УСТАНОВКА ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ НЕСМЕШИВАЮЩИХСЯ ЖИДКОСТЕЙ Российский патент 2005 года по МПК B01D17/28 

Изобретение относится к установкам гравитационного принципа действия для разделения несмешивающихся жидкостей и может быть использовано для очистки воды от нефти или нефтепродуктов и механических примесей при зачистке резервуаров и при ликвидации аварийных проливов.

Известно устройство для разделения двух несмешивающихся жидкостей, содержащее резервуар с патрубками для подачи исходной смеси и вывода воды и нефти, внутри которого расположен стакан и замкнутая перегородка, расположенная в стакане под патрубком для подачи исходной смеси, при этом патрубок для слива воды находится в нижней части резервуара (RU Патент № 2066226 С1, кл. В 01 D 17/028, 1996).

Недостатком этого устройства является то, что патрубок для удаления воды расположен в нижней части резервуара, что требует постоянного наблюдения за работой устройства и строгого соблюдения соотношения количества подаваемой смеси и количества сливаемой воды. При избытке количества смеси, поступающей в резервуар, уровень воды в резервуаре повысится, а слой нефти уменьшится и часть воды будет вытекать вместе с нефтью. При недостаточном количестве поступающей в резервуар смеси уровень воды в резервуаре будет понижаться, что не исключает частичного слива нефти через патрубок для слива воды.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности является устройство для разделения двух несмешивающихся жидкостей, преимущественно воды и нефти, выполненное в виде емкости с внутренними вертикальными перегородками и патрубками для подачи исходной смеси и слива разделенных жидкостей, расположенными в верхней части емкости, при этом расстояния от днища емкости до нижних кромок патрубков для слива воды H₁, нефтепродукта Н₂ и нижней кромки перегородки Н₃, установленной перед патрубком для слива воды, связаны соотношениями H₁:Н₂=1:(1,005-1,250); H₁:Н₃=1:(0,05-0,20), (SU Патент № 1805991 A3, кл. В 01 D 17/02, 1993 - прототип).

Недостатком этого устройства является низкая эффективность разделения двух несмешивающихся жидкостей, обусловленная подачей исходной смеси в емкость открытой падающей струей. Действительно, падающая струя смеси образует вертикальный шлейф, который углубляется в уже отделившийся от нефти слой воды и перемешивается с отстоявшейся водой.

Кроме того, в процессе разделения поступающая смесь проходит прямолинейный путь к патрубку для слива нефти, унося с собой взвешенные частицы воды, а также тем, что в емкости перед вертикальной перегородкой для слива воды образуется застойная зона нефти, которая практически не участвует в процессе разделения смеси.

Технический результат предлагаемого изобретения - повышение эффективности разделения несмешивающихся жидкостей за счет ликвидации возможности контакта подаваемой смеси с отделившейся водой под слоем нефтепродукта и увеличения времени нахождения смеси в нефтепродукте.

Этот результат достигается тем, что установка для разделения несмешивающихся жидкостей, включающая бак с горловиной и патрубками для слива воды и нефтепродукта, нижние кромки которых расположены соответственно на расстоянии H₁ и Н₂ от днища бака и связаны соотношением H₁:H₂=1:(1,005-1,250), вертикальные внутренние перегородки, одна из которых установлена с возможностью создания полости для накопления отделенной воды перед патрубком для слива воды с зазором Н₃ относительно днища бака, связанного с расстоянием H₁ соотношением H₁:Н₃=1:(0,05-0,20), промежуточную емкость для улавливания механических примесей и сборник осажденных твердых частиц, расположенный в нижней части бака, согласно предложенному изобретению промежуточная емкость для улавливания механических примесей размещена на баке, а установка дополнительно содержит герметично закрепленную в горловине бака вертикальную трубу, нижний торец которой удален от днища бака на расстояние Н₄, связанное с H₂ соотношением Н₂:Н₄=1:(0,96-0,98), верхний торец подсоединен к выходному патрубку промежуточной емкости, расширитель, выполненный в виде стакана с отверстиями по периметру, жестко закрепленный на нижнем торце вертикальной трубы, а вертикальные перегородки разделены на две симметрично расположенные от расширителя группы, в каждой из которых они закреплены на боковых стенках бака в шахматном порядке с зазором относительно противоположной боковой стенки, площадь которого не менее площади поперечного сечения вертикальной трубы, при этом габаритные размеры и суммарную площадь отверстий расширителя выбирают из следующих соотношений:

d_расш.≥_{1,5 Дтр.;}

h_расш.≤_Дтр;

S_отв.≥_Sтр.,

где Д_тр. - диаметр вертикальной трубы, мм;

d_расш - диаметр расширителя, мм;

h_расш. - высота расширителя, мм;

s_отв. - суммарная площадь отверстий расширителя, мм²;

s_тр. - площадь поперечного сечения вертикальной трубы, мм²,

а также тем, что установка снабжена вторым патрубком для слива нефтепродукта, расположенным на равной высоте с первым патрубком для слива нефтепродукта и закрепленным на боковой стенке перед полостью для накопления отделенной воды.

На фиг.1 представлена установка для разделения несмешивающихся жидкостей (общий вид);

фиг.2 - то же (вид по А-А на фиг.1);

фиг.3 - то же (вид по Б на фиг.1).

Установка для разделения несмешивающихся жидкостей состоит из промежуточной емкости 1 и бака 2, снабженного горловиной 3, патрубком 4 для слива воды и патрубками 5 и 6 для слива нефтепродукта. Внутри бака 2 имеются вертикальная перегородка 7, установленная перед патрубком 4 и предназначенная для накопления отделенной воды, и вертикальные перегородки 8, обеспечивающие разделение смеси на воду и нефтепродукт. В горловине 3 герметично установлена вертикальная труба 9, на нижнем торце которой жестко закреплен расширитель 10. Днище бака 2 состоит из наклонной части 11 и горизонтальной части 12, выполненной по форме эллипса. В нижней части бака 2 имеются патрубки 13 и 14 с запорными устройствами (не показано) для удаления осажденных твердых частиц. Промежуточная емкость 1 имеет крышку 15, входной патрубок 16 для подачи исходной смеси и выходной патрубок 17, который через колено 18 соединен с вертикальной трубой 9. Внутри промежуточной емкости 1 имеются металлические сетки 19. Бак 2 в нижней части имеет опоры 20, а промежуточная емкость 1 - опоры 21, которые закреплены на баке 2. Промежуточная емкость 1 и бак 2 снабжены патрубками 22 и 23 для выпуска газа.

Вертикальная перегородка 7 установлена с зазором Н₃ по отношению к горизонтальной части 12 днища, герметично закреплена на боковых стенках бака 2 и обеспечивает создание полости для накопления отделенной воды. Вертикальные перегородки 8 размещены группами по обе стороны от расширителя 10 и закреплены на боковых стенках бака 2 в шахматном порядке, при этом для обеспечения спокойного движения смеси каждая перегородка установлена с зазором по отношению к противоположной боковой стенке, площадь которого не менее площади поперечного сечения вертикальной трубы. В каждой группе должно быть не менее двух вертикальных перегородок.

Нижние кромки патрубка 4 для слива воды и патрубков 5 и 6 для слива нефтепродукта расположены соответственно на расстояниях H₁ и Н₂ от нижней образующей горизонтальной части 12 днища бака.

Металлические сетки 19 в промежуточной емкости 1 имеют разный размер ячеек, величина которых уменьшается по ходу потока, закреплены на едином несущем каркасе и могут быть извлечены в промежутках между процессом разделения смеси для их очистки от механических примесей или для замены.

Наклонная часть 11 днища, установленная с уклоном не менее 40°, исключает образование застойной зоны воды и обеспечивает сползание осажденных твердых частиц в сторону патрубка 14.

Патрубки 5 и 6 для слива нефтепродукта при необходимости могут быть соединены между собой отрезком трубы (не показано) и, таким образом, установка будет иметь на выходе трубу большего диаметра для слива нефтепродукта.

Объем бака 2 и диаметр вертикальной трубы выбирают в зависимости от часовой подачи исходной смеси.

Для обеспечения эффективного отделения воды от нефтепродукта используется известный способ, включающий предварительное наполнение установки водой и нефтепродуктом и подачу очищаемой смеси в слой нефтепродукта, при этом в установку заливают ту марку нефтепродукта, которая содержится в очищаемой смеси.

Были изготовлены макетные образцы заявляемой установки со следующим соотношением расстояний H₁ и H₂: H₁:H₂=1:1,03, что находится в переделах оптимальных соотношений, указанных в известном устройстве.

Зазор Н₃ между вертикальной перегородкой 7 и днищем бака в макетных образцах принят равным 0,17 H₁, что также находится в пределах оптимальных соотношений, указанных в известном устройстве.

Характеристика макетных образцов заявляемой установки вместимостью 15 л, изготовленных с прозрачными стенками, представлена в табл.1, а результаты их испытания - в табл. 2.

Установку заполняют водой до начала ее вытекания из патрубка 4 и нефтепродуктом (необводненным отработанным моторным маслом М-6₃/10В) до начала его вытекания из патрубков 5 и 6. Толщина слоя нефтепродукта составила 50 мм.

Исходная очищаемая смесь готовилась путем перемешивания отработанного моторного масла М-6₃/10В с водой в соотношениях 45 г масла на 1 л воды и 90 г масла на 1 л воды. В процессе подачи исходной смеси в макетный образец установки исходная смесь постоянно перемешивалась. Подача осуществлялась со скоростью 1 л/мин и 2 л/мин. Концентрация масла в сливаемой воде в мг/л и содержание воды в сливаемом масле в % определялись известными методами (содержание воды в нефтепродукте - по ГОСТ 2477-65 (СТ. СЭФ 2382-80), концентрация нефтепродукта в воде - методом колончатой хроматографии с гравиметрическим окончанием, ПНД Ф 14.1:2, 116-97).

Как показали испытания (табл. 2), лучшие результаты разделения двух несмешивающихся жидкостей (вода+масло) имеют образцы макетных установок №№ 3, 4, 7, 8, 9, 10, 13, 14.

Уменьшение зазора между каждой вертикальной перегородкой 8 и стенкой бака (образец №1) затрудняет течение масла к патрубкам 5 и 6. В результате этого уменьшается толщина слоя масла перед патрубками 5 и 6, что приводит к повышению содержания воды в сливаемом масле. Одновременно повышается толщина слоя масла в полости размещения расширителя 10, что приводит к увеличению концентрации масла в сливаемой воде.

При значениях H₄ меньше 0,96 и больше 0,98 H₂ (образцы №№ 2 и 5) качество разделенных продуктов ухудшается в связи с тем, что в образце № 2, где Н₄ меньше 0,96 Н₂, часть исходной смеси из нижних отверстий расширителя поступает под слой масла, что не обеспечивает укрупнение и быстрое всплытие капель масла, а также замедляется процесс осаждения воды. При значении Н₄ больше 0,98 H₂ (образец №5) часть исходной смеси расползается по поверхности масла и частицы воды, не успев отделиться от масла, сливаются вместе с маслом.

Такие же результаты и аналогичные процессы наблюдаются, если высота h_расш. больше Д_тр (образец №11).

Если d_расш. меньше 1,5 Д_тр (образец №6) и при S_отв. меньше S_тр. (образец №12), наблюдается более интенсивное истечение исходной смеси из расширителя, что ухудшает процесс разделения смеси на воду и масло.

Таким образом, оптимальная эффективность разделения двух несмешивающихся жидкостей в заявляемой установке достигается при следующих соотношениях элементов конструкции:

Н₂:Н₄=1:(0,96-0,98);

d_расш.≥_{1,5 Дтр;}

h_расш.≤_Дтр;

S_отв.≥_Sтр.,

а также при площади зазора между каждой перегородкой 8 и стенкой бака не менее площади поперечного сечения вертикальной трубы 9.

Закрепление вертикальных перегородок 8 на боковых стенках бака в шахматном порядке удлиняет путь движения смеси (т.е. увеличивается время нахождения смеси в контакте с нефтепродуктом).

Наличие второго патрубка 5 для слива нефтепродукта обеспечивает создание двух потоков смеси, уменьшает скорость перемещения смеси в горизонтальной плоскости, исключает образование застойной зоны нефтепродукта перед вертикальной перегородкой 7 и, следовательно, повышает эффективность разделения смеси.

Установка работает следующим образом.

Через патрубок 16 на промежуточной емкости 1 в бак 2 вначале заливают воду до начала вытекания ее из патрубка 4, затем заливают нефтепродукт до начала его вытекания из патрубков 5 и 6, при этом в баке образуется слой нефтепродукта, а излишки воды вытекают через патрубок 4. Газы из промежуточной емкости 1 и бака 2 выводятся через патрубки 22 и 23. В таком состоянии установка готова к эксплуатации.

Очищаемую смесь подают через патрубок 16 в промежуточную емкость 1, в которой смесь, проходя через металлические сетки 19, очищается от крупных механических примесей. Далее смесь, состоящая из воды, нефтепродукта и мелких механических примесей, по вертикальной трубе 9 поступает в расширитель 10, из которого она через отверстия попадает в слой нефтепродукта.

Смесь, поступающая в бак 2, огибая вертикальные перегородки 8, перемещается в сторону патрубков 5 и 6.

В процессе перемещения к патрубкам 5 и 6 она разделяется на воду и нефтепродукт. Вода под действием гравитационных сил опускается вниз, увеличивая объем залитой воды, огибает вертикальную перегородку 7 и сливается через патрубок 4. Нефтепродукт, отделенный от воды, выливается через патрубки 5 и 6.

Твердые частицы, скапливающиеся на днище бака 2, периодически удаляются через патрубки 13 и 14. Крупные механические примеси, оставшиеся в промежуточной емкости 1, также периодически удаляются при снятой крышке 15.

Применение изобретения позволит повысить эффективность разделения несмешивающихся жидкостей.

Источники информации

1. RU. Патент № 2066226 С1, кл. В 01 D 17/028, 1996.

2. SU. Патент № 1805991 А3, кл. В 01 D 17/02, 1993 - прототип.

Изобретение относится к установкам гравитационного действия для разделения несмешивающихся жидкостей и может быть использовано для очистки воды от нефти или нефтепродуктов и механических примесей при зачистке резервуаров и при ликвидации аварийных проливов. Установка состоит из промежуточной емкости и бака, снабженного горловиной, патрубком для слива воды и слива нефтепродукта. Внутри бака имеется вертикальная перегородка для накопления отделенной воды и вертикальные перегородки для разделения смеси на воду и нефтепродукт. В горловине герметично установлена вертикальная труба, на нижнем торце которой жестко закреплен расширитель в виде стакана с отверстиями по периметру. Вертикальная перегородка установлена с зазором к горизонтальной части днища и герметично закреплена на боковых стенках бака. Вертикальные перегородки размещены группами по обе стороны от расширителя и закреплены на боковых стенках бака в шахматном порядке. Установка позволяет повысить эффективность разделения несмешивающихся жидкостей. 1 з.п. ф-лы, 2 табл., 3 ил.

1. Установка для разделения несмешивающихся жидкостей, включающая бак с горловиной и патрубками для слива воды и нефтепродукта, нижние кромки которых расположены соответственно на расстоянии H₁ и Н₂ от днища бака и связаны соотношением H₁:Н₂=1:(1,005-1,250), вертикальные внутренние перегородки, одна из которых установлена с возможностью создания полости для накопления отделенной воды перед патрубком для слива воды с зазором Н₃ относительно днища бака, связанного с расстоянием H₁ соотношением H₁:Н₃=1:(0,05-0,20), промежуточную емкость для улавливания механических примесей и сборник осажденных твердых частиц, расположенный в нижней части бака, отличающаяся тем, что промежуточная емкость для улавливания механических примесей размещена на баке, а установка дополнительно содержит герметично закрепленную в горловине бака вертикальную трубу, нижний торец которой удален от днища бака на расстояние Н₄, связанное с Н₂ соотношением H₂:Н₄=1:(0,96-0,98), верхний торец подсоединен к выходному патрубку промежуточной емкости, расширитель, выполненный в виде стакана с отверстиями по периметру, жестко закреплен на нижнем торце вертикальной трубы, а вертикальные перегородки разделены на две симметрично расположенные от расширителя группы, в каждой из которых они закреплены на боковых стенках бака в шахматном порядке с зазором относительно противоположной боковой стенки, площадь которого не менее площади поперечного сечения вертикальной трубы, при этом габаритные размеры и суммарную площадь отверстий расширителя выбирают из следующих соотношений:

d_расш≥_{1,5 Дтр;}

h_расш≤_Дтр;

S_отв≥_Sтр,

где Д_тр - диаметр вертикальной трубы, мм;

d_расш - диаметр расширителя, мм;

h_расш - высота расширителя, мм;

S_отв - суммарная площадь отверстий расширителя, мм²;

S_тр - площадь поперечного сечения вертикальной трубы, мм².