液-固微旋流分离器长周期连续稳定运行的倒置倾斜安装方法与装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及液-固微旋流分离器长周期连续稳定运行的倒置倾斜安装方法与装置，提供了一种液-固微旋流分离器长周期连续稳定运行的倒置倾斜安装方法，该方法包括：将液-固微旋流芯管（4）倒置倾斜安装于三层压力容器的进料腔（2）内，其中，液-固微旋流芯管（4）的底流口接入容器的底流腔（1），溢流口接入容器的溢流腔（3）；每一根液-固微旋流芯管（4）的底流口的标高高于其溢流口的标高；液-固微旋流芯管（4）的轴线与水平面之间的锐夹角β大于颗粒物料的堆积休止角。还提供了一种长周期连续稳定运行的液-固微旋流分离器装置。
【专利说明】液-固微旋流分离器长周期连续稳定运行的倒置倾斜安装方法与装置
【技术领域】
[0001]本发明属于废水处理领域，涉及ー种用于脱除废水中细微颗粒的微旋流分离器保持长周期连续稳定运行的安装方法。具体地说，本发明涉及液-固微旋流芯管安装于容器内的倒置倾斜安装方法及装置。
【背景技术】
[0002]在甲醇制烯烃(MT0)、石油催化裂化、异丁烷脱氢制异丁烯、丙烷脱氢制丙烯、乙烷脱氢制乙烯、CLAUS炉尾气处理等反应急冷系统中，循环急冷水中都存在大量的微细固体颗粒(焦粉、催化剂等)需要进行脱除，而液-固微旋流分离器以其高效、节能等优势，广泛应用于石油炼制及化工生产过程中的悬浮液浄化。
[0003]中国专利申请CN101445744A公开了ー种采用旋流分离的方法脱除原料油中焦粉及装置，原料油中焦粉含量为500~30000mg/L，焦粉粒径为I~80 y m。经旋流分离后原料油的焦粉含量不大于300mg/L，且粒径大于15 y m的焦粉去除率不低于90%。
[0004]中国专利CN101732968A公开了ー种利用微旋流脱除催化裂化烟气急冷液(洗涤液)、吸收液中细微固体颗粒的方法及装置，急冷液中的固体颗粒含量为50~5000mg/L，粒径为I~20 ii m，吸收液中固体含量为10~500mg/L，固体粒径为I~10 y m。对部分急冷液进行微旋流分离，固体颗粒的去除率不低于90%，对全部急冷液进行微旋流分离，固体颗粒的去除率不低于80%，对全部吸收液进行微旋流分离，固体颗粒去除率不低于80%。
[0005]中国专利申请CN102319523A公开了ー种乙烯装置分馏塔中质油微旋流脱固方法与装置，从乙烯装置中导出的中质油中固体颗粒(焦粉)含量为50~5000mg/L，颗粒粒径为10~300 u m,单根芯管压カ降在0.09MPa附近时，达到最优分离效果，分离效率为80%以上。
[0006]白志山发表在“石油学报(石油加工)”上的“催化外甩油浆的微旋流分离实验研究”公开了ー种应用于1.8X 106t/a重油催化裂化装置上的外甩油浆微型旋流净化工业实验装置。油浆中催化剂颗粒质量深度达到1000~18000mg/L，催化剂颗粒的平均粒径为
3.346 u m,粒径范围为0~20 y m，10 y m以下微粒约占95%。(“催化外甩油浆的微旋流分离实验研究”，白志山，“石油学报(石油加工)”，2008年2月，第24卷第I期，101~105)。
[0007]中国专利申请CN101352620A公开了ー种MTO急冷水、水洗水中细微催化剂微旋流浓缩方法与装置，CN101352621A公开了ー种MTO急冷水和水洗水微旋流脱固方法与装置，急冷水中催化剂含量为100~1000mg/L，粒径为I~20 iim，水洗水中催化剂含量为70~800mg/L，粒径为I~IOii m。经微旋流分离后，急冷水和水洗水中催化剂含量降至30mg/L以下。
[0008]中国专利申请CN101353187A公开了ー种MTO预旋流型反应废水汽提净化方法及装置，MTO反应废水中催化剂含量为30~400mg/L，催化剂粒径为I~10 ym，经预旋流加微旋流分离后催化剂含量为30mg/L以下。[0009]中国专利申请CN102093153A公开了ー种MTO含催化剂微粉反应气组合净化分离的方法与装置，MTO含催化剂微粉反应气夹带的催化剂微粉颗粒含量为1~500mg/m3，催化剂颗粒粒径为0.1~30 ii m。反应气洗涤液固含量为30~400mg/L，采用微旋流分离后洗涤液的固含量为10~50mg/L。[0010]但是，上述专利申请或文献中所述物料的颗粒浓度均较高，在长期的工程实践与实验研究中发现，在壳体内采用水平两层管板竖直安装的液-固微旋流芯管，正常エ况下物料均匀且连续，所以不易发生底流堵塞问题。但当出现较大工况波动，特别是在开停车极端エ况吋，由于旋流分离作用，微旋流芯管底流出口附近的颗粒浓度是进ロ浓度的10倍以上，再加上微旋流芯管底流出ロ直径普遍在3mm以下，因此底流出ロ很容易因颗粒的滞留、沉积而堵塞。[0011]例如，在中国神华集团包头MTO装置急冷水中催化剂颗粒粒径为I~20iim，采用了竖直安装的微旋流芯管进行脱固处理，当进ロ浓度达到1000mg/L时，微旋流芯管底流出ロ附近颗粒浓度就达到近lOOOOmg/し当系统总水量突然减小到额定处理量的50%以下时，由于并联的微旋流芯管进ロ流量分布的不均匀性，进ロ流量极少的微旋流芯管就会因底流出口高浓度颗粒不能及时排出而堵塞，当系统水量恢复正常时，底流出口就会因压カ突然增大而被堵得更严实。最終将导致装置压降过大，影响水循环系统的正常运行。[0012]然而对于颗粒粒径范围在0.1~2 ii m，颗粒含量低于1000mg/L的大连化物所MTO装置中急冷水处理中，采用相同类型的竖直安装微旋流芯管，底流出口堵塞情况极少。这是因为其催化剂颗粒粒径小、含量低，不易在微旋流芯管底流出ロ堆积，即使在底流出口堆积，当进ロ流量恢复时也比较容易冲破堵塞。[0013]但是，针对颗粒粒度为10iim以上，浓度为1000mg/L以上的液固体系采用微旋流分离存在容易堵塞的问题，本领域尚未能够提出有效的解决方法。
【发明内容】
[0014]本发明提供了一种新颖的液-固微旋流分离器长周期连续稳定运行的倒置倾斜安装方法与装置，可以有效防止因悬浮物沉积、操作压カ波动、特别是装置开停エ等极端エ况造成的液-固微旋流芯管的底流ロ堵塞的问题，从而提高了液-固微旋流分离器在实际运行中对物料流量波动超限、以及开停车极端エ况的适应性，延长了其稳定运行时间，从而解决了现有技术中存在的问题。[0015]一方面，本发明提供了ー种液-固微旋流分离器长周期连续稳定运行的倒置倾斜安装方法，该方法包括:[0016]将液-固微旋流芯管倒置倾斜安装于三层压カ容器的进料腔内，其中，液-固微旋流芯管的底流ロ接入容器的底流腔，溢流ロ接入容器的溢流腔；每一根液-固微旋流芯管的底流ロ的标高高于其溢流ロ的标高；液-固微旋流芯管的轴线与水平面之间的锐夹角3大于颗粒物料的堆积休止角。[0017]在一个优选的实施方式中，所述液-固微旋流芯管为多层分布，相邻两层之间错位布置，每层液-固微旋流芯管周向均布于进料腔中。[0018]在另ー个优选的实施方式中，所述液-固微旋流芯管的进ロ朝下正对来流方向。[0019]另ー方面，本发明提供了ー种长周期连续稳定运行的液-固微旋流分离器装置，该装置包括:
[0020]由底流腔、进料腔和溢流腔构成的三层压カ容器，其中，液-固微旋流芯管倒置倾斜安装于容器的进料腔内，其中，液-固微旋流芯管的底流ロ接入容器的底流腔，溢流ロ接入容器的溢流腔；每一根液-固微旋流芯管的底流ロ的标高高于其溢流ロ的标高；液-固微旋流芯管的轴线与水平面之间的锐夹角P大于颗粒物料的堆积休止角。
[0021]在一个优选的实施方式中，液-固两相流由进料腔分配进入所述液-固微旋流芯管的进ロ ；所述液-固微旋流芯管的溢流ロ在溢流腔集合，底流ロ在底流腔集合。
[0022]在另ー个优选的实施方式中，所述装置好包括分别位于进料腔、溢流腔和底流腔的下端的进ロ、溢流出口和底流出ロ。
[0023]在另ー个优选的实施方式中，所述装置适用于固含量大于1000mg/L、粒度大于10 ii m的高固含量水处理系统中。
[0024]在另ー个优选的实施方式中，所述装置对悬浮物浓度的操作弹性提高6倍或更多，连续稳定运行周期提高2倍或更多。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]根据结合附图进行的如下详细说明，本发明的目的和特征将变得更加明显，附图中:
[0026]图1是根据本发明 ー个实施方式的液-固微旋流芯管倒置倾斜安装的示意图。
[0027]图2是根据本发明另一个实施方式的奇数层液-固微旋流芯管在进料腔内周向布置的示意图。
[0028]图3是根据本发明另一个实施方式的偶数层液-固微旋流芯管在进料腔内周向布置的示意图。
[0029]图4是根据本发明另一个实施方式的液-固微旋流芯管进ロ方位的示意图。
[0030]图5是根据本发明另一个实施方式的液-固微旋流芯管的结构尺寸关系和锐夹角(安装角)P的示意图。
[0031]图6是根据本发明另一个实施方式的25_液-固微旋流芯管防止堵塞的倒置倾斜安装角P与进ロ颗粒最高许用浓度的Ci关系图。
[0032]图7是根据本发明另一个实施方式的颗粒沿25_液-固微旋流芯管轴向填充高度与芯管进ロ浓度的关系图。
【具体实施方式】
[0033]本申请的发明人在长期的工程实践与实验研究过程中发现，通过将液-固微旋流芯管倒置倾斜安装，使液_固微旋流芯管的底流ロ标闻闻于溢流ロ的标闻，可以大大提闻液-固微旋流分离器对エ况波动较大，特别是装置开停车极端エ况的适应性，提高了液-固微旋流分离器连续稳定运行周期。基于上述发现，本发明得以完成。
[0034]本发明的技术构思如下:
[0035]微旋流芯管进ロ流量一般达到8~lOm/s，微粒在微旋流芯管内所受离心加速度约为重力加速度的300~1000倍，因此在微旋流芯管中可以忽略重力的影响，进而微旋流芯管的位置和安装方向对于分离作用的影响也可以忽略不计；[0036]以三层圆筒形腔体结构取代以往的在外壳内布置两层平行管板结构，使得微旋流芯管可以多层布置，提高了空间利用率，同时物料在进料腔内流通截面减小，減少物料中颗粒在进料腔的沉降堆积，改善了进料分布均匀性；由于微旋流芯管底流出口非常细小，通常在3_以下，将液-固微旋流芯管倒置倾斜安装，有效地防止了在エ况波动较大，特别是开停车阶段突然进料、停料时，颗粒沉积于芯管底流出口并使其堵塞的问题。
[0037]在本发明的第一方面，提供了ー种液-固微旋流分离器长周期连续稳定运行的倒置倾斜安装方法，其中，从内到外的底流腔、进料腔和溢流腔均为承压结构，该方法包括:将液-固微旋流芯管主体倒置倾斜安装于进料腔内，其底流口和溢流ロ分别与接触的腔体壁密封固定。
[0038]在本发明中，微旋流芯管的底流ロ接入底流腔，溢流ロ接入溢流腔，微旋流芯管的底流ロ标闻闻于溢流ロ标尚。 [0039]在本发明中，液-固微旋流芯管的轴线与水平面之间的锐夹角(安装角P )应大于颗粒的堆积休止角，以减少芯管内沉积的颗粒。
[0040]在本发明中，采用三层腔体结构使得微旋流芯管可以多层布置，减小了外壳直径，提高了空间利用率，同时物料在进料腔内流通截面减小，使得颗粒在进料腔中不易沉降堆积，各层微旋流芯管的进料更均匀。
[0041]在本发明中，采用倒置倾斜的液-固微旋流分离器适用于固含量在1000mg/L以上、粒度大于10 U m的高固含量水处理系统。
[0042]在本发明的第二方面，提供了ー种长周期连续稳定运行的液-固微旋流分离器装置，该装置包括:由底流腔、进料腔和溢流腔构成的三层圆筒形的压カ容器，倒置倾斜的微旋流芯管组，以及进ロ、溢流出口和底流出口。
[0043]在本发明中，含固悬浮液自装置进ロ进入进料腔，悬浮液在进料腔分别进入倒置倾斜的微旋流芯管，经旋流分离后，浄化液自微旋流芯管溢流进入溢流腔，并从装置的溢流出ロ连续排出，固体颗粒随少量液体自微旋流芯管的底流进入底流腔，然后从装置的底流出口连续排出。
[0044]在本发明中，每层微旋流芯管在进料腔内周向均布，相邻两层之间错位布置，以使进料分布更加均匀。
[0045]在本发明中，微旋流芯管倒置倾斜安装，在物料流量较大波动或者开停车阶段，固体颗粒沉积于微旋流芯管进ロ柱段，不易使其堵塞。
[0046]在本发明中，将装置的进ロ、溢流出口和底流出口设计在各腔的下端，可以减少颗粒在腔内的沉降堆积。
[0047]在本发明中，液-固微旋流芯管的进ロ朝下正对来流方向，一方面可以减小芯管的进ロ压カ损失，另ー方面因为芯管进ロ比底流出口大得多，在停车卸料时，有利于芯管内物料排出，避免了物料在芯管内长期滞留以板结堵塞芯管。
[0048]在本发明中，所述装置对悬浮物浓度的操作弹性提高6倍以上，连续稳定运行周期提高2倍以上。
[0049]以下根据附图详细说明本发明的装置结构及方法。
[0050]图1是根据本发明ー个实施方式的液-固微旋流芯管倒置倾斜安装的示意图。如图1所示，装置从内到外分为由底流腔1、进料腔2和溢流腔3构成的三层圆筒形压カ容器，以及设置在装置下端的进ロ 5、溢流出口 6和底流出口 7，其中，液-固微旋流芯管4倒置倾斜安装于进料腔2内，其底流ロ标高高于溢流ロ标高；所有液-固微旋流芯管4的底流ロ汇集于底流腔1，然后由装置的底流出ロ 7连续排出；所有液-固微旋流芯管4的溢流ロ都汇集于溢流腔3，然后由装置溢流出口 6连续排出；液-固微旋流芯管的轴线与水平面之间的锐夹角(安装角(6)大于颗粒的堆积休止角。
[0051]图2是根据本发明另一个实施方式的奇数层液-固微旋流芯管在进料腔内周向布置的示意图。如图2所示，从方位0°开始均匀布置了 16根液-固微旋流芯管4。
[0052]图3是根据本发明另一个实施方式的偶数层液-固微旋流芯管在进料腔内周向布置的示意图。如图3所示，从方位11.25°开始均匀布置了 16根液-固微旋流芯管4。[0053]图4是根据本发明另一个实施方式的液-固微旋流芯管进ロ方位的示意图。如图4所示，液-固微旋流芯管进ロ方向正对来流方向(进料腔物料流动方向)，一方面可以减小芯管的进ロ压カ损失，另ー方面因为芯管进ロ较底流出口大得多，在停车卸料时，有利于芯管内物料排出，避免了物料在芯管内长期滞留来板结堵塞芯管。
[0054]图5是根据本发明另一个实施方式的液-固微旋流芯管的结构尺寸关系和锐夹角(安装角)P的示意图。如图5所示，芯管轴线与水平面之间的锐夹角(定义为液-固微旋流的安装角P )必须大于处理物料颗粒(堆积颗粒)的堆积休止角；当液-固微旋流芯管溢流ロ标高高于底流ロ标高时，芯管为正安装，0° < 0 <90°为倾斜正安装，(6=90°为水平安装；液-固微旋流芯管底流ロ标高等于溢流ロ标高吋，即P =0°为水平安装；液-固微旋流芯管底流ロ标高高于溢流ロ标高时，芯管为倒置安装，(6=0°为竖直倒置安装，0° く 3< 90°为倒置倾斜安装，其中，a为进ロ宽度，b为进ロ高度，D为微旋流器柱段内径，Do为微旋流器溢流管外径，du为底流出ロ直径，Ii1为微旋流器柱段高度，h2为微旋流器锥段高度，h3为底流出ロ长度，h4为溢流管长度。
[0055]图6是根据本发明另一个实施方式的25mm液-固微旋流芯管防止堵塞的倒置倾斜安装角P与进ロ颗粒最高许用浓度的Ci关系图。如图6所示，示出了芯管正安装和倒置安装的情况；其中，进ロ颗粒许用浓度Ci是指倒置倾斜安装的液-固微旋流芯管内的颗粒完全沉积于进ロ，正好覆盖进ロ使其堵塞时的进ロ浓度；颗粒堆积休止角为40°。
[0056]图7是根据本发明另一个实施方式的颗粒沿25_液-固微旋流芯管轴向填充高度与芯管进ロ浓度的关系图。如图7所示，示出了芯管竖直正安装=0° )和倒置倾斜安装(|3 =40° )的情况，其中，
[0057]当微旋流芯管竖直正安装吋，悬浮物颗粒沉积于底流出ロ的沉积高度
[0058]
W_ VfiyCf/ftp
4 U (I)
[0059]其中Vhy为芯管容积，Ci为芯管进ロ浓度，P p为固体颗粒密度；
[0060]当旋流芯管倒置倾斜安装吋，悬浮物颗粒沉积于柱段的沉积高度
[0061]
孰.Mt.—T[{I
4 ?0!(7、[0062]将式(I)与式(2)联立得到
[0063]
【权利要求】
1.ー种液-固微旋流分离器长周期连续稳定运行的倒置倾斜安装方法，该方法包括: 将液-固微旋流芯管(4)倒置倾斜安装于三层压カ容器的进料腔(2)内，其中，液-固微旋流芯管(4)的底流ロ接入容器的底流腔(1)，溢流ロ接入容器的溢流腔(3);每ー根液-固微旋流芯管(4)的底流ロ的标高高于其溢流ロ的标高；液-固微旋流芯管(4)的轴线与水平面之间的锐夹角0大于颗粒物料的堆积休止角。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述液-固微旋流芯管(4)为多层分布，相邻两层之间错位布置，每层液-固微旋流芯管(4)周向均布于进料腔(2)中。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述液-固微旋流芯管(4)的进ロ朝下正对来流方向。
4.ー种长周期连续稳定运行的液-固微旋流分离器装置，该装置包括: 由底流腔(I)、进料腔(2)和溢流腔(3)构成的三层压カ容器，其中，液-固微旋流芯管(4)倒置倾斜安装于容器的进料腔(2)内，其中，液-固微旋流芯管(4)的底流ロ接入容器的底流腔(I )，溢流ロ接入容器的溢流腔(3);每ー根液-固微旋流芯管(4)的底流ロ的标高高于其溢流ロ的标高；液-固微旋流芯管(4)的轴线与水平面之间的锐夹角P大于颗粒物料的堆积休止角。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在干，液-固两相流由进料腔(2)分配进入所迷液-固微旋流芯管(4)的进ロ ；所述液-固微旋流芯管(4)的溢流ロ在溢流腔(3)集合，底流ロ在底流腔(I)集合。
6.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述装置还包括分别位于进料腔(2)、溢流腔(3)和底流腔(I)的下端的进ロ(5)、溢流出ロ(6)和底流出ロ(7)。
7.如权利要求4-6中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置适用于固含量大于1000mg/L、粒度大于IOiim的高固含量水处理系统中。
8.如权利要求4-6中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置对悬浮物浓度的操作弹性提高6倍或更多，连续稳定运行周期提高2倍或更多。
【文档编号】C02F1/38GK103588260SQ201310556841
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年11月11日 优先权日:2013年11月11日
【发明者】黄渊, 吕文杰, 汪华林, 李剑平 申请人:上海华畅环保设备发展有限公司