聚结技术系列介绍（1）——原理

sandwindsong

本贴将系列介绍一种油（泛指有机物）水（泛指无机物）分离新技术——聚结技术，欢迎各位有经验的专家、工程师参与讨论。 专题主要内容如下： （1）聚结技术原理 （2）聚结技术的应用领域 （3）聚结设备——相分离器的设计 （4）相分离器中试装置及其试验 （5）工程案例 （6）相分离器运行和维护

相分离器分离原理

一、含油废水中油的物理形态 含油废水中的主要污染物为原油，这些原油可以划分为浮油（游离态油），机械分离态油，乳化油，溶解油，固体附着油等五种物理形态。 1. 浮油（游离态油） 油珠粒径大于100um, 静止时自动上升到液面（一般10-15min），以连续相的油膜漂浮于水面。 2. 机械分散态油 油滴粒径在10-100um之间，主要以大小不等的油滴分散悬浮在水中，可为电荷力和其它力所稳定，油珠外未形成坚固的水膜，一般静置4h就会聚集上浮成悬浮油，这种态的油在废水含油量的60%-80%。 我们的相分离系统主要用来分离以上两种形态的油。 3. 乳化油 乳化油的形成主要有以下两个方面的原因：一是油水剪切搅拌混合而成，油水混合物从油层出来经油井的喷嘴，管道，多次用泵提升，原油初加工等整个集输工程中的剪切搅拌而形成。二是由于乳化剂的作用，含油废水中含有大量的环烷酸等表面活性剂，表面活性剂由亲水基与亲油基两部分构成。当微小油珠形成时，表面活性剂的亲油基便深入到油珠内，而亲水基露在油珠外面。大量的表面活性剂将油珠包住，便形成了外面由水膜包住的微小油珠，此种油珠为（O/W）“水包油”型浑浊乳化液。 乳化油不但有水膜包住，而且还形成双电层，一般带有负电，因此这部分油的化学性质稳定，不易除去，必须加入破乳剂和混凝剂反相破乳之后才能将其除去，其含量占废水含油量的10%-15%。乳化油通过加入破乳剂后再形成大的液滴进行分层，也是我们的进一步分离目标。 4. 溶解油 油珠粒径一般小于0.1um。由于油在水中的溶解度很小，为5-15mg/L，这部分油无法用常规的物理方式除去，其占废水含油量的0.2%-0.5%。 5. 固体附着油 吸附于废水中固体颗粒或悬浮物质表面上形成的油-固形物。此二种油由于含量较少，而且很难用普通的物理方法除去，故不作为我们分离的重点。 综上所述：含油废水中的油滴的粒径直接影响其沉降分离所需时间和分离难度，弄清楚含油废水中的油滴的粒径直接和我们的设备的设计有很大的关系。同样此原理也可应用于其他的液液相分离领域。 二、油珠粒径分布的测试 为合理的选择液液分离处理工艺和主要设计参数，在设计之前都要对油滴的粒径分布进行测试或参考类似测试结果。测试方法一般有静止浮升法和粒度仪测试仪。 1. 静止浮升法 90um以上油珠在水中的静止上浮过程符合斯托克斯（stokes）定律，只要设法测出油珠的上浮速度u,便可求出d0,由试验得出的H0/t便是油珠的上浮速度u。 u=H0/t=g(ρw-ρ0)d02/18μw 2.粒度仪测试法 主要是采用激光粒度仪来测试含油废水中油粒的粒径大小。利用颗粒对光的散射现象，即大颗粒产生的散射角小，小颗粒产生的散射角大的原理测量样品的粒度分布。采用激光作为光源，用基于米氏散射理论的数据处理软件分析测量数据，使当今世界上最流行的颗粒测试仪器。 以上两种方式是测量液滴粒度的主要方式，方式一就是通过我们通常要做的沉降时间来推算液滴的粒径的方式。为了更好地帮助我们了解相分离器的原理，有必要介绍一下斜板除油原理。 三、斜板除油的原理 斜板除油是基于浅池沉降理论（又称“浅层沉淀”或“浅层原理”）。该理论忽略了紊流，进出口水流的不均匀性，油珠颗粒上浮中的絮凝等因素，认为油珠颗粒在理想状态下进行重力分离，即假定：（1）过水断面上各点的水流速度相等，且油珠颗粒上浮时的水平分速度等于水流速度；（2.）油珠颗粒是等速上浮的；（3） 油珠颗粒上浮到水面即被去除。 含油废水在这种重力分离池中的分离效率（也称除油效率），以大于浮升速度u的油珠颗粒去除率来表示：

E=u/Q/A

式中 E——油珠颗粒的分离效率 U——油珠颗粒的上浮速度 A——除油设备水平面工作面积 Q/A为表面负荷或过流率，其意义是单位沉淀池面积在单位时间内所能处理的废水量。当除油设备通过的流量Q一定时，加大面积A，可以提高除油效率或增加设备的处理能力。假设除油设备的高度为H，油珠颗粒分离时间为t，则表面负荷率可表示为Q/A=H/t，将其代入上式可得，

E=u/Q/A=u/H/t=ut/H

从式中可见，重力分离除油设备的除油效率是其分离高度的函数，降低除油设备的分离高度，可以提高除油效率。在其他条件相同时，除油设备的分离高度越小，油滴颗粒上浮表面所需要的时间就越短，除油效率就越高，就是所谓的“浅层原理”。 因此在油水分离设备中加斜板，增加分离设备的工作表面积，缩小分离高度，可以提高油珠颗粒的去除效率，在理论上，加设斜板不论其角度如何，其去除效率提高的倍数相当于斜板总水平投影面积与不加斜板是水平面积之比，实际效果不可能达到理想的倍数，这是因为存在斜板的具体布置，进出水流的影响，板间流态的干扰和积油等因素。 此外，由于斜板的存在，增大了湿周，缩小了水力半径，因而雷诺数（Re）较小，水流流动处于层流状态，同时弗劳德数（Fr）较大，更有利于油水分离，这就是斜板除油之所有成为目前常用高效除油方法的缘故之一。 四、粗粒化除油（相分离器原理） 根据斯托克斯（Stokes）公式可知，如果设法使油珠粒径增大，油珠的上升速度就会以平方的关系加快，则除油效率就会显著增强。粗粒化方法（也称聚结技术）能去除大于20um的油珠，其主要缺点是：（1）含油废水流速不能太大，应保持层流（紊流时不但聚结不成较大油滴，反而会使得油滴分布更均匀）；（2）需要定期对聚结床层冲洗，从而提高了投资和操作费用。 所谓粗粒化是使含油废水通过由粗粒化材料所构成的填充床层，使油滴变大的过程。粗粒化除油是粗粒化及相应沉降过程的总称，其处理对象主要是水中的分散油。目前粗粒化机理尚未形成统一的理论，大体上有“润湿聚结”和“碰撞聚结”两种解释。 1. 润湿聚结 “润湿聚结”理论建立在亲油性粗粒化材料的基础上。当含油废水经过亲油性材料组成的粗粒化床时，分散油珠便在材料表面润湿并附着，这样材料表面几乎被油包住，再流来的油珠也更容易润湿并附着在上面，因而附着的油珠不断聚结扩大并形成油膜。由于浮力和反向水流冲击的作用，油膜开始脱落，于是材料表面得到一定更新。脱落的油膜到水相中形成油珠，该油珠粒径比聚结前的油珠粒径要大，从而达到粗粒化的目的。例如，使用聚丙烯塑料球及无烟煤作粗粒化材料的聚结，就属于“润湿聚结”。 2. 碰撞聚结 “碰撞聚结”理论建立在疏油材料基础之上。无论是由粒状还是纤维状粗粒化材料组成的粗粒化床，其空隙均构成互相连续的通道，犹如无数根直径很小并弯曲交错的微管。当含油废水流经该床时，应粗粒化材料的疏油性，两个或多个油珠有可能同时与管壁碰撞或相互之间碰撞，其冲量足可以使它们合并成为一个较大的油珠，从而达到粗粒化的目的。例如，蛇纹石及陶瓷作的粗粒化材料的聚结就属于“碰撞聚结”。 其实，无论是亲油或疏油的粗粒化材料，两种聚结都同时存在，只是前者以“润湿聚结”作用为主，后者以“碰撞聚结”为主。因此，无论是亲油性材料还是疏油性材料，只要粒径合适，就会有比较好的粗粒化效果。 五、粗粒化材料的选择 粗粒化除油技术的关键是粗粒化材料，粗粒化材料从形状看分为粒状和纤维状两大类；从材质上分为天然（如无烟煤，蛇纹石，石英砂等）和人造（如聚丙烯塑料球，陶粒，树脂等）两大类。树脂也是近年来新开发的一种粗粒化材料，树脂经过表面活性剂处理后，不仅具有亲油性，而且具有反复可用性。 粗粒化材料的选择原则为：（1）耐油性好，不能被溶解或溶涨；（2）具有一定机械强度，且不易磨损；（3）不易板结，冲洗方便；（4）尽量采用相对密度大于1的材料；（5） 货源充足，加工，运输方便，价格便宜；（6）粒径5-7mm为宜。根据国内外多年来的运行经验来看，化工行业包括硝基苯、苯胺等行业常用PTFE和CPVC材料。

sandwindsong

1原液罐；2进口；3排空口；4差压变送器；5纤维床； 6视镜；7排空口；8温度表；9视镜；10分离轻相区； 11轻相出口；12液位计；13备用口；14最高液位；15标准液位； 16最低液位；17备用口；18视镜；19重相出口；20排空口； 21固定腿；22排空口；23分离罐 [ 本帖最后由 sandwindsong 于 2010-2-7 22:26 编辑 ]

taoxf2008

除了名称新鲜外，其他的好像没什么新鲜的，

zjbks2

原理性的东西 应该掌握

wushuaitalent

粗粒化技术也不是新技术，很早就有了。但是现在用的不多，油田普遍采用的还是沉降罐。

奋斗的机遇

有没有粗粒化除油的相关书籍，继续补充这方面的知识