本发明涉及一种组合式液滴分离装置及分离方法，通过将波纹板组合单元、聚合单元、分离单元、拦截分散相单元的组合达到液‑液分离的目的。混合液首先流经波纹板，波纹板可将粒径大于50um的分散相液滴分离，也促使未被分离的小液滴相互碰撞聚合成大液滴并在后续过程中去除，同时对混合液具有整流作用使液体流动趋于稳定；随后混合液进入聚合单元，混合液中小液滴碰撞结合成较大液滴，进入分离单元分离去除；最后通过拦截分散相单元，对分散相进行精细分离，分离粒径大于5um的液滴。每个单元都具有分离分散相和聚合分散相液滴的双重功能。通过将四种特定效果聚合分离单元相互结合和叠加，使整体分离效率显著提高。
1.一种组合式液滴分离装置，由卧式分离罐的壳体和内件组成，分离罐的壳体前端开有进液口、后端有重相出口和轻相出口，其特征在于，所述的分离装置的内件包括由壳体前端向后端依次安装的波纹板组合单元、聚合单元、分离单元、拦截分散相单元，波纹板组合单元与聚合单元之间空有一段0.1D-3D的沉降距离，聚合单元与分离单元紧密连接，分离单元与拦截分散相单元之间空有一段0.5D-3D的沉降距离，其中D为容器壳体直径；
所述的波纹板组合单元由V字型或半圆型构件首尾焊接而成并通过挡圈固定于壳体上，构件的迎流面上压制亲分散相材料，背流面压制憎分散相材料，压制厚度为2-3mm，构件的迎流面上开有圆孔，每层波纹板之间的间距为5mm-10mm；聚合单元的主体填充在固定于壳体的两块开孔档板之间，主体由亲分散相纤维制成，主体孔隙率为65-95％，主体内部穿插金属丝作为支撑骨架并均匀填充球形或多边形的固体颗粒物，固体颗粒物的当量直径为
分离单元由填充在固定于壳体的两块开孔档板中的亲分散相纳米纤维编织而成，体积孔隙率控制为75-85％；
拦截分散相单元由憎分散相材料制成的针织布层和亲分散相材料组成的聚合填料组成，针织布层之间等距隔开，层间填充聚合填料，在拦截分散相单元的底部空有一段用来通过聚合的分散相液体的液体通道。
2.如权利要求1所述的组合式液滴分离装置，其特征在于，所述的波纹板组合单元由耐腐蚀的金属材料或非金属材料制成。
3.如权利要求2所述的组合式液滴分离装置，其特征在于，所述的耐腐蚀的金属材料为选自奥氏体不锈钢304、316L中的一种，所述的非金属材料为聚丙烯。
4.如权利要求1或2所述的组合式液滴分离装置，其特征在于，所述的V字型波纹板构件的夹角在90°与120°之间，转角处焊有直角型档片；半圆形波纹板构件的圆心角为120°，构件顶部焊有板型挡片。
5.如权利要求1所述的组合式液滴分离装置，其特征在于，所述的构成聚合单元主体的亲分散相纤维为选自耐腐蚀的金属纤维、聚四氟乙烯纤维、聚丙烯纤维、玻璃纤维中的一种；主体填充的固体颗粒的材质为具有防腐蚀性能的有机或无机非金属材料及金属材料。
6.如权利要求5所述的组合式液滴分离装置，其特征在于，所述的固体颗粒为选自奥氏体不锈钢304或316L、聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、陶瓷中的一种。
7.如权利要求1所述的组合式液滴分离装置，其特征在于，所述的分离单元为，亲分散相纳米纤维进行单一编织或混合编织或交替编织形成，靠近分离罐前端的孔隙率小于靠近分离罐后端的孔隙率；其中，亲分散相纳米纤维为选自耐腐蚀的玻璃纤维、金属纤维、聚四氟乙烯纤维或聚丙烯纤维中的一种或几种。
8.如权利要求1所述的组合式液滴分离装置，其特征在于，所述的拦截分散相单元的两端同时为针织布层或其中一端为针织布层或两端同为聚合填料，在所述的拦截分散相单元中，针织布层的材质为选自耐腐蚀的金属纤维、玻璃纤维、聚四氟乙烯纤维或聚丙烯纤维中的一种，所述的聚合填料为选自耐腐蚀的金属纤维、玻璃纤维、聚四氟乙烯纤维或聚丙烯纤维中的一种。
9.一种采用如权利要求1所述的组合式液滴分离装置的分离方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
1)、混合液从进液口进入分离罐，首先通过波纹板组合单元，去除分散相中粒径≥50μm的液滴，进入波纹板组合单元后续的沉降区进行沉降；
2)、经沉降后的混合液进入聚合单元，将小于50μm的液滴聚合后进入分离单元；
3)、分离单元分离粒径20μm以上的液滴后，进入分离单元后的沉降区沉降，然后进入拦截分散相单元；
4)、拦截分散相单元的第一层针织布层将混合液中粒径大于10μm的分散相液滴全部拦截，粒径小于10μm的分散相液滴在聚合填料的作用下相互碰撞结合成粒径大于10μm的液滴，然后会经后续针织布层拦截去除，最后去除粒径大于5μm的液滴后，混合液流出重相出口。
一种组合式液滴分离装置及分离方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种组合式的液滴分离装置和分离方法，尤其涉及一种用于互不相容的液液两相分离的装置及方法，属于石油化工行业中油水、酸烃的分离领域。
背景技术
[0002] 近些年来，我国自然环境持续恶化，已经严重威胁到我国的可持续发展战略，也给人们群众的人身财产造成威胁。社会各界对保护环境的呼声越来越高，我国政府也由此采取了一系列措施缓解当前日益严重的环境危机。另一方面，当今世界正在遭受能源危机，各国政府都在努力提高能源的利用效率，最大限度的减少资源浪费。中国专利CN 201510452148.3复合式油水分离装置公布了利用波纹板聚结器和纤维束聚结器分离含油废水中的油分，但存在制作工艺繁琐，生产成本高，各段压降较大及只能用于废水除油等问题。中国专利CN 201510540398.2公布了一种油水分离装置，但存在分离效率低的问题。中国专利CN 201520423384.8公布了一种酸烃分离装置，结构简单，但只能由于酸烃分离，且分类效率不高。基于以上两方面原因，我们提出了一种用于液滴聚合分离的方法，并由此开发出一套用于液滴聚合分离的装置。该装置主要应用于工程中两种互不相容的液体之间的分离，特别是石油炼化工厂中工序中油水、酸烃分离。
发明内容
[0003] 本发明的目的是提供一种能够实现高效的液液两相间分离的装置及分离方法。本发明对于互不相容的液液两相的分离具有普遍适用性，如油水分离(水中除油，油中除水)、酸烃分离(烃中除酸)。本发明采用四种特定的高效分离单元并将其组合在一起以达到液液两相间的高效分离。混合液先是通过波纹板组合单元，波纹板组合单元既有整流的作用也有分离和聚合的作用，分离是指可将粒径大于50μm的分散相液滴分离，聚合是指可使小液滴相互碰撞结合成较大液滴，便于后续装置进一步分离。经过波纹板组合单元后，混合液进入聚合单元，此单元主要是为了将小液滴聚合成大液滴，便于后续分离单元分离分散相。经过聚合单元后，混合液进入分离单元，此部分起到分离分散相的作用，可将聚合单元形成的粒径40μm以上的大液滴全部去除。混合液最后进入拦截分散相单元，此单元由针织布层和聚合填料组成，针织布层主要起到拦截作用，可将粒径大于10μm的分散相液滴全部拦截，对于粒径小于10μm的分散相液滴会在聚合填料的作用下相互碰撞结合成粒径大于10μm的较大液滴，然后会经后续针织布层拦截去除。本发明创造并组合了四种高效的分离单元，降低了设备总压降，提高设备总的分离效率，同时减小设备尺寸，使设备更加紧凑、节省空间。
[0004] 本发明是通过以下技术方案实现的：
[0005] 一种组合式液滴分离装置，由卧式分离罐壳体和内件组成，分离罐壳体前端开有进液口、后端有重相出口和轻相出口，其特征在于，所述的分离装置的内件包括由壳体前端向后端依次安装的波纹板组合单元、聚合单元、分离单元、拦截分散相单元，波纹板组合单元与聚合单元之间空有一段0.1D-3D的沉降距离，聚合单元与分离单元紧密连接，分离单元与拦截分散相单元之间空有一段0.5D-3D的沉降距离，其中D为容器壳体直径；
[0006] 所述的波纹板组合单元由V字型或半圆型构件首尾焊接而成并通过挡圈固定于壳体上，构件的迎流面上压制亲分散相材料，背流面压制憎分散相材料，压制厚度为2-3mm，构件的迎流面上开有圆孔，每层波纹板之间的间距为5mm-10mm；
[0007] 聚合单元的主体填充在固定于壳体的两块开孔档板之间，主体由亲分散相纤维制成，主体孔隙率为65-95％，主体内部穿插金属丝作为支撑骨架并均匀填充球形或多边形的固体颗粒物，固体颗粒物的当量直径为3-5mm，填充的体积比在10-20％之间；
[0008] 分离单元由填充在固定于壳体的两块开孔档板中的亲分散相纳米纤维编织而成，体积孔隙率控制为75-85％；
[0009] 拦截分散相单元由憎分散相材料制成的针织布层和亲分散相材料组成的聚合填料组成，针织布层之间等距隔开，层间填充聚合填料，在拦截分散相单元的底部空有一段用来通过聚合的分散相液体的液体通道。
[0010] 在上述装置中：
[0011] 所述的波纹板组合单元由耐腐蚀的金属材料或非金属材料制成，金属材料为选自奥氏体不锈钢304、316L中的一种，非金属材料为聚丙烯，
[0012] 所述的V型波纹板构件的夹角在90°与120°之间，转角处焊有直角型档片；半圆形波纹板构件的圆心角为120°，构件顶部焊有板型挡片。
[0013] 所述的构成聚合单元主体的亲分散相纤维为选自耐腐蚀的金属纤维、聚四氟乙烯纤维、聚丙烯纤维、玻璃纤维中的一种；主体填充的固体颗粒的材质为具有防腐蚀性能的有机或无机非金属材料及金属材料，为选自奥氏体不锈钢(如304或316L)、聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、陶瓷中的一种。
[0014] 所述的分离单元中的亲分散相纳米纤维为选自耐腐蚀的玻璃纤维、金属纤维、聚四氟乙烯纤维或聚丙烯纤维中的一种或几种，进行单一编织或混合编织或交替编织形成分离单元。
[0015] 所述的分离单元中，靠近分离罐前端的孔隙率小于靠近分离罐后端的孔隙率。
[0016] 所述的拦截分散相单元的两端可同时为针织布层或其中一端为针织布层或两端同为聚合填料。
[0017] 所述的拦截分散相单元中，针织布层通孔直径在10μm以下，层间聚合填料的孔隙率在70～80％之间，各层聚合填料的孔隙率从分离罐前端至后端依次减小。
[0018] 所述的拦截分散相单元中针织布层的材质为选自耐腐蚀的金属纤维、玻璃纤维、聚四氟乙烯纤维或聚丙烯纤维中的一种。
[0019] 所述的拦截分散相单元中的聚合填料为选自耐腐蚀的金属纤维、玻璃纤维、聚四氟乙烯纤维或聚丙烯纤维中的一种。
[0020] 另一方面，本发明提供了一种组合式液滴分离的方法：
[0021] 一种组合式液滴分离的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
[0022] 1、混合液从进液口进入分离罐，首先通过波纹板组合单元，去除分散相中粒径≥50μm的液滴，进入波纹板组合单元后续的沉降区进行沉降；
[0023] 2、经沉降后的混合液进入聚合，将小于50μm的液滴聚合后进入分离单元；
[0024] 3、分离单元分离粒径20μm以上的液滴后，进入分离单元后的沉降区沉降，然后进入拦截分散相单元；
[0025] 4、拦截分散相单元的第一层针织布层将混合液中粒径大于10μm的分散相液滴全部拦截，粒径小于10μm的分散相液滴在聚合填料的作用下相互碰撞结合成粒径大于10μm的液滴，然后会经后续针织布层拦截去除，最后去除粒径大于5μm的液滴后，混合液流出重相出口。
[0026] 本发明中的波纹板组合单元可以增加混合液的流动路程，增加混合液在装置中停留的时间，使混合液中分散相液滴能够充分上升或沉降聚合，也可使混合液流动稳定。此单元用来去除分散相中粒径≥50μm的液滴。
[0027] 聚合单元采用亲分散相材料制成，用来使分散相粒径小于50μm的液滴聚合成较大液滴。聚合后形成的较大液滴在后续分离单元里聚合成更大液滴分离出去。
[0028] 分离单元用于分离聚合后形成的液滴。此单元对于粒径≥20μm的液滴的分离效率在99％以上。
[0029] 拦截分散相单元用于拦截混合液中的分散相小液滴，对未被分离的小液滴进行强化分离。此单元可将粒径≥5μm的液滴全部分离。
[0030] 本发明将四种高效的分离单元组合在一起，降低了设备总压降，同时减小设备尺寸，使设备更加紧凑，节省空间，大大提高了总体分离效率。
附图说明
[0031] 图1组合式液滴分离装置结构示意图
[0032] 其中，1-进液口，2-波纹板组合单元，3-聚合单元，4分离单元，5拦截分散相单元，6-重相出口，7-轻相出口。
[0033] 图2-1a V型波纹板组合单元示意图。
[0034] 图2-1b V型波纹板构件示意图。
[0035] 其中，8-背流面，9-迎流面，10-直角型挡片。
[0036] 图2-2a半圆型波纹板组合单元示意图。
[0037] 图2-2b半圆型波纹板构件示意图。
[0038] 其中，11-板型挡片。
[0039] 图3聚合单元结构示意图
[0040] 其中，12-纤维及金属骨架，13-固体颗粒物
[0041] 图4拦截分散相单元结构示意图。
[0042] 其中，14-针织布层，15-聚合填料
具体实施方式
[0043] 实施例1：
[0044] 河北省某化工厂使用本发明中的装置除去烃类中含有的少量硫酸。其中烃类主要含有辛烷、异丁烷、丁烯等。装置中波纹板组合单元采用耐酸腐蚀金属材料奥氏体不锈钢型号为316L，聚合单元金属骨架选用耐酸腐蚀金属材料奥氏体不锈钢316L，聚合单元金属骨架选用耐酸腐蚀金属材料奥氏体不锈钢316L，聚合单元金属骨架选用耐酸腐蚀金属材料奥氏体不锈钢304，装置中亲分散相材料选用玻璃纤维，憎分散相材料选用聚四氟乙烯。进口压力：0.12MPa，操作温度9℃，流量：250L/h。进口酸含量在1220-1430ppm之间。经过此装置，压降1.2KPa，烃类出口含酸量在40-70ppm之间。
[0045] 实施例2：
[0046] 湖北省某化工厂使用本发明中的装置除去柴油中含有的少量水分。装置中波纹板组合单元材料选用聚丙烯塑料，聚合单元金属骨架选用耐腐蚀金属材料奥氏体不锈钢304，装置中亲分散相材料选用玻璃纤维，憎分散相材料选用聚丙烯纤维。进口压力0.1MPa，温度：15℃，流量150L/h，进口水含量在1100-1400ppm之间。经过此装置，压降0.7KPa，柴油出口水含量在50-70ppm之间。
[0047] 实施例3：
[0048] 浙江省某化工厂使用本发明中的装置除去污水中的油分。装置中波纹板组合单元及聚合单元金属骨架选用耐腐蚀金属材料奥氏体不锈钢304，装置中亲分散相材料选用聚四氟乙烯，憎分散相材料选用玻璃纤维。进口压力1.5MPa，温度15℃，流量：390L/h，进口油分含量在1600-1930ppm之间。进过此装置，压降1.1KPa，水出口油分含量在50-80ppm之间。
