RU2105592C1

RU2105592C1 - Apparatus for separation of two immiscible liquids

Info

Publication number: RU2105592C1
Application number: RU96107760/25A
Authority: RU
Inventors: Г.Р. Бочкарев; С.А. Кондратьев; А.В. Белобородов; Г.И. Пушкарева
Original assignee: Институт горного дела СО РАН
Priority date: 1996-04-11
Filing date: 1996-04-11
Publication date: 1998-02-27

Abstract

FIELD: devices for separation of liquids; may be used in treatment of sewage waters for removal of finely divided oil products, oils and fats from water in oil and petrochemical industries, transport and power engineering. SUBSTANCE: apparatus consists of body made in the form of two communicated sections one of which has inlet of initial mixture, pocket with unloading baffle and outlet of discharge of light liquid, and the other section has pocket with unloading baffle accommodating filtering member, and outlet of discharge of heavy liquid. Installed additionally in the first section is barrier with flat horizontal surface whose area is determined by a definite ratio. Horizontal surface of barrier is located below the level of unloading baffle of the first section by a definite value. EFFECT: higher efficiency. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к аппаратам для разделения двух несмешивающихся жидкостей различной плотности и может быть использовано для очистки вод от нефтепродуктов, масел, жиров и т.д. практически во всех отраслях хозяйственной деятельности. The invention relates to apparatus for separating two immiscible liquids of different densities and can be used to purify water from oil products, oils, fats, etc. in almost all branches of economic activity.

Известен аппарат для разделения двух несмешивающихся жидкостей с различной плотностью (1). Аппарат состоит из емкости, разделенной двумя перегородками на три отсека. Первый отсек является зоной отстаивания поступившей смеси. Второй отсек служит для сбора легкой фазы и трети для сбора тяжелой фазы. Слой легкой фазы со временем накапливающийся в первой зоне, самотеком переливается через первую перегородку и поступает в отсек сбора легкой фазы. Вторая перегородка, содержащая переливной порог, одновременно служит устройством поддержания заданного уровня исходной смеси в зоне отстаивания. Отстоенная тяжелая фаза из первой секции через данный переливной порог поступает в третий отсек сбора тяжелой фазы. Выделившиеся остатки легкой фазы возвращаются отсюда во второй отсек. A known apparatus for separating two immiscible liquids with different densities (1). The device consists of a tank divided by two partitions into three compartments. The first compartment is the zone of sedimentation of the incoming mixture. The second compartment serves to collect the light phase and a third to collect the heavy phase. The light phase layer accumulates over time in the first zone, flows by gravity through the first partition and enters the light phase collection compartment. The second partition containing the overflow threshold, at the same time serves as a device to maintain a given level of the initial mixture in the zone of sedimentation. The separated heavy phase from the first section through this overflow threshold enters the third compartment for collecting the heavy phase. The light residues that stand out return from here to the second compartment.

Основным недостатком данного аппарата является недостаточно высокая степень очистки тяжелой фазы. Невысокая степень очистки объясняется тем, что для подъема мелких капель легкой фазы с большой глубины требуется длительное время. Так, для подъема с глубины 2 м капли с размером ≈ 100 мкм требуется около 1 ч, а для капли с размером 10 мкм четверо суток. Для столь длительного отстоя смеси необходимы аппараты с отсеками отстаивания значительных размеров. Большие размеры отсека отстаивания оказывают на нестабильность гидродинамической структуры смеси неблагоприятное влияние, замедляя скорость подъема капель легкой фазы. Таким образом выделение мелких капель в аппаратах данного типа затруднено, что снижает эффект очистки тяжелой фазы. The main disadvantage of this apparatus is the insufficiently high degree of purification of the heavy phase. The low degree of purification is explained by the fact that it takes a long time to lift small drops of the light phase from great depths. So, for a drop with a size of ≈ 100 μm to rise from a depth of 2 m, it takes about 1 hour, and for a drop with a size of 10 μm, four days. For such a long sedimentation of the mixture, apparatuses with settling compartments of significant dimensions are necessary. The large size of the sedimentation compartment has an adverse effect on the instability of the hydrodynamic structure of the mixture, slowing down the rate of rise of light phase droplets. Thus, the allocation of small drops in devices of this type is difficult, which reduces the effect of cleaning the heavy phase.

Поставлена задача улучшить качество отводимой тяжелой жидкости, т.е. добиться более полного извлечения капелек легкой жидкости из смеси вплоть до самого малого заданного размера. The task is to improve the quality of the discharged heavy fluid, i.e. to achieve a more complete extraction of droplets of light liquid from the mixture up to the smallest specified size.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в первой секции аппарата секции отстаивания установлена коалесцирующая преграда с плоской горизонтальной поверхностью. Площадь горизонтальной поверхности преграды находят из выражения

где
Q производительность аппарата, м³/с;
η динамическая вязкость, Па•с;
Dr разность плотностей легкой и тяжелой жидкостей, кг/м³;
g ускорение свободного падения, м/с²;
d размер минимальных улавливаемых капель легкой жидкости, м.The solution to this problem is achieved by the fact that in the first section of the apparatus of the sedimentation section a coalescing barrier with a flat horizontal surface is installed. The horizontal surface area of the obstacle is found from the expression

Where
Q apparatus productivity, m ³ / s;
η dynamic viscosity, Pa • s;
Dr the density difference of light and heavy liquids, kg / m ³ ;
g acceleration of gravity, m / s ² ;
d the size of the minimum trapped drops of light liquid, m

Переливные пороги разгрузки тяжелой и легкой жидкостей выполняют на различной высоте. Разность высот в расположении порогов зависит от величины загрубления горизонтальной поверхности преграды. Порог первой секции расположен выше порога второй секции на

м. Здесь H величина заглубления горизонтальной поверхности преграды, отсчитываемая от порога первой секции, м; ρ₁ плотность легкой жидкости, кг/м³; ρ₂ плотность тяжелой жидкости, кг/м³.Overflow thresholds for unloading heavy and light liquids are performed at different heights. The height difference in the location of the thresholds depends on the magnitude of the roughness of the horizontal surface of the barrier. The threshold of the first section is located above the threshold of the second section at

m. Here H is the amount of deepening of the horizontal surface of the barrier, measured from the threshold of the first section, m; ρ _{1 the} density of a light liquid, kg / m ³ ; ρ _{2 the} density of the heavy liquid, kg / m ³ .

На фиг. 3 изображен аппарат для разделения двух несмешивающихся жидкостей; на фиг. 2 вариант аппарат с дополнительными поверхностями. Аппарат состоит из корпуса 1 коробчатой формы, разделенного перегородкой 2 на две сообщающиеся секции. Первая секция 3 предназначена для отстоя смеси и содержит преграду 4 с горизонтальной плоской поверхностью 5, патрубок подвода исходной смеси 6, карман 7 с разгрузочным порогом 8 и патрубком 9 отвода легкой жидкости. Вторая секция 120 содержит карман 11 с установленным в нем разгрузочным порогом 12, фильтрующим элементом 13, патрубком 14 отвода тяжелой жидкости. In FIG. 3 shows an apparatus for separating two immiscible liquids; in FIG. 2 option apparatus with additional surfaces. The apparatus consists of a box-shaped body 1, divided by a partition 2 into two communicating sections. The first section 3 is intended for sedimentation of the mixture and contains a barrier 4 with a horizontal flat surface 5, a pipe for supplying the initial mixture 6, a pocket 7 with a discharge threshold 8 and a pipe 9 for draining light liquid. The second section 120 contains a pocket 11 with a discharge threshold 12 installed therein, a filter element 13, and a pipe 14 for discharging a heavy liquid.

Преграда с плоской горизонтальной поверхностью может быть выполнена в форме буквы Г. Под плоской горизонтальной поверхностью преграды размещаются дополнительные плоские горизонтальные поверхности 15 (фиг. 2), имеющие по периферии с трех сторон отбортовку, направленную вверх. Верхняя дополнительная преграда 15 и каждая последующая через одну обращены стороной, не имеющей отбортовки, в сторону преграды, а остальные в обратную сторону. An obstruction with a flat horizontal surface can be made in the form of the letter G. Under the flat horizontal surface of the obstruction, additional flat horizontal surfaces 15 are placed (Fig. 2), having an upward flanging on three sides on the periphery. The upper additional barrier 15 and each subsequent one turn to the side without flanging towards the barrier, and the rest in the opposite direction.

Аппарат для разделения двух несмешивающихся жидкостей работает следующим образом. Первоначально аппарат заполняется очищенной тяжелой жидкостью. Благодаря выбранной разности высот в расположении порогов 8 и 12 отвода легкой и тяжелой жидкостей задается расположение нижнего уровня легкой жидкости в первой секции 3. Его расположение выбирается обычно на 0-500 мм ниже горизонтальной поверхности 5 преграды 4 и выше нижней кромки перегородки 2. В зависимостях, приведенных в формуле изобретения, его расположение задается на 200 мм ниже горизонтальной поверхности 5. В установившемся режиме разделения, когда нижний уровень легкой жидкости достиг заданного положения, исходная смесь тяжелой и легкой жидкостей по патрубку 6 подается в первую секцию 3, где происходит отстаивание смеси. Довольно крупные капли выделяются из потока и сливаются с легкой жидкостью в результате коалесценции, не достигнув преграды 4. Выделение более мелких капель из потока тяжелой жидкости происходит в тонком слое, движущемся вдоль горизонтальной поверхности 5. Верхней поверхностью, ограничивающей высоту тонкого слоя, является поверхность раздела тяжелой и легкой жидкостей. Размеры горизонтальной поверхности выбираются из условия всплытия всех капель легкой жидкости вплоть до заданного минимального их размера. Это позволяет достичь гарантированного уровня качества тяжелой жидкости. Высота тонкого слоя незначительна и составляет обычно 1-20 мм. Все капли, выделившиеся из потока, прижимаются к поверхности легкой жидкости и сливаются с ней в результате коалесценции непосредственно на месте контакта, никуда не транспортируясь, что является несомненным достоинством предлагаемой конструкции. Легкая жидкость, накапливающаяся в результате отстаивания в верхней зоне первой секции 3, переливается через разгрузочный порог 8 в карман 7 и отводится из аппарата по патрубку 9. Тяжелая жидкость, практически не содержащая капель легкой жидкости, поступает в секцию 10 и через разгрузочный порог 12 переливается в карман 11. В кармане 11 установлен фильтрующий элемент, выполняющий роль финишной очистки тяжелой жидкости и позволяющий достичь необходимого качества тяжелой жидкости. Полностью очищенная тяжелая жидкость отводится из аппарата по патрубку 14. An apparatus for separating two immiscible liquids works as follows. Initially, the apparatus is filled with purified heavy liquid. Due to the selected height difference in the location of the thresholds 8 and 12 of the discharge of light and heavy liquids, the location of the lower level of the light liquid in the first section 3 is set. Its location is usually selected 0-500 mm below the horizontal surface 5 of the barrier 4 and above the lower edge of the partition 2. In the dependencies shown in the claims, its location is set 200 mm below the horizontal surface 5. In the steady state separation, when the lower level of the light liquid has reached a predetermined position, the initial mixture is heavy and Coy liquids through the conduit 6 is fed into the first section 3, where the assertion of the mixture. Rather large droplets stand out from the stream and merge with the light liquid as a result of coalescence without reaching the barrier 4. The separation of smaller drops from the stream of heavy liquid occurs in a thin layer moving along horizontal surface 5. The upper surface bounding the height of the thin layer is the interface heavy and light liquids. The dimensions of the horizontal surface are selected from the condition of the emergence of all drops of light liquid up to a given minimum size. This allows you to achieve a guaranteed level of quality of heavy fluids. The height of the thin layer is negligible and is usually 1-20 mm. All drops released from the stream are pressed to the surface of a light liquid and merge with it as a result of coalescence directly at the point of contact, without being transported anywhere, which is an undoubted advantage of the proposed design. The light liquid that accumulates as a result of settling in the upper zone of the first section 3 is poured through the unloading threshold 8 into the pocket 7 and discharged from the apparatus through the nozzle 9. A heavy liquid, practically containing no drops of light liquid, enters the section 10 and overflows through the unloading threshold 12 in pocket 11. A filter element is installed in pocket 11, which serves as the final cleaning of heavy liquids and allows to achieve the required quality of heavy liquids. Fully purified heavy liquid is discharged from the apparatus through the pipe 14.

В случае размещения дополнительных плоских поверхностей 15 (фиг. 2) тяжелая жидкость с мелкими каплями легкой жидкости, неуспевшими выделиться из слоя, сливается с плоской поверхности 5 (фиг. 1) на плоскую поверхность 15 (фиг. 2) и продолжает двигаться в обратном направлении. Благодаря отбортованным краям дополнительной плоской поверхности слив на последующую дополнительную поверхность осуществляется на противоположной ее стороне. Таким образом время нахождения жидкости в тонком слое увеличивается во много раз, а это приводит к повышению степени очистки тяжелой жидкости воды. In the case of placing additional flat surfaces 15 (Fig. 2), a heavy liquid with small drops of light liquid that failed to stand out from the layer merges from a flat surface 5 (Fig. 1) onto a flat surface 15 (Fig. 2) and continues to move in the opposite direction . Due to the flanged edges of the additional flat surface, the drain to the subsequent additional surface is carried out on its opposite side. Thus, the residence time of a liquid in a thin layer increases many times, and this leads to an increase in the degree of purification of a heavy liquid of water.

Claims

1. Apparatus for separating two immiscible liquids, comprising a housing made in the form of two communicating sections, one of which contains a nozzle for supplying the initial mixture, a pocket with an unloading threshold and a nozzle for draining light liquids, and the other a pocket with an unloading threshold installed in it by a filter element and a branch pipe for removing heavy liquid, characterized in that in the first section there is a barrier with a flat horizontal surface, the area of which is found from the ratio

where Q is the productivity of the apparatus, m ³ / h;
η - dynamic viscosity of a heavy liquid, Pa • s;
Δρ is the density difference between light and heavy liquids, kg / m ³ ;
g acceleration of gravity, m / s ² ;
d size of inclusions (drops) of light fluid, m,
the horizontal surface of the barrier is located below the level of the unloading threshold of the first section by an amount determined by the expression

where ρ _{1 is the} density of a light liquid, kg / m ³ ;
ρ _{2 the} density of a heavy liquid, kg / m ³ ;
ΔH the height difference in the location of the unloading thresholds of the first and second sections.

2. The apparatus according to claim 1, characterized in that the barrier is made in the form of the letter G, under the horizontal surface of which are additional flat horizontal surfaces having a flange on the periphery on three sides, the upper of the additional flat horizontal surfaces and each subsequent one turned side, not having a flanging, to the barrier, and the rest in the opposite direction.