установка для разделения несмешивающихся жидкостей

Формула изобретения

Установка для разделения несмешивающихся жидкостей, включающая бак, на крышке которого размещены промежуточная емкость для улавливания механических примесей и горловина, патрубки для слива воды и нефтепродукта, нижние кромки которых расположены соответственно на расстояниях H₁ и H₂ от днища бака и связаны соотношением H₂=(1,005-1,250)·H₁ , вертикальные внутренние перегородки, одна из которых установлена с возможностью создания полости для накопления отделенной воды перед патрубком для слива воды с зазором Н₃ относительно днища бака, связанного с расстоянием H₁ соотношением Н₃=(0,05÷0,20)·Н₁, другие вертикальные внутренние перегородки закреплены на боковых стенках бака в шахматном порядке с зазором Н₅ относительно противоположной боковой стенки, связанным с диаметром вертикальной трубы Д _тр соотношением Н₅=(0,7÷1,0)·Д _тр., герметично закрепленную в горловине бака вертикальную трубу, верхний торец которой соединен с выходным патрубком промежуточной емкости, успокоитель, выполненный в виде двух горизонтально расположенных дисков, верхний из которых имеет центральное отверстие, соответствующее диаметру вертикальной трубы, и жестко закреплен на нижнем торце трубы на высоте Н₄ от днища бака, связанной с Н ₂ соотношением Н₄=(0,96÷0,98)·Н ₂, при этом 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, отличающаяся тем, что бак установки снабжен приспособлением для создания лабиринтного движения воды в вертикальной плоскости в нижней части бака, выполненным в виде заслонок, на торцах которых закреплены жесткие тяги, и направляющих, жестко закрепленных на боковых стенках бака по центру каждой полости, образованной вертикальными внутренними перегородками, при этом в крышке бака выполнены сквозные отверстия, в которых герметично размещены с возможностью вертикального перемещения жесткие тяги заслонок, установленные в направляющих.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к установкам гравитационного принципа действия для разделения несмешивающихся жидкостей и может быть использовано для очистки воды от нефти или нефтепродуктов и механических примесей при зачистке резервуаров и при ликвидации аварийных проливов.

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 H₁, нефтепродукта Н₂ и нижней кромки перегородки для накопления отделенной воды Н₃ связаны соотношениями H₂=(1,005-1,250)H ₁; Н₃=(0,05-0,20)H₁, (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 в емкости перед вертикальной перегородкой для накопления отделенной воды образуется застойная зона нефти, которая практически не участвует в процессе разделения смеси.

Наиболее близкой к заявляемому изобретению 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 H₁ и H ₂ от днища бака и связаны соотношением Н₂=(1,005-1,250)H ₁. 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 ₃ относительно днища бака, связанного с расстоянием H ₁ соотношением Н₃=(0,05-0,20)H₁. Другие вертикальные перегородки закреплены на боковых стенках бака в шахматном порядке с зазором H₅ относительно противоположной боковой стенки, связанным с диаметром вертикальной трубы Д_тр соотношением Н₅=(0,7-1,0)·Д _тр.. 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 Н₄ от днища бака, связанной с Н₂ соотношением Н₄=(0,96-0,98)·Н₂. 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).

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 ₃ не успевают выделиться из воды и всплыть в слой нефтепродукта.

Технический результат изобретения - повышение эффективности очистки воды от нефтепродуктов.

Этот технический результат достигается тем, что в установке для разделения несмешивающихся жидкостей, включающей бак, на крышке которого размещены промежуточная емкость для улавливания механических примесей и горловина, патрубки для слива воды и нефтепродукта, нижние кромки которых расположены соответственно на расстояниях H₁ и Н₂ от днища бака и связаны соотношением H₂=(1,005-1,250)·H ₁, вертикальные внутренние перегородки, одна из которых установлена с возможностью создания полости для накопления отделенной воды перед патрубком для слива воды с зазором Н₃ относительно днища бака, связанного с расстоянием H₁ соотношением Н₃=(0,05-0,20)Н₁, другие вертикальные внутренние перегородки закреплены на боковых стенках бака в шахматном порядке с зазором Н₅ относительно противоположной боковой стенки, связанным с диаметром вертикальной трубы Д_тр соотношением Н₅=(0,7-1,0)·Д_тр., герметично закрепленную в горловине бака вертикальную трубу, верхний торец которой соединен с выходным патрубком промежуточной емкости, успокоитель, выполненный в виде двух горизонтально расположенных дисков, верхний из которых имеет центральное отверстие, соответствующее диаметру вертикальной трубы, и жестко закреплен на нижнем торце трубы на высоте H₄ от днища бака, связанной с H ₂ соотношением Н₄=(0,96-0,98)·Н₂ , при этом 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, согласно предлагаемому изобретению бак установки снабжен приспособлением для создания лабиринтного движения воды в вертикальной плоскости в нижней части бака, выполненным в виде заслонок, на торцах которых закреплены жесткие тяги, и направляющих, жестко закрепленных на боковых стенках бака по центру каждой полости, образованной вертикальными внутренними перегородками, при этом в крышке бака выполнены сквозные отверстия, в которых герметично размещены с возможностью вертикального перемещения жесткие тяги заслонок, установленные в направляющих.

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);

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 приспособление для создания лабиринтного движения воды в вертикальной плоскости в нижней части бака, включающее заслонки 10 с жесткими тягами 11 на их торцах и направляющие 12.

На крышке 5 горловины 4 герметично установлена вертикальная труба 13, на нижнем торце которой закреплен успокоитель 14, состоящий из верхнего 15 и нижнего 16 дисков. Верхний диск 15 имеет центральное отверстие, соответствующее диаметру вертикальной трубы 13, и жестко закреплен на нижнем торце вертикальной трубы 13 на высоте Н₄ от днища бака 2, а нижний диск 16 соединен с верхним болтами с возможностью регулирования зазора между ними.

Днище бака 2 выполнено по форме эллипса. 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 может быть обеспечена установкой сальникового уплотнения или патрубков с заглушками. В данной установке принят второй вариант уплотнения. К крышке 3 бака 2 соосно отверстиям для жестких тяг 11 приварены патрубки 19 со съемными заглушками 20. Концы жестких тяг 11 размещаются внутри патрубков 19. На крышке 3 бака 2 также имеется патрубок 21 для выпуска газа.

Промежуточная емкость 1 имеет крышку 22, входной патрубок 23 для подачи исходной смеси, выходной патрубок 24, который через колено 25 соединен с вертикальной трубой 13, и патрубок 26 для выпуска газа. Внутри промежуточной емкости 1 имеются металлические сетки 27.

Бак 2 в нижней части имеет опоры 28, а промежуточная емкость 1 - опоры 29, которые закреплены на баке 2.

Жесткие тяги 11 в верхней части имеют утолщения 30 для захвата тяг при подъеме заслонок 10.

Вертикальная перегородка 8 установлена с зазором Н₃ 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 Н₅ относительно противоположной боковой стенки. Ширина Н₆ полости, в которой расположены вертикальная труба 13 и успокоитель 14, должна быть в два раза больше ширины Н₇ 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.

Нижние кромки патрубка 6 для слива воды и патрубка 7 для слива нефтепродукта расположены соответственно на расстояниях H₁ и Н ₂ от нижней образующей эллипсного днища бака 2.

Металлические сетки 27 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.

Объем бака 2 и диаметр вертикальной трубы 13 выбирают в зависимости от часовой подачи исходной смеси.

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.

Были изготовлены макетные образцы заявляемой установки и прототипа.

Патрубок для слива нефтепродукта в макетных образцах расположен на высоте H₂ от днища бака, которая равна 1,03 H₁ , что находится в переделах оптимальных соотношений, указанных в известном устройстве.

Зазоры Н₃ и Н₅ также находятся в пределах оптимальных соотношений, указанных в известном устройстве.

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 % определялись 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.

Таблица. Результаты испытаний макетных образцов заявляемой установки и прототипа
№№	Показатели эффективности	Макетные образцы
п.п.		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
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

Установка работает следующим образом.

Через патрубок 23 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 26 и 21. В таком состоянии установка готова к эксплуатации.

Очищаемую смесь подают через патрубок 23 в промежуточную емкость 1, в которой смесь, проходя через металлические сетки 27, очищается от крупных механических примесей. Далее смесь, состоящая из воды, нефтепродукта и мелких механических примесей, по вертикальной трубе 13 поступает в успокоитель 14, из которого она через зазор между дисками 15 и 16 попадает в слой нефтепродукта. Смесь, поступающая в бак 2, огибая верхние вертикальные перегородки 9 в горизонтальной плоскости, перемещается в сторону патрубка 7.

В процессе перемещения к патрубку 7 смесь разделяется на воду и нефтепродукт. Вода под действием гравитационных сил опускается вниз, увеличивая объем залитой воды.

В нижней части бака 2 вода движется зигзагообразно в вертикальной плоскости к зазору Н₃ 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 на высоту не более зазора Н₃.

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.