高效斜板分离器结构研究与开发

介绍斜板分离器的结构和工艺计算,确定临界分离液滴直径、所需沉降面积和排布方式。     

基于液滴分离时间的斜板沉降器结构参数优化

通过应用液滴动力学原理,建立了单个液滴基于时间的分离模型,得到了单个液滴分离所需的必要时间表达式,确定了沉降器中液滴分离所需的必要时间与结构参数的关系。论文中还在一定范围内通过实验研究了斜板倾斜角、斜板板长、斜板间距等结构参数及进料流量与油水混合比例等对分离效率的影响,实验结果表明在实验范围内斜板倾斜角的最佳角度是30°,斜板板长最佳值为350 mm左右,最佳斜板间距为20 mm;油水混合比例对分离效率几乎没有影响,随进料体积流量的减小分离效率逐渐增加,但当流量减低到一定范围后,分离效率会稳定在一个比较高的水平而基本不受进料体积流量影响。     

高效复合聚结板式油水分离器数学模型

通过对油水分离过程中油滴在聚结板间浮升和在聚结板表面聚结的过程机理的研究,建立了关于聚结板式油水分离器的油水分离过程数学模型,求得分散相液滴分离所需的时间。该模型充分考虑了油水两相的物性以及两相分层流动对分离过程的影响。     

含聚结构件油水分离器性能研究

由沉降和聚结机理可知选取适当的聚结构件可增加油水乳状液的粒径,加快沉降速度,从而提高分离器性能.今设计了一种含聚结构件的分离器,在长为1800 mm,内径为384 mm的重力式分离器内安装入口构件和聚结板,通过测量不同流速和工况条件下四种聚结板对油水乳状液的粒径质量分离效率,研究分离器性能.结果表明,倒T型入口构件可有效减少分离器流场中的回流和二次涡流,还引入了重力消能和水洗作用.聚结板可显著提高油水分离效率,在流量较大的时候,聚结板分离效果下降,出现对粒径选择性的单一分离作用.聚结板的结构和材质对液滴的聚结沉降影响很大,应根据工况和处理条件进行合理选择.     

油水重力分离器的数值研究

采用FLUENT商用软件,对重力式油水分离器入口、斜板、平板以及重力沉降区域内流场和浓度场进行了数值分析,并考察了分离器结构参数、操作参数以及油品的物料性质对分离效果的影响。研究发现,分离器的分离效果良好,分离器的水力特性有待提高;分离器内板间距、板倾角和板长存在最优值;油品黏度越小、密度越小、粒径越大,分离效果越明显;混合物入口流量越大、混合物中油相体积分数越小,分离的过程越难实现。本工作为进一步开发高效紧凑的卧式油水重力分离设备提供了参考。     

叶片式入口分离器气液流动及分离性能数值模拟

叶片式分离器是一种较新颖的气液两相流设备的入口分离及布气装置。为了给设计提供指导,本文采用离散相模型对其中的气液两相流动过程进行模拟,并通过分离效率测试对计算模型进行了验证;在此基础上研究了气速、液滴粒径、叶片倾角及流道入口宽度对分离性能的影响。结果表明:叶片式分离器具有良好的气液分离性能,对于粒径大于50μm的液滴分离效率能够达到85%以上,增大气速和液滴粒径有利于提高叶片式入口装置的分离效率;综合考虑分离效率和压降,叶片倾角宜设置为5～8°;在现有流道宽度设计建议的范围内,减小流道宽度可显著提高小液滴分离效率,但阻力也将增加。     

聚碳酸酯液液分离器的流体力学模拟和中试试验

对聚碳酸酯混合液,通过液液间歇沉降实验得到分散相液滴的Sauter平均粒径为330 μm。采用Mixture多相流模型对聚碳酸酯液液静态分离器进行了模拟和分析。对平行板、波纹板和斜板进行了比较,得出斜板更适合聚碳酸酯液液分离。考察了斜板长、板间距、倾斜角度、入口流量对液液分离效果的影响,得出对于水油相体积比为0.6的物料,最优的聚结板参数为斜板倾角20°、板长0.8 m、板间距40 mm、筒内最大流速5.3×10^-3 m·s^-1。设计了聚碳酸酯液液分离器,进行了中试试验,水油两相出口浓度接近各自的溶解度值,筒内最大流速为3.9×10^-3 m·s^-1,结果表明该分离器起到了很好的液液分离效果,可以取代原有的碟片离心机设备,降低了设备和操作费用。     

斜板式气液分离器的设计

针时常规卧式和立式气液分离器的缺点和不足,论述了斜板式气液分离器的分离机理和结构特点,提出了采用斜板结构有利于提高气液分离效率的新思路,建立了斜板式气液分离器的理论计算公式,并以常规卧式分离器和立式分离器为例进行了对比计算。结果表明斜板式气液分离器可以提高气液分离器的分离效率,即在相同结构外径与处理量的前提下,可以缩短分离器的长度。或在相同结构条件下可以降低带出液体的粒径。     

重力式油气分离器内聚结元件分离流场的数值模拟

应用标准к-ε模型和多相混合模型,对重力式油气分离器内聚结元件分离流场进行了三维数值模拟,通过改变进入分离器液滴粒径来模拟其在加装了蛇形相向平行板型和田字型聚结板的分离器中的流场,研究粒径对于聚结板聚结性能的影响,研究结果表明:聚结板并非能够聚结沉降所有粒径下的液滴,对于粒径在50μm以下的液滴,蛇形相向平行板型聚结板无法有效使之聚结并沉降下来;对于粒径在75μm以下的液滴,田字型聚结板无法有效使之聚结并沉降下来。对于粒径在175μm以上的液滴,在模拟用边界条件下,上述两种聚结板也无法使之有效聚结沉降。而粒径在75μm至175μm之间的液滴,现有边界条件下,蛇形相向平行板型聚结板和田字型聚结板可以有效的使之聚结并沉降下来。相比而言,蛇形相向平行板型聚结板的聚结性能优于田字板型聚结板,该分析结果为分离器的设计提供了科学的参考依据。     

循环旋风分离器内气液两相流动数值模拟

采用雷诺应力模型RSM对循环旋风分离器内气液两相流动的情况进行了数值模拟研究,讨论了循环旋风分离器内切向速度、轴向速度、径向速度、压力场、雷诺应力的分布特点以及相同入口速度下分离器内液滴运动轨迹与分离器的分离效率。数值模拟结果表明,循环旋风分离器切向速度呈现明显的驼峰状,轴向速度上行流和下行流明显,径向速度相对较小,压力由轴心向外逐渐升高,雷诺应力分布复杂且无明显规律,分离器对小直径液滴分离效率较低,入口速度对分离效率的影响比较明显。