Способ разделения двух несмешивающихся жидкостей и устройство для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК B01D17/02 

Изобретение относится к области защиты окружающей среды, в частности водного бассейна от загрязнения нефтью (нефтепродуктами) и может быть использовано для первичной очистки при добыче нефти .и ее переработка в нефтепродукты; утилизации последних из промышленных водостоков, а также при ликвидации последствий аварийных ситуаций, вызывающих загрязнение водоемов нефтью или нефтепродуктами.

Предлагаемый способ может быть осуществлен при использовании устройства для разделения двух несмешивающихся жидкостей, выполненного в виде емкости с вертикальными внутренними перегородками и патрубками для подачи исходной смеси, выпуска разделенных жидкостей и осажденных твердых частиц (песка, шлама), кроме того нижние кромки патрубков для слива воды и нефти расположены на высотах Hi и На от днища емкости, а внутренняя

СО

перегородка, расположенная перед патрубком для слива воды, выполнена с зазором Нз относительно днища емкости; при этом Hi:Ha - 1:(1,005-1,25), Hi:H3 - 1 :(0,05-0,2).

Разделение двух несмешивэющихсй жидкостей, преимущественно воды и нефти, обусловлено их различной плотностью. Так вода в зависимости от концентрации в ней солей (морская вода) имеет плотность в пределах 1,0-1,05 г/см , а для нефтепродуктов этот показатель колеблется от 0,76 (бензин) до 0,99 г/см3 (мазут). На практике скорость разделения (осаждения или всплытия) капель одной жидкости в объеме другой определяется по известной формуле Стокса:

у - к fc1 #) в («1 )

где К - коэффициент;

(р /9z) разность плотностей жидкостей;. ...-,

(MI - /U2) - разность вязкостей этих жидкостей;. . .

R - радиус капли.

При рассмотрении формулы видно, что определяющим фактором, влияющим на скорость разделения, является размер капель, величина которых в значительной .степени зависит от поверхностного и межфазного натяжения жидкостей.

Экспериментально доказано, что введение исходной смеси (вода + нефть) в слой нефти обеспечивает появление капель воды значительно большего размера, чем капель нефти, а затем происходит их непрерывный рост вследствие более высокой величины поверхностного i натяжения, у воды (ai 72,5 Мн/м; у нефти da 30 Мн/м). Это способствует увеличению скорости осаждения воды в объеме нефти и практически полной ассимиляции мелких капель нефти слоем нефти, постоянно находящейся над слоем воды.

Поступающие вместе с исходной смесью твердые тяжелые частицы песка/глины, металла осаждаются вместе с водой и скапливаются на дне емкости, и их извлечение из агрегата осуществляют известными приемами. Экспериментально были установлены оптимальные пределы высоты слоя нефти в зависимости от часового объема поступающей в разделительную емкость исходной смеси, определяемые соотношением: пн (0,1 -0,25) р, где hH - высота слоя

нефти (м), Р - часовой расход исходной смеси (м3).

При постоянном расходе исходной смеси, если высота слоя нефти (Ьн) будет менее

0,1 у то предлагаемый способ разделения

двух несмешивающихся жидкостей не обеспечивает полного удаления воды из смеси и потребуется дополнительная переочистка нефти. При высоте слоя нефти (hH) более

0,25 3v/p снижается эффективность процесса разделения и в воде при ее выходе из устройства в значительной степени повышается концентрация нефти.

Установлено также, что при любом расходе исходной смеси, высота слоя нефти не должна изменяется более чем в 2,5 раза.При этом достигается высокая эффективность

разделения и экономичность.процесса без использования дополнительных фильтрующих средств.

Исследованиями установлено, что, если исходную смесь подавать в слой нефти, который образовался в емкости при ее предварительном наполнении водой и нефтью в соотношении 1:(0,1-0,5), то уже с самого начала процесса обеспечивается его высокая эффективность.

При соотношении воды и нефти более 1:0,1 возможно попадание воды в нефть и ее содержание в нефти может составлять (в зависимости от производительности процесса) до 10 и более процентов.

При соотношении воды и нефти менее 1:0,5 наоборот в отходящей воде возможно появление остаточного количества нефти, что потребует ее дополнительной очистки.. .

Для осуществления способа разделения двух несмешивающихся жидкостей предложено устройство (разделительная емкость).

На чертеже показан продольный разрез

устройства для разделения двух несмешивающихся жидкостей.

Устройство содержит корпус 1, в который вмонтированы внутренние вертикальные перегородки 2, патрубки для подачи

исходной смеси 3, для слива нефти 4, для удаления осадка (песок, шлам) 5 и для слива воды 6.

Нижние кромки патрубков для слива воды и нефти расположены соответственно на

высотах Ж и Н2 от днища емкости,

Количество внутренних вертикальных перегородок может быть различным и зависит от вида несмешивающихся жидкостей, однако одна из них должна быть расположена перед патрубком для слива воды и поднята над днищем на высоту Нз.

Условием работоспособности устройства является соблюдение следующих условий:

Hi:H2 1:(1,005-1.25),

Hi:H3 1:(0.05-0.2).

где Hi - высота нижней кромки патрубка для слива воды от днища емкости;

Н2 - высота нижней кромки патрубка для слива нефти от днища емкости;

Нз - величина зазора между днищем емкости и нижней кромкой перегородки, расположенной перед патрубком для слива воды.

При соотношении высот Hi и На более чем 1:1,005 значительная часть воды будет переходить через патрубок для выпуска нефти и содержание ее может возрастать до исходных концентраций,

При соотношении высот Hi и N2 менее чем 1:1,25 возможен переход нефти вместе с водой через зазор в перегородке и выход ее через патрубок для слива воды. Вероятность такого явления повышается при рез- ком повышении часового расхода смеси.

При отношении высот Hi и Нз более чем 1:0,05 снижается производительность установки, особенно в тех случаях, когда концентрация нефти в воде низкая.

При отношении высот Н1 и Нз менее чем 1:0,2 возможен переход нефти через зазор между днищем устройства и перегородкой, расположенной перед патрубком для слива воды. При этом снижается эффективность разделения и растет концентрация нефти в воде при сливе ее из устройства.

Все узлы устройства могут быть изготовлены из любого материала в частности: из стали, легких сплавов, пластмассы. Кор- пус - сварной или цельнолитой, снабжен крышкой и днищем. Патрубок для подачи в устройство исходной смеси может быть смонтирован как сверху, в крышке устрой- ства, так и на одной из боковых его стенок. Патрубки для слива разделенных воды и нефти устанавливаются на боковых стенках и при необходимости могут быть обращены как в одну, так и в разные стороны.

Внутренние перегородки по всей высо- те прикреплены к одной из боковых стенок корпуса и имеют зазор по отношению к противоположной стенке.

Перегородка, расположенная перед патрубком для слива воды, выполнена с за- зором относительно днища устройства (Нз).

Для улавливания механических примесей (ил, песок, стружка, окалина)устройство может быть снабжено как промежуточной емкостью, в которой они осаждаются, так и сборником - на днище устройства откуда периодически примеси извлекаются известными на практике приемами.

Устройство работает следующим образом.

В патрубок для подачи исходной смеси заливают сначала воду до момента ее появления из патрубка для слива воды 4; затем заливают нефть (или другую жидкость, плотность которой меньше чем у воды и нерастворимую в воде) до появления ее из патрубка для слива нефти. Заполнение устройства нефтью осуществляют медленно для достижения гидравлического равновесия в системе вода - нефть при заданных соотношениях высот Hi, H2 и Нз. Излишки воды удаляются и в таком состоянии устройство готово к эксплуатации.

Приготовленную смесь воды и нефти подают в устройство через заливной патрубок 3 непрерывной или (периодической) струей; проходя через слой нефти, смесь в значительной степени обедняется от нефти и попадает в слой воды, где продолжается процесс разделения жидкостей. При этом потоки нефти, воды и обедненной смеси продолжают движение в горизонтальной плоскости, встречая на пути перегородки, огибают их, тем самым удлиняя время пребывания их в агрегате и обеспечивая значи- тельный массоперенос жидкостей. Продолжительность нахождения смеси в устройстве определяется экспериментально. Анализ результатов опытов, выполненных при различных параметрах процесса и размеров агрегата, позволил установить, что оптимальным является время в пределах 2 - 10 мин.

Пример. Испытания предлагаемого способа разделения двух несмешивающихся жидкостей проводили на лабораторном устройстве емкостью 0,015 м , выполненном в соответствии с чертежом.

Устройство предварительно заполнялось водой и нефтью. Соотношение их изме- нялось в соответствии с заданным в формуле изобретения.

Исходную смесь воды и нефти готовили при различном их соотношении.

Расход смеси измеряли специально прикрепленной к емкости расходомером.

В таблице представлены исходные параметры процесса и устройства а также результаты опытов на устройстве емкостью 0,015м3.

Анализ полученных данных показал, что предлагаемый способ разделения двух несмешивающихся жидкостей обеспечивает быстрое и весьма эффективное отделение воды от нефти при различном соотношении их в смеси. Устройство просто в изготовлении, не содержит специальных приспособлений (фильтры, коалесцирующие элементы), не требует специального обслуживания и

может работать в любом режиме (непрерывный, периодический).

Проведение опытов на полупромышленном устройстве (V- 2м3) подтвердило результаты лабораторных исследований.

Устройство может быть использовано во многих отраслях промышленности, особенно в тех ее направлениях, где требуется экологическая защита водных бассейнов от органических нерастворимых в воде соеди- нений.

Формула изобретения

1. Способ разделения двух несмешивающихся жидкостей, преимущественно воды и нефти, включающий подачу исходной сме- си в разделительную емкость и выпуск из нее разделенных жидкостей, отличаю щ и и с я тем, что перед подачей исходной смеси разделительную емкость наполняют водой и нефтью, исходную смесь подают в слой нефти, высоту которого Ин поддерживают в пределах Нн - (0,1-0,25) где Р объем исходной смеси.поступающей в емкость за 1 ч.

2. Способ по п.1,отличающийся тем, что емкость заполняют водой и нефтью в соотношении соответственно 1:(0.1-0,5).

3. Устройство для разделения двух нё- смешивающихся жидкостей, преимущественно воды и нефти, выполненное в виде емкости с внутренними вертикальными перегородками и патрубками для подачи исходной смеси и слива разделенных жидкостей, отличающееся тем, что нижние кромки патрубков для слива воды и нефти расположены на высотах соответственно, Hi и На от днища емкости, а перегородка, расположенная перед патрубком для слива воды, установлена на расстоянии Нз от днища емкости, при этом Hi:H2 1:(1,005- -1,250). а НкНз 1:(0,05-0,20).

Сущность изобретения: изобретение относится к защите окружающей среды, в частности водного бассейна от загрязнений нефтью (нефтепродуктами), и может быть использовано для первичной очистки нефти и ее переработке в нефтепродукты; утилизации последних из промышленных водосто/- ков, а также при ликвидации последствий аварийных ситуаций, вызвавших загрязнение водоемов нефтью или нефтепродуктами; Указанный технический эффект может быть получен при реализации способа разделения двух несмешивающихся жидкостей, включающего наполнение разделительной емкости водой и нефтью с последующей непрерывной или периодической подачей исходной смеси в слой нефти, высота которого соответствует выражению hH ;;(0,1-ОГ25) fyp. где Р - часовой объем поступающей исходной смеси: при этом для первоначального наполнения емкости воду и нефть заливают в соотношении 1:(0,1-,5). Предлагаемый способ может быть осуществлен при использовании устройства для разделения двух несмешивающихся жидкостей, выполненного в виде емкости с вертикальными внутренними перегородками и патрубками для подачи исходной смеси, выпуска разделенных жидкостей и осаждения твердых частиц. Нижние кромки патрубков для слива воды и нефти расположены на высотах Hi и На от днища емкости, а внутренняя перегородка, расположенная перед патрубком для слива воды, выполнена с зазором Нз относительно днища емкости; при этом НцНа 1;(1,005-1.250), а Ж : Нз - 1:(0,05-0,20). Проверка разработанного способа разделения двух неемешивающихся жидкостей и устройства для его реализации показала высокую эффективность разделения, работоспособность устройства при любом соотношении в исходной смеси воды и нефти. 2 с и 1 з.п.ф-лы, 1 ил., 1 табл. (Л С 00 о ел О ;Ю

х)

в скобках - результаты, полученные при подводе воздуха снизу устройства.

2

СМЕСЬ

ПЕСОК, ШЛАМ