Аппарат для разделения двух несмешивающихся жидкостей

 

Использование: изобретение относится к устройствам для разделения жидкостей и может быть использовано при очистке сточных вод для удаления тонкодиспергированных нефтепродуктов, масел и жиров из воды в нефтяной и нефтехимической промышленности, на транспорте, энергетике и т.д. Сущность: аппарат для разделения двух несмешивающихся жидкостей состоит из корпуса, выполненного в виде двух сообщающихся секций, одна из которых содержит патрубок подвода исходной смеси, карман с разгрузочным порогом и патрубком отвода легкой жидкости, а другая - карман с разгрузочным порогом, установленным в нем фильтрующим элементом и патрубком отвода тяжелой жидкости. Дополнительно в первой секции установлена преграда с плоской горизонтальной поверхностью, площадь которой находится из определенного соотношения. Горизонтальная поверхность преграды расположена ниже уровня разгрузочного порога первой секции на определенную величину. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к аппаратам для разделения двух несмешивающихся жидкостей различной плотности и может быть использовано для очистки вод от нефтепродуктов, масел, жиров и т.д. практически во всех отраслях хозяйственной деятельности.

Известен аппарат для разделения двух несмешивающихся жидкостей с различной плотностью (1). Аппарат состоит из емкости, разделенной двумя перегородками на три отсека. Первый отсек является зоной отстаивания поступившей смеси. Второй отсек служит для сбора легкой фазы и трети для сбора тяжелой фазы. Слой легкой фазы со временем накапливающийся в первой зоне, самотеком переливается через первую перегородку и поступает в отсек сбора легкой фазы. Вторая перегородка, содержащая переливной порог, одновременно служит устройством поддержания заданного уровня исходной смеси в зоне отстаивания. Отстоенная тяжелая фаза из первой секции через данный переливной порог поступает в третий отсек сбора тяжелой фазы. Выделившиеся остатки легкой фазы возвращаются отсюда во второй отсек.

Основным недостатком данного аппарата является недостаточно высокая степень очистки тяжелой фазы. Невысокая степень очистки объясняется тем, что для подъема мелких капель легкой фазы с большой глубины требуется длительное время. Так, для подъема с глубины 2 м капли с размером ≈ 100 мкм требуется около 1 ч, а для капли с размером 10 мкм четверо суток. Для столь длительного отстоя смеси необходимы аппараты с отсеками отстаивания значительных размеров. Большие размеры отсека отстаивания оказывают на нестабильность гидродинамической структуры смеси неблагоприятное влияние, замедляя скорость подъема капель легкой фазы. Таким образом выделение мелких капель в аппаратах данного типа затруднено, что снижает эффект очистки тяжелой фазы.

Поставлена задача улучшить качество отводимой тяжелой жидкости, т.е. добиться более полного извлечения капелек легкой жидкости из смеси вплоть до самого малого заданного размера.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в первой секции аппарата секции отстаивания установлена коалесцирующая преграда с плоской горизонтальной поверхностью. Площадь горизонтальной поверхности преграды находят из выражения где Q производительность аппарата, м³/с; η динамическая вязкость, Па·с; Dr разность плотностей легкой и тяжелой жидкостей, кг/м³; g ускорение свободного падения, м/с²; d размер минимальных улавливаемых капель легкой жидкости, м.

Переливные пороги разгрузки тяжелой и легкой жидкостей выполняют на различной высоте. Разность высот в расположении порогов зависит от величины загрубления горизонтальной поверхности преграды. Порог первой секции расположен выше порога второй секции на м. Здесь H величина заглубления горизонтальной поверхности преграды, отсчитываемая от порога первой секции, м; ρ₁ плотность легкой жидкости, кг/м³; ρ₂ плотность тяжелой жидкости, кг/м³.

На фиг. 3 изображен аппарат для разделения двух несмешивающихся жидкостей; на фиг. 2 вариант аппарат с дополнительными поверхностями. Аппарат состоит из корпуса 1 коробчатой формы, разделенного перегородкой 2 на две сообщающиеся секции. Первая секция 3 предназначена для отстоя смеси и содержит преграду 4 с горизонтальной плоской поверхностью 5, патрубок подвода исходной смеси 6, карман 7 с разгрузочным порогом 8 и патрубком 9 отвода легкой жидкости. Вторая секция 120 содержит карман 11 с установленным в нем разгрузочным порогом 12, фильтрующим элементом 13, патрубком 14 отвода тяжелой жидкости.

Преграда с плоской горизонтальной поверхностью может быть выполнена в форме буквы Г. Под плоской горизонтальной поверхностью преграды размещаются дополнительные плоские горизонтальные поверхности 15 (фиг. 2), имеющие по периферии с трех сторон отбортовку, направленную вверх. Верхняя дополнительная преграда 15 и каждая последующая через одну обращены стороной, не имеющей отбортовки, в сторону преграды, а остальные в обратную сторону.

Аппарат для разделения двух несмешивающихся жидкостей работает следующим образом. Первоначально аппарат заполняется очищенной тяжелой жидкостью. Благодаря выбранной разности высот в расположении порогов 8 и 12 отвода легкой и тяжелой жидкостей задается расположение нижнего уровня легкой жидкости в первой секции 3. Его расположение выбирается обычно на 0-500 мм ниже горизонтальной поверхности 5 преграды 4 и выше нижней кромки перегородки 2. В зависимостях, приведенных в формуле изобретения, его расположение задается на 200 мм ниже горизонтальной поверхности 5. В установившемся режиме разделения, когда нижний уровень легкой жидкости достиг заданного положения, исходная смесь тяжелой и легкой жидкостей по патрубку 6 подается в первую секцию 3, где происходит отстаивание смеси. Довольно крупные капли выделяются из потока и сливаются с легкой жидкостью в результате коалесценции, не достигнув преграды 4. Выделение более мелких капель из потока тяжелой жидкости происходит в тонком слое, движущемся вдоль горизонтальной поверхности 5. Верхней поверхностью, ограничивающей высоту тонкого слоя, является поверхность раздела тяжелой и легкой жидкостей. Размеры горизонтальной поверхности выбираются из условия всплытия всех капель легкой жидкости вплоть до заданного минимального их размера. Это позволяет достичь гарантированного уровня качества тяжелой жидкости. Высота тонкого слоя незначительна и составляет обычно 1-20 мм. Все капли, выделившиеся из потока, прижимаются к поверхности легкой жидкости и сливаются с ней в результате коалесценции непосредственно на месте контакта, никуда не транспортируясь, что является несомненным достоинством предлагаемой конструкции. Легкая жидкость, накапливающаяся в результате отстаивания в верхней зоне первой секции 3, переливается через разгрузочный порог 8 в карман 7 и отводится из аппарата по патрубку 9. Тяжелая жидкость, практически не содержащая капель легкой жидкости, поступает в секцию 10 и через разгрузочный порог 12 переливается в карман 11. В кармане 11 установлен фильтрующий элемент, выполняющий роль финишной очистки тяжелой жидкости и позволяющий достичь необходимого качества тяжелой жидкости. Полностью очищенная тяжелая жидкость отводится из аппарата по патрубку 14.

В случае размещения дополнительных плоских поверхностей 15 (фиг. 2) тяжелая жидкость с мелкими каплями легкой жидкости, неуспевшими выделиться из слоя, сливается с плоской поверхности 5 (фиг. 1) на плоскую поверхность 15 (фиг. 2) и продолжает двигаться в обратном направлении. Благодаря отбортованным краям дополнительной плоской поверхности слив на последующую дополнительную поверхность осуществляется на противоположной ее стороне. Таким образом время нахождения жидкости в тонком слое увеличивается во много раз, а это приводит к повышению степени очистки тяжелой жидкости воды.

Формула изобретения

1. Аппарат для разделения двух несмешивающихся жидкостей, включающий корпус, выполненный в виде двух сообщающихся секций, одна из которых содержит патрубок подвода исходной смеси, карман с разгрузочным порогом и патрубком отвода легкой жидкости, а другая карман с разгрузочным порогом, установленным в нем фильтрующим элементом и патрубком отвода тяжелой жидкости, отличающийся тем, что в первой секции установлена преграда с плоской горизонтальной поверхностью, площадь которой находят из соотношения
где Q производительность аппарата, м³/ч;
η - динамическая вязкость тяжелой жидкости, Па · с;
Δρ - разность плотностей легкой и тяжелой жидкостей, кг/м³;
g ускорение свободного падения, м/с²;
d размер включений (капель) легкой жидкости, м,
при этом горизонтальная поверхность преграды расположена ниже уровня разгрузочного порога первой секции на величину, определяемую выражением

где ρ₁ плотность легкой жидкости, кг/м³;
ρ₂ плотность тяжелой жидкости, кг/м³;
ΔH разность высот в расположении разгрузочных порогов первой и второй секции.

2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что преграда выполнена в форме буквы Г, под горизонтальной поверхностью которой расположены дополнительные плоские горизонтальные поверхности, имеющие по периферии с трех сторон отбортовку, при этом верхняя из дополнительных плоских горизонтальных поверхностей и каждая последующая через одну обращены стороной, не имеюшей отбортовки, к преграде, а остальные в обратную сторону.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2