УСТАНОВКА ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ НЕСМЕШИВАЮЩИХСЯ ЖИДКОСТЕЙ

Полезная модель относится к установкам гравитационного принципа действия для разделения несмешивающихся жидкостей и может быть использована для очистки воды от нефти или нефтепродуктов и механических примесей при зачистке резервуаров и при ликвидации аварийных проливов.
1
2
3
2
1
3
1
Известно 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, расположенными в верхней части емкости, при этом расстояния от днища емкости до нижних кромок патрубков для слива воды H, нефтепродукта Н и нижней кромки перегородки для накопления отделенной воды Н связаны соотношениями Н=(1,005-1,250)H; Н=(0,05-0,20)H, (SU. Патент №1805991 A3, кл. В 01 D 17/02, 1993).
Недостатком этого устройства является низкая эффективность разделения двух несмешивающихся жидкостей, обусловленная подачей исходной смеси в емкость открытой падающей струей. Действительно, падающая струя смеси образует вертикальный шлейф, который углубляется в уже отделившийся от нефти слой воды и перемешивается с отстоявшейся водой.
Кроме того, в процессе разделения, поступающая смесь проходит короткий прямолинейный путь к патрубку для слива нефти, унося с собой взвешенные частицы воды, а также тем, что в емкости перед вертикальной перегородкой для накопления отделенной воды образуется застойная зона нефти, которая практически не участвует в процессе разделения смеси.
1
3
Наиболее близкой к заявляемой полезной модели по технической сущности является установка для разделения несмешивающихся жидкостей, включающая бак с горловиной расположенной на его верхней стенке и патрубками для слива воды и нефтепродукта, нижние кромки которых расположены соответственно на расстоянии H и Н от днища бака и соответственно
1
2
2
1
3
1
3
1
5
тр
5
тр
4
2
4
2
на расстоянии H и Н от днища бака и связаны соотношением Н=(1,005-1,250)H. Внутри бака расположены вертикальные перегородки, одна из которых установлена с возможностью создания полости для накопления отделенной воды перед патрубком для слива воды с зазором Н относительно днища бака и связанного с расстоянием H соотношением Н=(0,05-0,20)H. Эта вертикальная перегородка закреплена на боковых стенках бака. Остальные вертикальные перегородки закреплены на боковых стенках бака в шахматном порядке с зазором Н относительно противоположной боковой стенки, связанным с диаметром вертикальной трубы Д соотношением Н=(0,7-1,0)·Д.. На верхней стенке бака расположена промежуточная емкость для улавливания механических примесей и горловина бака, в которой установлена вертикальная труба, верхний торец которой соединен с выходным патрубком промежуточной емкости, а на нижнем торце вертикальной трубы закреплен успокоитель, выполненный в виде двух горизонтально расположенных дисков, верхний из которых установлен на высоте Н от днища бака, связанной с Н соотношением Н=(0,96-0,98)·Н. Патрубок для слива нефтепродукта установлен непосредственно за полостью для накопления отделенной воды, а горловина бака размещена на максимально возможном удалении от патрубка для слива нефтепродукта (RU Патент ПМ №38298, кл. В 01 D 17/02, 17/028, 2004 г. - прототип).
3
Недостатком этой установки является недостаточная эффективность очистки воды от нефтепродукта, обусловленная тем, что в нижней части бака формируется горизонтальный поток воды с микрочастицами нефтепродукта, которые за время движения воды к зазору Н не успевают выделиться из воды и всплыть в слой нефтепродукта.
Технический результат полезной модели - повышение эффективности очистки воды от нефтепродуктов.
Этот технический результат достигается тем, что установка для разделения несмешивающихся жидкостей, содержащая бак с патрубками для слива воды и нефтепродукта, нижние кромки которых расположены соответственно на
1
2
3
4
5
тр
расстояниях H и H от днища бака, крышку, на которой размещена горловина и промежуточная емкость для улавливания механических примесей, выходной патрубок которой соединен с герметично закрепленной в горловине вертикальной трубой, на нижнем торце которой жестко закреплено кольцо на расстоянии Н от днища бака, связанное с горизонтально расположенным диском, внутренние вертикальные перегородки, одна из которых установлена с зазором H от днища бака, закреплена на боковых стенках бака с образованием полости для накопления отделенной воды перед патрубком слива воды, а остальные внутренние вертикальные перегородки закреплены на боковых стенках бака в шахматном порядке с зазором Н относительно противоположной боковой стенки, равным (0,7-1,0) диаметра вертикальной трубы Д., горловина бака размещена на максимально возможном расстоянии от патрубка слива нефтепродукта, выполненного непосредственно за полостью для накопления отделенной воды, при этом величины расстояний и зазоров выбраны в зависимости от внутренней высоты Н бака по следующим соотношениям:
1
H=0.7·Н;
2
1
H=(1,005-1,250)·H;
3
2
Н=(0,96-0,98)·Н;
4
1
=
H (0,05-0,20)·H,
согласно предлагаемой полезной модели на боковых стенках бака по центру каждой полости, образованной внутренними вертикальными перегородками, жестко закреплены направляющие, в крышке бака выполнены сквозные отверстия, а установка снабжена размещенными в баке заслонками с закрепленными на их верхних торцах жесткими тягами, размещенной над крышкой бака рамой, на которой закреплены концы жестких тяг, герметично установленных в отверстиях крышки с возможностью вертикального перемещения в направляющих, и механизмом подъема рамы, выполненным в виде трособлочной системы, размещенной на крышке бака, при этом механизм подъема рамы выполнен в виде роликов, закрепленных на крышке бака при помощи кронштейнов, и пропущенного через ролики троса, связанного с рамой.
На фиг.1 представлена установка для разделения несмешивающихся жидкостей (в разрезе);
фиг.2 - то же (вид по А-А на фиг.1 при снятой крышке бака);
фиг.3 - то же (вид по Б на фиг.1 без промежуточной емкости);
фиг.4 - то же (вид по В на фиг.1);
фиг.5 - заслонка с жесткими тягами и направляющими.
Установка для разделения несмешивающихся жидкостей состоит из промежуточной емкости 1 и бака 2 с крышкой 3, снабженной горловиной 4 и крышкой 5, патрубком 6 для слива воды и патрубком 7 для слива нефтепродукта. Внутри бака 2 имеются вертикальная перегородка 8, установленная перед патрубком 6 и предназначенная для накопления отделенной воды, вертикальные перегородки 9, обеспечивающие разделение смеси на воду и нефтепродукт, и заслонки 10 с жесткими тягами 11 на их торцах и направляющие 12.
В горловине 4 герметично с крышкой 5 установлена вертикальная труба 13, на нижнем торце которой закреплено кольцо 14, связанное с диском 15. Зазор между кольцом 14 и диском 15 регулируется болтами 16. Диск 15 изменяет движение жидкости на выходе из трубы 13 с вертикального на горизонтальное.
Днище бака 2 выполнено выпуклым. В нижней части торцевых стенок бака 2 имеются патрубки 17 и 18 с запорными устройствами (не показано) для периодического удаления осажденных твердых частиц с днища бака 2.
Герметичность жестких тяг 11 в отверстиях крышки 3 обеспечивается сальниковым уплотнением 19.
Промежуточная емкость 1 имеет крышку 20, входной патрубок 21 для подачи исходной смеси, выходной патрубок 22, который через колено 23 соединен с вертикальной трубой 13, и патрубок 24 для выпуска газа. Внутри промежуточной емкости 1 имеются металлические сетки 25.
Бак 2 в нижней части имеет опоры 26, а промежуточная емкость 1 - опоры 27, которые закреплены на баке 2.
На крышке 3 бака 2 также имеется патрубок 28 для выпуска газа.
Над крышкой 3 бака 2 размещена рама 29, на которой закреплены концы жестких тяг 11 при помощи гаек 30 и 31. На крышке 3 установлен механизм подъема рамы 29, включающий трос 32, пропущенный через ролики 33, закрепленные на кронштейнах 34. Кронштейны 34 жестко закреплены на крышке 3. Один конец троса 32 закреплен на раме 29, а другой - на барабане силового устройства 35, в качестве которого можно использовать лебедку с ручным или электрическим приводом.
4
5
Вертикальная перегородка 8 установлена с зазором Н по отношению к днищу бака 2, герметично закреплена на его боковых стенках и обеспечивает создание полости для накопления отделенной воды. Вертикальные перегородки 9 закреплены на боковых стенках бака 2 в шахматном порядке, с зазором H относительно противоположной боковой стенки. Ширина полости, в которой расположена вертикальная труба 13, должна быть в два раза больше ширины полости между вертикальными перегородками 9. Заслонки 10 установлены в нижней части бака в промежутках между вертикальными перегородками 9 в направляющих 12 с возможностью подъема их за жесткие тяги 11.
1
2
Нижние кромки патрубка 6 для слива воды и патрубка 7 для слива нефтепродукта расположены соответственно на расстояниях H и Н от нижней образующей выпуклого днища бака 2.
Величины расстояний и зазоров выбраны по следующим соотношениям:
1
H=0.7·Н;
2
1
H=(1,005-1,250)·H;
3
2
Н=(0,96-0,98)·Н;
4
1
H=(0,05-0,20)·H;
5
тр
Н=(0,7-1,0)·Д
тр
где Н - расстояние от днища до крышки бака, а Д - диаметр вертикальной трубы 13.
Объем бака 2 и диаметр вертикальной трубы 13 выбирают в зависимости от часовой подачи исходной смеси.
Металлические сетки 25 в промежуточной емкости 1 имеют разный размер ячеек, величина которых уменьшается по ходу потока. Они закреплены на едином несущем каркасе и могут быть извлечены в промежутках между процессом разделения смеси для их очистки от механических примесей или для замены.
Крышка 3 закреплена на баке 2 герметично с помощью болтов.
Для обеспечения эффективного отделения воды от нефтепродукта используется известный способ, включающий предварительное наполнение установки водой и нефтепродуктом и подачу очищаемой смеси в слой нефтепродукта, при этом в установку заливают ту марку нефтепродукта, которая содержится в очищаемой смеси.
2
1
Были изготовлены макетные образцы заявляемой установки и прототипа. Патрубок для слива нефтепродукта в макетных образцах расположен на высоте Н от днища бака, которая равна 1,О3 Н, что находится в переделах оптимальных соотношений, указанных в известном устройстве.
4
5
3
тр
Зазоры Н и Н также находятся в пределах оптимальных соотношений, указанных в известном устройстве. Расстояние Н принято равным 0,8 Д., что также находится в пределах известного соотношения.
Перед началом испытаний обе установки заполняли водой до начала ее вытекания из патрубка 6 в заявляемой установке (патрубка 5 в прототипе) и нефтепродуктом (необводненным отработанным моторным маслом М-6з/10В) до начала его вытекания из патрубка 7 в заявляемой установке (патрубка 6 в прототипе).
Исходная очищаемая смесь готовилась путем перемешивания отработанного моторного масла М-6з/10В с водой в соотношениях 45 г масла на 1 л воды и 90 г масла на 1 л воды. В процессе подачи исходной смеси в макетные образцы установок очищаемая смесь постоянно перемешивалась. Подача осуществлялась со скоростью 1 л/мин и 2 л/мин. Концентрация масла в сливаемой воде в мг/л и содержание воды в сливаемом масле в % определялось известными методами (содержание воды в нефтепродукте - по ГОСТ 2477-65 (СТ СЭВ 2382-
80), концентрация нефтепродукта в воде - методом колончатой хроматографии с гравиметрическим окончанием ПНД Ф 141:2, 116-97).
Результаты испытаний макетных образцов заявляемой установки и прототипа вместимостью 15 л, изготовленных с прозрачными стенками, представлены в таблице.
Из результатов испытаний следует, что в заявляемой установке повышается эффективность очистки воды от масла, обусловленная наличием заслонок 10, которые изменяют движение воды в нижней части днища с прямолинейного на зигзагообразное в вертикальной плоскости и, следовательно, удлиняется путь движения воды.
Из результатов испытаний также следует, что количество масла в исходной смеси мало влияет на его концентрацию в сливаемой воде. Значительно большее влияние на концентрацию масла в сливаемой воде оказывает скорость подачи исходной смеси, что подтверждает необходимость выбора объема бака в зависимости от часовой подачи исходной смеси.
Установка работает следующим образом.
Через патрубок 21 на промежуточной емкости 1 в бак 2 вначале заливают воду до начала вытекания ее из патрубка 6, затем заливают нефтепродукт до начала его вытекания из патрубка 7, при этом в баке 2 образуется слой нефтепродукта, а излишки воды вытекают через патрубок 6. Газы из промежуточной емкости 1 и бака 2 выводятся соответственно через патрубки 24 и 28. В таком состоянии установка готова к эксплуатации.
Очищаемую смесь подают через патрубок 21 в промежуточную емкость 1, в которой смесь, проходя через металлические сетки 25, очищается от крупных механических примесей. Далее смесь, состоящая из воды, нефтепродукта и мелких механических примесей по вертикальной трубе 13 поступает в бак в слой нефтепродукта через зазор между кольцом 14 и диском 15. Смесь, поступающая в бак 2, огибая верхние вертикальные перегородки 9 в горизонтальной плоскости, перемещается в сторону патрубка 7.
Таблица
Результаты испытаний макетных образцов заявляемой установки и прототипа
№№ п.п.
Показатели эффективности
Макетные образцы
Заявляемой установки
Прототипа
Концентрация масла в исходной смеси - 45000 мг/л
1
Концентрация масла в сливаемой воде, мг/л:
при подаче исходной смеси 1 л/мин
4,3
5,0
при подаче исходной смеси 2 л/мин
5.4
6.0
2
Содержание воды в сливаемом масле, %:
при подаче исходной смеси 1 л/мин
0,4
0.4
при подаче исходной смеси 2 л/мин
0,5
0,5
Концентрация масла в исходной смеси - 90000 мг/л о
3
Концентрация масла в сливаемой воде, мг/л:
при подаче исходной смеси 1 л/мин
4,6
5,2
при подаче исходной смеси 2 л/мин
5,5
5,8
4
Содержание воды в сливаемом масле, %:
при подаче исходной смеси 1 л/мин
0,3
0.3
при подаче исходной смеси 2 л/мин
0,4
0,4
В процессе перемещения к патрубку 7 смесь разделяется на воду и нефтепродукт. Вода под действием гравитационных сил опускается вниз, увеличивая объем залитой воды.
4
В нижней части бака 2 вода движется зигзагообразно в вертикальной плоскости к зазору Н между вертикальной перегородкой 8 и днищем, при этом механические частицы под действием гравитационных сил оседают на днище бака, а взвешенные частицы нефтепродукта поднимаются вверх. Вода, очищенная от нефтепродукта и механических примесей, собирается в полости для накопления отделенной воды и сливается через патрубок 6. Нефтепродукт, отделенный от воды, выливается через патрубок 7.
Твердые частицы, скапливающиеся на днище бака 2, периодически удаляются через патрубки 17 и 18. При этом, перед удалением твердых частиц с днища бака 2 нижние вертикальные перегородки 10 приподнимаются за штанги 11 при помощи механизма подъема.
Крупные механические примеси, оставшиеся в промежуточной емкости 1, также периодически удаляются при снятой крышке 23.
Применение полезной модели позволит повысить эффективность очистки воды от нефтепродуктов.