Способ разделения двух несмешивающихся жидкостей и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

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

i.()IO3 СОВЕТЕ ИХ

СОЦИАЛИСТИ IE. СКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 В 01 D 17/02

ГОСУДАРСТВЕННОЕ I IÀTFНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

l СО ! О ,О

1 (21) 5012765/26 (22) 27,11.91 (46) 30.03,93. Бюл, № 12 (75) Б,А,Шушлебин, В,М.Ермолов, М.Г,Миракова, Н,Я.Филатов и А.Д,Гордеев (73) В.M.Ермолов (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 554488229955, кл. В 01 D 17/022, 1977. (54) СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ДВУХ НЕСМЕШИВАЮЩИХСЯ ЖИДКОСТЕЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) 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 водостоков, 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 исИзобретение относится к области защиты окружающей среды, в частности водного бассейна от загрязнения нефтью (нефтепродуктами) и можег быть использовано для первичной очистки вуы 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 нефтепродук-. тами.

„„Sly ÄÄ 1805991 А3 ходной смеси в слой нефти, высота которого соответствует выражению hH -=(0,1-0,25) /Р, где P — 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 Н1 и

Н2 от днища емкости, а внутренняя перегородка, расположенная перед патрубком для слива воды, выполнена с зазором Нз относительно днища емкости; при этом H>:Íð =1;(1,005-1.250), а Н1; Нз = 1:(0,05-0,20). Проверка разработанного способа разделения двух несмешивающихся 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.

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 H) и Нг от днища емкости, а внутренняя

1805991

=72,5 Мн/м; у нефти "ог = 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: tiff = (0,1-0,25) р, где Ьн — высота слоя нефти (м), P — часовой расход исходной смеси (мз).

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

0,1 3 р, то предлагаемый способ разделения

55 перегородка, расположенная перед патрубком для слива воды, выполнена с зазором

Нз относительно днища емкости, ори этом

Н1; Нг - 1:(1;005-1,25), Н1:Нз - 1:(0,05-0,2).

Разделение двух несмеуивающихся 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/см (мазут). На практике скорость разделения (осаждения или всплытия) капель одной жидкости в объеме другой определяется по известной формуле Стокса: ,=КЫ -ЛР ф1 —,иг) где К вЂ” коэффициент;

{p — рг) — разность плотностей жидко20 стей;.. (и —,иг) — разность вязкостей этих жидкостей; и

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 натяжения у воды (а1 = двух несмешивающихся жидкостей не обеспечивает полного удаления воды из смеси и потребуется дополнительная переочистка нефти.

При высоте слоя нефти (пн) более

0,25 з/р 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, ко.торый 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 во-: ды и нефти расположены соответственно на высотах Н1 и Нг 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:

Н1:Нг = 1:(1,005-1,25), 1805991

Hi:Нэ = 1:(0,05-0,2), где Н1 — высота нижней кромки патрубка для слива воды от днища емкости;

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

Нэ — величина зазора между днищем емкости и нижней кромкой перегородки, расположенной перед патрубком для слива воды, При соотношении высот Н| и Н2 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 Н1 и Нг 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 резком повышении часового расхода смеси.

При отношении высот Н1 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 Нэ 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 иэ любого материала в частности: из стали, легких сплавов, пластмассы, Корпус — сварной или цельнолитой, снабжен г 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 высоте прикреплены к одной иэ боковых стенок корпуса и имеют зазор по отношению к противоположной стенке, Перегородка, расположенная перед патрубком для слива воды, выполнена с зазором относительно днища устройства (Нэ).

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, плот5 ность которой меньше чем у воды и нераст- воримую в воде) до появления ее из патрубка для слива нефти, Заполнение устройства нефтью осуществляют медленно для достижения гидравлического равнове10 сия в системе вода - нефть при заданных соотношениях высот Н1, Нг и Нэ. Излишки воды удаляются и в таком состоянии устройство готово к эксплуатации.

Приготовленную смесь воды и нефти

15 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

20 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 пре25 бывания их в агрегате и обеспечивая значительный массоперенос жидкостей, Продолжительность нахождения смеси в ус- тройстве определяется экспериментально, Анализ результатов опытов, выполненных

30 при различных параметрах процесса и размеров агрегата, позволил установить, что оптимальным является время в пределах 210 мин, Пример. Испытания предлагаемого

35 способа разделения двух несмешивающихся жидкостей проводили на лабораторном устройстве емкостью 0,015 м, выполненз ном в соответствии с чертежом, Устройство предварительно эаполня40 лось водой и нефтью. Соотношение их изменялось в соответствии с заданным в формуле изобретения.

Исходную смесь воды и нефти готовили при различном их соотношении.

45 Расход смеси измеряли специально прикрепленной к емкости расходомером.

B таблице представлены исходные параметры процесса и устройства а также результаты опытов на устройстве емкостью

50 0,015 м .

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 специальйого обслуживания и

1805991

") в скобках — результаты, полученные при подводе воздуха снизу устройства. может работать в любом режиме(непрерывный, периодический).

Проведение опытов на полупромышленном устройстве (V- 2мэ) подтвердило результаты лабораторных иссле@эваний.

Устройство может быть использовано . eo многих отраслях промышленности, осо- бенно в тех ее направлениях, где требуется экологическая защита водных бассейнов от органических нерастворимых в воде соединений.

Ф о р мул а изобретения

1, Способ разделения двух несмешивающихся жидкостей, преимущественно воды и нефти, включающий подачу исходной смеси в разделительную емкость и выпуск иэ нее разделенных жидкостей, о т л и ч а юшийся тем, что перед подачей исходной смеси разделительную емкость наполняют водой и нефтью, исходную смесь подают в слой нефти, высоту которого h< поддерживают в пределах h< - (0,1-0,25) фр, где P— объем исходной смеси, поступающей в емкость эа 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 несмешивающихся жидкостей, преимущественно воды и нефти, выполненное в виде емкости с внутренними вертикальными перегородками и патрубками для подачи исходной смеси и слива разделенных жидкостей, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что

15 нижние кромки патрубков для слива воды и нефти расположены на высотах соответственно, Н1 u Hz от днища емкости, а перегородка, расположенная перед патрубком для слива воды, установлена на расстоянии Нз

20 отднища емкости, при этом Hi.Н =1;(1,005-1,250). а Н >:Нэ = 1:(0,05-0,20).

1Р059п1

СМЕСЬ

К, Составитель В, Ермолов

Техред М„Моргентал, Корректор С. Юско

Редактор .

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 955 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5