface of the cylindrical shell of the housing and to the inner surfaces of the covers, and located parallel to the axis of symmetry of the housing and perpendicular to the housing covers.

2. The device according to claim 1, characterized in that the housing is made containing an external supporting structure configured to arrange the housing of the device during operation so that the angle of deviation of the plane of the layers of filter material from the vertical is not lower than the angle of outflow of the separated liquid.

3. The device according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the supply pipe of the original emulsion further comprises a distribution element for damping the kinetic energy of the stream.

4. The device according to 3, characterized in that the distribution element of the supply pipe of the source emulsion is made in the form of an elliptical reflector.

5. The device according to any one of claims 1, 2 and 3, characterized in that the filter unit is made in the form of a rectangular support frame containing plates of porous-cellular metal or alloy or a combination thereof with other filter materials.