Сепаратор для очищення нафтовмісних вод

Сепаратор для очистки нефтесодержащих вод, содержащий корпус, разделенный перегородкой на полости очищаемой смеси и очищенной 28433 продуктов и очищенной воды. Однако такая установка требует периодических промывок доочистной ступени, т.к. происходит постоянное накопление нефтепродуктов в слое гидрофильного материала с последующим выносом в полость чистой воды. Понятно, что получить устойчивую качественную очистку НСВ в такой конструкции затруднительно. Наиболее близким техническим решением по существу к данному сепаратору для очистки нефтесодержащих вод является сепаратор для очистки НСВ по а.с. СССР № 1674896, В01D17/022, С02F1/40. Сепаратор включает корпус, фильтрующе-коалесцирующий элемент, аналогичный установленному в СК, низкоскоростной гидроциклон, размещенный внутри фильтроэлемента с зазором. Имеется также перегородка, отделяющая полости очищаемой смеси и очищенной воды. При этом коалесцирующий фильтроэлемент размещен в полости очищенной воды и внутренней полостью сообщается с полостью очищаемой смеси. Сепаратор снабжен патрубками подвода очищаемой смеси, отвода нефтепродуктов и очищенной воды. НCВ поступает вначале в гидроциклон на первичную очистку, где отделяется и выводится нефтезахватывающим устройством крупные капли нефти и механические примеси. После такой предварительной обработки очищаемая вода поступает во внутреннюю полость коалесцирующего элемента, где за счет организации потока частью его, направляемой на рециркуляцию, обеспечивается смыв образующейся в результате коалесценции нефтяной пленки с его рабочей поверхности. Таким образом, предотвращаются разрыв нефтяной пленки, вызывающий генерирование капель нефтепродукта на порядок меньше находящи хся в потоке, и соответственно занос их внутрь перового пространства фильтроэлемента. То есть, исключается вторичное эмульгирование части скоалесцировавших капель нефтепродукта, приводящее к снижению качества очистки сепаратора. Другая часть (основной поток НСВ) проходит в поры фильтрующе-коалесцирующего элемента, где происходит удаление мелкодисперсных нефтяных частиц за счет вн утрипоровой коалесценции на поверхностях материала, составляющего структуру коалесцирующего элемента, т.е. обеспечивается окончательная очистка НСВ. К недостаткам прототипа можно отнести следующее. Применение низкоскоростных гидроциклонов ограничено малыми расходами и давлениями, т.е. устойчивая работа аппаратов данного типа может быть обеспечена в диапазоне подачи 0,1...1,5 м 3/час и при давлении 0,025...0,25 МПа. Кроме того, небольшие значения величины центробежной силы, создаваемой в устройствах данного типа, не способны оказать существенное воздействие на мелкодисперсные НЧ, что не приводит к их перераспределению (с последующим выделением) в потоке. Поэтому они попадают на олеофильную поверхность КЭ, взаимодействуют с ней и образуют пленку нефтепродукта, которая-под давлением воды все же разрушается с образованием мелкодисперсных НЧ (вторичное эмулыирование). Последние проходят через поры КЭ и остаются в очищенной воде, что отрицательно сказывается на качестве очистки в целом. Однако, не смотря на указанные недостатки, описанная конструкция сепаратора по количеству общи х признаков принята в качестве прототипа ввиду того, что ни в каком другом известном устройстве конструктивно не обеспечены одновременная обработка НСВ на олеофильной коалесцирующей поверхности и постоянная разгрузка ее за счет смыва укрупнившихся нефтяных образований потоком смеси. Таким образом, сепаратор для очистки нефтесодержащих вод имеет следующие общие с данным устройством признаки: корпус, разделенный перегородкой на полости очищаемой смеси и очищенной воды, коалесцирующий фильтроэлемент, размещенный в полости очищенной воды и внутренней полостью сообщающийся с полостью очищаемой смеси, патрубки ввода очищаемой смеси, выхода нефтепродукта и очищенной воды. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования сепаратора для очистки НСВ, в котором путем применения фильтрующи х поверхностей с различной смачиваемостью совместно с завихрителем потока обеспечивается повышение очистной способности и за счет этого увеличивается ресурс устройства в целом и улучшается качество очистки воды. Поставленная задача решается тем, что сепаратор для очистки нефтесодержащих вод, содержащий, корпус, разделенный перегородкой на полости очищаемой смеси и очищенной воды, коалесцирующий фильтроэлемент, размещенный в полости очищенной воды и внутренней полостью сообщающийся с полостью очищаемой смеси, патрубки входа очищаемой смеси, выхода нефтепродуктов и очищенной воды, согласно изобретению снабжен установленной с зазором внутри фильтроэлемента пористой олеофильной трубчатой вставкой, снабженной генератором вихрей, размещенным между фильтроэлементом и вставкой, при этом внутренняя поверхность фильтроэлемента выполнена гидрофильной. Отличительные признаки являются существенными, потому что удаление низкоскоростного гидроциклона из конструкции и замена его пористой олеофильной трубчатой вставкой, снабженной генератором вихрей, способствует увеличению производительности устройства, т.к. низкоскоростные гидроциклоны в качестве сгустителей работают только при подаче на них Q=0,2…1,1 м 3/ч, а при больших расходах они работают как распылители. Выполнение внутренней поверхности фильтроэлемента гидрофильной препятствует образованию (и соответственно разрушению) на ней пленки нефтепродукта и, таким образом, вторичному эмульгированию. Установка внутри фильтроэлемента пористой трубчатой вставки способствует контакту перераспределившейся, за счет действия генератора вихрей, фазы (особенно мелкодисперсной части ее составляющей) с твердой олеофильной поверхностью и ее выделению из потока очищаемой НСВ. Генератор вихрей обеспечивает вращение потока НСВ вдоль вогнутой криволинейной поверхности фильтроэлемента. При этом возникает не плоский стоячий вихрь, характерный для гидроциклона, а система винтообразных макровихрей, длина волны (масштаб) которых определяется величиной зазора между фильтроэлементом и вставкой. Такие макровихри 2 28433 эффективны при определенных значениях критерия Дина: De = Re где: Re = dэ × u n действуя с генератором вихрей 14, она начинает вращаться, одновременно перемещаясь вверх во внутренней полости 13 фильтроэлемента 9. Поток обрабатываемой жидкости, двигаясь в зазоре между фильтроэлементом 9 и вставкой 7, контактирует с олеофильным материалом вставки 7, из которого она изготовлена. При каждом контакте НЧ и вставки происходит налипание и укрупнение капель на олеофильной поверхности ее материала. Появление макровихрей в зазоре приводит к росту числа контактов из-за винтообразного движения частичек в макровихрях, а благодаря тому, что макровихри представляют собой не турбулентную структур у, а ламинарный винтообразно закрученный поток, частички нефтепродукта не дробятся. Кроме того, значительная часть нефтепродуктов удаляется из потока посредством внутренней вставки благодаря действию центробежных сил, возникающих при винтообразным движении НСВ. Это дает возможность более эффективно очищать нефтесодержащую воду от нефти. В процессе вращения эмульсии с Re=50…5000, De=100…150 происходит перераспределение компонентов, находящи хся в потоке. Нефтепродукты, как фракция с меньшей по отношению к воде удельной плотностью, перемещаются к центральной оси сепаратора, где контактируют с пористой олеофильной трубчатой вста вкой 7 и коалесцируют на ее поверхности. Часть нефтепродукта проходит вн утрь пор вставки, часть, смываемая потоком, увлекается вверх и попадает затем во внутреннюю полость вставки 7, откуда через патрубок 5 выводится из сепаратора. Вода, в результате действия центробежных сил, перемещается к внутреннему гидрофильному слою 10, проходит, смачивая его, и поступает в перовое пространство коалесцирующегр фильтроэлемента 9, где на олеофильной поверхности укрупняются оставшиеся мелкодисперсные НЧ, которые затем под действием гравитационных сил всплывают в полости и удаляются из сепаратора посредством патрубка 3. Очищенная вода через патрубок 8 выводится из сепаратора. По сравнению с прототипом предлагаемый сепаратор обладает следующими преимуществами: обеспечена возможность устойчивой работы установки при различных расходах НСВ; устранена вероятность возникновения вторичного эмульгирования, что способствует повышению очистной способности сепаратора в целом на 15...30%; за счет упрощения конструкции повышена надежность работы фильтроэлемента и сепаратора в целом. h , D критерий Рейнолодса; h×s , м; П s - площадь поперечного сечения зазора, м 2; П - периметр поперечного сечения зазора, м; u - среднерасходная скорость, м/с; n - кинематическая вязкость, м 2/с; h - зазор между фильтроэлементом и вставкой, м; D=2R, R - радиус кривизны движения жидкости внутри фильтроэлемента (при пропеллерных вставках - внутренний диаметр фильтроэлемента). Диапазон значений критерия Дина выбирается минимально необходимым для вращения макровихрей De±100¸150, т.к. более интенсивное движение вызовет дробление капель, а при числах De менее 100 энергии вихрей будет недостаточно для интенсификации массопереноса. Конструктивно генератор вихрей может представлять собой организованный тангециальный вход в сепаратор либо специальную пропеллерную или шнековую вставку. Во все х случаях величина критерия De должна быть в указанных пределах. Указанные мероприятия позволяют в целом В 1,15...1,3 раза повысить ресурс и очистную способность сепаратора, что свидетельствует о существенности новых признаков. Сущность изобретения поясняется рисунком (фиг.), где изображен общий вид сепаратора. Сепаратор для очистки нефтесодержащих вод включает корпус 1 с патрубками: 2 - подвода очищаемой воды; 3 - отвода нефтепродуктов из полости очищенной воды 4; 5 - отвода загрязненной воды из внутренней полости вставки 7; 8 - отвода очищенной воды; коалесцирующий фильтроэлемент 9, например, из полипропилена с нанесенным гидрофильным внутренним слоем 10, например, из остекленного углерода, установленный на перегородке 11, образующей с основанием корпуса 1 полость очищаемой смеси 12. Во внутренней полости 13 фильтроэлемента 9 установлены пористая олеофильная трубчатая вставка 7, например, из фторопласта, и генератор вихрей 14, размещенный между фильтроэлементом 9 и вставкой 7. Сепаратор работает следующим образом. Нефтесодержащая вода через патрубок 2 поступает в полость очищаемой смеси 12. Взаимо dэ - эквивалентный диаметр зазора, d э = 3 28433 Фиг. __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 34 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 4