УСТРОЙСТВО ГИДРОЦИКЛОННОГО ТИПА ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ЭМУЛЬСИЙ

Полезная модель относится к циклонному устройству для разделения многокомпонентных жидких сред (эмульсий), состоящих, по крайней мере, из двух компонентов жидкой среды с разными плотностями, и может найти применение в нефтегазовой промышленности, а также в системах очистки технических и сточных вод различных областей промышленности. В частности, но не исключительно, полезная модель относится к циклонному устройству для разделения двух несмешиваемых жидкостей, таких как нефть и вода.
Известно фильтрационное устройство [RU 2450846, МПК B01D 29/00, B01D 36/00, опубл. 20.05.2012], предназначенное для отделения загрязнений от потока текучей среды с помощью фильтрующего элемента. Фильтрационное устройство для отделения загрязнений от потока текучей среды включает фильтрующий элемент, помещенный в корпус фильтра, причем корпус имеет камеру завихрения, благодаря которой подлежащий фильтрации поток текучей среды по меньшей мере частично обтекает фильтрующий элемент в вихревом потоке. Камера завихрения образована коническим расширением корпуса фильтра в направлении одного из двух концов корпуса, а впуск для нефильтрованной среды проникает в корпус фильтра несоосно продольной оси фильтрующего элемента. Коническое расширение корпуса фильтра в области камеры завихрения переходит в цилиндрическую часть корпуса или в часть корпуса с меньшим коническим уклоном. Фильтрующий элемент выполнен сужающимся на конус от камеры завихрения к свободному концу.
Также известен гидроциклон [RU 74315, МПК В04С 5/12, опубл. 27.06.2008], содержащий корпус, цилиндрическая часть которого соединена с верхним и нижним переводниками, между которыми последовательно размещены конические секции, соединенные между собой центрирующими кольцами, тангенциально встроенный входной патрубок, осевой сливной патрубок для жидкой фазы и разгрузочный патрубок для твердых частиц.
Недостатком приведенных известных аналогов является ограниченность их функциональных возможностей - они предназначены для отделения только твердых частиц из потока текучей среды.
Наиболее близким аналогом для предлагаемой полезной модели является устройство для разделения многофазной смеси [US 5009785 (А), МПК B01D 17/02; В04С 3/00, 3/04, 5/00, 5/28, опубл. 23.04.1991], представляющее собой устройство для отделения многофазных жидких смесей или, по меньшей мере, частичного отделения более плотного жидкого компонента смеси от его менее плотного жидкого компонента. Внешний корпус имеет полость, впускной канал, через который смесь подается в устройство, первый выпускной канал, из которого выходит менее плотный жидкий компонент, и второй выпускной канал, из которого выходит более плотный жидкий компонент. Циклонный сепаратор расположен внутри полости и имеет множество циклонных разделительных секций, причем каждая секция имеет первичную часть, один конец которой имеет больший размер поперечного сечения, чем другой ее конец, и имеет входное отверстие для подачи, выходное отверстие для перелива на конце разделительной секции с большим размером поперечного сечения и выходным отверстием для потока на другом конце, а также крышкой для одного конца полости.
Основным недостатком данного технического решения является то, что наличие в каждой циклонной разделительной секции одного входного отверстия ведет к нестабильности образования в такой секции центрального вихря и нестабильности самой структуры вихря. При этом возрастает число Рейнольдса, являющегося критерием уровня турбулентности, что снижает эффективность разделения многокомпонентной жидкой среды.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является повышение эффективности разделения многокомпонентных эмульсий, снижение энергозатрат на указанный процесс сепарации.
Данная задача решается за счет того, что предлагаемое устройство гидроциклонного типа для разделения эмульсий с одного конца содержит головную секцию, выполненную с возможностью подачи эмульсии в тангенциальном направлении в рабочую полость и с выходным каналом для менее плотного компонента эмульсии, на втором конце имеет выход для более плотного компонента эмульсии; площадь поперечного сечения устройства уменьшается от одного конца ко второму концу. Особенностью устройства является то, что подача эмульсии в рабочую полость происходит посредством не менее четырех впускных тангенциальных отверстий, равномерно распределенных по окружности в цилиндрической части головной секции, причем отношение диаметра впускных отверстий к диаметру рабочей полости в цилиндрической части головной секции составляет от 1/10 до 3/50 включительно.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является увеличение скорости образования завихрения эмульсионного потока и стабилизация структуры внутреннего вихря с пониженным числом Рейнольдса.
Предпочтительный вариант осуществления полезной модели показан на фиг. 1-2, где на фиг. 1 приведен эскиз устройства для разделения эмульсий с шестью впускными отверстиями, на фиг. 2 - увеличенное поперечное сечение устройства, проходящее через впускные отверстия в области головной секции.
Устройство гидроциклонного типа для разделения эмульсий содержит последовательно примыкающие элементы: головную секцию 1, коническую секцию 2 и цилиндрическую секцию 3. Головная секция 1 снабжена в цилиндрической части впускными тангенциальными отверстиями 4 для подачи эмульсии в рабочую полость устройства, равномерно распределенными по окружности, причем их общее количество составляет не менее четырех отверстий, а отношение диаметра впускных отверстий к диаметру рабочей полости в цилиндрической части головной секции составляет от 1/10 до 3/50 включительно. Конец цилиндрической секции 3 является выходом 5 для более плотного компонента эмульсии, выходной канал 6 для менее плотного компонента эмульсии размещен в головной секции 1.
Устройство гидроциклонного типа для разделения эмульсий работает следующим образом.
Разделяемая эмульсия тангенциально поступает в цилиндрическую часть головной секции 1 посредством не менее четырех впускных отверстий 4, равномерно распределенных по окружности, и приобретает интенсивное вращательное движение, происходит завихрение эмульсионного потока. В головной секции 1 за счет образования вихря происходит процесс разделения эмульсии под действием центробежной силы. При разделении компонент эмульсии с большей плотностью движется от оси 7 устройства к его стенкам, по спиральной траектории проходит коническую секцию 2, цилиндрическую секцию 3 и через выход 5 удаляется из устройства, в то время как компонент эмульсии с меньшей плотностью концентрируется в центре устройства вдоль оси 7 и движется тонкой струей в сторону головной секции 1, удаляется из устройства через выходной канал 6. Коническая секция 2 и цилиндрическая секция 3 поддерживают стабильность вихря и заявленную эффективность работы устройства.
Поступление эмульсии в предлагаемое устройство посредством не менее четырех равномерно распределенных по окружности впускных тангенциальных отверстий при отношении диаметра впускных отверстий к диаметру рабочей полости в цилиндрической части головной секции, составляющем от 1/10 до 3/50 включительно, обеспечивает движение эмульсии с небольшой осевой скоростью, позволяющей сформировать большее количество витков по длине устройства в процессе движения эмульсии по спиральной траектории. Таким образом, заявляемое устройство позволяет увеличить скорость образования завихрения эмульсионного потока и стабилизировать структуру внутреннего вихря с пониженным числом Рейнольдса, что в свое время ведет к повышению эффективности разделения многокомпонентных эмульсий.