本发明专利技术公开了一种内置纤维诱导聚并强化旋流脱水的方法和装置，所述方法如下：油水混合物沿轴向进入旋流器，在离心力作用下旋流分离，水滴迁移至旋流器的边壁从水相出口流出，油相从油相出口流出；旋流器内布置呈倒锥形扇面排布的亲水纤维束，所述亲水纤维借助极性作用捕获因粒径小而处于内旋流部位的小水滴，一方面借助亲水纤维的聚结作用，促进小水滴聚并成大水滴，在离心力作用下向边壁迁移；另一方面借助亲水纤维的导流作用，在水流曳力作用下，诱导小水滴向边壁迁移。本发明专利技术的方法和装置分离效果稳定、结构紧凑，强化了油水旋流分离过程，提高了油水分离效率及精度。提高了油水分离效率及精度。提高了油水分离效率及精度。
【技术实现步骤摘要】
一种内置纤维诱导聚并强化旋流脱水的方法和装置
[0001]本专利技术属于石油化工和环保的油水分离的
，具体地讲，是涉及一种内置纤维诱导聚并强化旋流脱水的方法和装置。
技术介绍
[0002]旋流分离技术设备作为一种成熟的非均相分离设备，因其体积小、重量轻、分离效率高、结构简单、易于维护等优点，可实现油水两相的快速分离，广泛用于油水两相的预分离。
[0003]油水分离旋流器根据处理液中含油量多少可分为脱油型水力旋流器和脱水型水力旋流器，目前对脱油型水力旋流器的相关研究较多，而脱水型水力旋流器的相关研究则较少。传统的脱水型水力旋流器在结构上与固液水力旋流器类似，包括旋流腔、大锥段和小锥段，多采用双切向进液口，但压力损失大，且形成的油核从底流出口大量排出会导致分离效果不理想。
[0004]轴流导叶式旋流器采用轴向进料，依靠旋流叶片起旋，并且旋流叶片可以使流体均匀流动，能有效防止偏心。相关研究结果表明，轴流式旋流器可以使内部流场更加平稳，减小湍流作用，具有结构紧凑、压力低、处理量大和分离效率高等优点。同时，油脱水型旋流器分散相的浓度范围很宽，可以达到30％，甚至更大，且实际工况浓度易变。因此，在设计油脱水型水力旋流器时应充分考虑分散相浓度变化的影响。
[0005]对于低分散相浓度的油水混合物，如分散相浓度在1％以下，其水滴粒径呈多尺度分布，水滴尺寸越小，油水分离难度越大。此外，脱水型水力旋流器中由于连续相粘度大，分散相从中迁移而产生的摩擦阻力大，液滴由于剪切作用而发生的分裂也随之增多，而且由于水滴的表面张力比油滴小，因此，油中含水作为分散相的水滴比水中含油作为分散相的油滴更易破碎，分离更困难。在油水分离的最佳效率下，脱水型水力旋流器的内部雷诺数要远小于脱油型水力旋流器的内部雷诺数，这也意味着脱水型水力旋流器中的分散相液滴所受离心力要远小于脱油型水力旋流器中的分散相液滴所受离心力，而这也局限了脱水型水力旋流器的分水效果。
技术实现思路
[0006]本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种内置纤维诱导聚并强化旋流脱水的方法和装置，将介质聚结技术与旋流分离技术有机的结合于一体，利用呈倒锥形扇面形式排布的亲水纤维的聚结和导流作用，使处于旋流场内部的小水滴在极性作用下被亲水纤维捕获并完成聚结，强化旋流分离，有效提高在低分散相浓度下的油水分离效率及精度。另一方面通过耦合若干级流道，以分步分级思想提高油水分离效率，其设计可适应于分散相浓度变化大的应用场合。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0008]一种内置纤维诱导聚并强化旋流脱水的方法，所述方法如下：
[0009]油水混合物沿轴向进入旋流器，所述旋流器包括若干级依次连接的纤维旋流段，在纤维旋流段内起旋叶片的导流作用下，混合物获得适当的切向速度和轴向速度；在离心力作用下，较大粒径的大水滴迁移至旋流器的边壁，并从旋流器边壁的水相出口流出，经脱水分离后的油水混合物从轴向顶部的油相出口流出，或是继续沿轴向进入下一级纤维旋流段，实现油水混合物的进一步分离；
[0010]其中，每级所述纤维旋流段内布置呈倒锥形扇面排布的亲水纤维束，所述亲水纤维束的顶点布置在所述起旋叶片的上方，所述亲水纤维束的底面位于所述顶点的上方，可按需求布置于旋流器的任意横截面处；所述亲水纤维束的亲水纤维可借助极性作用捕获因粒径小而处于内旋流部位的小水滴，一方面借助亲水纤维的聚结作用，促进附着在亲水纤维上的小水滴聚并成大水滴，并在离心力作用下向边壁方向迁移；另一方面借助亲水纤维的导流作用，在水流曳力的作用下，诱导小水滴向边壁方向迁移，通过内置纤维诱导聚并强化旋流脱水；
[0011]其中，油水混合物中的大水滴的平均粒径范围在100微米以上；小水滴的平均粒径范围为20
‑
100微米。
[0012]本专利技术进一步设置为，所述油水混合物为油为主相，水为分散相的混合液，其中分散相的浓度范围为0.1％～30％。
[0013]本专利技术进一步设置为，所述呈倒锥形扇面排布的亲水纤维束以多层结构排布，每层亲水纤维束的顶点位置相同或不相同，底面位于纤维旋流段内的不同横截面处，优选设置于所述纤维旋流段侧壁的出水口的下方。
[0014]本专利技术进一步设置为，所述亲水纤维束的层数不低于2层，每层的亲水纤维根数不低于12根，沿圆周均匀分布，亲水纤维的直径不大于200微米，优选为20～50微米。
[0015]本专利技术进一步设置为，所述亲水纤维的材质选自但不限于：棉、麻、丝等天然纤维和亲水改性的涤纶、锦纶、氨纶纤维等。
[0016]本专利技术进一步设置为，所述起旋叶片的螺旋倾角逐渐增大，叶片出口处的螺旋倾角α为55
°
～65
°
，所述起旋叶片采用变螺旋倾角的圆弧段平滑连接的设计方式，形成渐变型过渡流道，使混合液进入旋流器后在流道内先经过稳流后再改变流动方向。
[0017]本专利技术的第二个方面，在于提供了一种内置纤维诱导聚并强化旋流脱水的装置，所述强化旋流脱水的装置为旋流芯管结构，包括依次连接的若干级纤维旋流段，所述纤维旋流段包括自下而上连接的旋流段和分离段，其中：
[0018]所述旋流段为柱段结构，底端为进液口，内部设有起旋装置，所述起旋装置的上方设有顶端固定器；
[0019]所述分离段包括自下而上的渐缩段和设置于所述渐缩段外侧的外筒，所述渐缩段的底端与所述旋流段的顶端连通，顶端设有油相出口，或与上一级纤维旋流段的旋流段连通；所述外筒的外壁上设有水相出口；所述渐缩段的边壁上设有多个出水口；所述渐缩段的内壁上设有若干层底面固定器，所述底面固定器与顶端固定器之间连接若干亲水纤维，所述亲水纤维形成的纤维束呈若干层倒锥形扇面排布。
[0020]本专利技术进一步设置为，所述强化旋流脱水的装置包括1～5级纤维旋流段，优选为2～3级。
[0021]本专利技术进一步设置为，呈倒锥形扇面排布的亲水纤维束以若干层结构排布，每层
亲水纤维束的顶点通过所述顶端固定器固定，每层亲水纤维束的顶点位置相同或不相同；每层亲水纤维束的底面通过所述底面固定器固定，位于所述渐缩段的不同横截面处，优选设置于所述渐缩段的出水口的下方。
[0022]本专利技术进一步设置为，所述亲水纤维束的层数不低于2层，优选设置为2～8层，每层的亲水纤维根数不低于12根，亲水纤维的直径不大于200微米，优选为20～50微米。
[0023]本专利技术进一步设置为，所述顶端固定器和底面固定器不局限于单一的形状结构，包括但不限于设有穿孔、挂钩或节点的一字形、十字形、米字形、环形的纤维牵引器，以及设于旋流芯管内壁上的固定环、固定钩等，所述亲水纤维也不局限于单一的连接方式，连接方式可设置为：所述亲水纤维的两端分别穿过或绕过所述顶端固定器和底面固定器的连接孔、挂钩或节点后打结固定，亦或是所述亲水纤维依次重复穿过或绕过所述顶端固定器和底面固定器后固定，只要所述亲水纤维通过所述顶端固定器和底面固定器形成呈倒锥形扇面排布的纤维束即可。本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种内置纤维诱导聚并强化旋流脱水的方法，其特征在于，所述方法如下：油水混合物沿轴向进入旋流器，所述旋流器包括若干级依次连接的纤维旋流段，在起旋叶片的导流作用下，混合物获得切向速度和轴向速度；在离心力作用下，大粒径的水滴迁移至旋流器的边壁，从旋流器边壁的水相出口流出，经脱水分离后的油水混合物从顶部的油相出口流出，或是继续沿轴向进入下一级纤维旋流段；其中，每级所述纤维旋流段内布置呈倒锥形扇面排布的亲水纤维束，所述亲水纤维束的顶点布置在所述起旋叶片的上方，所述亲水纤维束的底面位于所述顶点的上方；所述亲水纤维借助极性作用捕获因粒径小而处于内旋流部位的小水滴，一方面借助亲水纤维的聚结作用，促进附着在亲水纤维上的小水滴聚并成大水滴，并在离心力作用下向边壁方向迁移；另一方面借助亲水纤维的导流作用，在水流曳力的作用下，诱导小水滴向边壁方向迁移，通过内置纤维诱导聚并强化旋流脱水。2.根据权利要求1所述的强化旋流脱水的方法，其特征在于，所述油水混合物为油为主相，水为分散相的混合液，其中分散相的浓度范围为0.1％～30％。3.根据权利要求1所述的强化旋流脱水的方法，其特征在于，所述呈倒锥形扇面排布的亲水纤维束以多层结构排布，每层亲水纤维束的顶点位置相同或不相同，底面设置于所述纤维旋流段侧壁的出水口的下方。4.根据权利要求1所述的强化旋流脱水的方法，其特征在于，所述亲水纤维束的层数不低于2层，每层的亲水纤维根数不低于12根，沿圆周均匀分布，亲水纤维的直径不大于200微米。5.一种内置纤维诱导聚并强化旋流脱水的装置，其特征在于，所述强化旋流脱水的装置包括依次连接的若干级纤维旋流段，所述纤维旋流段包括自下而上连接的旋流段和分离段，其中：所述旋流段为柱段结构，底端为进液口，内部设有起旋装置，所述起旋装置的上方设有顶端固定器；所述分离段包括自下而上的渐缩段和设置于所述渐缩段外侧的外筒，所述渐缩段的底端与所述旋流段的顶端连通，顶端设有油相出口，或与上一级纤维旋流段的旋流段连通；所述外筒...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨强，刘奇龙，卢浩，刘懿谦，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。