《一種用於互不相溶液體混合物的分離裝置》是袁惠新於2001年2月27日申請的專利，該專利的申請號為011082518，公布號為CN1318425，公布日為2001年10月24日，發明人是袁惠新，該發明屬於機械領域。
《一種用於互不相溶液體混合物的分離裝置》包括一個聚結器、旋液分離器組件、泵和調節系統。聚結器包括一個圓柱形筒體及內件。旋液分離器組件包括若干個旋液分離器和進料腔、溢流腔和底流腔。旋液分離器包括一個帶有切向進料口的圓柱形旋流發生腔,一個帶有軸向排油口和排水口的倒圓錐形旋流加速腔。該發明可用於不互溶液體的分離,如油污水去油等。
2005年，《一種用於互不相溶液體混合物的分離裝置》獲得第四屆江蘇省專利項目獎金獎。
（概述圖為《一種用於互不相溶液體混合物的分離裝置》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種用於互不相溶液體混合物的分離裝置
- 公布號：CN1318425
- 公布日：2001年10月24日
- 申請號：011082518
- 申請日：2001年2月27日
- 申請人：袁惠新
- 地址：江蘇省無錫市青山灣青山二村51－201
- 發明人：袁惠新
- 分類號：B01D17/038、B04C5/08
- 代理機構：南京天翼專利代理有限責任公司
- 學校類別：發明專利
- 代理人：湯志武
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
傳統的旋流器，即用於固/液或固/氣混合物分離的旋流器，湍流程度及對流動的擾動大、停留時間短，故一般不能用於互不相溶液體混合物的分離。
專利CN85100767A給出的一種用於油水分離的旋流器，其主體部分由圓柱形旋流發生腔和倒錐形旋流加速腔組成，但入口不在旋流發生腔頂端，且輕相和重相出口都不是軸向的，而有輕相和重相收集腔。入口速度只有0.068～0.64米/秒，所產生的離心力只能使較大的分散油滴發生沉降。
M.T.Thew和D.A.Colman發明的一種用於液體混合物分離的旋液分離器，給出了這種旋液分離器的基本構型（美國專利US44237006和US4231368），並給出了旋流加速腔母線的一種形式的方程（英國專利GB2211765B）。但這給出的曲線方程只是一個特例，對於不同的旋流器直徑或相同旋流器直徑、不同的底流口直徑，就不合適了。
專利91109284.6給出了一種小直徑（8～28毫米）液/液旋液分離器的旋流發生腔和加速腔的長度，旋流加速腔內壁面積與體積的比值，以及旋流加速腔母線為一二次曲線（沒給出具體曲線常數）。
專利92104381.3給出了一個由旋液分離器和重力分離器組成的油水分離系統。
以上專利技術裝置難以對重相占絕大部分，輕相只有極少部分（通常在百分之幾以下）的乳化液體混合物進行分離。
發明內容
專利目的
《一種用於互不相溶液體混合物的分離裝置》的目的是提供一種能對重相占絕大部分，輕相只有極少部分（通常在百分之幾以下）的乳化液體混合物進行分離的分離裝置。這種混合物的典型例子是含油污水，它是一種人們生活或生產活動中產生的面廣量大的污水，如石油開採、煉製、油品貯運、油輪事故、輪船壓艙洗艙、石油化工、車輛清洗、機械製造、食品加工等過程中產生的含油污水。該發明特別涉及但並不限於含油水的去油。
技術方案
《一種用於互不相溶液體混合物的分離裝置》由泵、聚結器、旋液分離器組件和調節顯示系統組成。此聚結器呈管狀且在管子內設有波紋板。旋液分離器組件內部空間設定若干個旋液分離器、進料腔、溢流腔和底流腔，進液口、輕液出口和重液出口以及各自的排空口設定於上述諸腔室的相應部位。旋液分離器包括一個帶有雙入口和一個軸向輕液出口--溢流口的圓柱形旋流發生腔，一個帶有軸向重液出口--底流口的旋流加速腔。
旋液分離器內設定有帶有雙入口和軸向輕液出口的圓柱形旋流發生腔以及帶有軸向重液出口的旋流加速腔。旋液分離器雙入口，入口曲線為一多項式：y=3.0×10x+1.0×10x-0.0152x+0.0829x+36.337；垂直於流動方向的入口截面形狀為矩形，其長寬比為3∶1～6∶1。軸向輕液出口直徑與旋液分離器直徑之比為0.001～0.05。重液出口直徑與旋液分離器直徑之比為0.175～0.225。旋流加速腔的母線由兩段曲線組成：
曲線1：
曲線2：
式中，r--旋流加速腔在某一軸向位置的半徑；z--離加速腔起始位置的軸向距離；Ru--旋液分離器底流口半徑，=Du/2；R、D--分別為旋液發生腔的半徑和直徑；La--旋流加速腔長度。
旋液分離器重液排出口設有底流導流板。旋液分離器組件中的旋液分離器中間支承處設有吸振器。泵具有低剪下作用，且可通過變頻調速器控制其轉速。此外，該發明給出的分離裝置適用於分離兩種具有密度差的不相溶液體，可同時得到較純的液相，從大量重液中分離出少量或微量輕液時，如乳化油污水（平均油滴粒度約30微米），可將含油量從2000ppm以上降到50ppm以下。
該發明給出的互不相溶液體分離裝置，其關鍵部分為旋液分離器。互不相溶的液體混合物以一定的方式注入旋液分離器後，產生強烈的旋轉，從而產生離心力場。在離心力場作用下，分散相（如油滴）相對於連續相（如水）作離心沉降運動，與固/液或固/氣混合物分離不一樣，分散相（如油滴）向旋流器中心遷移、聚集，並沿軸向旋液分離器溢流口流動，作為溢流排出。連續相（如水）在旋液分離器內沿壁面向底流口流動，作為底流排出。在此過程中，由於分散相也是一種流體，通常，一方面分散相與連續相的密度差較固/液或固/氣混合物的為小，另一方面，液體顆粒不像固體顆粒那樣強度大，很容易在流體剪下作用下破碎--剪下敏感，這樣，更增加了互不相溶液體混合物分離的難度。因此，用於互不相溶液體分離的旋液分離器必須具有大的離心力、長的停留時間、小的湍流程度及對流動的擾動。
該發明在大量研究與工業實踐的基礎上發現，以往的液/液旋液分離器由於結構形式上的問題產生了內部流動的不對稱性，使內部流動受到擾動，從而影響分離效率。該發明採用兩個或兩個以上一定曲線形式的入口，有效的解決了旋流器內流動的不對稱性問題。
湍流是導致液滴破碎和微小液滴難於分離的主要因素。該發明除了用上述形式的入口外，還在旋流加速腔採用了兩段母線，以減小湍流程度和滯流。
這種分為兩段的旋流加速腔母線可用於不同旋液發生腔直徑或不同底流口直徑的液/液旋液分離器，並且可有效消除旋液發生腔與旋流加速腔連線處的滯流現象和降低湍流程度。
早期南安普頓大學M.T.Thew和D.A.Colman發明的液/液旋液分離器為雙錐形，以長錐入口處的直徑定義為液/液旋液分離器的參考直徑，但後來液/液旋液分離器發展為以一曲線為母線形成的腔體代替雙錐，此時的旋流器參考直徑就很難定義和測量。因此，還是像傳統的固/液旋流器一樣，也以旋流發生腔的直徑定義為液/液旋液分離器的參考直徑，來得簡單、直觀、方便。
液/液旋液分離器，如英國專利GB2211765B、專利91109284.6和專利92104381.3所述，都採用大底流口直徑，Du/D=0.25。該發明的底流口直徑小，Du/D=0.175～0.225，可避免因使用閥門調節底流流量或背壓而產生額外的流體剪下，造成油滴破碎而增加後處理的難度。
改善效果
《一種用於互不相溶液體混合物的分離裝置》的優點是此液液旋流分離器適用於平均油滴粒度為30微米的含油水去油，可將含油量從上千毫克/升降到10毫克/升以下；用於煉油工業中分餾塔排出的含油水（乳化液，平均油滴粒度約為30微米）去油，可將含油量從1500毫克/升以上降到100毫克/升以下。此外，該發明液液旋流分離器在達到上述分離性能的同時，所需壓力降在0.5兆帕以下，一般在0.4兆帕以下，表現為低能耗或低壓降特性。
附圖說明
附圖1是《一種用於互不相溶液體混合物的分離裝置》互不相溶液體分離裝置組成示意圖。
附圖2是旋液分離器組件的結構示意圖。
附圖3是旋液分離器的結構示意圖。
權利要求
1、《一種用於互不相溶液體混合物的分離裝置》包括泵、旋液分離器組件、聚結器和調節顯示系統，旋液分離器組件包括若干個旋液分離器，其特徵在於：旋液分離器包括旋流發生腔和旋流加速腔，旋流發生腔帶有的雙入口形狀為多項式曲線，即y=3.0×10x+1.0×10x-0.0152x+0.0829x+36.337，旋流發生腔帶有軸向輕液出口，旋流加速腔帶有軸向重液出口，旋流加速腔的母線由兩段曲線組成：
曲線1：
曲線2：
式中，r--旋流加速腔在某一軸向位置的半徑；z--離加速腔起始位置的軸向距離；Ru--旋液分離器底流口半徑，=Du/2；R、D--分別為旋液發生腔的半徑和直徑；La--旋流加速腔長度。
2、根據權利要求1所述的一種用於互不相溶液體混合物的分離裝置，其特徵在於：旋流加速腔軸向重液出口直徑與旋液分離器直徑之比為0.175～0.225。
3、根據權利要求1所述的一種用於互不相溶液體混合物的分離裝置，其特徵在於：垂直於流動方向的旋流發生腔入口截面形狀為矩形，其長寬比為3∶1～6∶1
4、根據權利要求1所述的一種用於互不相溶液體混合物的分離裝置，其特徵在於：旋流發生腔軸向輕液出口直徑與旋液分離器直徑之比為0.001～0.05。
5、根據權利要求1所述的一種用於互不相溶液體混合物的分離裝置，其特徵在於：旋流加速腔軸向重液排出口設有底流導流板。
6、根據權利要求1所述的一種用於互不相溶液體混合物的分離裝置，其特徵在於：旋液分離器中間支承處設有吸振器。
7、根據權利要求1所述的一種用於互不相溶液體混合物的分離裝置，其特徵在於：泵具有低剪下作用，且可通過變頻調速器控制其轉速
8、根據權利要求1所述的用於互不相溶液體混合物的分離裝置的用途，其特徵在於：此分離裝置適用於分離平均油滴粒度約30微米的乳化油污水，可將含油量從2000ppm以上降到50ppm以下。
實施方式
該實施例給出的互不相溶液體分離裝置組成如附圖1所示。該分離裝置由一台低剪下泵5、一個聚結器6、一個旋液分離器組件7和調節顯示系統組成。聚結器6包括一個圓柱形簡體及內件，其外形呈管狀，其內件為波紋板。旋液分離器組件（圖2）包括若干個旋液分離器11和進料腔13、溢流腔9和底流腔14，相應地有進液口12、輕液出口10和重液出口16以及各自的排空口17。旋液分離器11（如圖3所示）包括一個帶有雙入口和一個軸向輕液出口--溢流口8的圓柱形旋流發生腔，一個帶有軸向重液出口--底流口的旋流加速腔。旋流加速腔的母線由兩段曲線組成，即曲線1和曲線2。不互溶液體混合物經泵5加壓，先經聚結器聚結6，再進入旋液分離器組件7的進料腔13，經過旋流分離，重液富集於底流腔14，經閥門從重液出口16排出；輕液富集於溢流腔9，經閥門從輕液出口10排出。
在旋液分離器中間支承處設有吸振器15，以減輕由系統的水力振動對旋液分離器工作的影響。
通過上述旋液分離器的液體絕大部分通過底流口排出，這部分液體具有的剩餘的旋轉速度已無力再將小油滴分離，但還具有很大的旋轉能量。該發明在底流口設定導流板3，將無效的流體旋轉運動轉變為沿管道軸向的流動，減少能耗。
該實施例所用的泵5為低剪下泵，且可通過變頻調速器4控制其轉速，以滿足流量要求。這樣，一方面減小湍流，另一方面減少能耗。
該實施例在旋液分離器前設定了一個管式聚結器6，在管子內設有波紋板等形式的內件，以不斷改變液體流向，使液體混合物達到一定的湍動程度，增加分散液滴的碰撞和聚結機會，從而提高整個裝置的除油效率。
不互溶液體經泵加壓，先經聚結器聚結，再進入旋液分離器組件的進料腔，經過旋流分離，重液富集於底流腔，經閥門從重液出口排出；輕液富集於溢流腔，經閥門從輕液出口排出。
榮譽表彰
2005年，《一種用於互不相溶液體混合物的分離裝置》獲得第四屆江蘇省專利項目獎金獎。
