旋液式油水分離器設(shè)計【說明書+CAD】

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旋液式油水分離器設(shè)計 1.研究目的和意義 目前煉油廠對含油污水的處理，一般采用“老三套”技術(shù)，“隔油-浮選-生化”。多年來的實踐證明，該技術(shù)比較簡單且實用，但二級加藥浮選存在著下述問題:如二次提升污水，能耗較高，油水分離時間較長（30-60min)，建筑占地面積較大，特別是投加大量藥劑后，產(chǎn)生大量浮渣，對浮渣的處理投資大，操作復(fù)雜，如不妥善處理，則會造成二次污染等。 旋液式油水分離器是一種新型的具有效率高、處理量大、質(zhì)量輕、體積小、本身無運(yùn)轉(zhuǎn)部件、維修和管理費用低等優(yōu)點。 據(jù)BWN Rortoil公司統(tǒng)計，截至1988年止，全世界巳有18臺這種裝置在運(yùn)行，另有7臺正在建造中，其中處理量最大的為30210m3/d，處理后的出水含油量小于5mg/L。 撫順石化公司石油一廠與大連理工大學(xué)合作進(jìn)行了兩年多的試驗,成功開發(fā)了 XYF-5型旋液式油水分離器，取得了較滿意的結(jié)果。結(jié)果表明，煉油廠含油污水在該器中停留2-3s，不投加任何藥劑，處 理后的出水含油量可降至15mg/L以下，達(dá)到了生化進(jìn)水水質(zhì)要求，可以代替二級加藥劑的壓力浮選程的目的，具有很好的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會效益。 2.旋流器的發(fā)展特點 它的應(yīng)用領(lǐng)域已擴(kuò)大到各行各業(yè)。從其可分離的類型上看，除了對完全溶解于液體介質(zhì)的物質(zhì)不能分離(溶于液體中的氣體，在水力旋流器中也可部分地分離)，以及對乳化液難于分離(可加入破乳劑后再行分離)外，其它的兩相或三相介質(zhì)均可分離。如液--固、氣--固、液--氣、液--液、液--氣--固三相的分離，甚至密度不同，或形狀不同的兩種固體顆粒亦 可用水力旋流器分離。同時，對水力旋流器的操作特性許多學(xué)者作了專門研究，對它的應(yīng)用場合，運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)的選擇與確定都有了合理的依據(jù)。因此，水力旋流器在實際應(yīng)用中大都取得了很好的分離效果，經(jīng)濟(jì)效益可觀。許多學(xué)者專門研究了水力旋流器各部分幾何參數(shù)的合理確定的問題，研究了幾何尺寸變化對分離性能的影響，如，溢流口徑和底流口徑的形狀及大小的改變、圓錐角的變化、尾管長度等，從而逐漸得出了幾組合理的幾何尺寸。 再次，水力旋流器的設(shè)計與制造方面，固一液水力旋流器已有幾種定型的設(shè)計，其結(jié)構(gòu)與參數(shù)經(jīng)使用證明較為合理。其中以Rietema，Bradley和Kelsall的三種設(shè)計結(jié)構(gòu)應(yīng)用最普遍，效果最好．他們的選擇與比例放大也有自己的關(guān)系式，這些關(guān)系式都是通過試驗推出的，具有半經(jīng)驗性。液一液水力旋流器的結(jié)構(gòu)與設(shè)計，最為合理的是Thew等人的設(shè)計，他們在這一領(lǐng)域進(jìn)行了大量的試驗研充。其效果十分明顯。但液一液水力旋流器的選擇與比例放大的理論工作。目前還很不完善，沒存提出什么合理的可供遵循約關(guān)系式。水力旋流器的制造技術(shù)也大大提升了，在保證精度以確保水力旋流器的運(yùn)轉(zhuǎn)特性前提下，制造方法不斷改善。最明顯的是液一液水力旋流器的制造，許多國家巳用非金屬材料(如聚胺酯等)代替金屬材料，用注塑方法加工生產(chǎn)．同時將幾個水力旋流器制造在一個外殼內(nèi)，加大了處理量，又降低了成本。 總之．水力旋流器出于其特珠的分離機(jī)理及結(jié)構(gòu)持證，使它成為獨具一格的一種分離裝置．在一定的應(yīng)用場合它比任何其它的分離設(shè)備更便于使用。特別是在石油工業(yè)．尤其是今后三次采油技術(shù)的全面推廣后，水力旋流器的應(yīng)用將更為廣泛。可以預(yù)見．今后若干年內(nèi)，它必將發(fā)揮巨大的效益．在我國石油工業(yè)等部門中獲得更廣泛的應(yīng)用。 3. 工作原理 將需要分離的兩相混合液以一定的壓力從旋流器圓筒體上部的切向進(jìn)料口注入，從而在器內(nèi)形成強(qiáng)烈的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動,由于輕重兩相的密度差異，重相沿錐體器壁向下，形成外旋流并在下部的底流口排出，而輕相則受流體的拽力向內(nèi)部運(yùn)動，并被向上的內(nèi)旋流由溢流口帶出從而完成兩相的分離。 液--液水力旋流器的分離原理，與固--液分離十分相似。它是利用兩種混合在一起但不互溶的液體之間的密度差，在水 力旋流器體內(nèi)進(jìn)行離心分離。但液--液分離要比固一液分離困難得多，其主要原因是：①一般兩種液體之間的密度差較小，如油與水的密度差一般只有0.1至0.2g/cm3。左右，而固--液兩種介質(zhì)之間的密度差常常較大，有時會有幾倍的差別。②分散相的液體介質(zhì)，不論其密度較連續(xù)相液體介質(zhì)大或小，都是以小滴的形式存在。這些液淹沒有固定不變的形狀，在力的作用下極易變形，有時甚至?xí)屏?。因此．兩種液體混合的介質(zhì)在水力旋流器中分離時．既要求液流在水力旋流器體內(nèi)形成高速旋轉(zhuǎn)的渦流，以保證液滴有足夠的力沿徑向方向移動，又要防止液滴在高速旋轉(zhuǎn)時，受到過大的切向剪應(yīng)力致使液滴破碎，分裂成更細(xì)小的液滴，導(dǎo)致分離更加困難。這都是液--液分離水力旋流器的應(yīng)用較固--液水力旋流器晚了近一百年的原因。 下面進(jìn)一步分析一下液--液分離的過程。兩種液體介質(zhì)的混合物由入口切向進(jìn)入旋流腔后，在內(nèi)部產(chǎn)生強(qiáng)烈的渦流。然后由旋流腔經(jīng)過很短的大錐角段后，迅速過渡到錐角很小面長度較大的小錐角段，其后進(jìn)入一個長度較大直徑較小的圓拄狀尾管內(nèi)。這種結(jié)構(gòu)使進(jìn)入旋流腔后高速旋轉(zhuǎn)的液體很快收縮到細(xì)長的小錐角段內(nèi)，這一段直徑變化緩饅，旋轉(zhuǎn)加速度的變化趨于緩和。同時，液體渦流在細(xì)長的小錐角段及尾管中存留時間稍有增加，而液滴在小直徑孔中沿徑向向軸線移動的路徑就短，液滴受到的切向力也減小。因之，分散相液滴在連續(xù)相介質(zhì)中的分離更平穩(wěn)，分離的機(jī)率大大增加。在保證液滴分離的同時，減少了其破碎的幾率，即使部分液滴破碎成更小的尺寸，也會在長的小錐角段甚至在尾管中進(jìn)一步分離出。根據(jù)結(jié)構(gòu)上的這些要求，決定了液--液用水力旋流器比同直徑的固--液水力旋流器的長徑比大很多，因而總長度也大好幾倍。 在液--液分離中，連續(xù)相介質(zhì)可能比分散相介質(zhì)重(如從水中分離出所含的少量油)，也可能比分散相介質(zhì)輕(如從油中分離所含的少量的水)。以上兩種不同的情況的分離，原理相似，但水力旋流器的結(jié)構(gòu)會略有不同。分散相介質(zhì)較連續(xù)相介質(zhì)輕時，兩種介質(zhì)混合物在水力旋流器體內(nèi)分離時，輕質(zhì)分散相向軸線附近移動，形成輕質(zhì)分散相的核心，并向上從溢流口排出，而分散相介質(zhì)較重時，它在水力旋流器體內(nèi)旋轉(zhuǎn)時，就會向器壁移動，并向下從底流口排出。所以溢流口與底流口直徑及水力旋流器的其它某些結(jié)構(gòu)參數(shù)會根據(jù)分散相介質(zhì)的濃度及性質(zhì)而做相應(yīng)的改變。 此外，由于液體在水力旋流器體內(nèi)形成渦流．而渦流中心處的壓力最低．溶于液體內(nèi)的氣體會分解出，在軸線財近形成一個“氣核”。個論固--液分離與液--液分離。這個氣核都是存在的。實踐證明．這個氣核的存在不會影響分離過程．有時還對分離有利。 與固--液分離相同，用水力旋流器進(jìn)行液一液分離也是不完全分離。從溢流中排出的液體并不完全是輕質(zhì)相介質(zhì)，會同時排出少量重質(zhì)相介質(zhì)。而從底流中排出的液體，不可避免地會含有少量輕質(zhì)相介質(zhì)。但只要操作變量控制恰當(dāng)，分離效率完全可達(dá)到90％~95％以上，有的液--液分離水力旋流器約分離效率高達(dá)98％，能滿足一般分離要求。 4選型設(shè)計方法及思路 液-液旋流器的選型設(shè)計方法與固-液旋流器相同，其設(shè)計方法有2種。第1種是根據(jù)幾何尺寸對壓降、處理量、分離效率的影響情況,選擇各部分幾何尺寸。這種設(shè)計方法需要掌握各設(shè)計變量與水力旋流器性能的定量關(guān)系。當(dāng)然，已有許多經(jīng)驗理論和模型可以利用，除特定的旋流器外,這些理論和模 型只能給出近似估算。第2種方法是選擇標(biāo)準(zhǔn)的水 力旋流器，按其相似準(zhǔn)則和幾何尺寸比例關(guān)系，進(jìn)行 計算和比例放大，這樣能夠得到較可靠的設(shè)計結(jié)果。第2種設(shè)計方法實際是相似設(shè)計法，也就是按照設(shè)計參數(shù)處理量 、壓降"和粒徑的要求，選擇性能優(yōu)良的旋流器，用其相似準(zhǔn)數(shù)關(guān)系和幾何 尺寸比例關(guān)系，計算設(shè)計旋流器，在旋流器選型設(shè)計中常采用該方法。 5閱讀的主要參考文獻(xiàn)及資料名稱 [1]李振林，董守平，張建，等.重力式油氣水三相分離器 內(nèi)部流動研究[J].石油機(jī)械，1999，27(7) [2]郭軍，張軍，唐馳，等.油氣水復(fù)合式分離器樣機(jī) 實驗[J].中國造船，2005,46:322-327. 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[13].何翌.油水分離旋流器性能測試：〔學(xué)位論文〕.大連：大 連理工大學(xué)，1993. 6研究的內(nèi)容及主要任務(wù) （1）學(xué)會查閱文獻(xiàn)資料的方法 （2）知道分離原理及方法 （3）能夠?qū)τ退蛛x設(shè)備進(jìn)行設(shè)計計算 （4）會用繪圖軟件繪制裝配圖、零件圖繪制和三維效果圖 （5）學(xué)會文檔排版的基本知識 7設(shè)計時間安排 時 間 階段 內(nèi)容與任務(wù) 成果 5-7周 畢業(yè)實習(xí) 了解設(shè)計相關(guān)的技能 資料收集、實習(xí)日志、實習(xí)報告 8-9周 設(shè)計準(zhǔn)備 進(jìn)行深入的調(diào)查和國內(nèi)外文獻(xiàn)查閱、確定設(shè)計思路和步驟 外文翻譯、開題報告 9-11周 方案設(shè)計 完成旋液式油水分離器數(shù)據(jù)計算和分析,進(jìn)行廣泛的設(shè)計方案構(gòu)思 計算數(shù)據(jù)，工藝結(jié)構(gòu) 12-14周 深入設(shè)計 進(jìn)行fluent模擬實驗并完成零件圖和裝配圖 電子圖與設(shè)計說明書綱要 15-16周 末期設(shè)計 完成設(shè)計所有環(huán)節(jié)，定型打包，設(shè)計說明書的編寫 設(shè)計說明書 17周 答辯準(zhǔn)備 設(shè)計過程中所有文件的檢查修改、答辯用材料的編寫 畢業(yè)設(shè)計、電腦演示、論文答辯提綱、視頻課件制作 教師意見： 指導(dǎo)教師簽字： 日期： X