RU103305U1

RU103305U1 - DEVICE FOR SEPARATION OF LIQUID EMULSIONS

Info

Publication number: RU103305U1
Application number: RU2010147595/05U
Authority: RU
Inventors: Владимир Владимирович Сербиненко; Вадим Васильевич Варвянский; Андрей Николаевич Загоруйко; Сергей Алексеевич Лопатин
Original assignee: Общество С Ограниченной Ответственностью "Сибметаллсервис"
Priority date: 2010-11-22
Filing date: 2010-11-22
Publication date: 2011-04-10

Abstract

1. Устройство для разделения жидкостных эмульсий, включающее корпус, снабженный патрубком подачи исходной эмульсии, хотя бы двумя патрубками раздельного вывода компонентов эмульсии и хотя бы один расположенный внутри корпуса фильтрующий блок, содержащий слой фильтрующего коалесцентного материала, отличающееся тем, что фильтрующий блок разделяет объем корпуса на верхнюю и нижнюю части, при этом патрубки подачи исходной эмульсии и вывода одного из компонентов эмульсии расположены в верхней части корпуса над фильтрующим блоком, а патрубок вывода второго компонента эмульсии расположен в нижней части корпуса под фильтрующим блоком. ! 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что корпус выполнен содержащим внешнюю опорную конструкцию, выполненную с возможностью расположения корпуса при эксплуатации таким образом, чтобы фильтрующий блок располагался горизонтально. ! 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что корпус выполнен содержащим внешнюю опорную конструкцию, выполненную с возможностью расположения корпуса при эксплуатации таким образом, чтобы фильтрующий блок располагался с подъемом в направлении от патрубка подачи исходной эмульсии к патрубку вывода компонента эмульсии, расположенному над фильтрующим блоком. ! 4. Устройство по любому из пп.1, 2 и 3, отличающееся тем, что фильтрующий блок включает слои пористо-ячеистого металла, либо пористо-ячеистого сплава, либо их комбинации с другими фильтрующими материалами. 1. A device for separating liquid emulsions, comprising a housing provided with a nozzle for supplying the initial emulsion, at least two nozzles for separate output of the components of the emulsion and at least one filter block located inside the housing, containing a layer of filter coalescent material, characterized in that the filter block divides the volume of the housing on the upper and lower parts, while the nozzles for supplying the original emulsion and the output of one of the components of the emulsion are located in the upper part of the housing above the filter unit, and the nozzle O emulsion to the second component is located at the bottom of the housing under the filter unit. ! 2. The device according to claim 1, characterized in that the housing is made comprising an external supporting structure configured to position the housing during operation so that the filter unit is horizontal. ! 3. The device according to claim 1, characterized in that the housing is made comprising an external support structure configured to position the housing during operation so that the filter unit is positioned with a lift in the direction from the feed pipe of the source emulsion to the pipe of the output of the emulsion component located above filter block. ! 4. The device according to any one of claims 1, 2 and 3, characterized in that the filter unit includes layers of a porous-cellular metal, or a porous-cellular alloy, or a combination thereof with other filter materials.

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 17/04H; B01D 39/16B4; B01D 39/20B4; B01D 39/20D4; B01D 46/00C10; B01D 46/00D2; B01D 46/00F20D; B01D 46/24F2, 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 / 04H; B01D 39 / 16B4; B01D 39 / 20B4; B01D 39 / 20D4; B01D 46 / 00C10; B01D 46 / 00D2; B01D 46 / 00F20D; B01D 46 / 24F2, 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 недостаточно высокая эффективность разделения жидкостных эмульсий, связанная с тем, что один из компонентов эмульсии может накапливаться внутри пор фильтрующего материала и затем, после заполнения пор, выдавливаться сквозным потоком эмульсии, протекающей через фильтрующий материал, обратно в этот поток. При этом размер выдавливаемых капель этого компонента может быть даже меньше их размера в исходной эмульсии, соответственно, разделение такой вторичной эмульсии является даже более сложной задачей, чем разделение исходной эмульсии.The disadvantage of this device is the insufficiently high separation efficiency of liquid emulsions, due to the fact that one of the components of the emulsion can accumulate inside the pores of the filter material and then, after filling the pores, is squeezed out through the flow of the emulsion flowing through the filter material back into this stream. Moreover, the size of the extruded drops of this component can be even smaller than their size in the original emulsion, respectively, the separation of such a secondary emulsion is even more difficult than the separation of the original emulsion.

Перед авторами ставилась задача разработать простое по конструкции устройство для разделения жидкостных эмульсий, обеспечивающее высокую эффективность разделения эмульсий.The authors were tasked with developing a device of simple design for separating liquid emulsions, providing high efficiency for the separation of emulsions.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для разделения жидкостных эмульсий, включающем корпус, снабженный патрубком подачи исходной эмульсии, хотя бы двумя патрубками раздельного вывода компонентов эмульсии, и хотя бы один расположенный внутри корпуса фильтрующий блок, содержащий слой фильтрующего коалесцентного материала, фильтрующий блок разделяет объем корпуса на верхнюю и нижнюю части, при этом патрубки подачи исходной эмульсии и вывода одного из компонентов эмульсии расположены в верхней части корпуса над фильтрующим блоком, а патрубок вывода второго компонента эмульсии расположен в нижней части корпуса под фильтрующим блоком. При этом корпус может быть выполнен содержащим внешнюю опорную конструкцию, выполненную с возможностью расположения корпуса при эксплуатации таким образом, чтобы фильтрующий блок располагался горизонтально или с подъемом в направлении от патрубка подачи исходной эмульсии к патрубку вывода компонента эмульсии, расположенному над фильтрующим блоком. Фильтрующий блок может содержать слои пористо-ячеистого металла либо пористо-ячеистого сплава, либо их комбинации с другими фильтрующими материалами.The problem is solved in that in a device for separating liquid emulsions, comprising a housing equipped with a nozzle for supplying the original emulsion, at least two nozzles for separate output of the components of the emulsion, and at least one filter unit located inside the housing containing a layer of filter coalescent material, the filter unit separates the volume of the housing on the upper and lower parts, while the nozzles for supplying the original emulsion and the output of one of the components of the emulsion are located in the upper part of the housing above the filter block, and the outlet pipe of the second component of the emulsion is located in the lower part of the housing under the filter block. In this case, the housing can be made comprising an external support structure configured to position the housing during operation so that the filter unit is horizontal or with a lift in the direction from the supply pipe of the source emulsion to the output pipe of the emulsion component located above the filter unit. The filtering unit may contain layers of porous-cellular metal or porous-cellular alloy, or their combination with other filtering materials.

Технический эффект заявляемой полезной модели заключается в повышении эффективности разделения эмульсий за счет исключения принудительного сквозного потока разделяемой эмульсии через фильтрующий материал. При этом исключается поршневое выдавливание накапливающегося в фильтрующем материале компонента эмульсии, что предотвращает образование вторичной сложно-разделяемой мелкодисперсной эмульсии. Вместо этого происходит постепенное коалесцентное укрупнение капель этого компонента в порах фильтрующего коалесцентного материала и их последующий сток в виде крупных капель, легко отделяемых впоследствии путем отстаивания.The technical effect of the claimed utility model is to increase the efficiency of the separation of emulsions by eliminating the forced through flow of the shared emulsion through the filter material. This eliminates the piston extrusion of the emulsion component that accumulates in the filter material, which prevents the formation of a secondary difficult-to-separate finely divided emulsion. Instead, a gradual coalescence of droplets of this component in the pores of the filtering coalescence material occurs and their subsequent drain in the form of large droplets that can be easily separated subsequently by settling.

Система поясняется чертежами, на фиг.1 изображен общий вид устройства для разделения жидкостных эмульсий, где 1 - корпус, 2 -фильтрующий блок, 3 - патрубок подачи исходной эмульсии, 4,5 - патрубки раздельного вывода компонентов эмульсии, 6 - поток исходной эмульсии, 7,8 -потоки разделенных 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 housing, 2 is a filter unit, 3 is a nozzle for supplying an initial emulsion, 4,5 is a nozzle for separate output of components of an emulsion, 6 is a stream of an initial emulsion, 7.8 flows of separated emulsion components.

Устройство состоит из корпуса 1, внутри которого располагается фильтрующий блок 2, содержащий слои фильтрующего коалесцентного материала. Слои фильтрующего коалесцентного материала могут изготавливаться из пористо-ячеистых металлов или сплавов отдельно либо в виде их комбинаций с другими фильтрующими материалами (см., например, патент РФ №2146164, МПК B01D 17/022, приоритет от 14.10.1998). Фильтрующий блок делит внутренний объем корпуса на верхнюю и нижнюю части. Патрубок подачи исходной эмульсии 3 и патрубок вывода одного из компонентов эмульсии 4 расположены в верхней части корпуса над фильтрующим блоком, а патрубок вывода второго компонента эмульсии 5 расположен в нижней части корпуса под фильтрующим блоком.The device consists of a housing 1, inside of which there is a filter unit 2 containing layers of filtering coalescent material. The layers of filtering coalescence material can be made of porous-cellular metals or alloys separately or in the form of their combinations with other filtering materials (see, for example, RF patent No. 2146164, IPC B01D 17/022, priority dated 10/14/1998). The filter unit divides the internal volume of the housing into upper and lower parts. The supply pipe of the source emulsion 3 and the output pipe of one of the components of the emulsion 4 are located in the upper part of the housing above the filter unit, and the output pipe of the second component of the emulsion 5 is located in the lower part of the housing under the filter unit.

Поток исходной эмульсии 6 входит в корпус 1 через патрубок 3, проходит вдоль верхней поверхности фильтрующего блока 2. При этом микрокапли одного из компонентов эмульсии накапливаются в слоях фильтрующего коалесцентного материала, в которых происходит их коалесцентное укрупнение, после чего укрупненные капли стекают на дно нижней части корпуса, откуда поток этого компонента эмульсии 8 после отстаивания сливается через нижний патрубок 5. Поток другого компонента эмульсии 7 выходит через патрубок 4, расположенный в верхней части корпуса. Основной поток эмульсии идет вдоль поверхности фильтрующего блока 2, при этом принудительное движение есть только для потока исходной эмульсии из патрубка 3 в патрубок 4 вдоль поверхности фильтрующего блока 2, а отделяемый в нижней части корпуса компонент проходит вниз сквозь фильтрующий блок 2 только самотеком за счет гравитации, с очень небольшой скоростью, что позволяет избежать принудительное поршневое выдавливание накапливающегося в порах фильтрующего коалесцентного материала компонента эмульсии, предотвращая образование вторичной сложно-разделяемой мелкодисперсной эмульсии и тем самым повышая эффективность разделения исходной эмульсии.The flow of the initial emulsion 6 enters the housing 1 through the pipe 3, passes along the upper surface of the filtering unit 2. In this case, microdroplets of one of the components of the emulsion accumulate in the layers of the filtering coalescence material, in which they coalesce enlargement, after which the coarse droplets drain to the bottom of the lower part case, where the flow of this component of the emulsion 8 after settling merges through the lower pipe 5. The flow of another component of the emulsion 7 exits through the pipe 4 located in the upper part of the housing. The main flow of the emulsion goes along the surface of the filtering unit 2, while there is forced movement only for the flow of the original emulsion from the pipe 3 to the pipe 4 along the surface of the filtering unit 2, and the component separated in the lower part of the casing passes downward through the filtering unit 2 only by gravity due to gravity , at a very low speed, which avoids forced piston extrusion of the emulsion component accumulating in the pores of the filtering coalescent material of the emulsion, preventing the formation of secondary difficult to separate finely divided emulsion and thereby increasing the separation efficiency of the original emulsion.

Корпус может быть выполнен содержащим внешнюю опорную конструкцию, выполненную с возможностью изменения наклона корпуса. Схема ориентации корпуса в пространстве приведена на фиг.2, где 9 - исходная эмульсия или один из компонентов эмульсии и 10 - второй компонент эмульсии. Корпус может располагаться при эксплуатации либо горизонтально (фиг.2а), либо с подъемом в направлении от патрубка подачи исходной эмульсии к патрубку вывода компонента эмульсии, расположенному над фильтрующим блоком (фиг.26). Расположение с наклоном позволяет упростить отслоение и сбор отделенного второго компонента эмульсии 10 в зоне расположения патрубка 5.The housing may be made comprising an external support structure configured to tilt the housing. The orientation of the housing in space is shown in figure 2, where 9 is the original emulsion or one of the components of the emulsion and 10 is the second component of the emulsion. The housing can be located during operation either horizontally (figa), or with a rise in the direction from the supply pipe of the source emulsion to the outlet pipe of the emulsion component located above the filter unit (Fig.26). The inclined location makes it easier to peel and collect the separated second component of the emulsion 10 in the area of the nozzle 5.

Применение описанного устройства обеспечивает высокую эффективность разделения жидкостных эмульсий, низкое гидравлическое сопротивление устройства потоку разделяемой эмульсии при обеспечении технологической простоты устройства. 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 a high separation efficiency of liquid emulsions, low hydraulic resistance of the device to the flow of the shared emulsion while ensuring the technological simplicity of the device. 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 housing provided with a nozzle for supplying the initial emulsion, at least two nozzles for separate output of the components of the emulsion and at least one filter block located inside the housing, containing a layer of filter coalescent material, characterized in that the filter block divides the volume of the housing on the upper and lower parts, while the nozzles for supplying the original emulsion and the output of one of the components of the emulsion are located in the upper part of the housing above the filter unit, and the nozzle O emulsion to the second component is located at the bottom of the housing under the filter unit.

2. The device according to claim 1, characterized in that the housing is made comprising an external supporting structure configured to position the housing during operation so that the filter unit is horizontal.

3. The device according to claim 1, characterized in that the housing is made comprising an external support structure configured to position the housing during operation so that the filter unit is positioned with a lift in the direction from the feed pipe of the source emulsion to the pipe of the output of the emulsion component located above filter block.

4. The device according to any one of claims 1, 2 and 3, characterized in that the filter unit includes layers of a porous-cellular metal, or a porous-cellular alloy, or a combination thereof with other filter materials.