含水量对油脱水型旋流器性能的影响_苗青

第 9 期 苗青等 : 含水量对油脱水型旋流器性能的影响
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的影响关系 。在进入高效分离区的转折点为最佳工 作点 , 即在保证溢流含水量最低的条件下 , 又有最 小的底流分率即底流损失最小 , 所以转折点所对应 的底流分率越小越好 。
图 5 混合液黏度对压力降Δpiu的影响
(3) 脱水型旋流器的结构 ———底流/ 溢流口径 比应随着含水量的增大而相应增大 。
参 考 文 献
1 Smit h I C , Thew M T , Colman D A. The Effect of Split Ratio on Heavy Dispersion Liquid - Liquid Separation in Hydrocyclones [ C] . In : Pickford R. 2nd Int . Conf . on Hydrocyclones. B HRA , Fluid Engineering Center , U K , 1984
2 Smit h I C , Thew M T , Debenham P S. Small - scale Experiment s on
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化 工 进 展 2005 年第 24 卷
Hydrocyclones for De - water Light Oils [ C ] . In : Priestley G , Stephens H S. 1st Int . Conf . on Hydrocyclones. B HRA , Fluid Engineering Center , U K , 1980 3 Thew M T. Course on Two - p hase Separation wit h Cyclones [ M ] . Amsterdam : Course Manual Supplement , 1988. 67～102 4 蔡小华 , 袁惠新 , 王跃进. [J ] . 江南大学学报 , 2002 , 1 (4) :
图 2 不同含水量 ci 下压力降Δpiu与处理量 Qi 的关系
图 3 含水量 ci 对压力降Δpiu的影响
图 1 实验装置示意图
2 含水量对操作性能的影响
旋流器是利用流体的压力降来推动流体的旋转 运动 , 从而产生加速场或超重力场 , 因此 , 压力降 是旋流器的一个重要操作参数[6] 。图 2 所示为不同 含水量下压力降与处理量的关系 , 压力降随处理量 的增加而呈幂函数增加 。
摘 要 通过实验研究了用于含水油脱水的液液旋流器的主要操作特性与分离特性 , 包括含水量对操作性能和 分离性能的影响规律 。结果表明 , 油水混合液的含水量达到一定范围时 , 有转相现象出现 , 此时压力降最低 , 同 时含水量对分离性能有显著的影响 。因此 , 一方面可以通过调节底流分率以获得最佳的分离性能 , 另一方面当 含水量较大时可应用较大底流 溢流口径比的旋流器 。 关键词 油水分离 ; 油脱水 ; 旋流器 ; 含水量 中图分类号 TQ 0511 8 文献标识码 A 文章编号 1000 6613 (2005) 09 1063 04
旋流器的性能包括操作特性与分离特性 。本文 作者通过实验研究油水混合比例 (含水量) 对液液旋 流分离器的操作性能和分离性能的影响规律 , 以期 推进液液旋流器在油品脱水 、原油脱水等方面的 应用 。
收稿日期 2005 03 31 ; 修改稿日期 2005 05 10 。 第一作 者 简 介 苗 青 ( 1964 —) , 女 , 工 学 硕 士 , 讲 师 。电 话 0510 5739777 ; E mail shmqing @so hu1 co m 。
[1 -
(1 - Rf )
co ] ×100 % ci
图 8 所示为不同含水量下底流分率对分离效率
4 结 论
(1) 油水混合物在某一定混合比例时的黏度最 大 , 此时存在转相现象 。
(2) 液液混合比例对液液旋流器的压力降有显 著的影响 , 在转相现象发生时 , 压力降最低 。这是 由于在发生转相现象时 , 混合液的黏度最大 。
化 工 进 展 2005 年第 24 卷 第 9 期 C H EMICAL INDU STR Y AND EN GIN EERIN G PRO GRESS
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含水量对油脱水型旋流器性能的影响
苗 青 袁惠新 袁小林
(江南大学机械工程学院 , 无锡 214122)
图 7 溢流口中的水滴 (10μm/ 小格)
对脱水型旋流器来说 , 分离效率的概念[7] 是从
净化效果角度定义的 , 进料含水浓度 (体积浓度)
为 ci , 净化后从溢流口排出含水浓度降至 co , 底流
分率为 Rf , 其分离效率 Ec 为
Ec
=
Qi ci - Qo co Qi ci
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
×100 % =
由图 8 可看出 , 在本实验条件下 , 含水量为 5 %时分离性能最好 , 其高效分离效率区最宽 , 且 转折点所对应的底流分率最小 。随着含水量的增 大 , 分离曲线的高效分离区变窄 , 且最高分离效率 值也逐渐降低 。这是因为随着含水量的增大 , 有更 多的水要从底流口流出 , 因此底流口要增大 , 否则 旋流器内回流早 , 物料停留时间短 , 甚至在接近底 流口处湍流严重 , 分离效率降低 。另外 , 随着含水 量的增大 , 亦即含油量的减少 , 通过溢流口的排油 量减少 , 因此应尽量减小溢流口以提高分离效率 。 当含水量较高时 , 应用较大底流/ 溢流口径比的旋 流器以获得理想的分离效果 。
3 含水量对分离特性的影响
进料混合液含水量 ci 对分离效率的影响比较复 杂 , 图 6 和图 7 (两图放大比例一样) 直观地反映 了旋流脱水的效果 。大水滴都出现在底流中 , 溢流 中只剩下小水滴 。
图 6 进料口中的水滴 (50μm/ 格)
图 8 不同含水量下底流分率 Rf 对分离效率 Ec 的影响
Effect of Water Content on Perf ormance of Liquid Liquid Hydrocyclones f or De Watering of Oil
M iao Qing , Yuan H ui x in , Yuan X iaolin ( School of Mechanical Engineering , Sout hern Yangtze University , Wuxi 214122)
旋流分离设备体积小 , 安装方便 , 工作连续稳 定 , 自动可靠 , 作业范围宽 , 操作和维护费用低 , 在互不相溶的液体混合物分离过程中的应用日益 广泛 。
油水混合 物根据 其混 合 比 例 的 不 同 分 为 两 类 : 一类为大部分是水 , 即水是连续相 , 油是分 散相 , 典型的例子为含油污水 ; 另一类为大部分 是油 , 即油 是 连 续 相 , 水 是 分 散 相 , 称 为 含 水 油 , 如油田采出液和含水成品油 。相对来讲 , 旋 流脱水比旋流除油要困难得多 。其主要原因有 : ①作为连续相的油黏度较大 , 分散相水从中迁移 阻力也大 ; ②由于水滴的表面张力比油滴小 , 所 以油中的水滴比水中油滴更易破碎 , 甚至乳化 , 恶化分离过程 ; ③在工业应用中 , 后者分散相的 浓度较高 , 可以达到 30 %甚至更高 , 且在实际工 况中波动范围也较大 , 而油污水中分散相浓度一 般情况下不超过 1 % ; ④当后者分散相 ———水的 浓度达到一定范围时 , 混合物特性会发生较大的
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化 工 进 展 2005 年第 24 卷
1 实验方法
11 1 物料及分析方法 选用煤油和自来水的混合物来模拟油水两相混
合液 。 在物料桶内设有加热器和电节点温度计 , 在控
制盘上设定好温度 , 自动控制物料桶内混合物的温 度在 30 ℃左右 , 去除物料温度变化对实验结果的 影响 。
变化 , 从而使旋流器内的流型发生显著变化 , 从 而影响到旋流器的性能 ; ⑤旋流脱水比旋流除油 的研究工作少得多 。因此 , 液液旋流器用于含水 油的脱水不如用于含油污水的除油那样成熟 。人 们只是在比较窄的含水量范围内研究了旋流器的 处理量 、分流比以及一些结构参数对旋流脱水性 能的影响[1～4] , 而实际应用中含水量变化范围较 大 , 这是旋流器用于含水油脱水远不如用于含油 水除油广泛的主要原因 。
在本实验范围内 , 含水量对压力降有显著的影 响 , 图 3 所示为处理量 600 L/ h 时含水量对压力降 的影响曲线 。由图 3 可知 , 含水量在 30 %左右时 , 压力降最低 。为了解释这个现象 , 作者分析了不同 含水量对应的混合液黏度 , 见图 4 。
图 4 混合液含水量 ci 对混合液黏度的影响
从图 4 中可看出 , 在 5 %～20 %的含水量范围内 , 黏度随含水量的增大而增大 。在 50 %～60 %以后 , 则随含水量的增大而降低 。含水量 30 %左右时黏 度达到最大值 , 原因是此时的混合液为油包水和水 包油共存 , 甚至形成以油为构架的网络状结构 , 即 所谓的转相现象 。此时 , 混合液黏度比纯油的黏度 还要高 。因此 , 压力降的降低正是因为黏度的升高 引起的 , 见图 5 。因此 , 在压力降 含水 量关 系图 上 , 含水量 30 %左右所对应的压力降最低 。
Abstract The effect of water co ntent o n t he performance of liquid liquid hydrocyclo nes fo r de watering of oil was investigated. Pressure drop wo uld reach a minimum aro und t he water co ntent of 30 % at which t he visco sit y of t he water in oil mixt ure was t he highest . In additio n , separatio n perfo rmance was influenced markedly by water co ntent as well . Thus optimal separatio n performance co uld be achieved by adjusting t he split ratio acco rding to water co ntent . In case of a higher water co ntent , a greater ratio of underflow/ overflow orifice size of liquid liquid hydrocyclo nes sho uld be used to maintain good separatio n of water f ro m oil . Keywords water/ oil separatio n ; de watering ; hydrocyclo ne ; water co ntent