III旋液式油水分離器設計1.研究目的和意義目前煉油廠對含油污水的處理，一般采用“老三套”技術， “隔油-浮選-生化” 。多年來的實踐證明，該技術比較簡單且實用，但二級加藥浮選存在著下述問題: 如二次提升污水，能耗較高，油水分離時間較長（ 30-60min)，建筑占地面積較大，特別是投加大量藥劑后，產生大量浮渣，對浮渣的處理投資大，操作復雜，如不妥善處理，則會造成二次污染等。旋液式油水分離器是一種新型的具有效率高、處理量大、質量輕、體積小、本身無運轉部件、維修和管理費用低等優(yōu)點。據(jù) BWN Rortoil 公司統(tǒng)計，截至 1988 年止，全世界巳有 18 臺這種裝置在運行，另有 7 臺正在建造中，其中處理量最大的為 30210m3/d，處理后的出水含油量小于 5mg/L。撫順石化公司石油一廠與大連理工大學合作進行了兩年多的試驗,成功開發(fā)了 XYF-5 型旋液式油水分離器，取得了較滿意的結果。結果表明，煉油廠含油污水在該器中停留 2-3s，不投加任何藥劑，處 理后的出水含油量可降至15mg/L 以下，達到了生化進水水質要求，可以代替二級加藥劑的壓力浮選程的目的，具有很好的經濟、環(huán)境和社會效益。2.旋流器的發(fā)展特點 它的應用領域已擴大到各行各業(yè)。從其可分離的類型上看，除了對完全溶解于液體介質的物質不能分離(溶于液體中的氣體，在水力旋流器中也可部分地分離) ，以及對乳化液難于分離(可加入破乳劑后再行分離)外，其它的兩相或三相介質均可分離。如液--固、氣-- 固、液--氣、液-- 液、液--氣--固三相的分離，甚至密度不同，或形狀不同的兩種固體顆粒亦可用水力旋流器分離。同時，對水力旋流器的操作特性許多學者作了專門研究，對它的應用場合，運轉參數(shù)的選擇與確定都有了合理的依據(jù)。因此，水力旋流器在實際應用中大都取得了很好的分離效果，經濟效益可觀。許多學者IV專門研究了水力旋流器各部分幾何參數(shù)的合理確定的問題，研究了幾何尺寸變化對分離性能的影響，如，溢流口徑和底流口徑的形狀及大小的改變、圓錐角的變化、尾管長度等，從而逐漸得出了幾組合理的幾何尺寸。再次，水力旋流器的設計與制造方面，固一液水力旋流器已有幾種定型的設計，其結構與參數(shù)經使用證明較為合理。其中以 Rietema，Bradley 和 Kelsall的三種設計結構應用最普遍，效果最好．他們的選擇與比例放大也有自己的關系式，這些關系式都是通過試驗推出的，具有半經驗性。液一液水力旋流器的結構與設計，最為合理的是 Thew 等人的設計，他們在這一領域進行了大量的試驗研充。其效果十分明顯。但液一液水力旋流器的選擇與比例放大的理論工作。目前還很不完善，沒存提出什么合理的可供遵循約關系式。水力旋流器的制造技術也大大提升了，在保證精度以確保水力旋流器的運轉特性前提下，制造方法不斷改善。最明顯的是液一液水力旋流器的制造，許多國家巳用非金屬材料( 如聚胺酯等) 代替金屬材料，用注塑方法加工生產．同時將幾個水力旋流器制造在一個外殼內，加大了處理量，又降低了成本?？傊π髌鞒鲇谄涮刂榈姆蛛x機理及結構持證，使它成為獨具一格的一種分離裝置．在一定的應用場合它比任何其它的分離設備更便于使用。特別是在石油工業(yè)．尤其是今后三次采油技術的全面推廣后，水力旋流器的應用將更為廣泛?？梢灶A見．今后若干年內，它必將發(fā)揮巨大的效益．在我國石油工業(yè)等部門中獲得更廣泛的應用。3. 工作原理將需要分離的兩相混合液以一定的壓力從旋流器圓筒體上部的切向進料口注入，從而在器內形成強烈的旋轉運動,由于輕重兩相的密度差異，重相沿錐體器壁向下，形成外旋流并在下部的底流口排出，而輕相則受流體的拽力向內部運動，并被向上的內旋流由溢流口帶出從而完成兩相的分離。 V液--液水力旋流器的分離原理，與固-- 液分離十分相似。它是利用兩種混合在一起但不互溶的液體之間的密度差，在水力旋流器體內進行離心分離。但液--液分離要比固一液分離困難得多，其主要原因是：①一般兩種液體之間的密度差較小，如油與水的密度差一般只有0.1 至 0.2g/cm3。左右，而固-- 液兩種介質之間的密度差常常較大，有時會有幾倍的差別。②分散相的液體介質，不論其密度較連續(xù)相液體介質大或小，都是以小滴的形式存在。這些液淹沒有固定不變的形狀，在力的作用下極易變形，有時甚至會破裂。因此．兩種液體混合的介質在水力旋流器中分離時．既要求液流在水力旋流器體內形成高速旋轉的渦流，以保證液滴有足夠的力沿徑向方向移動，又要防止液滴在高速旋轉時，受到過大的切向剪應力致使液滴破碎，分裂成更細小的液滴，導致分離更加困難。這都是液--液分離水力旋流器的應用較固--液水力旋流器晚了近一百年的原因。下面進一步分析一下液--液分離的過程。兩種液體介質的混合物由入口切向進入旋流腔后，在內部產生強烈的渦流。然后由旋流腔經過很短的大錐角段后，迅速過渡到錐角很小面長度較大的小錐角段，其后進入一個長度較大直徑較小的圓拄狀尾管內。這種結構使進入旋流腔后高速旋轉的液體很快收縮到細長的小錐角段內，這一段直徑變化緩饅，旋轉加速度的變化趨于緩和。同時，液體渦流在細長的小錐角段及尾管中存留時間稍有增加，而液滴在小直徑孔中沿徑向向軸線移動的路徑就短，液滴受到的切向力也減小。因之，分散相液滴在連續(xù)相介質中的分離更平穩(wěn)，分離的機率大大增加。在保證液滴分離的同時，VI減少了其破碎的幾率，即使部分液滴破碎成更小的尺寸，也會在長的小錐角段甚至在尾管中進一步分離出。根據(jù)結構上的這些要求，決定了液--液用水力旋流器比同直徑的固--液水力旋流器的長徑比大很多，因而總長度也大好幾倍。在液--液分離中，連續(xù)相介質可能比分散相介質重(如從水中分離出所含的少量油) ，也可能比分散相介質輕(如從油中分離所含的少量的水)。以上兩種不同的情況的分離，原理相似，但水力旋流器的結構會略有不同。分散相介質較連續(xù)相介質輕時，兩種介質混合物在水力旋流器體內分離時，輕質分散相向軸線附近移動，形成輕質分散相的核心，并向上從溢流口排出，而分散相介質較重時，它在水力旋流器體內旋轉時，就會向器壁移動，并向下從底流口排出。所以溢流口與底流口直徑及水力旋流器的其它某些結構參數(shù)會根據(jù)分散相介質的濃度及性質而做相應的改變。此外，由于液體在水力旋流器體內形成渦流．而渦流中心處的壓力最低．溶于液體內的氣體會分解出，在軸線財近形成一個“氣核” 。個論固--液分離與液--液分離。這個氣核都是存在的。實踐證明．這個氣核的存在不會影響分離過程．有時還對分離有利。與固--液分離相同，用水力旋流器進行液一液分離也是不完全分離。從溢流中排出的液體并不完全是輕質相介質，會同時排出少量重質相介質。而從底流中排出的液體，不可避免地會含有少量輕質相介質。但只要操作變量控制恰當，分離效率完全可達到 90％~95％以上，有的液--液分離水力旋流器約分離效率高達 98％，能滿足一般分離要求。VII4 選型設計方法及思路液-液旋流器的選型設計方法與固-液旋流器相同，其設計方法有 2 種。第1 種是根據(jù)幾何尺寸對壓降、處理量、分離效率的影響情況,選擇各部分幾何尺寸。這種設計方法需要掌握各設計變量與水力旋流器性能的定量關系。當然，已有許多經驗理論和模型可以利用，除特定的旋流器外,這些理論和模 型只能給出近似估算。第 2 種方法是選擇標準的水 力旋流器，按其相似準則和幾何尺寸比例關系，進行 計算和比例放大，這樣能夠得到較可靠的設計結果。第2 種設計方法實際是相似設計法，也就是按照設計參數(shù)處理量 、壓降“ 和粒徑的要求，選擇性能優(yōu)良的旋流器，用其相似準數(shù)關系和幾何 尺寸比例關系，計算設計旋流器，在旋流器選型設計中常采用該方法。5 閱讀的主要參考文獻及資料名稱[1]李振林，董守平，張建，等.重力式油氣水三相分離器 內部流動研究[J].石油機械，1999，27(7)[2]郭軍，張軍，唐馳，等.油氣水復合式分離器樣機 實驗[J].中國造船，2005,46:322-327.[3]趙文欣，郭亞軒，董傳占，等.基于 RNG k-e 模型的聚 結器油相體積濃度場數(shù)值模擬[J]. 大慶石油學院學 報,2007, 31(4)51-53.[4]趙立新，華正榮，朱寶軍，等.脫油型螺旋管油水分離器 的數(shù)值模擬[].化工機械，2008，35(6)345-349.VIII[5]王凱，賈星蘭，李曉偉，等.油水旋流分離器內部流場 的 CFD 模擬[]. 化工裝備技術，2009，30(5):9-12.[6]于漢成.重力式分離器的沉降理論與實用公式[]. 天 然氣工業(yè)，1994，14(6):60-63.[7]孫治謙，金有海，王振波，等.聚結構件結構對重力分離 器油水分離性能的影響[].化工學報， 2010，61 (9): 2386-2392[8] 蔡飛超，馬濤，趙小奎.重力式油水分離器分層流動 數(shù)值模擬[]. 石油礦場機械，2008，37(11) ： 2-75.[9] 萬楚筠，黃鳳洪，廖李，等.重力油水分離技術研究進 展[].工業(yè)水處理，2008， （7):18-21.[10]張有志.國外油田注水的除油方法及設備.石油機械， 1992，19( 1)： 31~ 36 2 化學工程手冊編委會.化學工程手冊.第 5 卷.北京： 化學工業(yè)出版社，1989.[11]斯瓦羅夫斯基 L(英）編，朱企新等譯.固(液分離.北 京：化學工業(yè)出版社，1990.[12]戴干策，陳敏恒 .化工流體力學.北京:化學工業(yè)出版 社,1988.[13].何翌.油水分離旋流器性能測試：〔學位論文〕.大連：大 連理工大學，1993.6 研究的內容及主要任務 （1）學會查閱文獻資料的方法（2）知道分離原理及方法（3）能夠對油水分離設備進行設計計算（4）會用繪圖軟件繪制裝配圖、零件圖繪制和三維效果圖（5）學會文檔排版的基本知識IX7 設計時間安排時 間 階段 內容與任務 成果5-7 周 畢業(yè)實習 了解設計相關的技能 資料收集、實習日志、 實習報告8-9 周 設計準備進行深入的調查和國內外文獻查閱、確定設計思路和步驟外文翻譯、開題報告9-11 周 方案設計完成旋液式油水分離器數(shù)據(jù)計算和分析,進行廣泛的設計方案構思計算數(shù)據(jù)，工藝結構12-14周 深入設計進行 fluent 模擬實驗并完成零件圖和裝配圖電子圖與設計說明書綱要15-16周 末期設計完成設計所有環(huán)節(jié)，定型打包，設計說明書的編寫設計說明書17 周 答辯準備設計過程中所有文件的檢查修改、答辯用材料的編寫畢業(yè)設計、電腦演示、論文答辯提綱、視頻課件制作X教師意見：指導教師簽字： 日期：