CN105542840B - 一种利用螺线空间曲率驱动的油水分离方法及结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用螺线空间曲率驱动的油水分离方法及结构，所述方法基于油水混合物中的油滴在螺线形曲面受到的空间曲率驱动力，使油滴定向移动至某富集处，并利用富集处所设微孔的毛管力，实现油水分离，所述结构包括若干规则排列的螺线形叶片及设置于其上、下侧的分隔板，其中螺线形叶片与分隔板均设置有亲油性结构，所述分隔板上开设有若干微孔。较之于现有技术，其具有分离快速高效、所需能耗少、无化学添加剂造成的污染及应用广泛等诸多特点。

Description

一种利用螺线空间曲率驱动的油水分离方法及结构

技术领域

本发明涉及化工领域及环保科技领域，具体为一种利用螺线空间曲率驱动的油水分离方法及结构。

背景技术

随着社会的发展，中国对于能源的需求越来越大，石油作为工业的血液，其需求量也是日益增长。稳定石油供给是社会稳定发展的基础，是我国的重要战略保证之一，这对油田的生产提出了更加艰巨的任务。但是随着中国许多油田进入高含水期，原油往往是以油滴的形式掺杂在水中采出。对于这类原油，现有的主要方法是通过电解来实现油水的分离，但是该方法能耗大，操作危险，不适于大面积使用。

同时，含油工业废水的排放对环境产生了严重的污染。含油工业废水进入江河湖海后，油膜覆盖水面，造成水体溶氧量减小，影响水藻的生长，并且废水中的有害物质会通过食物链富集，对人类的身体健康产生严重危害。含油废水的排放也是一种严重的浪费，若能进行油水分离，则他们可以成为再生资源加以利用。但由于含油废水中，油滴可以微小，一般的油水分离方法效果差，能耗高。

公开号为CN104743637A的发明申请公开了一种油水分离盒及利用此分离盒的油水分离装置，用于分离含油污水中的浮油、分散油和乳化油。该装置集重力分离、离心和聚结等油水分离方法于一体，虽然具有隔油效率高、停留时间短的优点，但其结构设计及工作原理复杂，且设备维护成本高，应用范围狭窄。

公开号为CN103372331A的发明专利公开了一种油水分离装置及方法，其方法是将含水的油和含油的水分别送入油水粗分罐的油侧和水侧进行油水初步分离，随后含油的水在油水细分罐内进一步油水分离并分别排出。其处理量大、分离精度高，可以同时处理油含水和水含油两股物料,但其同样具有上述诸多弊端，如结构复杂、功耗大，设备维护成本高等。

为此，人们都在迫切地寻找一种快速高效、能耗少的油水分离方法。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种利用螺线空间曲率驱动的油水分离方法及结构，其具有分离快速高效、所需能耗少、无化学添加剂造成的污染及应用广泛等诸多特点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：

一种利用螺线空间曲率驱动的油水分离方法，所述方法基于油水混合物中的油滴在螺线形曲面受到的空间曲率驱动力，使油滴定向移动至某富集处，并利用富集处所设微孔的毛管力，实现油水分离。

作为上述技术方案的进一步改进，所述螺线形曲面为螺线形叶片,且为亲油性结构，所述富集处为设置于螺线形叶片上、下侧的分隔板，所述分隔板内设置有油层，所述方法具体包括

步骤A,使油水混合物流经螺线形叶片，其中的微小油滴将附着于亲油的螺线形叶片上，在其表面形成密集分布的小油滴集群；

步骤B，在螺线形叶片的空间曲率驱动力作用下，位于螺线形叶片凸面的微小油滴向上移动，位于螺线形叶片凹面的微小油滴向下移动，所述微小油滴在移动过程中将不断与其他微小油滴合并逐渐变大，并最终于上、下侧分隔板处富集；

步骤C，由于分隔板内设置有油层，在其微孔的毛管力作用下，仅油滴可通过分隔板，以此实现油水分离。

作为上述技术方案的进一步改进，所述螺线形叶片为阿基米德螺线形或对数螺线形，其表面涂抹有亲油性物质，以保证步骤A中螺线形叶片湿润时是亲油的。

作为上述技术方案的进一步改进，所述螺线形叶片的尺寸设置于5毫米内，以保证步骤B中微小油滴所受空间曲率驱动力足够使其移动。

作为上述技术方案的进一步改进，所述分隔板的微孔尺寸设置于100至500微米之间，以保证步骤C中分隔板的通油阻水作用。

一种利用螺线空间曲率驱动的油水分离结构，其采用权利要求1至5所述的利用螺线空间曲率驱动的油水分离方法实现油水分离，包括若干规则排列的螺线形叶片及设置于其上、下侧的分隔板，其中螺线形叶片与分隔板均设置有亲油性结构，所述分隔板上开设有若干微孔。

作为上述技术方案的进一步改进，所述螺线形叶片为阿基米德螺线形或对数螺线形，其表面涂抹有亲油性物质。

作为上述技术方案的进一步改进，所述分隔板内设置有油层。

作为上述技术方案的进一步改进，所述螺线形叶片的尺寸设置于5毫米内，以保证微小油滴所受空间曲率驱动力足够使其移动。

作为上述技术方案的进一步改进，所述分隔板的微孔尺寸设置于100至500微米之间，以保证分隔板的通油阻水作用。

本发明带来的有益效果有：

较之于现有技术，本发明具有如下优点，

1、本发明的油水分离方法主要利用螺线空间曲率驱动力和微孔毛管力作用,不仅实施起来安全便捷，操作简单，且具有分离快速高效、分离效果稳定的效果；

2、本发明的油水分离结构不仅占地面积小，结构设计紧凑，且可以多次重复使用，与现有油水分离装置相比，所需能耗更少，运行成本更低；

3、本发明所提供的油水分离方法不涉及任何化学添加剂，因此也不会造成新的化学添加剂污染，不仅绿色环保，也有助于提高分离精度；

4、本发明为独特的创新设计，从某种意义上脱离了传统的油水分离方法及装置模型，较之于现有的多数针对性设计的油水分离装置，将具有更加广泛的应用空间。

附图说明

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明，

图1是本发明的利用螺线空间曲率驱动的油水分离结构示意图；

图中各序号所对应的标注名称如下：

螺线形叶片-1，分隔板-2，微小油滴-3，微孔-21，油层-22。

具体实施方式

实验研究表明，油滴在阿基米德螺线形曲面上能定向移动。

当油滴在阿基米德螺线形曲面上时，会受到曲面自身具有的空间曲率所产生的驱动力作用，而在此驱动力作用下，油滴会向空间曲率较大的地方定向移动。由于对于螺线形曲面来说，其凹面一侧靠近中心极点处的空间曲率高，远离中心极点处的空间曲率低，而凸面一侧则相反。因此，吸附在其凹面上的油滴会向中心极点移动，吸附在凸面上的油滴则会远离中心极点移动。同理，螺线形叶片1也将驱使吸附在其上的油滴向上下两侧定向移动。

同时，微孔21具有毛管力作用。

当水要通过分隔板2上的微孔21进入分隔板2内侧的油层22时，由于油水之间的界面张力会产生阻碍水渗入的拉普拉斯压差，这一压差随着孔径的减小而增大。由于分隔板2上的微孔21尺寸很小，所以这一阻力足够大，保证了水不会通过分隔板2进入其内侧的油层22。但是，对于油滴来说，油滴与分隔板2内侧的油层22为同一物质，所以不存在界面张力，即在上下两侧富集处的油滴可以自由地通过分隔板2而不被阻隔。

实施例一：

本发明即受上述启发，提供了一种利用螺线空间曲率驱动的油水分离方法，此方法基于油水混合物中的油滴在螺线形曲面受到的空间曲率驱动力，使油滴定向移动至某富集处，并利用富集处所设微孔21的毛管力，实现油水分离，具有分离快速高效、所需能耗少及应用广泛等诸多特点。

具体的，我们将上述螺线形曲面设置为若干呈阿基米德螺线形的、规则排列的螺线形叶片1,且为亲油性结构，富集处为设置于螺线形叶片1上、下侧的分隔板2，其中分隔板2内设置油层22。

本发明方法具体包括以下步骤：

步骤A,使油水混合物流经螺线形叶片1，其中的微小油滴3将附着于亲油的螺线形叶片1上，在其表面形成密集分布的小油滴集群；

步骤B，在螺线形叶片1的空间曲率驱动力作用下，位于螺线形叶片1凸面的微小油滴3向上移动，位于螺线形叶片1凹面的微小油滴3向下移动，所述微小油滴3在移动过程中将不断与其他微小油滴3合并逐渐变大，并最终于上、下侧分隔板2处富集；

步骤C，由于分隔板2内设置有油层22，在其微孔21的毛管力作用下，仅油滴可通过分隔板2，以此实现油水分离。

与此同时，为保证上述步骤A中螺线形叶片1湿润时是亲油的，螺线形叶片1表面应涂抹有亲油性物质，如石蜡或硅橡胶等，且螺线形叶片1的尺寸应设置于5毫米内，以保证步骤B中微小油滴3所受空间曲率驱动力足够使其移动。对于分隔板2的微孔21，其尺寸设置于100至500微米之间，以保证步骤C中分隔板2的通油阻水作用。

基于上述的利用螺线空间曲率驱动的油水分离方法，本发明还提供了一种油水分离结构，参照图1，其主要包括若干呈阿基米德螺线形的、规则排列的螺线形叶片1及设置于该螺线形叶片组上、下侧的分隔板2，其中螺线形叶片1与分隔板2均设置有亲油性结构，分隔板2上开设有若干微孔21，具体结构的设置方式与其方法中所涉及结构的设置保持一致，如螺线形叶片1尺寸及微孔21尺寸等。

实施例二：

研究表明，油滴在对数螺线形曲面上同样能定向移动，因此可以作为本发明的另一种实施方式。

在此实施例中，我们将实施例一中的螺线形叶片组设置为若干呈对数螺线形的、等间距平行排列的螺线形叶片1，其上、下侧设置有分隔板2，同样的，螺线形叶片1与分隔板2均设置有亲油性结构，分隔板2上等间距的开设有若干微孔21，螺线形叶片1尺寸及微孔21尺寸均参照实施例一设置。

基于上述的油水分离结构，所采用的利用螺线空间曲率驱动的油水分离方法具体步骤与实施例一中基本一致。

虽然上述介绍了本发明的两种不同的实施例，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节。

如，本发明油水分离结构中螺线形叶片组的具体规则排列方式，在除本发明实施例二中限定的等间距平行排列外，其他呈规律性的排列结构也应当被视为本发明的实施方式。又如，本发明在分隔板2内填充有油层22，以保证其通油阻水作用，事实上我们还可以在设置有微孔21的一侧涂覆超亲油超疏水涂层，以使其技术效果更加稳定。

同时应当理解，虽然本说明书按照实施例加以描述，并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，本说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

尽管如此，不论采用上述的哪种实施方式，本发明较之于现有技术都应具有如下优点：

本发明的油水分离方法主要利用螺线空间曲率驱动力和微孔21毛管力作用,不仅实施起来安全便捷，操作简单，且具有分离快速高效、分离效果稳定的效果；

本发明的油水分离结构不仅占地面积小，结构设计紧凑，且可以多次重复使用，与现有油水分离装置相比，所需能耗更少，运行成本更低；

本发明所提供的油水分离方法不涉及任何化学添加剂，因此也不会造成新的化学添加剂污染，不仅绿色环保，也有助于提高分离精度；

本发明为独特的创新设计，从某种意义上脱离了传统的油水分离方法及装置模型，较之于现有的多数针对性设计的油水分离装置，将具有更加广泛的应用空间。

Claims (9)

1.一种利用螺线空间曲率驱动的油水分离方法，其特征在于：所述方法基于油水混合物中的油滴在螺线形曲面受到的空间曲率驱动力，使油滴定向移动至某富集处，并利用富集处所设微孔(21)的毛管力，实现油水分离，其中所述螺线形曲面为螺线形叶片(1),且为亲油性结构，所述富集处为设置于螺线形叶片(1)上、下侧的分隔板(2)，所述分隔板(2)内设置有油层(22)，所述方法具体包括

步骤A,使油水混合物流经螺线形叶片(1)，其中的微小油滴(3)将附着于亲油的螺线形叶片(1)上，在其表面形成密集分布的小油滴集群；

步骤B，在螺线形叶片(1)的空间曲率驱动力作用下，位于螺线形叶片(1)凸面的微小油滴(3)向上移动，位于螺线形叶片(1)凹面的微小油滴(3)向下移动，所述微小油滴(3)在移动过程中将不断与其他微小油滴(3)合并逐渐变大，并最终于上、下侧分隔板(2)处富集；

步骤C，由于分隔板(2)内设置有油层(22)，在其微孔(21)的毛管力作用下，仅油滴可通过分隔板(2)，以此实现油水分离。

2.根据权利要求1所述的一种利用螺线空间曲率驱动的油水分离方法，其特征在于：所述螺线形叶片(1)为阿基米德螺线形或对数螺线形，其表面涂抹有亲油性物质，以保证步骤A中螺线形叶片(1)湿润时是亲油的。

3.根据权利要求1所述的一种利用螺线空间曲率驱动的油水分离方法，其特征在于：所述螺线形叶片(1)的尺寸设置于5毫米内，以保证步骤B中微小油滴(3)所受空间曲率驱动力足够使其移动。

4.根据权利要求1所述的一种利用螺线空间曲率驱动的油水分离方法，其特征在于：所述分隔板(2)的微孔(21)尺寸设置于100至500微米之间，以保证步骤C中分隔板(2)的通油阻水作用。

5.一种利用螺线空间曲率驱动的油水分离结构，其采用权利要求1至4所述的利用螺线空间曲率驱动的油水分离方法实现油水分离，其特征在于：包括若干规则排列的螺线形叶片(1)及设置于其上、下侧的分隔板(2)，其中螺线形叶片(1)与分隔板(2)均设置有亲油性结构，所述分隔板(2)上开设有若干微孔(21)。

6.根据权利要求5所述的一种利用螺线空间曲率驱动的油水分离结构，其特征在于：所述螺线形叶片(1)为阿基米德螺线形或对数螺线形，其表面涂抹有亲油性物质。

7.根据权利要求5所述的一种利用螺线空间曲率驱动的油水分离结构，其特征在于：所述分隔板(2)内设置有油层(22)。

8.根据权利要求5或6所述的一种利用螺线空间曲率驱动的油水分离结构，其特征在于：所述螺线形叶片(1)的尺寸设置于5毫米内，以保证微小油滴(3)所受空间曲率驱动力足够使其移动。

9.根据权利要求5或7所述的一种利用螺线空间曲率驱动的油水分离结构，其特征在于：所述分隔板(2)的微孔(21)尺寸设置于100至500微米之间，以保证分隔板(2)的通油阻水作用。