重力式分离器物理聚结构件的研究

摘要

重力式分离器具有结构简单、操作方便、运行稳定、维护费用低等优点,这是其应用比较广泛的因为,但是一般的重力式分离器具有体积庞大,工作效率不高的缺点。因此,在分离器内引入各种先进的聚结填料,提高分离器分离效率是一种发展趋势。本研究针对七种波纹板聚结填料进行试验,对比分离效率,分别从材料性质和分离器工作性能等方面进行研究,得出分离效果最佳的聚结填料。
　　 本研究通过杯罐试验和阀门剪切的方式制备乳状液,并进行了对比分析。杯罐试验中研究了乳化剂类型、搅拌速度、乳化剂浓度和含油浓度对乳状液稳定性的影响。阀门剪切试验中研究了流体总流量、乳化剂浓度、含油浓度、阀门关度对乳状液稳定性的影响。结果表明,乳化剂十二烷基苯磺酸钠对本试验所用油品乳化效果较好；搅拌速度或剪切程度的大小以及流体总流量的大小决定乳状液稳定所用时间的长短,但不影响油滴的平均粒径；乳化剂浓度的大小最终决定油滴的平均粒径；含油浓度的不同不会影响油滴的平均粒径。
　　 本研究通过测试分离器入口与出口的含油率、含水率,宏观分析了聚结填料对油水分离特性的影响。加入聚结填料前,改变入口油浓度、油层厚度进行试验。在相同工况下,入口油浓度为10％时的水出口含油率明显小于入口油浓度为20％时的水出口含油率；同时分别对油层厚度2cm、5cm、10cm进行试验,结果表明油层厚度较小时,不能满足大处理量的要求,油层厚度较大时,油相停留时间过长,水相停留时间过短,水相中的油滴的粒径还未有聚结到可以上浮到油层的大小时,就已经被排出分离器,从而使得水相中的含油率过高。因此,试验后期选择了一个相对合理的油层厚度5cm进行试验。在固定油层厚度的情况下,对七种填料分别进行试验,得出陶瓷波纹板填料分离效果最佳。
　　 本试验利用激光粒度仪和高速摄像两种方法对粒径进行分析。借助“粒径质量分离效率”从微观的角度评价了不同聚结填料对分离器中乳化物的聚结分离效率,及影响分离效率不同的因为。对高速摄像法分析油滴粒径进行探索研究,利用高速摄像仪对分离器入口油滴粒径进行拍摄图片,将分析得出的粒径分布与激光粒度仪所测粒径分布进行对比,结果激光粒度仪所测分散相粒径百分比小于高速摄像所测数据,存在不同的因为在于高速摄像法由于帧数等因素限制,无法清晰拍摄粒径过小的液滴,同时图像处理软件不能准确分析出粘连液滴以及边缘不清晰的液滴,以上是导致高速摄像所测数据略大于激光粒度仪所测数据的主要因为。

目录

文摘

英文文摘

第1章 前言

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 聚结除油机理探讨

1.3 国内外研究进展

1.3.1 散堆填料

1.3.2 规整填料

1.4 本文的研究内容

第2章 试验系统及试验介质

2.1 试验系统

2.1.1 整体介绍

2.1.2 试验流程

2.1.3 试验步骤

2.1.4 等动量取样

2.2 设备介绍

2.2.1 仪器、装置和材料

2.2.2 数据采集系统

2.3 试验介质物性

2.3.1 密度

2.3.2 粘度

2.3.3 张力

2.4 标准曲线绘制

2.5 聚结填料

2.5.1 利用波纹板聚结分离的优点

2.5.2 各种聚结填料的介绍

2.6 本章主要工作

第3章 乳状液配制

3.1 引言

3.2 影响乳状液稳定性的因素

3.2.1 液滴大小及分布

3.2.2 两相密度差

3.2.3 粘度

3.2.4 温度

3.2.5 搅拌强度

3.3 杯罐试验内容及结果分析

3.3.1 理论依据

3.3.2 试验方案

3.3.3 结果分析

3.4 试验架试验内容及结果分析

3.4.1 理论依据

3.4.2 试验方案

3.4.3 结果分析

3.5 本章主要工作

第4章 聚结构件分离特性研究

4.1 引言

4.2 影响聚结板工作性能的主要因素

4.2.1 聚结板的几何形状

4.2.2 聚结板的表面润湿性

4.2.3 聚结板的表面粗糙度

4.2.4 聚结板的临界表面张力

4.2.5 聚结板的板间距

4.2.6 聚结负荷

4.3 影响分离器工作性能的主要因素

4.3.1 液液界面与界面张力对油水分离的影响

4.3.2 液滴间的相互作用对油水分离的影响

4.3.3 分离器器壁对油水分离的影响

4.3.4 内环流对油水分离的影响

4.3.5 流场分布不均匀对油水分离的影响

4.4 无聚结填料的分离特性分析

4.4.1 改变油层厚度对分离特性的影响

4.4.2 改变入口浓度对分离特性的影响

4.5 有聚结填料的分离特性分析

4.5.1 固定油层厚度,改变入口油浓度时有无聚结构件的分离特性对比

4.5.2 聚结构件材质相同,空间结构不同时的分离特性对比

4.5.3 聚结构件材质不同,空间结构相同时的分离特性对比

4.6 本章内容总结

第5章 聚结构件对粒径影响的研究

5.1 引言

5.2 常见粒度测量仪器的测量方法

5.2.1 激光粒度仪

5.2.2 图像颗粒处理仪

5.2.3 电阻法(库尔特)颗粒计数器

5.2.4 沉降仪

5.3 利用激光粒度仪对分离器内聚结构件聚结分离特性的研究

5.3.1 数据处理方法

5.3.2 粒径质量分离效率分析

5.4 高速摄像法测量液滴粒径的研究

5.4.1 数据处理方法

5.4.2 测量方法对比

5.5 本章内容总结

总结与展望

参考文献

致谢