一种三工位旋转式油水分离装置及方法与流程

本发明涉及三工位旋转式油水分离装置及方法。

背景技术：

高效经济的油水分离技术在许多领域有重要应用价值。中国的原油开采成本远超世界平均水平，先进的油水分离技术可显著降低石油开采过程中过高的能耗，进而改善相关的能源和成本问题；海洋石油污染问题对人类生产生活产生重大威胁，先进的油水分离技术将有利于海洋生态的改善；同样工业和生活污水处理中的油水分离也是各国共同面临的难题，先进的处理手段可以控制污染，降低成本，促进资源的循环利用，对中国等人均资源较少的国家而言有着重要意义。

传统的油水分离方法一般是基于不同液相的密度或表面张力差异进行油水分离，主要包括重力法、离心法和气浮法等。

重力法利用油和水密度差异及不相容性，在常压静止或流动状态下实现油水分离，一般存在分离效果较差和处理时间较长的缺点，通常用于油水的粗分离。

离心法通过构造惯性场实现油水分离，如海上石油开采的重要设备水力旋流器，应用该方法的设备结构复杂，成本及能耗高，分离效果有限，导致其应用受到限制。

气浮法通过向混合液中通入气体，利用浮出表面的气泡吸附油滴实现油水分离，该方法效率较高，但不适用于含油比率较高的油水混合物。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有油水分离方法中重力法存在分离效果较差和处理时间较长、离心法应用受限且能耗高、气浮法不适用于含油比率较高的油水混合物的问题，而提出一种三工位旋转式油水分离装置及方法。

一种三工位旋转式油水分离装置包括油水分离系统主体；

油水分离系统主体包括具有顶盖和底盖的筒体、第一隔板、第二隔板、第三隔板，第一隔板、第二隔板、第三隔板将筒体等分；

电机驱动轴旋转，轴设置在轴套筒内，轴套筒设置在油水分离系统主体中心，轴套筒的顶端与筒体顶盖连接，轴套筒的底端与筒体底盖连接，轴套筒轴线与筒体轴线重合；

所述第一隔板四边分别与筒体的顶盖、底盖、侧壁和轴套筒连接；

所述第二隔板四边分别与筒体的顶盖、底盖、侧壁和轴套筒连接；

所述第三隔板四边分别与筒体的顶盖、底盖、侧壁和轴套筒连接；

所述第一隔板、第三隔板、筒体侧壁和轴套筒围成的空腔为油水分离空腔；

所述第一隔板、第二隔板、筒体侧壁和轴套筒围成的空腔为网膜清洗空腔；

所述第二隔板、第三隔板、筒体侧壁和轴套筒围成的空腔为网膜制备空腔；

所述油水分离空腔顶盖设置混合液入口，油水混合液通过混合液入口进入油水分离空腔中，油水分离空腔对应侧壁设置油出口和卸油口，卸油口位于油出口下方；油水分离空腔底盖设置水出口；

所述网膜清洗空腔底盖设置清洗液入口，网膜清洗空腔对应侧壁设置清洗液出口,网膜清洗空腔顶盖安装烘干系统；

所述网膜制备空腔顶盖设置网膜制备系统(用于存放物料喷头喷射的化学成分),网膜制备系统连接物料喷头；

所述轴套筒由上至下分为第一轴段轴套筒和第二轴段轴套筒；

所述第二轴段轴套筒外壁设置环形豁口，过滤网膜穿过环形豁口安装在第二轴段轴套筒内的轴上，过滤网膜位于油水分离空腔、网膜清洗空腔、网膜制备空腔中，油水分离空腔、网膜清洗空腔、网膜制备空腔中的第一隔板、第二隔板、第三隔板上设置有与过滤网膜厚度和径向大小相当的开口，由电机驱动轴旋转，轴带动滤网膜穿过开口进行旋转。

一种三工位旋转式油水分离装置的分离方法具体过程为：

步骤一、油水混合液从混合液入口流入筒体的油水分离空腔内，油水混合液经过混合液承接缓冲板流到过滤网膜上,水通过过滤网膜落至油水分离空腔底盖并经水出口流出，油则在过滤网膜上积累，直至达到油出口高度，油从油出口流出，到达设定时间间隔T后，混合液入口关闭，卸油口打开，将过滤网膜至油出口间积累的油放出,卸油口关闭；执行步骤二；

步骤二、电机驱动轴旋转，轴带动滤网膜旋转，同时使油水分离空腔中过滤网膜的被污染部分旋转至网膜清洗空腔，使网膜制备空腔中过滤网膜的未被污染部分旋转至油水分离空腔，使网膜清洗空腔中过滤网膜的已清洗部分旋转至网膜制备空腔；

当油水分离空腔中过滤网膜的被污染部分旋转至网膜清洗空腔时，清洗液由网膜清洗空腔底部的清洗液入口注入，对过滤网膜被污染部分进行反冲，反冲后液体从清洗液出口流出，清洗结束后烘干系统通过鼓风的方式对过滤网膜进行烘干，到达设定时间间隔T后，得到未被污染的过滤网膜；

当网膜制备空腔中过滤网膜的未被污染部分旋转至油水分离空腔时，混合液入口打开，油水混合液从混合液入口流入油水分离系统主体的油水分离空腔内，油水混合液经过混合液承接缓冲板流到过滤网膜上,水通过过滤网膜落至油水分离空腔底盖并经水出口流出，油则在过滤网膜上积累，直至达到油出口高度，油从油出口流出，到达设定时间间隔T后，混合液入口关闭，卸油口打开，将过滤网膜至油出口间积累的油放出,卸油口关闭；

当网膜清洗空腔中过滤网膜的已清洗部分旋转至网膜制备空腔时，由网膜制备空腔中的物料喷头对过滤网膜的已清洗部分喷涂化学材料，到达设定时间间隔T后，得到喷涂后的的过滤网膜；

所述被污染部分为分离过油水混合液的部分；

步骤三、重复执行步骤二，直至油水混合液全部分离完成。

本发明的有益效果为：

本发明提供的三工位旋转式油水分离装置克服了传统油水分离技术存在分离效果较差和处理时间较长、应用受限、能耗高、不适用于含油比率较高的油水混合物的问题、本发明可以在多种环境下完成对油水混合液的高效率油水分离，且可同时对油水分离网膜进行全自动的清洗及制备，节省处理时间，提高油水分离效率，大幅度降低平均分离能耗，本发明可处理油水比例范围为1％-99％，在油水比例为50％时，分离后油中含水量为1wt％以上，且对油水混合液的分离效率在100L/h以上，可广泛应用于石油开采、海洋石油污染处理、工业及生活污水处理等，具有结构简单合理、节能、环保、高效、成本低、可连续作业等优势，应用前景十分广泛。

附图说明

图1为本发明三工位旋转式油水分离机的俯视图；

图2为本发明三工位旋转式油水分离机的油水分离空腔示意图；

图3为本发明三工位旋转式油水分离机的网膜清洗空腔示意图；

图4为本发明三工位旋转式油水分离机的网膜制备空腔示意图；

图5为本发明三工位旋转式油水分离机的网膜旋转系统示意图，图中：1、油水分离系统主体；2、第一隔板；3、第二隔板；4、第三隔板；5、油水分离空腔；6、网膜清洗空腔；7、网膜制备空腔；8、混合液入口；9、油出口；10、卸油口；11、清洗液入口；

12、清洗液出口；13、烘干系统；14、网膜制备系统；15、物料喷头；16、扇形混合液承接缓冲板；16-1、第一混合液承接缓冲板；16-2、第二混合液承接缓冲板；16-3、第三混合液承接缓冲板；17、过滤网膜；18、电机；19、水出口；20、轴套筒；20-1、第一轴段轴套筒；20-2、第二轴段轴套筒；21、轴；22、开口。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式的一种三工位旋转式油水分离装置包括油水分离系统主体；所述三工位旋转式油水分离机可以在多种环境下完成对油水混合液的高效率油水分离，且可对油水分离网膜进行全自动的清洗及制备。

油水分离系统主体包括具有顶盖和底盖的筒体1、第一隔板2、第二隔板3、第三隔板4，第一隔板2、第二隔板3、第三隔板4将筒体1等分；

电机18驱动轴21旋转，轴21设置在轴套筒20内，轴套筒20设置在油水分离系统主体1中心，轴套筒20的顶端与筒体1顶盖连接，轴套筒20的底端与筒体1底盖连接，轴套筒20轴线与筒体1轴线重合；电机18为减速电机；

所述第一隔板2四边分别与筒体1的顶盖、底盖、侧壁和轴套筒20连接；

所述第二隔板3四边分别与筒体1的顶盖、底盖、侧壁和轴套筒20连接；

所述第三隔板4四边分别与筒体1的顶盖、底盖、侧壁和轴套筒20连接；

所述第一隔板2、第三隔板4、筒体1侧壁和轴套筒20围成的空腔为油水分离空腔5；

所述第一隔板2、第二隔板3、筒体1侧壁和轴套筒20围成的空腔为网膜清洗空腔6；

所述第二隔板3、第三隔板4、筒体1侧壁和轴套筒20围成的空腔为网膜制备空腔7；每个部分为120°的扇形中空柱体；

所述油水分离空腔5顶盖设置混合液入口8，油水混合液通过混合液入口8进入油水分离空腔5中，油水分离空腔5对应侧壁设置油出口9和卸油口10，卸油口10位于油出口9下方；油水分离空腔底盖设置水出口19；可将分离后的水导出至外接管道或容器。

所述网膜清洗空腔6底盖设置清洗液入口11，网膜清洗空腔6对应侧壁设置清洗液出口12，网膜清洗空腔6顶盖安装烘干系统13；

采用清洗液反冲的方式对污染的过滤网膜17进行清洗，网膜清洗工位7上表面安装烘干系统14，可连接鼓风设备对清洗后的过滤网膜17进行烘干；

所述网膜制备空腔7顶盖设置网膜制备系统14(用于存放物料喷头喷射的化学成分),网膜制备系统14连接物料喷头15；

所述轴套筒20由上至下分为第一轴段轴套筒20-1和第二轴段轴套筒20-2；

所述第二轴段轴套筒20-2外壁设置环形豁口，过滤网膜17穿过环形豁口安装在第二轴段轴套筒20-2内的轴21上，过滤网膜17呈环形，位于油水分离空腔5、网膜清洗空腔6、网膜制备空腔7中，油水分离空腔5、网膜清洗空腔6、网膜制备空腔7中的第一隔板2、第二隔板3、第三隔板4上设置有与过滤网膜17厚度和径向大小相当的开口22，由电机18驱动轴21旋转，轴21带动滤网膜17穿过开口进行旋转。

网膜制备空腔通过网膜制备空腔上表面的物料通道连接至装有所述特殊化学材料的容器，所述特殊化学材料通过安装在网膜制备空腔前端的物料喷头喷涂在旋转至网膜制备空腔的过滤网膜上实现制备过程。

所述混合液入口与过滤网膜之间有混合液承接缓冲结构，可承接从混合液入口流入的油水混合液并将其导引至油水分离空腔中过滤网膜的中心位置；

用于工作状态下积累至出油口的油液的导出，油出口下方一定高度处设计有卸油口,可用于导出油水分离空腔中未积累至出油口的油液，油水分离空腔底盖设计有水出口；可将分离后的水导出至外接管道或容器。

所述油水分离空腔顶盖设计有混合液入口，可将油水混合液导入至油水分离空腔的空腔中，油水分离空腔侧壁设计有油出口、卸油口，用于工作状态下积累至出油口的油液的导出，油出口下方一定高度处设计有卸油口,可用于导出油水分离空腔中未积累至出油口的油液，油水分离空腔底盖设计有水出口；可将分离后的水导出至外接管道或容器。

所述过滤网膜的上表面基底为钢丝网，钢丝网上喷涂特殊化学材料使所述上表面具有超亲水、超疏油的特征，所述过滤网膜的上表面同时具备内侧高、外侧低的特点，便于混合液沿过滤网膜径向流动。

所述混合液入口与过滤网膜之间有混合液承接缓冲结构，可承接从混合液入口流入的油水混合液并将其导引至油水分离空腔中过滤网膜的中心位置；

所述网膜制备空腔内安装网膜制备系统,网膜制备系统通过网膜制备空腔上表面的物料通道连接至装有所述特殊化学材料的容器，所述特殊化学材料通过安装在网膜制备系统前端的物料喷头喷涂在旋转至网膜制备空腔的过滤网膜上实现制备过程。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述过滤网膜17为钢丝网，钢丝网上喷涂特殊化学材料使所述上表面具有超亲水、超疏油的特征，

所述过滤网膜17的上表面同时具备内侧高、外侧低的特点，便于混合液沿过滤网膜13径向流动。

其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述油水分离空腔5中还包括混合液承接缓冲板16，混合液承接缓冲板16包括第一混合液承接缓冲板16-1、第二混合液承接缓冲板16-2和第三混合液承接缓冲板16-3；

所述油水分离空腔5内从上到下依次为第一混合液承接缓冲板16-1、第二混合液承接缓冲板16-2和第三混合液承接缓冲板16-3；

所述第一混合液承接缓冲板16-1、第二混合液承接缓冲板16-2和第三混合液承接缓冲板16-3位于过滤网膜17上方；

所述第一混合液承接缓冲板16-1、第二混合液承接缓冲板16-2和第三混合液承接缓冲板16-3呈扇形，第一混合液承接缓冲板16-1和第三混合液承接缓冲板16-3均是：开口上大下小的圆台形筒上的某一圆心角对应部分的回转面；第二混合液承接缓冲板16-2是开口上小下大的圆台形筒某一圆心角对应部分的回转面；所述的某一圆心角与油水分离空腔5自身的圆心角大小一致；

所述第一混合液承接缓冲板16-1扇形外弧边与所述油水分离空腔5的侧壁相连，扇形两直边分别与第一隔板2、第三隔板4连接，第一混合液承接缓冲板16-1沿径向方向从外弧向内弧向下倾斜，第一混合液承接缓冲板16-1扇形内弧边与轴套筒20留有间距；间距为5mm～10mm；

所述第二混合液承接缓冲板16-2扇形外弧边与所述油水分离空腔5的侧壁留有间距，扇形两直边分别与第一隔板2、第三隔板4连接，第二混合液承接缓冲板16-2沿径向方向从内弧向外弧向下倾斜，第二混合液承接缓冲板16-2扇形内弧边与轴套筒20连接；间距为5mm～10mm；

所述第三混合液承接缓冲板16-3扇形外弧边与所述油水分离空腔5的侧壁相连，扇形两直边分别与第一隔板2、第三隔板4连接，第三混合液承接缓冲板16-3沿径向方向从外弧向内弧向下倾斜，第一混合液承接缓冲板16-1扇形内弧边与轴套筒20留有间隙；间距为5mm～10mm。

所述第一混合液承接缓冲板16-1、第二混合液承接缓冲板16-2和第三混合液承接缓冲板16-3呈扇形；

其它步骤及参数与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述过滤网膜17呈圆环形，圆环的内环与第二轴段轴套筒20-2内的轴连接，圆环的外环与油水分离系统主体1侧壁采用密封条密封；过滤网膜17沿径向方向从内环向外环向下倾斜。

其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述油水分离空腔5内对应侧壁的油出口9和卸油口10位置高于油水分离空腔5内过滤网膜17与油水分离空腔5对应侧壁的位置。

其它步骤及参数与具体实施方式一至四之一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：所述油水分离空腔5内对应侧壁的油出口9和卸油口10位置低于油水分离空腔5内扇形混合液承接缓冲板16与油水分离空腔5对应侧壁的位置。

其它步骤及参数与具体实施方式一至五之一相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：所述清洗液出口12位于网膜清洗空腔6对应侧壁的下部。

其它步骤及参数与具体实施方式一至六之一相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：所述油水分离空腔5对应侧壁和网膜清洗空腔6对应侧壁间设置锁扣，网膜清洗空腔6对应侧壁和网膜制备空腔7对应侧壁间设置锁扣，网膜制备空腔7对应侧壁和油水分离空腔5对应侧壁间设置锁扣。

其它步骤及参数与具体实施方式一至七之一相同。

具体实施方式九：本实施方式的一种三工位旋转式油水分离方法过程为：

步骤一、油水混合液从混合液入口8流入筒体1的油水分离空腔5内，油水混合液经过扇形混合液承接缓冲板16流到过滤网膜17上,水通过过滤网膜17落至油水分离空腔5底盖并经水出口19流出，油则在过滤网膜17上积累，直至达到油出口9高度，油从油出口9流出，到达设定时间间隔T后，混合液入口8关闭，卸油口10打开，将过滤网膜17至油出口10间积累的油放出,卸油口10关闭；执行步骤二；

步骤二、电机18驱动轴21旋转，轴21带动滤网膜17旋转，同时使油水分离空腔5中过滤网膜17的被污染部分旋转至网膜清洗空腔6，使网膜制备空腔7中过滤网膜17的未被污染部分旋转至油水分离空腔5，使网膜清洗空腔6中过滤网膜17的已清洗部分旋转至网膜制备空腔7；

当油水分离空腔5中过滤网膜17的被污染部分旋转至网膜清洗空腔6时，清洗液由网膜清洗空腔6底部的清洗液入口11注入，对过滤网膜17被污染部分进行反冲，反冲后液体从清洗液出口12流出，清洗结束后烘干系统13通过鼓风的方式对过滤网膜17进行烘干，到达设定时间间隔T后，得到未被污染的过滤网膜17；

当网膜制备空腔7中过滤网膜17的制备完成(未被污染)部分旋转至油水分离空腔5时，混合液入口8打开，油水混合液从混合液入口8流入油水分离系统主体1的油水分离空腔5内，油水混合液经过混合液承接缓冲板16流到过滤网膜17上,水通过过滤网膜17落至油水分离空腔5底盖并经水出口19流出，油则在过滤网膜17上积累，直至达到油出口9高度，油从油出口9流出，到达设定时间间隔T后，混合液入口8关闭，卸油口10打开，将过滤网膜17至油出口10间积累的油放出,卸油口10关闭；

当网膜清洗空腔6中过滤网膜17的已清洗部分旋转至网膜制备空腔7时，由网膜制备空腔7中的物料喷头15对过滤网膜17的已清洗部分喷涂化学材料，使过滤网膜13重新具备过滤功能，到达设定时间间隔T后，得到喷涂后的的过滤网膜17；

所述被污染部分为分离过油水混合液的部分；

步骤三、重复执行步骤二，直至油水混合液全部分离完成。

以上过程循环进行，实现油水混合液的高效率油水分离，且可对油水分离网膜进行全自动的清洗及制备。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式九不同的是：所述化学材料为FS50，FS50为氟表面活性剂。

其它步骤及参数与具体实施方式九相同。

工作原理：

本发明一种三工位旋转式油水分离装置包括油水分离系统主体；油水分离系统主体包括具有顶盖和底盖的筒体1、第一隔板2、第二隔板3、第三隔板4，第一隔板2、第二隔板3、第三隔板4将筒体1等分；

电机18驱动轴21旋转，轴21设置在轴套筒20内，轴套筒20设置在油水分离系统主体1中心，轴套筒20的顶端与筒体1顶盖连接，轴套筒20的底端与筒体1底盖连接，轴套筒20轴线与筒体1轴线重合；

所述第一隔板2四边分别与筒体1的顶盖、底盖、侧壁和轴套筒20连接；

所述第二隔板3四边分别与筒体1的顶盖、底盖、侧壁和轴套筒20连接；

所述第三隔板4四边分别与筒体1的顶盖、底盖、侧壁和轴套筒20连接；

所述第一隔板2、第三隔板4、筒体1侧壁和轴套筒20围成的空腔为油水分离空腔5；

所述第一隔板2、第二隔板3、筒体1侧壁和轴套筒20围成的空腔为网膜清洗空腔6；

所述第二隔板3、第三隔板4、筒体1侧壁和轴套筒20围成的空腔为网膜制备空腔7；每个部分为120°的扇形中空柱体；

所述油水分离空腔5顶盖设置混合液入口8，油水混合液通过混合液入口8进入油水分离空腔5中，油水分离空腔5对应侧壁设置油出口9和卸油口10，卸油口10位于油出口9下方；油水分离空腔底盖设置水出口19；可将分离后的水导出至外接管道或容器。

所述网膜清洗空腔6底盖设置清洗液入口11，网膜清洗空腔6对应侧壁设置清洗液出口12，网膜清洗空腔6顶盖安装烘干系统13；

采用清洗液反冲的方式对污染的过滤网膜17进行清洗，网膜清洗工位7上表面安装烘干系统14，可连接鼓风设备对清洗后的过滤网膜17进行烘干；

所述网膜制备空腔7顶盖设置网膜制备系统14(用于存放物料喷头喷射的化学成分),网膜制备系统14连接物料喷头15；

所述轴套筒20由上至下分为第一轴段轴套筒20-1和第二轴段轴套筒20-2；

所述第二轴段轴套筒20-2外壁设置环形豁口，过滤网膜17穿过环形豁口安装在第二轴段轴套筒20-2内的轴21上，过滤网膜17呈环形，位于油水分离空腔5、网膜清洗空腔6、网膜制备空腔7中，油水分离空腔5、网膜清洗空腔6、网膜制备空腔7中的第一隔板2、第二隔板3、第三隔板4上设置有与过滤网膜17厚度和径向大小相当的开口22，由减速电机18驱动轴21旋转，轴21带动滤网膜17穿过开口进行旋转。

一、油水混合液从混合液入口8流入筒体1的油水分离空腔5内，油水混合液经过扇形混合液承接缓冲板16流到过滤网膜17上,水通过过滤网膜17落至油水分离空腔5底盖并经水出口19流出，油则在过滤网膜17上积累，直至达到油出口9高度，油从油出口9流出，到达设定时间间隔T后，混合液入口8关闭，卸油口10打开，将过滤网膜17至油出口10间积累的油放出,卸油口10关闭；执行二；

二、电机18驱动轴21旋转，轴21带动滤网膜17旋转，同时使油水分离空腔5中过滤网膜17的被污染部分旋转至网膜清洗空腔6，使网膜制备空腔7中过滤网膜17的未被污染部分旋转至油水分离空腔5，使网膜清洗空腔6中过滤网膜17的已清洗部分旋转至网膜制备空腔7；电机18为减速电机；

当油水分离空腔5中过滤网膜17的被污染部分旋转至网膜清洗空腔6时，清洗液由网膜清洗空腔6底部的清洗液入口11注入，对过滤网膜17被污染部分进行反冲，反冲后液体从清洗液出口12流出，清洗结束后烘干系统13通过鼓风的方式对过滤网膜17进行烘干，到达设定时间间隔T后，得到未被污染的过滤网膜17；

当网膜制备空腔7中过滤网膜17的未被污染部分旋转至油水分离空腔5时，混合液入口8打开，油水混合液从混合液入口8流入油水分离系统主体1的油水分离空腔5内，油水混合液经过混合液承接缓冲板16流到过滤网膜17上,水通过过滤网膜17落至油水分离空腔5底盖并经水出口19流出，油则在过滤网膜17上积累，直至达到油出口9高度，油从油出口9流出，到达设定时间间隔T后，混合液入口8关闭，卸油口10打开，将过滤网膜17至油出口10间积累的油放出,卸油口10关闭；

当网膜清洗空腔6中过滤网膜17的已清洗部分旋转至网膜制备空腔7时，由网膜制备空腔7中的物料喷头15对过滤网膜17的已清洗部分喷涂化学材料，使过滤网膜13重新具备过滤功能，到达设定时间间隔T后，得到喷涂后的的过滤网膜17；

所述被污染部分为分离过油水混合液的部分；

三、重复执行二，直至油水混合液全部分离完成。

以上过程循环进行，实现油水混合液的高效率油水分离，且可对油水分离网膜进行全自动的清洗及制备。