CN101773878B - 旋流分离器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种旋流分离器(1)，包括顺次连接的入口段(2)、第一锥体(3)和稳流段(7)；所述入口段(2)设有至少一个切向入口(11)，进流管(8)与切向入口(11)相接；该第一锥体(3)为向下收缩的圆锥体；所述稳流段(7)是呈细长形的圆柱管，其尾部设有出口(12)，其特征在于，所述分离器还包括位于所述入口段(2)上方与之相接的第二锥体或收缩体(4)，该锥体或收缩体(4)向上收缩并具有顶部开口(14)，此外，沿旋流器的中心轴线设有一根圆柱体(10a)，该圆柱体至少从所述入口段(2)的中部附近到顶部开口(14)为中空，并且该圆柱体在所述入口段(2)的中部附近被封闭而其顶部敞开，而靠近被封闭位置的该圆柱体的中空侧壁上设有与所述顶部相连通的孔。

Description

旋流分离器

技术领域

本发明涉及一种旋流分离器，尤其涉及用于液-液、固-液、气-固分离的旋流分离器。

背景技术

旋流分离器作为一种常见的分离分级设备，其工作原理是离心沉降。当待分离的两相或三相混合液以一定压力从旋流器周边切向进入旋流器内后，产生强烈的旋转剪切湍流运动。由于粗颗粒或重相与细颗粒或轻相之间存在着粒度差或密度差，其受到的离心力、向心浮力、流体曳力等大小不同，受离心沉降作用，大部分粗颗粒或重相经旋流器底流口排出，而大部分细颗粒或轻相由溢流管排出，从而达到分离分级的目的。

旋流分离器在含油污水处理方面的应用是一种液-液离心分离技术，它具有体积小、重量轻、占地少等优点。该技术在二十世纪七十年代产生于英国Southampton大学，由M.T.Thew首先将研制的水力旋流器应用于油-水分离，并在八十年代将旋流技术应用在石油工业的液-液分离。在以后的二十多年，液-液分离水力旋流器不断得到改进。

液-液水力旋流分离器是依靠流体的旋转产生离心力来达到分离不同物质的目的。中国发明专利02239957.7(公开日：2003年5月21日)中公开了一种旋流油水分离器，该分离器适合用于油田采出液处理过程中的污水处理，主要由入口段、加速段、分离段和稳流段四个回转体组成，其出油管设置在入口段端部的中心位置，在入口段还设有两个切向入口。液体混合物从入口沿切向流进入口段后，产生高速旋转，由于混合物中轻重组分的密度不同，在离心力的作用下，重组分将向旋流器回转壁面处运动，并在壁面附近浓集，在旋转过程中，逐渐向底部出口运动，最终排出旋流器。与此同时，轻组分将向旋流器中心轴处运动，形成油芯，并向入口方向流动，从溢流口排出，这样就实现了轻重组分的分离。

较早的中国发明专利00217613.0(公开日：2001年3月14日)中也公开了一种旋流油水分离器，其基本结构与上述专利相似，只不过加速段、分离段具有多个锥度，因而分离效果可能会好一些。

对油-水分离用水力旋流器而言，分为脱油型和脱水型两种。通常使用脱油型旋流油水分离器来处理含油污水，即含油量小于油-水混合液2％的场合，来脱去污水中的油。此时采用上述旋流油水分离器处理含油量较低的污水，从出油管排出的油的含水率可能会较高，特别是分离含油量大或粘度较高的污水时，效果相对较差。另外，由于入口处各种含油污水压力不一，或经常有波动，从而得不到稳定的反向流动的油芯，分离出的油不能顺利地从细小的溢油口流出，还可能造成分开的油和水重新混合，这是不希望的。

旋流离心分离应用于固液、气固和气液等分离时也存在相似的问题，即旋流离心分离的进口与轻相出口之间易发生短路，造成分离效果不好。

发明内容

因此，本发明的任务是克服现有技术之不足，提出一种改进的旋流分离器，它适用范围广，工作稳定，分离效率高并具有耗能小的特点。

因此，本发明提供一种旋流分离器，包括顺次连接的入口段、第一锥体和稳流段；所述入口段设有至少一个切向入口，进流管与切向入口相接；该第一锥体为向下收缩的圆锥体；所述稳流段是呈细长形的圆柱管，其尾部设有出口，其特征在于，所述分离器还包括位于所述入口段上方与之相接的第二锥体或收缩体，该锥体或收缩体向上收缩并具有顶部开口，此外，沿旋流器的中心轴线设有一根圆柱体，该圆柱体至少从所述入口段的中部附近到顶部开口为中空，并且该圆柱体在所述入口段的中部附近被封闭而其顶部敞开，而靠近被封闭位置的该圆柱体的中空侧壁上设有与所述顶部相连通的孔。

由于紧靠入口段处没有设置小口径的溢流口，而用大口径的第一锥体或收缩体，使得很容易容纳反向流动的轻相物料，并沿第一锥体或收缩体内面收缩，使物料的流动速度在顶部开口达到最大。这样可将轻相物料引出，而不易夹带重相物料。并且轻相介质在旋转上升时，部分进入中空部分的内部并沿其内部向上流动，以利于分离出来的轻相介质的引出。

根据本发明的进一步特征，所述圆柱体配置成能绕该中心轴线旋转，而且至少在所述稳流段入口附近的外壁上设有向下延伸的螺旋通道。设置这种螺旋通道的目的在于减轻贴壁旋转的重相在稳流段的入口处产生回流扰动，有利于分离。该细长的圆柱体可以由电机带动，转速在20-3000转/分，旋转方向最好与旋流方向一致。

根据分离工况的需要，该圆柱管在入口段的中部偏上的位置还附加设有助力桨，该助力桨设置在入口段的中部偏上位置并且与所述孔的下方。所述的助力桨半径不宜太大，以防流体扰动过大。由圆柱体带动的搅拌浆的转速可以根据待分离介质的性质来设定，例如在待分离介质的粘度较高时，可采用较低的转速，而待分离介质的粘度较低时，可采用较高的转速。在本发明中，助力桨主要用于分离含粘度较大的油和含油量大的污水，在一定的速度下粘度较大的油具有非牛顿流体的剪切变稀特性，经该助力桨的旋转搅拌加速，油的粘度降低，流动性得到改善，从而易于沿锥面加速上升。而对固液两相进行分离时，则不设助力桨。

有利的是，在根据本发明的旋流分离器中，所述第一锥体具有加速段和分离段，并且该加速段和分离段具有不同的锥角，优选加速段的锥角大于分离段的锥角。这种结构使分离器可具有更好的分离效果。

此外，所述第一锥体和第二锥体靠近所述入口段处具有不同的锥角，其中第一锥角角度在10°～30°之间。在上述旋流分离器中，所述切向入口为两个，两切向入口在入口段布置成使进入该入口段内的流体呈逆时针旋转。在这里，两切向入口间隔180°布置在同一高度上。可以理解，设置其它数目的切向入口也是可行的。

本发明的优点是明显的，它工作范围广，可以应用于液-液、固-液、气-固的两相分离，效率高且结构简单，解决了短路及回流扰动问题，分离效果大大提高，同时耗能低，占地面积小。既可以单独使用，也可以并联或串联使用，还能与现有装置联合使用，灵活方便。

附图说明

以下，结合附图来详细说明本发明的实施例，其中：

图1为根据本发明的旋流分离器的一个实施例的示意图；

图2为沿图1中的A-A线剖的、放大了的截面图；

图3为图2所示结构的局部放大图；

图4为根据本发明的旋流分离器的另一实施例的示意图。

附图标记一览表

1-旋流分离器；2-入口段；3-第一锥体；4-第二锥体；5-加速段；6-分离段；7-稳流段；8-进流管；10a-圆柱体；10-助力桨；11-切向入口；12-出口；13-进流管口；14-顶部开口；15-排出管。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的一个实施例，在本说明书中，相同的参考数字在不同实施例中表示相同的部件。从图1中看出，总体用数字1表示的旋流分离器，包括顺次连接的入口段2、第一锥体3和稳流段7。第一锥体3为向下收缩的圆形锥体。稳流段7呈细长形的圆柱管，其尾部设有出口12。入口段2为圆柱形直管段，其设有至少一个切向入口11。例如图2和3所示，在本实施例中，切向入口11有两个，它们间隔180°布置在同一高度上。当然，可以想到设有其它数目的切向入口，其中各切向入口11也可设置在不同的高度。进流管8插接在切向入口11上，并优选与入口段2内壁基本齐平。在图2中，一根进流管8被省略，以显示切向入口11。入口在入口段2最好构造成能使流体呈逆时针旋转。

进流管8的内径在管口13处被缩小，以增加流速。一般来说，入口直径越小，则进口速度越大，离心力越大，在一定程度上有利于密度不同的两相的分离。由于旋流器内的介质如油水两相介质是在高速旋转所产生的离心力的作用下而进行分离的，高速旋转运动必然带来剪应力的作用，这种剪应力的存在会使油滴等被分离的分散相破碎成更小的液滴，加大了分离的难度。所以水力旋流器的液体入口速度并非越大越好，入口速度应控制在一定的范围内。在本实施例中，进流管8的内径在在管口13处被减到一半左右，原则上是让旋流分离器在常压下工作，尽量避免加压泵工作，以节省能源。

再参见图1，所述分离器还包括位于所述入口段2上方与之相接的第二锥体或收缩体4(下称第二锥体4或锥体4)，该锥体或收缩体4也优选为圆形锥体或收缩体并向上收缩，构成集轻相段。锥体4可以由不同的锥体段或收缩体段组成，具有顶部开口14。

如图1所示，在旋流分离器1的中心轴线位置设有细长形的圆柱体10a，该圆柱体10a从顶部开口14和稳流段7之间延伸。圆柱体10a还可通过电机带动旋转，转速在20-3000转/分的范围内。

在上述实施例中，圆柱体10a至少从所述入口段2的中部附近到顶部开口14为中空，并且该圆柱体10a在所述入口段2的中部附近被封闭而其顶部敞开，而靠近被封闭位置的该圆柱体10a的中空侧壁上设有与所述顶部相连通的孔(未示出)，旋转的轻相介质通过所述孔进入圆柱管内并沿其内壁向上流动。为了增强导流作用，圆柱体10a至少靠近稳流段7的入口附近的外壁上设有向下延伸的螺旋通道(未示出)，必要的情况下该螺旋通道可以延伸遍及稳流段7，合适地选择螺旋通道的旋向如左旋或右旋，使其在与旋流方向同方向旋转时能产生向下的压力，以便重相介质的流进稳流段7。

根据工况需要，例如对油水分离时，考虑到污水含油量大或要分离的油粘度较大，圆柱体10a在入口段2的中部偏上的中心位置还设有助力桨10，优选该助力桨10设置在所述孔的下方。助力桨10为小叶轮，装在圆柱体10a上由其带动。所述助力桨10半径不宜太大，以防流体扰动过大，且其转动速度可以根据待分离介质的性质进行调整。例如在处理含粘度较大的油的污水时，采用较低的转速，而在处理粘度较小的两相介质时，可采用较高的转速。助力桨10主要用于分离含粘度较大的油和含油量大的污水。在一定的速度下粘度较大的油具有非牛顿流体的剪切变稀特性，经该助力桨10的旋转搅拌加速，油的粘度降低，流动性得到改善，从而易于沿锥面加速上升。而在进行固液分离时，则取消使用该助力桨10。

在圆柱体10a的另一种实施例中，该圆柱体10a可以构造成在顶部开口14和入口段2中部之间延伸的圆柱管，该圆柱管底端封闭并且在该圆柱管下部的管壁上设有通孔。这样，旋转上升的轻相介质通过所述孔进入圆柱管内并沿其向上流动。当不设助力桨10时，圆柱体10a不旋转，此时，结构就简单多了。

当然，圆柱体10a也可延伸到稳流段7入口上方的位置，并在该位置附近的外壁上设置向下延伸的螺旋通道。并且，圆柱体10a的其余部分也可以是中空的，但是构造成不与上部圆柱管相连通。

如图4所示，在本发明的另一实施例中，第一锥体3优选设计成具有顺次连接的加速段5、分离段6。其中加速段5的锥度(例如10°-30°)远远大于分离段6的锥度，但长度短于后者。由于分离段6的锥度相对于加速段5减小，使下行介质的旋流速度增加，这种结构更有利于密度不同的两相例如油水两相的分离。根据需要，加速段5可以由若干不同锥度段组成。

在分离处理过程中，参见图1和图4，混合介质的流体从进流管8切向进入锥体，由于流体带有一定压力及切向进入旋流分离器，受边壁约束，切向运动变为旋转运动，产生涡旋流。当混合流体从入口段流向第一锥体3时，受锥面的作用，旋流作用加强。

在第一锥体3内，由于液体高速旋转，产生很大的离心加速度，受离心力作用，轻相介质(油相)向轴中心迁移，通过大口径的第二锥体或收缩体，使得很容易容纳反向流动的轻相介质，并沿内面收缩，流动速度在顶部开口最大。这样可将油引出，而不易夹带水。密度较大相(水相)向边壁运动，通过稳流段7从底部排出旋流器。在顶部开口14处还连接有排出管15。

另外，在靠近入口11处上方聚集了大量已分离出来的轻相介质，所设的孔使分离出来的一部分轻相介质进入圆柱体10a的中空部分内，并沿内壁流动上升，以迅速将聚集在孔附近的轻相介质引走，能够防止密度较小相与从进流管8进入的待分离介质重新混合。

总之，根据本发明的旋流分离器的整体结构基本上为双锥体结构，在离心力和双锥体的富集作用下，形成上轻相下重相的形式；另外，旋流分离器内部设有细长圆柱体和助力桨进行引流和搅拌，加强了内部的旋流运动和分离效果；再者，该旋流分离器为立式结构，当内部混合介质旋转时由于受重力加速度作用，使轻重更易于分离。这种旋流分离器不仅可广泛适用于石油、化工、钢铁、造纸、电力以及轻工环保等行业的污水处理，还可以对具有不同密度的两相如固液、液液、气固等进行分离。

虽然上文中已经在一定程度上详细地对本发明的多个实施例进行了描述，应当理解，以上描述是示范性而非限制性的。在不背离本发明的精神或范围的情况下，本技术领域内的普通技术人员可以对这些公开的实施例做出多种改变。

Claims (9)

1.一种旋流分离器(1)，包括顺次连接的入口段(2)、第一锥体(3)和稳流段(7)；所述入口段(2)设有至少一个切向入口(11)，进流管(8)与切向入口(11)相接；该第一锥体(3)为向下收缩的圆锥体；所述稳流段(7)是呈细长形的圆柱管，其尾部设有出口(12)，其特征在于，所述分离器还包括位于所述入口段(2)上方与之相接的第二锥体或收缩体(4)，该第二锥体或收缩体(4)向上收缩并具有顶部开口(14)，此外，沿该旋流分离器的中心轴线设有一根圆柱体(10a)，该圆柱体(10a)至少从所述入口段(2)的中部附近到顶部开口(14)为中空，并且该圆柱体在所述入口段(2)的中部附近被封闭而其顶部敞开，而靠近被封闭位置的该圆柱体的中空侧壁上设有与所述顶部相连通的孔。

2.根据权利要求1所述的旋流分离器，其特征在于，所述圆柱体(10a)配置成能绕该中心轴线旋转，而且至少在所述稳流段(7)入口附近的该圆柱体的外壁上设有向下延伸的螺旋通道。

3.根据权利要求2所述的旋流分离器，其特征在于，所述圆柱体(10a)的转速在20～3000转/分。

4.根据权利要求2所述的旋流分离器，其特征在于，在所述圆柱体(10a)上安装有助力桨(10)，该助力桨(10)位于所述入口段(2)的中部偏上的位置。

5.根据权利要求4所述的旋流分离器，其特征在于，所述助力桨(10)位于所述孔的下方。

6.根据权利要求1至5之一所述的旋流分离器，其特征在于，所述第一锥体(3)具有加速段(5)和分离段(6)。

7.根据权利要求6所述的旋流分离器，其特征在于，所述的加速段(5)和分离段(6)具有不同的锥角。

8.根据权利要求1至5之一所述的旋流分离器，其特征在于，所述切向入口(11)为两个，通过所述入口进入的流体在入口段(2)呈逆时针旋转。

9.根据权利要求8所述的旋流分离器，其特征在于，所述两切向入口(11)间隔180°布置在同一高度上。

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