專利名稱：低能耗的高效液液水力旋流器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為一種污水除油水力旋流器，適用于處理含油污水及其它輕質(zhì)分散相液液、液液固、液液氣混合物的分離，屬于一種旋流器。
背景技術(shù)：
油水分離用水力旋流器為雙錐型結(jié)構(gòu)，如圖1所示，包括溢流管1，旋流器進(jìn)口2，圓柱段3、大錐段4、小錐段5和平行尾管段6。根據(jù)Thew等人的專利(CA119111、US4576724)，進(jìn)口截面采用漸近線形式、小錐段半錐角為20′～1°、溢流口直徑小于旋流器直徑的0.1倍。這種旋流器可用于分離分流比0.5～10％的油水混合物，分離效率取決于旋流器的尺寸、油滴直徑的大小以及油水兩相的密度差。目前國內(nèi)采用的旋流器基本上都是引進(jìn)的國外產(chǎn)品。在海洋石油開采、陸上石油開采、各種廢水處理、制藥行業(yè)萃取液與被萃取液的分離等很多場合都面臨兩相密度差小、要求耗能低等情況，在這些情況下，需要進(jìn)一步提高旋流器的分離能力、降低壓降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種分離能力高、能耗小(壓降小)的旋流器。為了達(dá)到此目的，本發(fā)明設(shè)計的水力旋流器所采用的方案為包括溢流管1，旋流器進(jìn)口2，圓柱段3，大錐段4，小錐段5，尾管段6，其特征在于進(jìn)口截面形狀為擺線或者懸鏈線形式，大錐角為8～25°，小錐角為1.5～6°，進(jìn)口截面的等效直徑為旋流器公稱直徑D的0.3～4倍。；尾管段長度為旋流器公稱直徑D的20～40倍；溢流口尺寸為旋流器公稱直徑D的0.1～0.2倍；圓柱段尺寸旋流器公稱直徑D的2～3。倍。其中D-旋流器公稱直徑(大、小錐段銜接截面直徑)；D0-溢流口直徑；
Lu-尾管段長度；Lc-圓柱段長度。
本發(fā)明所采用的設(shè)計原理為改變?nèi)魏我粋€結(jié)構(gòu)尺寸或結(jié)構(gòu)形式都可以改變水力旋流器的分離能力、也可以改變旋流器的壓降。但是從提高分離能力的角度來說，旋流器錐段錐角的改變直接影響分離空間以及流體在分離段停留時間的大小，因此對分離能力的影響最大，而這種錐角改變后，傳統(tǒng)的Thew型旋流器的設(shè)計關(guān)聯(lián)式將不再適用。根據(jù)我們的理論研究表明，并不是錐角越小分離能力就越高，如圖6所示當(dāng)小錐段半錐角α1增加時，分割尺寸d50首先隨α1的增加而增加(表示隨α1的增加分離能力降低)；當(dāng)增加到一定的程度時，再繼續(xù)增加α1反而會引起d50降低，表示分離能力在提高。圖中d50——分割尺寸，表示對應(yīng)于分離效率為50％時的液滴尺寸；α1——小錐段半錐角；h1——小錐段長度。
從壓降的角度來說，旋流器的每一個結(jié)構(gòu)尺寸與結(jié)構(gòu)形式都可能改變壓降的大小，其中旋流器錐段壓降代表分離區(qū)流體的動能與靜壓能之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換所需要的能量，而進(jìn)口至圓柱一大錐段銜接截面之間的壓降表示進(jìn)口流體因流動截面積與流動通道形狀的突然變化所需要的壓降損失。因此錐段壓降占總壓降的比例的大小反應(yīng)了一個旋流器消耗的能量中用于有效分離的能量所占比例的大小，這個比例越高，就表示旋流器壓降中的“有效能量越高”。在這兩部分壓降之間，進(jìn)口形式與進(jìn)口尺寸對壓降損失的影響很大。
本發(fā)明的應(yīng)用場合包括石油采出液的預(yù)分、含油污水的凈化、城市污水中的除油、餐廳飲用水的凈化、乳品脫除油脂、從紙漿中脫除油墨、制藥行業(yè)中萃取液的分離等。本發(fā)明的水力旋流器可用于分離進(jìn)口濃度小于20％(分流比大于進(jìn)口濃度)的油水混合物，比傳統(tǒng)的旋流器分離效率高、壓降低、適用范圍廣。


圖1旋流器結(jié)構(gòu)示意圖；圖2擺線進(jìn)口示意圖；圖3懸鏈線進(jìn)口示意圖；圖4本發(fā)明旋流器結(jié)構(gòu)示意圖；圖5本發(fā)明的旋流器進(jìn)口截面形式圖；圖6小錐段半錐角對分割尺寸d50的影響；圖7各種入口形式下的壓降；圖8錐段壓降占總壓降的比例；圖中，1-溢流管，2-旋流器進(jìn)口，3-圓柱段，4-大錐段，5-小錐段，6-尾管段。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖具體說明一下本發(fā)明的優(yōu)選實施例本發(fā)明設(shè)計的一種旋流器形式，結(jié)構(gòu)參見圖4，進(jìn)口截面形狀參見圖2。這種形式的旋流器的進(jìn)口截面形狀為擺線進(jìn)口，大錐角為10°，小錐角為1.5°，溢流口直徑為4mm，旋流器公稱直徑為30mm，圓柱段高度為60mm，進(jìn)口截面等效直徑為13mm，尾管段直徑為15mm，尾管段長度為600mm。采用此種旋流器形式，在進(jìn)口流量4m3/h、分流比為8％的條件下，用于油水分離，分離效率比Thew型旋流器提高了4.1％，壓降比Thew型旋流器提高了7.6％。
本發(fā)明設(shè)計的另一種旋流器形式，結(jié)構(gòu)參見圖4，進(jìn)口截面形狀參見圖3。這種形式的旋流器的進(jìn)口截面形狀為旋鏈線進(jìn)口，大錐角為10°，小錐角為1.5°，溢流口直徑為4mm，旋流器公稱直徑為30mm，圓柱段高度為60mm，進(jìn)口截面等效直徑為13mm，尾管段直徑為15mm，尾管段長度為600mm。。采用此種旋流器形式，在進(jìn)口流量4m3/h、分流比為8％的條件下，用于油水分離，分離效率比Thew型旋流器提高了10.6％，壓降比Thew型旋流器降低了36.1％。
以下結(jié)合附圖具體說明本發(fā)明的旋流器與現(xiàn)有Thew型漸開線旋流器的效果對比。
表1給出的是在不同進(jìn)口形式下，大錐角為10°、小錐角為1.5°、溢流口直徑為4mm、進(jìn)口流量4m3/h、分流比為8％的條件下，用于油水分離的實測分離數(shù)據(jù)，可以看出，從分離效率的對比數(shù)據(jù)看，擺線與懸鏈線的分離效率都高于Thew采用的漸開線形式。
表1 不同進(jìn)口形式下的分離效率

圖7給出的是實測的上述條件三種進(jìn)口條件下的壓降的對比，從圖中可以看出，擺線與漸開線入口形式的壓降基本上一致，但懸鏈線入口旋流器的壓降明顯低于擺線與漸開線的入口形式。
圖8為三種進(jìn)口形式下錐段壓降占總壓降的比例，由于它代表旋流器壓降中“有效能量”的大小，因此從該圖中同樣可以看出，懸鏈線形式最好、漸開線次之、擺線較差。
上述結(jié)果說明從分離性能上說，本發(fā)明的擺線與懸鏈線進(jìn)口形式都要優(yōu)于漸開線形式；從壓降角度來說，懸鏈線入口形式最好，擺線與漸開線形式的壓降基本上一致。
權(quán)利要求
1.一種低能耗的高效液液水力旋流器，包括溢流管(1)，旋流器進(jìn)口(2)，圓柱段(3)，大錐段(4)，小錐段(5)，尾管段(6)，其特征在于旋流器進(jìn)口(2)的截面形狀為擺線形或懸鏈線形，大錐段(4)的大錐角為8～25°，小錐段(5)的小錐角為1.5～6°。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低能耗的高效液液水力旋流器，其特征在于溢流口尺寸Do/D為0.1～0.2；其中，D-旋流器公稱直徑，即大、小錐段銜接截面直徑；Do-溢流管(1)的直徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低能耗的高效液液水力旋流器，其特征在于旋流器進(jìn)口(2)的進(jìn)口截面等效直徑為旋流器公稱直徑的0.3～4倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低能耗的高效液液水力旋流器，其特征在于尾管段尺寸Lu/D為20～40，其中，Lu-尾管段(6)的長度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低能耗的高效液液水力旋流器，其特征在于圓柱段尺寸Lc/D為2～3，其中，Lc-圓柱段(3)的長度。
全文摘要
本發(fā)明為一種低能耗的高效液液水力旋流器，具體涉及一種污水除油水力旋流器。這種旋流器包括溢流管(1)，旋流器進(jìn)口(2)，圓柱段(3)，大錐段(4)，小錐段(5)，尾管段(6)，其特征在于旋流器進(jìn)口(2)的截面形狀為擺線形或懸鏈線形，大錐段(4)的大錐角為8～25°，小錐段(5)的小錐角為1.5～6°。溢流口尺寸D
文檔編號B04C5/00GK1701856SQ200510082680
公開日2005年11月30日 申請日期2005年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月8日
發(fā)明者趙慶國 申請人:北京工業(yè)大學(xué)