CN85100767B - 两种密度不同的不相溶液体如油和水的分离器 - Google Patents
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Abstract
本发明的名称是两种密度不同的不相溶液体如油和水的分离器，属于机械领域，与旋液分离器有关。本发明包括一个带有切向进料口的圆柱状涡流发生腔，一个下顶部封闭侧壁开有若干通孔的倒圆锥状涡流加速腔，一个开有排出孔的低密度液体收集腔和一个开有排出孔的高密度液体收集腔。本发明可以同时得到两个纯相；还可以从水中分离油，在陆上、海上或船上有效地处理各种油污水，并可回收废油。
Description
本发明属于机械领域，与旋液分离器有关。
旋液分离器作为一种分离装置，长期以来主要被用来分离悬浮液。用于液固系统的旋液分离器，也可以分离两种互不相溶的密度不同的液体，如油和水，但是只能得到一个纯相，另一个则为混合相。
据由上海科学技术出版社1980年4月出版的“基础化学工程”一书介绍，旋液分离器的上部为一圆筒部分，下部为一较长的倒圆锥部分。料液从与圆筒部分呈切向连接的进料管引入，在分离器内作双螺旋运动。重组分（或沉降的粒子）随螺旋流下降到出口处，从倒圆锥下顶部的底流孔排出，而轻组分则折而向上流动，从溢流管排出器外。
鉴于上述原理分析，以前的旋液分离器都是由下列几部分构成：①圆筒部分，即涡流发生腔;②与圆筒部分连通的较长的倒圆锥部分，即涡流加速腔;③从圆筒顶部的中央或倒锥体下顶部插入一根轻组分溢流管;④在倒锥体下顶部开设底流孔;⑤在圆筒部分开有一个或几个切向进料口。详细描述如下：
切向进料口的位置必须与圆筒部分顶部的顶盖下缘相齐，以减少由于溢流管而造成的旋流“死区”的短路环流，防止较多的重组分混入溢流，提高流出的轻组分纯度。进料口的直径为圆筒直径的1/5～1/3.3。减少到1/7.5以后，分离效率降低。
溢流管直径设计为圆筒直径的1/3.5～1/6，增大到1/2.4以上时，分离效率降低。其从筒部分的顶部中央或从倒锥体下顶部的底流孔插入分离器的深度，也将较大程度地影响轻组分的纯度，插入深度为圆筒直径的1/3～1/1.9。
重组分是从开设在倒锥体下顶部的底流孔排出的，底流孔的大小决定了底流的性能和浓度。当溢流管从倒锥体的下顶部插入器内时，重组分则从溢流管与底流孔之间的环形孔隙中流出。底流孔的直径设计为圆筒直径的1/3.8左右，下降到1/5.5时分离效率会下降。
据了解，目前国内外用来分离液-液相的旋液分离器都是根据上述原理和构思设计的。Derek等在英国专利1，583，730、1，583，742、美国专利4，237，006、欧洲专利GB2，102，310A、2，102，311A中提供了一种长直柱形分离器，加速腔的轴长与直径比很大，溢流管径很细，底流管径较粗。Robert等在美国专利4，411，112中提供了一种旋液分离器。它是由涡流发生部分和涡流加速部分组成。加速部分呈倒圆锥状，在倒锥体的下顶部开设有底流孔。可调的弹性溢流定位管从底流孔中插入器内，将轻组分引出。溢流定位管的外径是底流孔径的50%～75%。在加速部分的下顶部侧壁，开有漏孔，使大部分重组分从定位管与底流孔的环形孔隙中流出，小部分从漏孔中流入重组分收集腔。
由以上设计构思制造的旋液分离器一般只适用于分离悬浮液，对于分离两种不同密度的不相溶液体，其效果不够理想，只能得到一个较纯的液相。
为了在分离两种不同密度不相溶液体如油和水时，得到两种较高的纯相，并达到较高的分离效率，本发明提供了一种新型的适用于液-液分离的分离器。发明人认为，混合液体在分离器内产生的双螺旋运动是不利于液液分离的，因此，本发明的基本构思就是避免混合液体在分离器内产生双螺旋运动，如在结构上，改变切向进料口的位置和大小，取消溢流定位管和底流孔等。
本发明提供的液液分离器是一种垂直配置的分离器（如图1所示），由一个带有切向进料口的圆柱状涡流发生腔（图1中符号6所示）、一个下顶部封闭，侧壁开有许多通孔的倒圆锥状涡流加速腔（图1中符号9所示）、一个设有排出孔的低密度液体收集腔（图1中符号7所示），一个设有排出孔的高密度液体收集腔（图1中符号11所示）组成。详细描述如下：
低密度液体收集腔位于涡流发生腔的上部，与涡流加速腔相对，三腔同轴连成通体。低密度液体收集腔可以是圆柱状的，与涡流发生腔直径相等，也可以是帽形的（图1中符号m所示），帽形直径与涡流发生腔直径之比为1.5～1。低密度液体收集腔的顶部可以是平顶的，最好呈拱形（图1中符号n所示）。
涡流发生腔是圆柱状的，其高度，即进料口中线以下的圆筒部分轴向长度，与其直径的比以1/2～1之间为宜。其直径范围最好在5～100cm之间，当进料速度为0.003m3/min左右时，可选择在10～25cm之间。
在涡流发生腔与低密度液体收集腔通体的连接处，开设切向进料口（图1中符号2所示），油和水的混合液应该用搅拌作用小的容积式泵如螺杆泵提供，由进料口输入分离器。进料口的中线位置应使发生腔和收集腔的轴向尺寸之比为1/0.7～1/3。进料口的数目可以为1个，也可以多个，但不超过4个，最好为2个，均匀分布在垂直于分离器轴线的同一平面上，进料口的截面积总和与涡流发生腔横截面积的比为0.001～0.015。
涡流加速腔呈倒圆锥状，锥顶半角为10°～25°，锥体下顶部封闭，其封闭截面的直径应小于涡流发生腔直径的1/2。封闭截面积要小于高密度液体收集腔的底面积。在加速腔靠近下顶部的侧壁上均匀地开设若干通孔（图2中符号15所示），分离后的高密度液体全部从通孔中排出，流入收集腔。通孔的面积和为整个锥体侧面积的1/10～1/3。通孔的最高位置距锥顶的距离不超过锥体总高度的1/2。高密度液体收集腔的高度应大于通孔的最高位置，将全部通孔包围住。
在本发明的装置中，在低密度液体收集腔和高密度液体收集腔上分别开设排出孔。低密度液体排出孔（图1中符号5所示）的位置位于收集腔的顶部或紧靠顶部的侧壁上，孔径为涡流发生腔直径的1/15～1/4。高密度液体排出孔（图1中符号13所示）的位置位于收集腔底部或紧靠底部的侧壁上，其载面积应大于进料口截面积之和，最好为2～4倍。
本发明装置可以有效地对两种不同密度不相溶的液体如油和水进行分离，分离后可同时得到两个纯相，并且可以从大量的重组分中分离出少量的轻组分。从分离油水混合液的大量实测数据来看，轻组分的纯度可以达到90%以上，重组分的纯度可以超过99%，甚至达到99.99%以上。该分离器曾在陆上和船上进行多次试验，结果表明，如在陆上分离油水混合液，当进料口输入液的含油浓度高达25万ppm时，分离后的水中油分含量可低于15～10ppm;如在海上进行实船实验，处理机船水时，则分离后的水中油分含量低于100～50ppm;分离效率均在99%以上，甚至高达99.9%以上。
如果需要提高处理量或增加分离能力，可以将两个或两个以上本发明的分离器并联或串联起来使用，如图3或图4所示。串联使用时，将从一个分离器任何一个排出孔排出的液体，由搅拌作用小的容积式泵，如螺杆泵输入另一个分离器的切向进料口;并联使用时，用螺杆泵将混合液体同时输入各个分离器的切向进料口。
本发明的分离器具有结构简单，制作容易，体积小，重量轻，分离效率高，不易堵塞，使用方便等明显优点，与目前国内外市场上的油水分离器相比，设备的制作成本可下降50%左右。本分离器可用于陆上油污水处理，如处理油田、厂矿、油库、港口以及船舶油污水的岸上处理等;本分离器还可用于海上钻井平台油污水处理，海上溢油回收，处理机舱水、压舱水、洗舱水等的船用油水分离设备上。
Claims (20)
1、一种垂直配置的分离器，由一个带有切向进料口的圆柱状涡流发生腔和一个倒圆锥状涡流加速腔同轴连通组成，混合液体由泵驱动从进料口输入器内，在涡流加速腔外面包围着一个其上开有排出孔的高密度液体收集腔，本发明的特征是在涡流发生腔上部同轴连通一个低密度液体收集腔，涡流加速腔下顶部封闭，在加速腔的锥形侧壁上开有若干通孔。
2、一种如权利要求1所述的分离器，其特征在于切向进料口位于涡流发生腔与低密度液体收集腔通体的连接处，其管口的中线位置使发生腔与收集腔的轴向尺寸之比为1/0.7～1/3。
3、一种如权利要求1、2所述的分离器，其特征在于切向进料口的数目为1～4个，最好为2个，均匀分布在垂直于分离器轴线的同一平面上。
4、一种如权利要求1、2所述的分离器，其特征在于切向进料口截面积的总和与涡流发生腔横截面积的比为0.001～0.015。
5、一种如权利要求3所述的分离器，其特征在于切向进料口截面积的总和与涡流发生腔横截面积的比为0.001～0.015。
6、一种如权利要求1所述的分离器，其特征在于低密度液体排出孔的位置位于低密度液体收集腔的顶部或紧靠顶部的侧壁上。
7、一种如权利要求1、6所述的分离器，其特征在于低密度液体排出孔的孔径为涡流发生腔直径的1/15～1/4。
8、一种如权利要求1所述的分离器，其特征在于涡流加速腔的锥顶半角为10°～25°。
9、一种如权利要求1、8所述的分离器，其特征在于涡流加速腔下顶部封闭截面的直径小于涡流发生腔直径的1/2。
10、一种如权利要求1、8所述的分离器，其特征在于涡流加速腔靠近下顶部的侧壁上均匀地开有若干通孔，开孔面积为整个锥体侧面积的1/10～1/3，通孔最高位置距锥顶的距离不超过锥体总高度的1/2。
11、一种如权利要求9所述的分离器，其特征在于涡流加速腔靠近下顶部的侧壁上均匀地开有若干通孔，开孔面积为整个锥体侧面积的1/10～1/3，通孔最高位置距锥顶的距离不超过锥体总高度的1/2。
12、一种如权利要求1所述的分离器，其特征在于高密度液体收集腔的底部面积要大于涡流加速腔的下顶部封闭面积，高度要大于加速腔侧壁的开孔高度。
13、一种如权利要求1、12所述的分离器，其特征在于紧靠高密度液体收集腔底部的侧壁或底部开设排出孔，排出孔的截面积应大于进料口截面积之和，最好为2～4倍。
14、一种如权利要求1所述的分离器，其特征在于低密度液体收集腔可以是圆柱状的，其直径与涡流发生腔的直径相等，也可以是帽形的，帽形直径与涡流发生腔直径之比为1.5～1。
15、一种如权利要求1、14所述的分离器，其特征在于低密度液体收集腔的顶部可以是平顶的。最好呈拱形。
16、一种如权利要求1所述的分离器，其特征在于涡流发生腔的直径范围可以为5～100cm，当进料速度为0.003m3/min左右时，可选择在10～25cm之间。
17、一种如权利要求1、16所述的分离器，其特征在于涡流发生腔的高度与直径之比为1/2～1为宜。
18、一种如权利要求1所述的分离器，其特征在于两个或两个以上分离器可以串联使用，即从一个分离器任何一个排出孔排出的液体，可以由泵输入另一个分离器的切向进料口。
19、一种如权利要求1所述的分离器，其特征在于两个或两个以上分离器可以并联使用，即由同一个泵提供的混合液，可以同时输入各个分离器的切向进料口。
20、一种如权利要求1、18、19所述的分离器，其特征在于驱动混合液体的泵应选用搅拌作用小的容积式泵，如螺杆泵。
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