旋液式油水分离器的设计【含CAD图纸、说明书】
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旋液式油水分离器的设计
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旋液式油水分离器
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【液水分离器】液水分离器
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旋液式油水分离器设计1.研究目的和意义目前炼油厂对含油污水的处理，一般采用“老三套”技术，“隔油-浮选-生化”。多年来的实践证明，该技术比较简单且实用，但二级加药浮选存在着下述问题:如二次提升污水，能耗较高，油水分离时间较长（30-60min)，建筑占地面积较大，特别是投加大量药剂后，产生大量浮渣，对浮渣的处理投资大，操作复杂，如不妥善处理，则会造成二次污染等。 旋液式油水分离器是一种新型的具有效率高、处理量大、质量轻、体积小、本身无运转部件、维修和管理费用低等优点。据BWN Rortoil公司统计，截至1988年止，全世界巳有18台这种装置在运行，另有7台正在建造中，其中处理量最大的为30210m3/d，处理后的出水含油量小于5mg/L。 抚顺石化公司石油一厂与大连理工大学合作进行了两年多的试验,成功开发了 XYF-5型旋液式油水分离器，取得了较满意的结果。结果表明，炼油厂含油污水在该器中停留2-3s，不投加任何药剂，处 理后的出水含油量可降至15mg/L以下，达到了生化进水水质要求，可以代替二级加药剂的压力浮选程的目的，具有很好的经济、环境和社会效益。2.旋流器的发展特点 它的应用领域已扩大到各行各业。从其可分离的类型上看，除了对完全溶解于液体介质的物质不能分离(溶于液体中的气体，在水力旋流器中也可部分地分离)，以及对乳化液难于分离(可加入破乳剂后再行分离)外，其它的两相或三相介质均可分离。如液-固、气-固、液-气、液-液、液-气-固三相的分离，甚至密度不同，或形状不同的两种固体颗粒亦可用水力旋流器分离。同时，对水力旋流器的操作特性许多学者作了专门研究，对它的应用场合，运转参数的选择与确定都有了合理的依据。因此，水力旋流器在实际应用中大都取得了很好的分离效果，经济效益可观。许多学者专门研究了水力旋流器各部分几何参数的合理确定的问题，研究了几何尺寸变化对分离性能的影响，如，溢流口径和底流口径的形状及大小的改变、圆锥角的变化、尾管长度等，从而逐渐得出了几组合理的几何尺寸。 再次，水力旋流器的设计与制造方面，固一液水力旋流器已有几种定型的设计，其结构与参数经使用证明较为合理。其中以Rietema，Bradley和Kelsall的三种设计结构应用最普遍，效果最好他们的选择与比例放大也有自己的关系式，这些关系式都是通过试验推出的，具有半经验性。液一液水力旋流器的结构与设计，最为合理的是Thew等人的设计，他们在这一领域进行了大量的试验研充。其效果十分明显。但液一液水力旋流器的选择与比例放大的理论工作。目前还很不完善，没存提出什么合理的可供遵循约关系式。水力旋流器的制造技术也大大提升了，在保证精度以确保水力旋流器的运转特性前提下，制造方法不断改善。最明显的是液一液水力旋流器的制造，许多国家巳用非金属材料(如聚胺酯等)代替金属材料，用注塑方法加工生产同时将几个水力旋流器制造在一个外壳内，加大了处理量，又降低了成本。总之水力旋流器出于其特珠的分离机理及结构持证，使它成为独具一格的一种分离装置在一定的应用场合它比任何其它的分离设备更便于使用。特别是在石油工业尤其是今后三次采油技术的全面推广后，水力旋流器的应用将更为广泛。可以预见今后若干年内，它必将发挥巨大的效益在我国石油工业等部门中获得更广泛的应用。3. 工作原理将需要分离的两相混合液以一定的压力从旋流器圆筒体上部的切向进料口注入，从而在器内形成强烈的旋转运动,由于轻重两相的密度差异，重相沿锥体器壁向下，形成外旋流并在下部的底流口排出，而轻相则受流体的拽力向内部运动，并被向上的内旋流由溢流口带出从而完成两相的分离。 液-液水力旋流器的分离原理，与固-液分离十分相似。它是利用两种混合在一起但不互溶的液体之间的密度差，在水力旋流器体内进行离心分离。但液-液分离要比固一液分离困难得多，其主要原因是：一般两种液体之间的密度差较小，如油与水的密度差一般只有0.1至0.2g/cm3。左右，而固-液两种介质之间的密度差常常较大，有时会有几倍的差别。分散相的液体介质，不论其密度较连续相液体介质大或小，都是以小滴的形式存在。这些液淹没有固定不变的形状，在力的作用下极易变形，有时甚至会破裂。因此两种液体混合的介质在水力旋流器中分离时既要求液流在水力旋流器体内形成高速旋转的涡流，以保证液滴有足够的力沿径向方向移动，又要防止液滴在高速旋转时，受到过大的切向剪应力致使液滴破碎，分裂成更细小的液滴，导致分离更加困难。这都是液-液分离水力旋流器的应用较固-液水力旋流器晚了近一百年的原因。 下面进一步分析一下液-液分离的过程。两种液体介质的混合物由入口切向进入旋流腔后，在内部产生强烈的涡流。然后由旋流腔经过很短的大锥角段后，迅速过渡到锥角很小面长度较大的小锥角段，其后进入一个长度较大直径较小的圆拄状尾管内。这种结构使进入旋流腔后高速旋转的液体很快收缩到细长的小锥角段内，这一段直径变化缓馒，旋转加速度的变化趋于缓和。同时，液体涡流在细长的小锥角段及尾管中存留时间稍有增加，而液滴在小直径孔中沿径向向轴线移动的路径就短，液滴受到的切向力也减小。因之，分散相液滴在连续相介质中的分离更平稳，分离的机率大大增加。在保证液滴分离的同时，减少了其破碎的几率，即使部分液滴破碎成更小的尺寸，也会在长的小锥角段甚至在尾管中进一步分离出。根据结构上的这些要求，决定了液-液用水力旋流器比同直径的固-液水力旋流器的长径比大很多，因而总长度也大好几倍。在液-液分离中，连续相介质可能比分散相介质重(如从水中分离出所含的少量油)，也可能比分散相介质轻(如从油中分离所含的少量的水)。以上两种不同的情况的分离，原理相似，但水力旋流器的结构会略有不同。分散相介质较连续相介质轻时，两种介质混合物在水力旋流器体内分离时，轻质分散相向轴线附近移动，形成轻质分散相的核心，并向上从溢流口排出，而分散相介质较重时，它在水力旋流器体内旋转时，就会向器壁移动，并向下从底流口排出。所以溢流口与底流口直径及水力旋流器的其它某些结构参数会根据分散相介质的浓度及性质而做相应的改变。此外，由于液体在水力旋流器体内形成涡流而涡流中心处的压力最低溶于液体内的气体会分解出，在轴线财近形成一个“气核”。个论固-液分离与液-液分离。这个气核都是存在的。实践证明这个气核的存在不会影响分离过程有时还对分离有利。与固-液分离相同，用水力旋流器进行液一液分离也是不完全分离。从溢流中排出的液体并不完全是轻质相介质，会同时排出少量重质相介质。而从底流中排出的液体，不可避免地会含有少量轻质相介质。但只要操作变量控制恰当，分离效率完全可达到9095以上，有的液-液分离水力旋流器约分离效率高达98，能满足一般分离要求。4选型设计方法及思路液-液旋流器的选型设计方法与固-液旋流器相同，其设计方法有2种。第1种是根据几何尺寸对压降、处理量、分离效率的影响情况,选择各部分几何尺寸。这种设计方法需要掌握各设计变量与水力旋流器性能的定量关系。当然，已有许多经验理论和模型可以利用，除特定的旋流器外,这些理论和模 型只能给出近似估算。第2种方法是选择标准的水 力旋流器，按其相似准则和几何尺寸比例关系，进行 计算和比例放大，这样能够得到较可靠的设计结果。第2种设计方法实际是相似设计法，也就是按照设计参数处理量 、压降和粒径的要求，选择性能优良的旋流器，用其相似准数关系和几何 尺寸比例关系，计算设计旋流器，在旋流器选型设计中常采用该方法。 5阅读的主要参考文献及资料名称1李振林，董守平，张建，等.重力式油气水三相分离器 内部流动研究J.石油机械，1999，27(7)2郭军，张军，唐驰，等.油气水复合式分离器样机 实验J.中国造船，2005,46:322-327.3赵文欣，郭亚轩，董传占，等.基于RNG k-e模型的聚 结器油相体积浓度场数值模拟J.大庆石油学院学 报,2007, 31(4)51-53. 4赵立新，华正荣，朱宝军，等.脱油型螺旋管油水分离器 的数值模拟.化工机械，2008，35(6)345-349.5王凯，贾星兰，李晓伟，等.油水旋流分离器内部流场 的CFD模拟.化工装备技术，2009，30(5):9-12.6于汉成.重力式分离器的沉降理论与实用公式.天 然气工业，1994，14(6):60-63.7孙治谦，金有海，王振波，等.聚结构件结构对重力分离 器油水分离性能的影响.化工学报，2010，61 (9): 2386-23928蔡飞超，马涛，赵小奎.重力式油水分离器分层流动 数值模拟.石油矿场机械，2008，37(11) ：2-75.9万楚筠，黄凤洪，廖李，等.重力油水分离技术研究进 展.工业水处理，2008，（7):18-21.10张有志.国外油田注水的除油方法及设备.石油机械， 1992，19( 1)： 31 36 2化学工程手册编委会.化学工程手册.第5卷.北京： 化学工业出版社，1989.11斯瓦罗夫斯基L(英）编，朱企新等译.固(液分离.北 京：化学工业出版社，1990.12戴干策，陈敏恒.化工流体力学.北京:化学工业出版 社,1988.13.何翌.油水分离旋流器性能测试：学位论文.大连：大 连理工大学，1993.6研究的内容及主要任务 （1）学会查阅文献资料的方法（2）知道分离原理及方法（3）能够对油水分离设备进行设计计算（4）会用绘图软件绘制装配图、零件图绘制和三维效果图（5）学会文档排版的基本知识7设计时间安排时 间阶段内容与任务成果5-7周毕业实习了解设计相关的技能资料收集、实习日志、实习报告8-9周设计准备进行深入的调查和国内外文献查阅、确定设计思路和步
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