СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ НЕСМЕШИВАЮЩИХСЯ ЖИДКОСТЕЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1994 года по МПК B01D17/00 

Изобретение относится к области разделения несмешивающихся жидкостей, имеющих различный удельный вес, и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства.

Известен способ обезвоживания водонефтяной эмульсии, включающий подачу исходной жидкости в отстойник с образованием границ раздела фаз нефть-промежуточный слой и промежуточный слой - вода, и отвод тяжелой и легкой фаз [1] . Недостатком известного способа является то, что он не решает вопроса разделения несмешивающихся жидкостей при переменном уровне исходной жидкости в отстойнике.

Известно устройство для разделения несмешивающихся жидкостей, включающее отстойник, поплавок и патрубок отвода легкой фазы, жестко связанной с поплавком [2] .

Недостатком известного устройства и способа является низкое качество разделения жидкостей и, таким образом, невозможность отделения чисто легкой, чисто тяжелой или промежуточных значений отводимых жидкостей. Низкое качество связано с непрерывным подводом исходной жидкости и отводом легкой и тяжелой фаз, что приводит к частичному отстою исходной жидкости и, таким образом, к попаданию тяжелой фазы в легкую и наоборот. Кроме того, жестко связанный с поплавком патрубок отвода легкой фазы находится постоянно заглубленным в отводимую жидкость, таким образом, количество отводимой легкой фазы зависит только от времени и условного прохода патрубка и не зависит от концентрации легкой жидкости в исходной жидкости. Отсюда, при изменениях концентрации легкой жидкости в исходной тяжелая фаза отводится в легкую или легкая фаза отводится в тяжелую. Трение в телескопическом патрубке отвода легкой фазы, воздействуя на поплавок и, тем самым, на глубину погружения патрубка, также будет вносить погрешности в качество разделения жидкостей.

Цель изобретения - расширение технологических возможностей за счет получения фаз регулируемой концентрации и повышение качества разделения при переменной концентрации легкой и тяжелой фаз в исходной жидкости и переменном уровне исходной жидкости.

Поставленная цель достигается тем, что в способе разделения несмешивающихся жидкостей, включающем подачу исходной жидкости в отстойник, отстой исходной жидкости и отвод тяжелой и легкой фаз, порцию исходной жидкости подают под тело с воронкообразной полостью и, после отстоя тяжелую фазу вытесняют телом в сообщающийся с отстойником сосуд до середины цилиндрической части воронкообразной полости и одновременно собирают легкую фазу с частью тяжелой фазы в воронкообразной полости, затем легкую фазу отстоем собирают в цилиндрической части воронкообразной полости и одновременно удаляют ее, используя разность удельных весов тяжелой и легкой фаз, после чего отводят тяжелую фазу из сообщающегося сосуда; в устройстве, содержащем отстойник, поплавок и патрубок отвода легкой фазы, жестко связанный с поплавком, отстойник снабжен сообщающимся сосудом и телом, установленным в отстойнике с зазором с возможностью вертикального перемещения, в теле выполнена воронкообразная полость, образовавшая в своем основании с телом острую кромку, а патрубок отвода легкой фазы выполнен в виде заборного и сливного штуцеров связанным между собой гибким шлангом, причем заборный штуцер при нижнем положении тела расположен в цилиндрической части воронкообразной полости с возможностью регулирования по высоте, а площади сечения отверстий между сообщающимися сосудами, телом и отстойником, цилиндрической частью воронкообразной полости и штуцером забора легкой фазы относятся как 3 : 2 : 0,5.

Подавая исходную жидкость в отстойник под тело с воронкообразной полостью и отстаивая ее, подготавливают тяжелую фазу к подаче в сообщающийся сосуд, а легкую - к подаче в воронкообразную полость. После чего, плавно опуская тело, выдавливают им тяжелую фазу в сообщающийся сосуд, а легкую собирают воронкообразной полостью, т. е. воронкообразная полость образует с телом в своем основании острую кромку. Тем самым, не допускается попадания легкой фазы в сообщающийся сосуд. Тело опускают до тех пор, пока жидкость в сообщающемся сосуде и середина цилиндрической части воронкообразной полости не окажутся на одном уровне, чем обеспечивается сбор легкой фазы при наибольшей разности уровней в сообщающемся сосуде и воронкообразной полости. В процессе заполнения сообщающегося сосуда жидкость устремится также по зазору - тело-отстойник и поднимет поплавок, тем самым устанавливает верхнюю кромку связанного с ним заборного штуцера в нужное положение, т. е. выше уровня жидкости в отстойнике на 1-5 мм. Благодаря выбранному соотношению площадей сечений отверстий между сообщающимися сосудами, телом и отстойником, цилиндрической частью воронообразной полости и штуцером забора легкой фазы 3 : 2 : 0,5, вначале будет заполнен сообщающийся сосуд, после чего поплавок установит штуцер в нужное положение и только после этого легкая фаза достигнет верхней кромки заборного штуцера, что исключает попадание в штуцер тяжелой фазы. Благодаря конусу столб жидкости легкой фазы быстро увеличивается и легкая жидкость по патрубку отвода легкой фазы удаляется из отстойника.

На фиг. 1 изображена схема способа отделения тяжелой фазы; на фиг. 2 - схема способа отделения легкой фазы; на фиг. 3 - устройство для осуществления способа разделения несмешивающихся жидкостей.

Способ разделения несмешивающихся жидкостей заключается в следующем.

Порцию исходной жидкости подают в отстойник 1 под воронкообразную полость 2 (фиг. 1), расположенную в крайнем верхнем положении. После отстоя исходной жидкости ее тяжелую фазу 3 вытесняют воронкообразной полостью 2 в сообщающийся с отстойником 1 сосуд 4 до уровня середины цилиндрической части воронкообразной полости 2. Легкую фазу 5 собирают, опуская воронкообразную полость 2 в ее верхней части с образованием переходной фазы 6. В процессе отстоя оставшейся в воронкообразной полости 2 жидкости ее легкую фазу 5 собирают конусом воронкообразной полости 2 в ее верхней цилиндрической части. Так как жидкости в цилиндрической части воронкообразной полости 2 и сообщающемся сосуде 4 имеют различную плотность, то они устанавливаются на различных уровнях. Столб жидкости легкой фазы 5 может быть выше зеркала жидкости (фазы 3) в сообщающемся сосуде 4 на величину Δ h.

Δh= h₁-{ (h₁·ρ₁)/ρ₂} где h₁ - высота столба легкой фазы 5 в воронкообразной полости 2;
ρ₁ - плотность легкой жидкости (фазы 5) в воронкообразной полости 2;
ρ₂ - плотность тяжелой жидкости (фазы 3) в сообщающемся сосуде 4.

Образующая по мере отстоя величина Δh удаляется от отстойника 1 штуцером 7, после чего тяжелую фазу 3 удаляют из сообщающегося сосуда 4.

П р и м е р.

Исходные жидкости - вода + машинное масло МС20
Удельный вес воды ρ₂ = 1
Удельный вес масла ρ₁ = 0,9
Объем исходной жидкости V = 450 л
Объем жидкости, вытесняемой в сообщающийся сосуд V₁ = 150 л
Объем легкой фазы V₂ = 4,5 л
Площадь горизонтального сечения отстойника S = 80 дм².

Площадь горизонтального сечения цилиндрической части воронкообразной полости S₁ = 0,32 дм².

Отсюда отстоявшиеся 450 л образуют на своей поверхности слой масла
H= V₂/S= 4,5/80= 0,056 дм
Плавно опускающийся конус воронкообразной полости 2 (фиг. 1) будет смещать масло внутрь, к центру отстойника 1 и конуса и одновременно перемещать вверх относительно конуса. Это обеспечивает выдавливание в сообщающийся сосуд 4 только тяжелой фазы 3. При крайнем нижнем положении воронкообразной полости 2 (фиг. 2) собранное в ее верхней части масло за счет разности удельных весов жидкости в сообщающихся сосудах (4 и 1) будет стремиться образовать слой масла.

Δh= h₁-{ (h₁ρ₁)/ρ₂}
Однако этот слой не образуется, так как штуцер 7 удаляет масло по мере его поступления. Учитывая возможность наличия переходной фазы 6 к концу отстоя, а также с целью исключения попадания тяжелой фазы 3 в легкую фазу 5 за счет погрешности установки штуцера 7, его устанавливают выше зеркала жидкости в сообщающемся сосуде 4 на величину Δ h = 1-5 мм. Отсюда отвод легкой фазы 5 прекратится при столбе h₁= { (Δh·ρ₂)/(ρ₂-ρ₁)} = { (1-5)¹/(1-0.9) = 0,1-0,5 дм. Поэтому к концу цикла в отстойнике 1 останется V₃ = S₁h₁ = 0,32(1-5) = 0,032 - 0,16 дм³ масла. Учитывая, что Δh, ρ₁ и ρ₂ - величины постоянные, остаток масла к концу любого цикла будет постоянным, т. е. накопление масла в отстойнике 1 отсутствует. После удаления легкой фазы 5 тяжелую фазу 3 удаляют из сообщающегося сосуда 4 через патрубок 8.

Устройство для осуществления способа содержит отстойник 1, снабженный сообщающимся сосудом 4 с патрубком 8 и телом 9, установленным с зазором с возможностью вертикального перемещения. Тело 9 связано с приводом 10 тягами 11 и траверсой 12. В теле 9 выполнена воронкообразная полость 2, образовавшая с наружной поверхностью тела 9 в своем основании острую кромку 13. Над телом 9 в отстойнике 1 расположен поплавок 14. В воронкообразной полости 2 размещен патрубок 8 отвода легкой фазы 5, выполненный в виде заборного 15 и сливного 16 штуцеров, связанных между собой гибким шлангом 17. Заборный штуцер 15 жестко связан с поплавком 14 стойками 18 и траверсой 19 и установлен с возможностью регулировки по высоте винтом 20. Условные проходы сечений отверстий между сообщающимися сосудами (4 и 1), телом 9 и отстойником 1, цилиндрической частью воронкообразной полости 2 и штуцером 15 забора легкой фазы относятся как 3 : 2 : 0,5.

Устройство работает следующим образом.

При верхнем положении тела 9 отстойник 1 заполняют исходной жидкостью и после отстоя приводом 10 плавно опускают тело 9 с воронкообразной полостью 2. Тело 9 при движении вниз вытесняет жидкость из отстойника 1 в сообщающийся сосуд 4, в зазор между телом 9 и отстойником 1 и в воронкообразную полость 2, при этом благодаря вышеуказанным соотношениям условных проходов сечений первым будет заполнен сообщающийся сосуд 4, после чего поплавок 14, поднимаемый жидкостью, установит заборный штуцер 15 в нужное положение, и только после этого легкая фаза 5, собираемая воронкообразной полостью 2, поступит к заборной кромке штуцера 15. После чего делается выдержка с целью отстоя жидкости, расположенной в воронкообразной полости 2, сбора и удаления легкой фазы 5 из отстойника 1. Закончив удаление легкой фазы 5 из отстойника 1, удаляют тяжелую фазу 3 из сообщающегося сосуда 4 через патрубок 8. После чего тело 9 приводом 10 возвращают в исходное положение и устройство готово к новому циклу.

Таким образом, применение предлагаемых способа разделения несмешивающихся жидкостей и устройства для его осуществления приводит к качественному разделению при переменной концентрации легкой и тяжелой фаз в исходной жидкости и переменном уровне исходной жидкости, так как тяжелая фаза вытесняется в сообщающийся сосуд, а легкая - в воронкообразную полость тела. Кроме того, регулируя положение штуцера по высоте, можно получить чистую легкую фазу, чистую тяжелую или промежуточные значения. (56) Авторское свидетельство СССР N 1502045, кл. B 01 D 17/00, 1987.

Авторское свидетельство СССР N 1165637, кл. B 01 D 17/025, 1983.

Сущность изобретения: в устройстве, содержащем отстойник 1, попловок 14 и патрубок 8 отвода легкой фазы, жестко связанный с поплавком 14, отстойник 1 снабжен сообщающимся сосудом 4 и телом 9, установленным в отстойнике с зазором с возможностью вертикального перемещения. В теле 9 выполнена воронкообразная полость 2, образующая в своем основании с телом 9 острую кромку 13. Патрубок 8 выполнен в виде заборного 15 и сливного 16 штуцеров, связанных между собой гибким шлангом 17. Подавая исходную жидкость в отстойник 1 под воронкообразную полость 2 и отстаивая ее, подготавливают тяжелую фазу 3 к подаче в сообщающийся сосуд 4, а легкую 5 к подаче в воронкообразную полость 2. Далее, опуская тело 9, выдавливают им тяжелую фазу в сообщающийся сосуд 4, а легкую фазу собирают воронкообразной полостью 2, так как она образует с телом 9 в своем основании острую кромку. Тело 9 опускают до тех пор, пока жидкость в сообщающемся сосуде 4 и середина цилиндрической части воронкообразной полости 2 не окажутся на одном уровне, чем обеспечивается сбор легкой фазы при наибольшей разности уровней в сообщающемся сосуде 4 и воронкообразной полости 2. В процессе заполнения сообщающегося сосуда 4 жидкость устремляется также по зазору - тело 9 - отстойник 1 и поднимает поплавок 14, устанавливая верхнюю кромку связанного с ним заборного штуцера 15 выше уровня жидкости в отстойнике 1 на 1 - 5 мм. Вначале будет выполнен сообщающийся сосуд 4, после чего поплавок 14 установит штуцер 15 в нужное положение и только после этого легкая фаза достигнет верхней кромки заборного штуцера 15, что исключает попадание в штуцер 15 тяжелой фазы. Благодаря конусу столб жидкости легкой фазы быстро увеличивается и она по патрубку 8 удаляется из отстойника 1. 2 с. п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ разделения несмешивающихся жидкостей, включающий подачу исходной жидкости в отстойник, отстой исходной жидкости и отвод тяжелой и легкой фаз, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей путем получения фаз регулируемой концентрации и повышения качества разделения при переменной концентрации легкой и тяжелой фаз в исходной жидкости и переменном уровне исходной жидкости, подачу исходной жидкости осуществляют порциями под тело с воронкообразной полостью, имеющей цилиндрическую часть, отвод тяжелой фазы после отстоя осуществляют путем вытеснения ее телом в сообщающийся с отстойником сосуд до уровня середины цилиндрической части воронкообразной полости, после чего опускают тело и собирают легкую фазу в цилиндрической части воронкообразной полости, отвод легкой фазы осуществляют из цилиндрической части воронкообразной полости, после чего выводят тяжелую фазу из сообщающегося сосуда. 2. Устройство для разделения несмешивающихся жидкостей, включающее отстойник, поплавок и патрубок отвода легкой фазы, жестко связанный с поплавком, отличающееся тем, что, с целью расширения технологических возможностей путем получения фаз регулируемой концентрации и повышения качества разделения при переменной концентрации легкой и тяжелой фаз в исходной жидкости и переменном уровне исходной жидкости, отстойник снабжен сообщающимся сосудом и телом, установленным в отстойнике с зазором с возможностью вертикального перемещения, тело выполнено с воронкообразной полостью, имеющей цилиндрическую часть и образующей с телом в основании острую кромку, патрубок отвода легкой фазы выполнен в виде заборного и сливного штуцеров, связанных между собой гибким шлангом, причем заборный штуцер при нижнем положении тела расположен в цилиндрической части воронкообразной полости с возможностью регулирования по высоте.