尾管过滤式水力旋流器滤出效率实验研究

1、尾管过滤式水力旋流器滤出效率实验研究第36卷第5期化工机械267尾管过滤式水力旋流器滤出效率实验研究赵立新徐磊陈世琢李会迪(大庆石油学院)摘要将过滤用微孔管与常规液一液水力旋流器相结合,在后者的结构基础上研制了一种改进结构的尾管过滤式水力旋流器,并利用该旋流器对油水混合液进行了分离实验研究,测定和分析了尾管段滤出效率和底流效率.关键词水力旋流器微孔过滤油水分离水处理中图分类号TQ051.84文献标识码A文章编号0254?6094(2008)05-0267-04水力旋流器利用油水的密度差和离心力的作用进行油水分离,具有结构简单,分离效率高,处理量大以及成本低等优点,近年来已被广泛应用技术的推广应

2、用以及含水量的不断加大,油水分离难度越来越大,特别是污水处理难度急剧增加,水采出液处理的需要,将旋流分离技术和微孔过滤技术结合,研制了一种改进结构的液一液水力旋流器,并利用该旋流器对油水混合液进行了分离实验研究.1结构对于脱油型的常规液一液水力旋流器,其主体部分一般由4部分组成:直径为D的圆柱段旋流腔,锥角为的大锥角圆锥段(简称大锥段),锥角为的小锥角圆锥段(简称小锥段)和直径为在常规液.液水力旋流器的结构基础上,将其尾管段的材料改用微孔过滤介质(图1).图1尾管过滤式水力旋流器结构示意图2工作原理油一水混合液经增压泵增压后,从切向入口高速进入旋流器内腔形成旋流场,首先在大锥段和小锥段进行旋流

3、分离,在旋流器的中心形成轴向的油核,经过脱油后的液体则被旋转至油核以外,后者到达尾管段后,在微孔管管壁两侧压差作用下液体通过微孔管形成渗透流,进而达到旋流和过滤的目的.旋流分离是利用不互溶介质之间的密度差进行离心分离的(图2),从切向高速进入旋流腔的液体在腔内急剧旋转,产生强烈的涡流并向下运主要区域,由于液体产生涡流运动时,沿径向方向的压力分布不等,边界处较高,核心区域较低,对连续相液体中的液滴产生向心压差,促使轻质相(油滴)向中心移动,重质相(水)向边壁移动,实现两相分离¨'.微孔管过滤是利用微孔管内部的孔道进行过滤的过程,其孔道实际上是三维结构,大致可分为两大类:孑L径较

4、大的泡室和孑L径比较均匀的细孑L道.从图3中可以看出,泡室的分布实际上本课题为黑龙江省杰出青年基金项目(JC200719),黑龙江省普通高校学术骨干支持计划项目.$赵立新,男,1972年6月生,博士,教授.黑龙江省大庆市,163318.268化工机械2008经来流入口轻顶部出口+底部出口图2旋流分离示意图程中,起主要过滤作用的孔道是从外壁垂直指向微孔轴线的那一维(设为法向孔道).过滤的初始阶段,由于毛细管的吸附作用,夹杂着微粒的液的继续,液流主要是沿着法向孔道运动,其余二维孑L道内的液体则滞留在孔道内,起调节渗流压力梯度并使之均匀分布的作用.内壁外壁图3微孔管显微结构示意图a泡室;bL道9实验

5、过程及分析实验过程包括以下3部分内容:变化情况下的滤出效率和底流效率;b.根据上一步实验结果,优选出效果较好的微孔管进行连续运行实验,实验时每隔一定时间对滤出口进行取样,化验,以确定其效率是否下降及下降时间;较大时,利用高压气对微孔管进行反冲洗,并记录冲洗所用时间,压力,流量及冲洗后的滤出效率.油相介质选用型号为GL一385W/90的机油,其运动黏度为1719ram/s,实验所用的混合液就是用这种油和水以一定比例经静态混合器混合而成.另外,选用了浙江省温州市东瓯水处理实业公司生产的PE-8和PE-5型微孑L管进行实验.在本实验中,因溢流口流量保持不变,故滤出分流比与底流分流比之和为一定值.另外

6、,采用1/31/7经验规则,该规则是一种统计学意义上的经验规律,认为粒径大于1/3孔径的微粒将大部分被截留在孔外,而粒径小于1/7孔径的则可以顺利通过孔道.由图4可知,仅在本实验条件下,PE-5型微献5中的结论不同,经分析是以下原因:根据微孑L过滤的原理可知,滤速越快,过滤效率就越低.因为经微孔管厂家确认,PE-5型微孔管微孔的平均孔径约为PE-8型微孔管平均孔径的3倍,而两种型号微孔管的微孑L个数又基本维持在同一水平,虽然根据1/31/7经验规则,可顺利通过PE一8型微孔管微:fLSfL道,直接排出的油滴数要略大于PE一5型微孔管,但在尾管整体滤出流量一定的情况下,其渗流流速远高于PE一5型

7、微孔管,这大大加大了已被吸附油滴被携带走的概率,使得要优于PE一8型微孔管,最高时可达到99.9%,而PE一5型微孔管为93%左右.薹l锝较丑艚图4两种微孔管滤出效率对比曲线由图5可知,在使用PE一5型微孔管时的底流效率较高且平稳,而使用PE一8型微孔管时效率波动较大,且当滤出分流比超过10%后急剧下降.由于PE一8型微孔管孔径约为PE一5型微孔管孔径的1/3,根据1/31/7经验规则,这就使得在使用PE_8型微孔管时总油滴数目中大于孔径1/3的油滴数目增加,即被截留在微孔管内壁,未进入第36卷第5期化工机械269孔道的油滴数增加,从而在内壁附近液流的带动下,被携带至底流口,导致在使用PE一8

8、型微孔管时底流口效率下降.图5两种微孔管底流效率对比曲线于PE一8型微孑L管.由微孔管本身特性所致,其在长期过滤后必将导致效率的下降,为了获得具体的下降时间及下降幅度,所以选择PE一5型微孑L管进行连续运行实验,滤出分流比固定为25%,每隔15min对滤出口取样,并计算出效率.由图6可知,在本实验中连续运行75min后,滤出效率开始下降,在运行180min后,下降到85.4%.因为当新的微孔管过滤运行到一定时间后,在泡室里就会截留下越来越多的油滴微粒,这些微粒在压力梯度和速度梯度的作用下,将向孔喉做定向移动,这种动态过程随着时间的延长,使得孔喉附近的油滴的增多,而由于流经孑L道的液流的粘滞力对

9、附着的油滴微粒会产生剪切力,在流量不变的情况下,平均流速就会随着孔喉附近的油滴增多而增加,从而增大剪切力,使油滴微粒与孔道的表面结合力减弱,直至从孔道表面脱落下来,被液流携带出微孔管,使得滤出效率逐渐降低.图6滤出效率随运行时间的变化曲线反冲洗的主要目的是要将微孔内部附着的油脉冲的方式进行反冲洗(高压是为了使油滴获得更大的动能;脉冲是为了利用中间的停顿让聚集在孑L喉附近的油滴有充分的时间做扩散运动,从而减轻堵塞程度),所用气压为0.5MPa,标况下流量为2.5m/h,冲洗时间为2min.反冲洗时,为使气体能够顺利注入微孔内先关闭滤出口,首先利用空压机将气体增压,然后经稳压罐缓冲后通过注气口将高

10、压气注入微孑L管微孔,并通过调节注气阀来实现脉冲式反冲洗.由图7可以看出,冲洗后效率明显升高,但略低于原有水平,因为三维混联孔道在反冲洗过程中,实质是将法向孔道中的油滴冲洗干净,而垂直于反冲洗气流方向的维孔道中填充的油滴构成了死角,不可能清洗干净,所以微孔管在反冲洗后,其再生效率永远不能达到100%.图7反冲洗前后滤出效率对比曲线4结论力旋流器的尾管是完全可行的,当所选用的微孔管适当时不仅不会影响到底流效率,而且会因为滤出效率高而提高了混合液整体脱油效率.下,PE一5型微孔管比PE一8型微孔管更适合本实微孑L管微孑L的平均孔径大约是PE-8型微孔管平均孔径的3倍,在尾管整体滤出流量一定的情况下

11、,PE-8型微孔管内渗流的流速就要高于PE一5型微孔管,这也加大了已被吸附油滴被携带走的概率,使得滤出效率下降.实验结果表明,当使用PE一5型微孔管时滤出效率最高可达到99.9%,此时底流效率基本稳定在78%左右.出效率开始下降,连续运行180min后滤出效率下进行反冲洗,冲洗时采用高压气脉冲反冲洗,所用气压为0.5MPa,标况下流量为2.5m/h,冲洗时间为2min.冲洗后,滤出效率明显增加,但略低于原有水平.270化工机械2008焦参考文献力旋流器性能的影响.石油机械,2006,34(10):572赵立新,李枫.离心分离技术.哈尔滨:东北林业大学出版社,2006.812洗的微观动态特性研究

12、.油气田地面工程(OGSE),1997,16(1):2729离,2003,13(3):2526精密过滤:硕士论文.上海:上海医药工业研究院,20006张建伟,金光远.微孑L过滤介质污染中的堵塞研究.化学工程,2006,34(t0):3941(收稿日期:2008-0614,修回日期:2008-0728)AnExperimentalResearchontheFilteringEfficiencyofTailTubeFilteringHydrOcyclOnes(DaqingPetroleumbtstitute,Daqing,163318,Heilongjiang,China)AbstractAnim

13、provedtail-tubefilteringhydrocyclonewasdevelopedbasedonthecombinationofthemicro-poretubeforfilteringandanormalliquidliquidhydrocyclone,anditwasusedtoconductanexperimentalresearchofseparationforoilwatermixture,thefilteringefficiencyandunderflowefficiencyofthetail-tubeweremeasuredandanalyzed.KeywordsH

14、ydrocyclone,MicroPoreFilter,OilWaterSeparation,WaterTreatment杭州丰利医药粉碎设备生产基地列入今年省重点建设项目前不久,浙江省发改委公布了2008年浙江省重点建设项目名单(浙发改基综2008383号文),"杭州丰利粉体工程医药粉碎设备生产基地"名列其中.所谓省重点建设项目,是指经省人民政府批准的,对本行政区域国民经济和社会发展有重大影响的建设项目.据悉,该项目还被杭州市委,市政府确定为2008年新一轮"十大工程"重点项目,属于工业功能区建设40项之一.该项目由我国粉体装备龙头企业,国家重点高新技

15、术企业元,在杭州国家高新技术产业开发区设立的"杭州丰利粉体工程"承担建设.粉碎是医药工业中不可缺少的单元操作之一,通过粉碎,药品可达到一定的细度,有利于保证药品达到药典规定的释放度和生物利用度,提高药品的疗效.科技部,国家中医药管理局等联合发布的医药科学技术政策明确指出要"重点研制开发超微粉碎设备及超微粉碎质量检测设备;促进超微粉碎技术在制药工业,尤其是中药制药工业领域的应用."该基地以科技为先导,立足粉体技术前沿,研发生产"丰利"品牌特色的系列技术产品,国家重点新产品,国家火炬计划项目扣国家重大产业技术开发专项,代表着我国高档粉碎设备的发展水平的新一代超微粉碎设备:MTM冲击磨,GJF干燥超微粉碎机,CWM.80型超级涡流磨,CWJ超微粉碎机,高效节能HWV旋风磨,HTC高效涡轮超微分级机等多种高新技术产品,以满足医药,化工,食品等各个行业不同领域对成套超生物医药工程的超低温微粉制备成套设备.其创新点在于将空气涡轮膨胀超低温冷却装置与粉碎机有机结合,可粉碎在常温下难以粉碎的物料,如中药材,高附加值食品,动物骨头,高附加值生物材料等热敏性及受热易变质,易分解的物质,通过低温粉碎使这些物质的细度大大提高;而且可利用物料的脆化温度不同进行选择性粉碎,最终各自分离成纯净单一的粉体.杭州丰利