【JX399】润滑油多场联合净化装备设计【KT+RW+FY+ZS】[2A0]
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Xin: 13 013, 00:54 1072954 371T 3, H. a & S. Tu ab of 07 Z. H. S. 2009): il 6:2, 184to , or or in to is or or be or or up to of be be or or or in or of of F H. . ab is be in of on a of An an in of is ,000 ,800, .0 to of in 00,000 it is of 00,000 ,000,000 0% of be as 2007; et 2005). It of of a of a of O2,be On is A of is of of 6: 184191, 2009211 1543 1543130 00237, Xi0:54 13 013 of or a of as a is no of it is of is a of to to of et 1997), et 1997; 2004; et 1996), et 1994;et 1990), of of a of is on to of We in F is a of in to et 2006; et 2003; 003;et 2008). in of be or by to of of A of a a of of of of a is to As in a or to of is of of to R i 100% (1) is of F Y 85Xi0:54 13 013 )in R be as e )26v is u (5) in Xi0:54 13 013 of to of is as to 1 100 (6)of in of of 5 5 10of is of to is of to by in as as in of %75 (25 of L/D 1. D, to of L, to of F Y 87Xi0:54 13 013 a ,000, as in of is is . As be an an of on is ,400,an is , of in 000 5000 6000 7000 %R=3% Xi0:54 13 013 1. of is to a a of an A is to up to in as on as of ,800. to of , it be 0% 4% a .0 m3/h. be to 000 4500 5000 5500 6000 6500 700080010001200140016001800200022002400 400 4800 5200 5600 6000 64007880828486889092E/% F Y 89Xi0:54 13 013 a of to It is a on ,400, an is ,400,of is ,000 ,800, .0 to . It be D. 2007. (1): 152 (4): 56J. C., R. A. . R. 2003. 1: 83B. 2003. in 6: 115000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400707580859095E/% vs of Qi/1 82 13 44 15 0190 Xi0:54 13 013 R. J., N. A. T. J. . R. 1994. of a ):4665Y. K., Y. W. . H. 1997. of (3): 195M., M. H. . 2008. of of 38:30F., C. H. R. I. . 2005. of 4 (17): 2236W., T. . 2005. of a (34): 364W., T. . 2006. by of 0 (3): 330G., . A. 1990. of 9 (3): 171Y. 2004. of in an a 31(1):13N. P., B. . 1996. of 2 (5):12636 (3): 19F Y 91Xi0:54 13 013 重 庆 理 工 大 学 文 献 翻 译 二级学院 机械工程学院 班 级 109040205 学生姓名 边少卿 学 号 10904020502 使用旋流器对废食用油脱水净化 废物食用油可 以作为提炼 生物柴油燃料 的 高质量材料 ，但是混在油液里边的水滴会影响提炼的过程和提炼出油的质量，现在一项新的使用水力旋流器 分离 来对油液 进行 脱水净化的技术 方案 已经被 提出来了，进行的初步工业实验 已经证实了使用水力旋流器脱水方案的可行性。现已对 如雷诺 系 数、欧拉数、压降比 这 几个量 对净化过程及结果的 影响 进行了研究。 压降比随雷诺系数增大而降低，欧拉系数随雷诺系数的增大而增大。 当雷诺系数 在 5000 5800 这个范围内时，旋流脱水可以使水的浓度降低到 升，有时甚至低于 关键词：水力旋流器分离 脱水 废食用油 概述 欧盟收集起来浪费的食用油估计有 400000 吨， 然而 ,据预测 ,收集植物油将上升 ,并可能达到数量有 700000到 1000000吨之间 ,和 90%的食用油将被作为垃圾没有收集 (世 界货币 ,2007;平托 et 2005)。 从环保的观点来看，这样把大部分的废食用油倾倒而不被利用是不合理的（除了一小部分废食用油被回收来制作肥皂 ）；此外如果大量的废食用油被堆积起来，作为垃圾焚烧处理的话，会产生大量的悬浮 颗粒 如氮氧化物、二氧化碳、空气污染物和一氧化碳，据报道：二恶英可能会产生致命之毒。另一方面如果废油不做燃烧处理 直接一起埋在地上又会污染土地。 从餐馆、食品工厂和家庭倾倒出来的废食用油直接排入河流和湖泊也是水污染的主要原因。 从 这个意义上 看 ，将食用油转化为柴油有利于缓减 垃圾处理问 题。 废食 用油主要包括 油菜籽油、香油、豆油、玉米油、葵花籽油、棕榈油、棕榈仁油、椰子油 、玉米油 红花油等，这些一种或集中混合起来并不会影响提炼出柴油的质量，但为保证提炼出柴油的质量，废油中的水含量和固体杂质必须控制在很低的范围内。 沉积法是一种典型的对废油脱水的方法， 它的主要缺点有两个一是脱水效率低，二是体积比较大，浪费空间。 很多学者为废油脱水方法进行研究改进，在方法的改进上有很大的进展，并且取得了很多的研究成果 ,包括离心机法 (王 et 1997),过滤法 (et 1997;田中 ,2004;et 1996),磁处理方法 (弗里曼 et 1994;沈 et ,1990 年 ),和直流水力旋流器方法 (et 005;et 2006)。但这些技术 在实际的 工业生产中 很少使用 ，主要是 因为 设备的复杂性以及低可靠性。 后来一种使用水利旋流器对废油进行脱水的新方法被研究出来了， 并且实验已经初步证明了使用水力旋流器对废油进行脱水的可行性，接下来我们在这里介绍一下水力旋流器成功脱水的过程 。 一、 水力旋流器 以及它的脱水原理 旋流分离原理 所谓的水力旋流器， 就是一种利用离心技术对流入其中的液体中的杂质进行分离的设备。 (et 2006; et 2003; 003; et 2008)这些杂质一般是固态，有时也以液态、气态或是其他状态存在。 分离主要靠的是水力旋流器使得流进其内部的液体受到离心力的作用， 离心力的大小主要取决于组分的 密度、大小和形状。 水力旋流器和其他离心设备的最主要区别是没有动力设备，离心的主要动力来自液体的高速流入时所具备的的动能。 水力旋流器的 主筒体 由两部分组成 ，上部 分是一个中空的圆柱体，下部分是与圆柱体想通的倒锥体，在对它 结构 进行设计 时 既要考虑 油和水 自然分离又要考虑对废食用油脱水质量的要求。 水力旋流器的 净化处理 主要 在 是固体悬浮物的分离和澄清的液体阶段。 下图 1 所示的设计好的液 液分离水利旋流器。 在水力旋流器的顶部的以一定速度沿切向注入流体将由于旋流器的结构受到离心力作用使得粒子加速朝向墙壁。由于流体通过通过以螺旋形的旋液分离器，密度比较大或是质量比较大的颗粒将会向着壁面附近一栋并逐渐向地步流出口移动最后排出旋流器和相反密度小和质量比较小的颗粒像旋流器的中心核靠拢向入口处 流去并逐渐从溢出口排出，从而实现轻重分离。 分流和压降比 水力旋流器的流量 分离量 定义的下溢的体积流量的比率 其中 R 是分流量， 独立的体积流量和溢出量 。在正常的操作条件下，有两种截然不同的的压降 。 水力旋流分离器 和其中 P 和， 力分别在混合液中的溢出量和下溢量 。 两个压力降之间的关系也是很重要的，并且可用于控制的目的。压降比 雷诺数 水力旋流器特性雷诺数可以描述如下 ： 其中 D 是水力旋流器直径 ; 和 是液体的密度和粘度， 是水力旋流 速度 。 欧拉数 水力旋流器溢流特性的欧拉数可以描述如下 脱水效率 水力旋流器的分离能力取决于能力处理的材料数量报告到超大的出油管流体和大小分布的 杂质 。尽管公称直径是最重要的参数 ，但是 流入量、流出量和溢出量也是影响选了六七分离能力很重要的量 。 用 来 计 算 旋 流 器 脱 水 效 率 比 较 经 典 的 公 式 是转换到 0g 和是 出和流入点的量的体积 。 二、 实验 过程 实验器材 表 1 示出的废食用油的属性。 水力旋流器几何尺寸 旋流室的水力旋流器的直径 D 为 35 毫米，锥角为 10 度， 水力旋流器的尺寸示于表 2。水力旋流器矩形 入口（ 510 毫米的）。 流程图 图 2 为废食用油连续从水力旋流器的顶部流进，通过旋流器把油液净化后，废水和污染物从水力旋流器的底部排出废水处理设施 并 流 入到下一个装置这一过程的示意图 。 通过测量流入油液、流出口和溢出口的浓度 来测量净化的效率。 图（ 2）图中粗 减压蒸馏装置 在常压和正空条件下油液脱水单元 三、实验 数据结果分析 压降比和雷诺系数之间的关系， 它们 之间的变化关系如下图 3，当流量 R 值相同时，压降比会随着雷诺系数的增大而下降。 当雷诺数大于 6000 年 ,随着雷诺数的增加 ,压降比 的下降时比较平缓的。 这说明 ,这两个压力下降 率 接近流量 的 增加率。 欧拉系数与雷诺系，它们之间的变化关系如图 4，由图可以看出欧拉系数随雷诺系数的增大而增大， 这表明 ,增加流量增加价值的 分离性能 雷诺数 对脱水效率的影响，雷诺系数是一个 对脱水效率影响比较关键的可控制变量， 图 5 反映的是雷诺系数和脱水率之间的关系。当雷诺系数小于 5400 是，脱水量随雷诺系数的增大而增大，当靠近5400 时脱水量达到最大，超过 5400 时，脱水量随雷诺系数的增大反而降低。 图 4 欧拉数和雷诺数。 图 5 雷诺数和脱水效率。 候，会发生强烈的乳化作用。这是由于剪切力作用引起液体粒子变小， 当发生乳化作用时，水力旋流器的的作用就是从一种密度小的均匀混合物中分离出来密度较大的乳化物质。 动和离心分离势力，必须建立一个最小的流量 生长强度随着流量的增加和分离效率的提高而变化。 欧拉数在脱水效率中的作用。图 6 显示了欧拉数和脱水效率之间的关系。通常 , 分离效率随着欧拉数的增加而提高提高，达到最大时的欧拉数是 1800。再增加欧拉数将导致分离效率急剧下降。 从表 3 的脱水结果中可以看出， ,当流量在 方米 /小时变化时，脱水效率从 80%到 94%范围内变动。水的浓度可以降低到 每升 。 图 6 欧拉系数与脱水率 废食 用油脱水结果 总结 在本文中 ,介绍了一种使用水利旋流器对废食用油进行脱水净化的新技术阶段，已经做了初步的工业试验且验证了该新技术的可行性，并且发现雷诺系数对脱水率有很明显的影响。在雷诺系数小于5400 的范围内，脱水率会随着雷诺系数的增大而提高，在雷诺系数为 5400 的时候脱水率达到最大值，此外继续增大雷诺系数，脱水率反而会降低。当入口时油液的雷诺数为 5000 5800 时，脱水可以使得油液中的含水量降低到 这些充分证明水力旋流器可以成功的脱去混在油液中的水。 原文下一页开始： 重 庆 理 工 大 学 毕业设计（论文）任务书 题目 润滑油多场联合净化装备设计 （任务起止日期 2013 年 2 月 25 日 2013 年 6 月 13 日） 机械工程学院 学院 机械设计制造及其自动化 专业 10904205 班 学生姓名 边少卿 学 号 10904020502 指导教师 系 主 任 二级学院院长 课题内容 电场净化环节结构设计及装配图。 课题任务要求 （ 1）查阅参考不少于 15 篇相关领域的文献； （ 2）按计划时间完成开题报告，文献综述，外文翻译； （ 3）对 润滑油多场联合净化装备原理进行分析 ； （ 4）拟订 润滑油多场联合净化装备 的设计方案 ； （ 5） 对润滑油多场联合净化装备的结构进行设计并绘制相应的图纸； 主要参考文献 （由指导教师选定） 参考文献： 1 徐高洋 , 陆明 . 船用废润滑油的再生 J. 中国资 源综合利用 , 2003, 12: 14 2 刘先斌 , 廖兰 . 废润滑油再生资源产业化问题的研究 J. 资源科学 , 2006, 28(2):186 3 李廷朝 , 程素萍 . 润滑油聚结脱水技术 J. 液压与气动 , 2003, 1:41 4 谷庆宝 , 王禹 , 高丰等 . 废润滑油再生利用的现状与面临的问题 J. 中国资源综合利用 , 2003, 7:11 5 曲飞宇 . 中国废润滑油市场状况及其利用分析 J. 新材料产业， 2008， 3:8 6 王建忠 . 液压油过滤脱水的研究 J. 黑龙江矿业学院学报 . 2000, 10(1):15 7 周开勤 机械零件手册 8 孙恒，陈作模，葛文杰 机械原理。 2005,12 同组设计者 注： 1、任务书由指导教师填写； 2、任务书在第七学期期末下达给学生。 学生完成毕业设计（论文）工作进度计划表 序号 毕业设计（论文）工作任务 工 作 进 度 日 程 安 排 周次 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 1 调研、收集资料 2 完成开题报告 3 完成文献翻译、文献综述 4 一级旋流机构和旋流电场设计 5 总装配图绘制 6 毕业设计论文撰写 （ 5 月 31 日前结束全部设计，资料交指导老师） 7 毕业设计答辩 及资料整理 注： 1、此表由指导教师填写； 2、此表每个学生一份，作为毕业设计（论文）检查工作进度之依据； 3、进度安排用“ ”在相应位置画出。 毕业设计（论文）阶段工作情况检查表 时间 第 一 阶 段（ 1 4 周） 第 二 阶 段（ 5 12 周） 第 三 阶 段（ 13 16 周） 内容 组织纪律 完 成 任 务 情 况 组织纪律 完 成 任 务 情 况 组织纪律 完 成 任 务 情 况 检 查 情 况 教师签字 签字 日期 签字 日期 签字 日期 注： 1、此表由指导教师认真填写； 2、“组织纪律”一栏根据学生具体执行情况如实填写； 3、“完成任务情况”一栏按学生是否按进度保质保量完成任务的情况填写； 4、对违纪和不能按时完成任务者，指导教师可根据情节轻重对该生提出警告或不能参加答辩的建议。 重 庆 理 工 大 学 毕 业 设 计（论文）开 题 报 告 题 目 润滑油多场联合净化装备设计 二级学院 机械工程学院 专 业 机械设计制造及自动 化 班 级 109040205 班 姓 名 边少卿 学 号 10904020502 指导教师 系 主 任 时 间 述 随着世界工业的不断发展，润滑油在机械、电力、运输和化工方面等诸多领域里边的运用越来越广泛，在全民经济的发展中占有者不可取代的地位。润滑油在设备的运行过程中主要是对设备的润滑、散热等作用，是工业日常生产中的不可或缺的一种石油产品，是用量仅次于燃油的第二大石油产品，据统计，世界品均每年对润滑油的使用量高达 4000 万吨。众所周知，润滑油的原材料也是石油，属于不可再生资源，且其原材料也比 较稀缺，只有少部分石油可以提炼为润滑油。还有就是它的加工过程费用也不较高，进而使得润滑油的整体成本就比较高。 由于润滑油在运输、使用及加工的过程中又会收到雨水、潮湿等不利因素的影响，造成润滑油被水污染，破坏其使用性能，同时也会使得使用的设备受到影响，不能正常工作，使得工业经济蒙受巨大的损失。可见，对润滑油的脱水处理问题是刻不容缓的，我们必须找到合适的方法去对其进行脱水净化，这样不仅可以延长润滑油的使用寿命、恢复其该有的理化性能，而且也可以避免被润滑设备遭受混入润滑油中的水的破坏。 在一定的真空度和油温条件下脱 气、脱水，并用特定的过滤介质滤除机械杂质，从而使油液得到净化的设备称为真空净油机（以下简称净油机），能高效除去污油中的杂质、水分、气体及水溶性酸碱等，使净化后的油接近或达到国家规定的质量标准，恢复使用性能。 内 外 对润滑油脱水净化方法的 现状及趋势 目前对润滑油脱水净化方面的研究做的不够多，没有引起研究人员的足够重视，造成这种状况主要的原因是： 1）由于当只有少量水混入润滑油中的时候不会对被润滑系统的运行造成太大的影响，没有引起人们的重视； 2）现在在润滑油脱水净化方面的技术还不够成熟，很多净化方面的问题不 能够得到很好的解决措施，因而给研究带来了很大的不便； 3） 由于润滑油与水本身的物理性质影响使得二者分离这一过程比较困难。 目前油与水分离采用的主要方法是真空减压加热法，当前润滑油脱水净化处理，常采用的是真空减压加热达到油水分离目的的的方法，使用滤油机 来进行润滑油脱水使其恢复使用性能，它的工作原理主要是根据水和润滑油之间挥 发度攒在差异在，同时在高真空度的条件下水的沸点会大大降低的真空干燥原理，并结合精密过滤等其他技术是它能达到净油目的。 真空滤油机的主要主要优势是能够充分脱去混在有野种极微量的水分，故而在对变 压器油液惊醒脱水时能够达到很好的净化效果，但是由于它具有能耗高和效率低等显著缺陷使得它净化含水量较多的透平油时效果就比较差，不能使得混入透平油中的水充分去除而达到恢复透平油本身理化性能的目的。为此我们提出了使用多场来达到脱去含数量较高的润滑油中的水 也就是多长联合对润滑油脱水净化。 次课毕业设计的目的 1） 更加 深入了解润滑油多场联合净化装备的工作原理。 2） 学习 掌握先进特种装备 系统 的设计方法。 3）提升设计复杂前沿性特种装备的能力。 4）提升创新能力和理论联系实际的能力。 次课毕业设计的意义 1）更加深入的了解了旋流器结构设计师需要考虑的因素。 2）掌握系统装备设计的方法以及在设计过程中应该注意的问题。 3）锻炼了自己运用理论知识去解决实际问题的能力。 本课题 采用多场来完成对混入水的润滑油进行脱水处理，它的整个工作过程是 ： 多场净化包括一级旋流脱水、二级旋流与脉冲电场组合脱水、真空加热脱水等环节。在系统处于负压的作用下高含水量润滑油经过一级旋流器，可以脱去颗粒乳化液滴以及部分的固体杂质（如金属颗粒、小沙等），粗滤器进一步出去杂质在二级旋 流器中融入脉冲电场，从一级旋流器流出的较小乳化液滴在电场作用下变大 ，在二级旋流器的作用下进一步脱水；从二级旋流器中出来的油液含水量极少，此时通过电场和旋流器很难净化了，此时油液经加热进入真空罐，在氮气的鼓吹作用下，使得油液中的水汽被吹散释放出去，同时也保护油液免受氧化，水蒸气进入冷凝器后凝结成水，此外系统还会设置内循环系统，能够使得油液得到深度净化脱水。 其需要解决的 任务目标 为： 1)作流量，电机功率的 选择 。 2) 3)实现目标的可行性分析 ： 1)行 本人在大学期间系统的学习了 机械工程材料 、 机械制造技术基础 、 互换性与测量技术基础 、 机械制造技术基础课程设计 、 用软件实训 、 机械设计课程设计 、 机械设计 、 机械工程测试技术 、 材料成型技术基础 、 机电测控接口技术 、 流体传动及控制 、 用软件实训 、机械制图、机械原理等相关专业 2)行 图书馆提供了良好 的学习、设计环境。能够使用相关指导书、技术 手册、图册等专业书籍 。网上拥有大量丰富的文献和资料，供我参考学习。 3)行 自己也掌握了 维制图软件 三维建模 软件。 1） 流机构设计 由于总体设备的体积比较小，应合理安排水力旋流器的 结构，使它既能既能满足初步脱水净化要求，而且还要使用最小的空间 。 问题解决思路： 首先是要根据脱水工艺的实际需求，确定旋流器的结构型式；根据形势利用混合油液各个相关物理量的影响来确定进料口和溢出口的直径的大小，以及溢流管插入的长度来确定其最终的结构，进而合理安排最内部各个构件。 2） 由于本设计中使用的电场是 脉冲电场，并且 电场是在第二部与旋流器产生的离心力共同作用来完成第二部的净化的，因此电场的结构要合理的设计安排。 问题解决思路： 首先是要根据脱水工艺的实际需求，确定旋流器的结构型式及相关的几何尺寸，最后根据脱水的实际工艺和旋流器的结构来确定电场的结构设计及集合尺寸的选择 3） 根据最终的净化需求，合理的设置真空单元，同时要合理的分配管路，达到既能合理占用空间，并且还能比较高效的对混合油也进行脱水净化。 问题解决思路： 根据真空泵排气速度与真空度的关系，确定真空泵的额定功率；根据真空度 和混合液滴汽化的条件确定加热形式及功率；由真空管内置斜板的结构与汽化的关系选择合理的板型；合理的安排管路。 工具书、计算机、实验、调研等）及解决办法。 （ 1）查找了大量的工具书，有机械设计、机械原理、机械设计手册、机械制造工艺与装备、机械制造技术基础、金属机械加工工艺人员手册、机械制造工艺学、机床夹具设计、水力旋流器技术与应用、机械零件 手册等。 （ 2）学校有图书馆，拥有大量丰富的文献和资料，能够使用相关指导书、技术 手册、图册等专业书籍 。 （ 3）做过一些市场调研，并了解国内润滑油净化脱水技术存在水平低、专用品少、质量参差不齐等差距。而大部分专利技术被国外垄断。现今，各种净油技术日趋成熟，如果能自主研发创新突破垄断，站在前人的基础上加以改进转换为自己的产品，将会有相当可观的前景。 （ 4）有相关的软件， 三维建模 决所提出的问题： 首先要查阅相关的资料、书籍，确定出解决问题的可行方法以及所需步骤； 然后通过论证分析校核，得出解决问题所需要的数据，再通过对比从而得到润滑油多场联合净化装备设计所需要的数据，通过验算校核确定最 终的数据， 最后再总结出自己的设计方案。 5、工作方案分析及进度计划 熟悉机械设备， 有相当深入的了解以及熟练使用，对开发技术都有相当深入的了解。 进度计划： 2013 年 2 月 25 日 3 月 3 日： 查阅资料、 确定题目、 学习相关基础知识； 2013 年 3 月 4 日 3 月 10 日：制定设计计划，起草开题报告； 2013 年 3 月 1 1 日 3 月 24 日： 修改前期开题报告的初稿并最终完成； 2013 年 3 月 25 日 4 月 14 日： 一级旋流器结构的设计； 2013 年 4 月 15 日 5 月 1 日： 旋流电场、真空单元结构的设计； 2013 年 5 月 2 日 5 月 15 日： 总体结构设计； 2013 年 5 月 16 日 5 月 26 日：论文定稿并由指导老师进行评阅，准备最终的毕业答辩 ; 报告人： (手签名 ) 年 月 日 指导教师意见 （要求手写） 指导教师： (手签名 ) 年 月 日 开题报告应根据教师下发的设计（论文）任务书，在指导教师的指导下由学生独立撰写。 文献综述 题 目 润滑油多场联合净化净化装备设计 学生姓名 边少卿 专业班级 109040205 班 学 号 10904020502 院 (系 ) 机械工程学院 指导教师 完成时间 1 一、 前言 随着世界工业的不断发展，润滑油在机械、电力、运输和化工方面等诸多领域里边的运用越来越广泛，在全民经济的发展中占有 着 不可取代的地位。润滑油在设备的运行过程中主要 起着 对设备的润滑、散热等作用，是工业日常生产中的不可或缺的一种石油产品，是用量仅次于燃油的第二大石油产品 1， 据统计，世界 品均每年对润滑油的使用量高达 4000 万吨。众所周知，润滑油的原材料也是石油，属于不可再生资源，且其原材料也比较稀缺，只有少部分石油可以提炼为润滑油 2。 还有就是它的加工过程费用也不较高，进而使得润滑油的整体成本就比较高。 由于润滑油在运输、使用及加工的过程中又会收到雨水、潮湿等不利因素的影响，造成润滑油被水污染，破坏其使用性能，同时也会使得使用的设备受到影响，不能正常工作，使得工业经济蒙受巨大的损失。可见，对润滑油的脱水处理问题是刻不容缓的，我们必须找到合适的方法去对其进行脱水净化，这样不仅可以延长润滑油 的使用寿命、恢复其该有的理化性能，而且也可以 避免被润滑设备遭受混入润滑油中的水的破坏。 本设计即是基于 日渐 成熟 的真空脱水净油技术、旋流脱水净油技术以及不但发展的电场破乳脱水净油 技术，针对目前车 各种净油法大度使用具有缺陷的情况 ，结合目前科学技术 对油液脱水净化 领域 里面 最新研究 技术 成果，设计了 一个集合上述三种净油技术 并且 补充各自缺陷的比较合理的 多场 联合净油设备。这样不但提高了设备的脱水效率、 而且也 使得脱水的质量得到保证 ，同时也减小了脱水设备的体积，充分发挥了目前 几种 净油技术的优势。 本文 主要 根据目前国内外学 者 润滑油脱水净化技术的 研究成果，借鉴他们的理论和原理，将它们运用在 润滑油多长联合净化装备设计上 。这些文献 为本文提供了 本文很大的参考价值，本文主要查阅了近几年中外有关于 润滑油脱水净化方面的 的书籍，论文和文献期刊。 二 、 润滑油脱水 净化原理 润滑油的破乳脱水有很多，它们采用的原理主要是利用水与润滑油之间的化学性质、物理性质的差异来对混入油液中的水进行去除的，因而脱水方法又可大致分为物理方法和化学方法。化学方法主要是采用加入化学试剂达到消耗水产生 2 其他容易从油液中除去进而达到脱水目的的方法；物理方法主要是利用润滑油和水之间物理性质的差异，利用物理中的场、加热等方法来达到脱水目的的方法。 化学破乳法 。化学破如法主要是 化学破乳剂法，由于化学破乳剂作用的局限性以及对环境的危害比较大，同时具有不稳定性极有可能导致润滑油理化性能完全丧失致使润滑油失效，适用性不强，故而目前应用的比较少。 物理破乳法 。乳化液的分离机理是分散相液滴的聚集和沉降，目前使用的物理破乳法大致概括为 提供外力或是能量给乳液从而使得相液滴的界面破坏而重新 聚集成大液滴进而促使沉降脱落，达到脱水目的，目前常用的脱水方法及其优缺点 表 见的润滑油物理破乳脱水方法 方 法 溶解水 乳化水 自由水 成本低 成本适中 成本高 沉降法 离心法 真空法 吸附法 聚结法 此外近几年还出现了微波法、超声波法等新型乳化油破乳方法，但目前还都处于研究阶段，没有用于实际的工业生产。 三 、 当前润滑油脱水 方法 及 其 缺陷 当前润滑油脱水净化处理，常采用的是真空减压加热达到油水分离目的的的方法 ，使用滤油机 来进行润滑油脱水使其恢复使用性能 ， 它的工作原理主要是根据水和润滑油之间挥发度攒在差 异在，同时 在高真空度的条件下水的沸点会大大降低的真空干燥原理， 并结合精密过滤等其他技术是它能达到净油目的。 3 图 1 真空滤油机的主要主要优势是能够充分脱去混在有野种极微量的水分，故而在对变压器油液惊醒脱水时能够达到很好的净化效果，但是由于它具有能耗高和效率低等显著缺陷使得它净化含水量较多的透平油时效果就比较差，不能使得混入透平油中的水充分去除而达到恢复透平油本身理化性能的目的。 为此我们提出了使用多场来达到脱去含数量较高的润滑油中的水 也就是多长联合对润滑油脱水净化。 四 、 目前多场净化脱水技术研究的现状 1、 旋流脱水 由于 油 和水密度不同，故而当油水混合液旋转时，它们将受到不同的离心力作用，在离心力的作用下，油和水 会 比较彻底的分离开来， 而且只需要短暂的停留时间和较小体积的设备，采用这一原理进行油水分离的主要设备是水力旋流器。旋流脱水原理：液体混合物从入口处沿切向以高速进入入口段后，产生高速旋转，由于混混合物各组分的密度不同，受到离心力的作用后，密度比较大的组分会向旋流器回转壁处移动，最后在避免附近聚集，随着旋转的进行，逐渐从出口流出旋流器；与之刚好相反的是，密度比较小的组分将向相反方向及旋流器的中心处运动，形成 中心核，流入入口处，最终逐渐溢出，通过这一过程实现轻重组分的分离 13。 从 20 世纪 60 年代末开始，在英国南安浦东大学 授的带领下，多向流与机械分离室就开始了对水中去油旋流器的研究，经过长达 15 年时间的研 4 究，发明了双锥双入口型 液液旋流器。随后 ， A B 等人设计出的与双锥型具有相同的分离性能，但处理能力比单锥型旋流器高出一倍 ,经过几何优化设计， 司提出了 K 型旋流器，对于直径小于 10 m 油滴分离性能提高更加明显。 1989 年以来，国内一些科研院所开始在仿制的基础上进行研究 ，包括影响旋流脱油性能的参数、速度场、计算机模拟等。但是，一方面由于旋流器内流场 (三维不对称湍流多相流流动 )的复杂性，另一方面由于国内研究起步晚、起点低，缺乏系统性的研究，旋流脱油技术还没有全面推广。 近两年，国外的旋流分离器技术发展比较快。 人设计出的人设计研制出一种新型三相旋流分离器。用于分离固 水混合乳化油，系统研究了入口进料量对分离效率的影响，在节约能耗方面优势突出，取得了比较好的效果。 1. 2. . . 5. 6. 7. 8. 9. 11. 2三相旋流分离器 人 就 乳化油中分散相的入 口速度、进出口压力差及密度对旋流器分离效率的影响， 通过数学模拟的方法研究了 为进一步开发高效旋流脱水设备提供理论依据。 人人研究表明旋流器溢流管深度为圆柱段长度的一半时，脱水效果最佳。 可见，关于旋流器现有的理论及设备研究主要围绕其结构参数及系统条件对 5 脱水效率的影响与优化展开的，但是旋流器的结构型式的变化不大。 2、 脉冲电场脱水 电破乳法是 20 世纪 80 年代发展起来的 一种 破乳方法，脉冲电场脱水是 在 常规电场脱水 基础上 发展起来的 一种 新型 的 脱水方法，它是利用电流产生高频振荡电磁场具有的位移效应、热效应和电中和作用来改变乳状液的性质，使乳状液滴在电场中被极化，产生电聚结力，以克服乳状液滴之间的排斥力作用，使液滴产生絮凝、聚结、凝并，进而使油水分离实现破乳，具有破乳速度快、结构简单及能耗低等特点 。 授最先提出 脉冲电场破乳 理论 ，也是脉冲电场破乳理论研究的奠基人。他认为 只有水颗粒被完全极化 高压脉冲 场中分散相水颗粒之间 才会 发生聚结，且存在一个使破乳效果 达到最佳状态 的 频率 最优 脉冲频率。1991 年前后， 英国石 油公司 ( 资助 下做了一个 课题组开展了 对 wo 型原油乳化液的高压脉冲 场破乳研究， 他 在有效容积为 180 200 静电聚结器上进行连续流动实验，分别对 含水率、工作温度、电场停留时间、破乳剂含量等 因素 对脱水性能的影响进行了 试验分析 ，结果表明高压脉冲 场能够较好地处理含水率高达 5O 的原油乳化液。为了适应更大处理量的要求，团又研制开发了多流道静电预聚结器（如图），该装置使用圆柱状同心电极，交替带电和接地，电极组件采用在导电体上带丝状缠绕绝缘层的技术。 图 3 多流道静电预聚结器 3、 真空加热脱水 真空脱水法装置是将油液在负压条件，加热到一定温度，油和水根据它们不 6 同的沸点，通过真空蒸馏分离。真空脱水法可以去除自由水、乳化水和溶解水。目前普遍采用真空减压处理的方法进行油与水的分离处理，利用真空净油设备（原理图如图）恢复油液的使用性能 ，但因真空处理过程中水分蒸发过程的复杂性，国内外尚无非常成熟的真空脱水理论和定量的说明方法，在一定程度上影响了该领域的发展。污染油液经过粗滤器，由输油泵输送到加热器加热后，再经过精滤器进入真空室进行脱水处理。脱水净化 后的油液聚集在真空室的底部，并由排油泵排出。真空室的水蒸气被真空泵抽出，经过冷凝器凝结成水，收集在贮水器中。同时，为了能使含水的油液以较大的界面面积与空气接触较长的时间，在真空室中加分散网，使喷淋下来的油液分散在分离材料的表面形成很薄的薄膜，增大油液的表面积。实验证明在不隔绝空气的条件下，将油液加热到 8O 以上时，油液氧化的速度大大加快，其中的一部分添加剂也会很快分解或消耗。因此，在真空脱水过程中，要尽量降低脱水温度，提高真空度。 五 、结束语 综上所诉， 随着 工业经济的不断 高速 发展 ， 润滑油的需求量越来越 大， 润滑油的浪费问题日益严峻， 石油资源日渐枯竭，因而对 润滑油净化 的净化也日趋重要。 我们既要提高润滑油的利用效率，又要研究出更加优化的储存、运输润滑油的方法，减少它被水污染的几率，同时也要不断探究出更加优化的净化润滑油的方法，是它能够重复使用，进而延长润滑油的使用寿面，提高润滑油的使用效率 7 这样可以跟好的为工业经济的发展提供更加持久的资源。 参考文献 1 徐高洋 , 陆明 . 船用废润滑油的再生 J. 中国资源综合利用 , 2003, 12: 14 2 刘先斌 , 廖兰 . 废润滑油再生资源产业化问题的研究 J. 资源科学 , 2006, 28(2):186 3 李廷朝 , 程素萍 . 润滑油聚结脱水技术 J. 液压与气动 , 2003, 1:41 4 谷庆宝 , 王禹 , 高丰等 . 废润滑油再生利用的现状与面临的问题 J. 中国资源综合利用 , 2003, 7:11 5 曲飞宇 . 中国废润滑油市场状况及其利用分析 J. 新材料产业， 2008，3:8 6 王建忠 . 液压油过滤脱水的研究 J. 黑龙江矿业学院学报 . 2000, 10(1):15 7 刘先斌 , 廖兰 , 黄菊 . 重庆市废润滑 油的污染现状及改善策略的研究 J. 环境科学与技术 , 2007, 31(1): 44 8 柳志宏 . 变废为宝的新思路 新型废油再生技术 J. 科技创新与品牌 , 2008, 12:50 9 戴钧 樑 . 废润滑油再生 M. 北京 :中国石化出版社 , 1999, 83 10 贾玉梅 ,张贤明 ,任宏飞 J自然科学版 ),2007,27(4):41111 袁惠新 . 旋 流 分 离 技 术 的 现 状 与 应 用 前 景 J. 化 工 机械 ,2002,29(6):35912 T ， C a 1998:7713 刘志军，张大为，石杰等旋液式油水分离器性能研究 J石油化工设备，1998,2： 27 31. 14 丁艺，陈家庆 . 高压脉冲 场破乳技术研究 J010,18（ 2）： 2715 吴山东，刘亚莉等 . 润滑油脱水工艺及检测方法 J2007,22（ 4）：6116 龚海峰 , 宋世远 , 彭烨 . 乳化油液中椭球形液滴间电场力的理论计算 . 化 8 工学报 , 2009, 60(7): 1719（ 录 号： 20093112227888） . 17 龚海峰 ,涂亚庆 ,宋世远 ,彭烨 . 电场作用下乳化液中 乳胶粒子的稳态变形力学模型 油加工）， 2010， 26(4):600（ 录 号：20104113283184） . 18 龚海峰，史永刚 和 梅林 . 电场作用下 W/O 型乳状液液滴的极化模型及计算 . 后勤工程学院学报 , 2009, 25(3): 4419 黄福盛，涂建山 . 提高真空滤油机脱水效率的措施 J. 过滤与分离 ,2008,18(4):4020 i, on of by J. 1993, 13(1): 5121 u. of a 2010,28: 916 921. 重庆理工大学毕业论文 润滑油多场联合净化装备设计 目 录 摘 要 1 绪论 1 2 润滑油多场联合净化装备总体设计 2 级旋流器的设计 3 流器的分类 3 力旋流器及其工作过程 4 离原理及其发展概况 4 4 力旋流器在煤炭工业中的应用 5 力旋流器在选矿工业中的应用 5 力旋流器在食品工业中的应用 6 力旋流器在污水处理中的应用 6 力旋流器在造纸中的应用 7 力旋流器在石油业中的应用 8 力旋流器选型 9 常见液 液分离水力旋流器的结构 10 力旋流器机构设计及参数设计 11 小锥角的选择 12 体直径 D 确定 12 管长度的选择 12 口设计 12 流器的端盖 13 流器的安装 13 流电场的设计 14 流电场的简介 14 流电场的工作原理 14 场的选择 15 极的分布情况 15 流电场 16 空单元 16 空单元元件元件的选用 17 重庆理工大学毕业论文 润滑油多场联合净化装备设计 路设计及装配 18 3 总结 20 致谢 21 参考文献 22 文献综述 24 重庆理工大学毕业论文 润滑油多场联合净化装备设计 I 摘要 随着世界经济的不断高速发展，机械、电力、运输和化工等基础工业也在不断发生着日新月异的变化。作为工业日常生产过程中机械设备运转必备品，且有润滑作用的润滑油来说，它的需求量也越来越大。润滑油是从石油中提炼出来的 ，是工业生产过程中不可或缺的一种石油产品，也是一种不可再生资源，而且润滑油的加工成本比较高，因此它的再利用是很有必要的，这样做既环保又节能。水是使润滑油液受到污染的常见外来污染物，因而润滑油脱水净化也是润滑油液二次利用的必备途径。 目前油液脱水的主要方法是真空加热法，本文的主要内容是润滑油多场联合净化装备设计，所谓润滑油多场联合净化装备就是利用旋流场、电场和重力场等来对润滑油中的水和其他影响润滑油使用性能的杂质进行处理的一种特种设备。由于真空加热脱水单元已经设计完毕，本次主要做的主要是是第一级旋流器和旋流电 场的设计以及管路设计。 关键词 ：液 液分离旋流器；电场；加热真空脱水；油水分离；润滑油 重庆理工大学毕业论文 润滑油多场联合净化装备设计 s so of as of in of is is it is a of is in of is So it is to is in so is an to is a of to of is on of a of as is in a of 重庆理工大学毕业论文 润滑油多场联合净化装备设计 1 1 绪论 滑油多场联合净化装备的概述 润滑油多场联合净化装备的脱水过程可以简单地分为三个大的步骤：首先是经过第一级旋流器，利用旋流场的作用使得一部分水和润滑油液分开，达到脱水目的；然后是未被完全净化的油液进入 第二级装有脉冲电场的旋流器，在电场和旋流场的共同作用下进一步脱水净化油液；第三步是在第二步步处理完的油液通过真空加热脱水过程最终达到润滑油液脱水的目的。具体的工作流程如下图 1图 1润滑油多长联合净化装备工作原理图 此特种装备具备以下特点： 1)结构简单、占用空间少、使用灵活，适合多种场合。 2)可以挂车上，移动方便，拆装和维护比较简单。 3)使用氮气保护冷却技术能够很好的保证净化后的油液不受氧化二次破坏。 4)采用目前比较先进的油液脱水技术，多场联合使用发 挥各种场力的作 用，节能高效。 滑油多场联合净化装备设计研究的意义 由于润滑油在运输、使用及加工的过程中容易受到雨水、潮湿等不利因素的影响，造成润滑油被水污染，破坏其使用性能，同时也会使得使用的设备受到影响，不能正常工作，进而使工业经济蒙受巨大的损失，所以对润滑油的脱水处理重庆理工大学毕业论文 润滑油多场联合净化装备设计 2 问题的解决是刻不容缓的。我们必须找到合适的方法去对其进行脱水净化，这样不仅可以延长润滑油的使用寿命、恢复其该有的理化性能，而且也可以避免被润滑设备遭受混入润滑油中的水的破坏。在一定的真空度和油温条件 下脱气、脱水，并用特定的过滤介质滤除机械杂质，从而使油液得到净化，这样的设备称为真空净油机（以下简称净油机）。它能高效除去污油中的杂质、水分、气体及水溶性酸碱等，使净化后的油接近或达到国家规定的质量标准，恢复使用性能。 目前在工业上主要采用的油液脱水技术是真空加热脱水（装备如图 1使用液 液分离旋流器脱水（装备如图 1两种方式。前者由于具有效率低和能耗高等缺陷而不能被大范围推广使用，只能用在含水量比较低的油液处理场合，如变压器油液脱水处理。后者的缺陷是由于脱水净化的质量不高而不能被使用在对脱水要 求比较高的场合里。本设计是结合上述两种技术并增加了脉冲电场技术而构思设计的润滑油多场联合净化装备。此设备可以充分利用真空加热脱水法和旋流场脱水法两者的优势，同时又互补了两者的不足，从而使得此设备能够实现低功耗，高脱水效果的目的。 图 1重庆理工大学毕业论文 润滑油多场联合净化装备设计 3 图 1相分离旋流器 重庆理工大学毕业论文 润滑油多场联合净化装备设计 4 2 润滑油多场联合净化装备总体设计 在润滑油多场联合净化设备中，一级旋流器、二级旋流电场和真空脱水部分起主要的作用。本章中将依次对它们常见的种类、基本原理和本装备所选择的类型以及结构的设计 进行分析。 级旋流器的设计 流器的分类 旋流器按分离介质种类可分为水利旋流器和风力旋流器两种。它们之间主要的不同点是水力旋流器分离介质是水，而分离旋流器的分离介质是空气，但是它们的分离原理基本相同，且结构也没有太大的差别。由于我们本次设计过程中的目标要求是脱去混在润滑油当中的水，所以我们在本装备中使用的是水力旋流器，因而我们接下来也主要介绍水力旋流器。 水力旋流器及其工作过程 按照 初给出的水力旋流器的定义，水力旋流器是一种利用流体压力产生的旋转运动的装置。 随着后续对旋流器理论的不断研究和认识，这一定义虽然不够全面但是他却道出了旋流器工作的本质特征 它在正常工作的时候，液体由于受到压力作用，以一定的初速度由旋流器的入口处沿着旋流器内壁的切线方向进入旋流器的内腔，然后沿着内腔做高速的旋转运动，从而使得其内部的各组分受到离心力作用。 力旋流器的分类、分离原理及其发展概况 应水利旋流器主要分为固 液分离旋流器（常规结构如图 2液 液分离旋流器（常规结构如图 2水利旋流器进行分离的基本原理是利用不相互溶介质之间存在的密度差 而进行离心分离，使得密度小的一部分介质迁移向轴心位置，密度大的那部分运动到旋流器壁的位置，最终密度小的从溢流口溢出而密度大的那部分最终沉降经排出口，排出旋流器而最终完成不同相之间的相互分离(分离过程原理图如图 2 重庆理工大学毕业论文 润滑油多场联合净化装备设计 5 图 2 图 2 图 2固 器结构图 器结构图 器结构 图 旋流分离技术从被提出到目前基本成熟且被广泛使用在工业领域，一共经历了 100 多年的时间。这项技术曾在 1891 年就已经被 出，而且当年在美国还获得了世界上第一项水力旋流器的专利。由于各种原因使得这项专利技术只是被认可，但并没有在工业实际当中应用或推广。一直到 40多年后的 1939，才被 荷兰一座煤矿上用于煤泥水的澄清作业，至此才算是水力旋流器在工业上边的第一次使用。虽然由于当时技术以及相关方面理论欠缺等原因使得当时的水力旋流器的架构并没有现在的这么完美，但这毕竟还是在旋流器应用上迈出了艰难的第一步，为旋流器发展史奠定了坚实的基础。 到了上个世纪的五六十年代，水力旋流器开始在世界各地的选矿厂被广泛使用。此时的旋流器在机器狗方面已经发生了很大的改进，很快被规范成为现在常用的这种比较标准的结构形式，而且人们对旋流器理论方面的研究也更加深入，并出现了 于水利旋流器三维流动的经典型描述。这些描述虽然比较局限，但是在旋流器的发展史上对后人继续研究有着广泛而深远的意义，即使在目前仍然具有一定的权威。这些都是停 留在液 固分离，虽然液 液分离可行的理论早就被英国学者 是一直没被在实际的工业生产中用到，应用比较广泛的还是固 液分离。随着人们的不断升入研究，后来又出现了气 重庆理工大学毕业论文 润滑油多场联合净化装备设计 6 液分离理论。由于液 液分离理论应用和发展的比较晚，直到上个世纪六十年代后期，英国南安大学的 开始用实验方法来证实使用水流旋流器对油水分离的可行性。又经过大约十年的实验和研究最终证实了使用水力旋流器进行油水分离的可行性，并发明了双锥段、双入口的液 液分离旋流器（其结构如图）。后来他们设计的旋流器在澳大利亚 田的平台上进行实验，实验的结果非常理想，从此，这种旋流器被慢慢投入到石油工业生产中，也就使得水力旋流器又在另一个新的领域里边得到了应用。在这个年代水力旋流器的应用范围被空前扩大，人们对旋流器的研究也越来越成熟，对其内部的运动特征、分离相的粒径、分离能力等方面进行了比较深入的研究，提出了不同的研究模型、解决实际问题的理论以及计算公式，把旋流器的研究和应用推向了它的最高峰。 图 2 水力旋流器的应用概况 水力旋流器是一种使用物理原理来达到 分离目的的设备，是在离心力场的作用下来实现分离粒径 (密度）不相同且不互溶的不同相目的的高效分离设备。根据其分离的原理及特性，水力旋流器目前主要用在煤炭工业、选矿工业、食品加工中业、污水处理、造纸业、化工业和石油业等领域。 力旋流器在煤炭工业中的应用 由上述旋流器发展概况可以了解到，水力旋流器最初开始就是在煤炭工业中得到应用。在当今世界，作为主要能源之一的煤炭可以有发电、供暖、燃料和化工原料等多种用途，煤炭在我国的能源领域占据着极为重要的地位。随着全球工业的发展，对煤炭的要求也越来越高，不论 是数量还是质量，因而选煤已成为煤炭工业中提高煤炭质量的一个必备环节。水力旋流器在很多选煤厂都得到了广泛重庆理工大学毕业论文 润滑油多场联合净化装备设计 7 的应用。图 2三产品中介选煤的流程图 力旋流器在选矿工业中的应用 选矿工业也是水力旋流器最初被应用到的行业之一，在目前大型的选矿工厂几乎各段磨矿中都要使用水力旋流器，以前普遍使用的螺旋分级机以基本被完全被取代。而且水力旋流器也已和球磨机配套使用形成了比较成熟的流水化作业。图 2 图 2三产品重介质选煤工艺流程图 力旋流器在食品工业 中的应用 旋流器在食品行业也有广泛的应用，比如在淀粉、蔗糖和乳制品等加工过程中的清洗、分离、浓缩、精致等工艺上都使用了水力旋流器。 目前，大规模淀粉生产西线基本上都是采用水力旋流器全旋流工艺过程，这样不仅能够提高淀粉的产出率而且同时能提高淀粉的加工效率，节约人力物力，适合大批量生产。图 2使用马铃薯作为淀粉原料进行淀粉加过的全旋流过程。 重庆理工大学毕业论文 润滑油多场联合净化装备设计 8 图 2马铃薯淀粉全旋流分离系统流程图 力旋流器在污水处理中的应用 当今世界随着经济不断的高速发展，人口不断增长，使得环境受到污染的成都越来越严 重，水污染的现象越来越严重，因而生活污水和工业污水的处理必须引起人们足够的重视， 随着旋流器被广泛应用，旋流分离器凭借其种高效节能的特征被应用到含油污水的处理上边。通过多级旋流器共同作用，可以把含油污水中的油液有效的分离出去达到进化的目的。图 2 图 2力旋流器在造纸中的应用 在造纸业当中，采用机械或者化学的方法将造纸原料（木材或者废纸等）支重庆理工大学毕业论文 润滑油多场联合净化装备设计 9 撑纸浆，然后再经过必要的净化处理。净化的主要原理就是利用杂质和纸浆他们之间的密度差来实现净化的。 以前常采用的方法主要是靠重力来沉降，过程虽然简单，但是效率比较低，而且需要的空间比较大，原料的利用率不高，浪费人力。随着水利旋流器不断在工业中的应用，现在纸浆净化这个必要的过程采用了水利旋流器净化，这样既节省时间空间，又能高效地利用纸浆。目前造纸行业已经广泛使用水力旋流器来进行纸浆净化，图 2造纸业中比较常用的旋流器的三种类型，图 2 图 2纸工业中常用的前向式反向式和贯通式水力旋流器 图 2力旋流器在石 油业中的应用 水力旋流器在石油工业中的应用比较广泛，目前水力旋流器在石油方面的应重庆理工大学毕业论文 润滑油多场联合净化装备设计 10 用有原油脱气、原油除沙、油水预分离、原油脱水和井下油水分离等。长时间以来，油田井上工艺过程中的很多分离都是采用重力沉降，这样既浪费时间而且还需要很大的空间以及人力资源，同时效果还不是很理想，不能高质量除水，不能高效的利用原油，造成一定的浪费。常规工艺过程（如图 2弊端使得目前很多油田相继进入高含水低含沙阶段，这种恶性循环使得各油田脱水处理系统的负荷越来越重，投入的设备及相应的成本逐年增加。针对这一实际情况，水力旋流技术作 为物理分离技术，将慢慢的取代油田井上净化工艺过程中以往采用的重力沉降技术。此外，随着旋流技术的不断发展，水流旋流技术也慢慢的被应用在油水预分离过程和井下油水分离过程（如图 2图 2油田井上除砂工艺流程 图 2图 2钱井上旋流除砂工艺 由上述所述的可以了解到，随着水力旋流技术的不断发展，旋流器的应用范围将会越来越广。 力旋流器选型 由于本设计中设计的要求主要是利用旋流器来分离混入润滑油液中的水，故而此设计中使用的是液 液分离水力 旋流器。 重庆理工大学毕业论文 润滑油多场联合净化装备设计 11 常见液 液分离水力旋流器的结构 目前常见的比较有代表性的液 液分离水力旋流器的结构 ; 图 2力旋流器结构及主要尺寸 液 液分离水利旋流器的结构与固 液分离水力旋流器的结构比较相似，它的主体由三部分组成：第一部分是圆柱段的旋流腔，直径由 示，是水力旋流器的重要参数之一，它的大小决定着旋流器处理能力；锥角为 的大锥段 ;锥角为 的小锥角。大锥角段的直径 D 是旋流器的主体直径，旋流器的轴向长度用 示 ，大锥角和小锥角是两个极为重要的参数，它们的改变将极大的影响到液液分离的性能。第二部分是水力旋流器的入口，入口的直径 的形状常见的有矩形的和圆形的两种。液 液分离旋流器的入口可有单入口、双入口、三入口以及多入口等，不过比较常用的是双入口式的，因为这种结构液体能够更加平稳的进入旋流腔，并在腔内产生比较稳定的涡流。第三部分是溢流口，用直径 示，它的大小主要与分离的物质有关系也就是用途相关。一般的原则是比如从轻质的液体中分离比较重的液体时，轻质的液体比较多，重的比较少，由于溢流口实轻质液体流出的端口，因 此溢流口的直径就要大点，相反，溢流口德直径就比较小。对于溢流管的伸入长度 同的分离有不同的比例。最后一部分是尾管，它主要是一段比较长的圆柱形管子，直径为 管的长度 在液 液分离水力旋流器中，以上的结构参数除了两个锥角的参数外， 庆理工大学毕业论文 润滑油多场联合净化装备设计 12 d呈现一定的比例关系，因此在设计的过程中大锥角 和小锥角 是 首先要确定的参数。 力旋流器机构设计及参数设计 液 液分离水力旋流器的主要机构特点是小直径、 小锥角、长椎体和长筒体。通常直径 0大的为 于本设计的目的是除去润滑油液中的水，选择的直径太小了会使得设备处理能力比较低，故而本次设计的时候要选择直径要比较大，这样才能提高处理的效率。目前液 液分离旋流器比较典型的各个尺寸的比例关系是 人给出的从水中脱由旋流器的结构比例，结构图（如图 2当旋流器腔的直径为 2料口的直径为 锥给料 )、溢流口的直径为 流口的直径为 锥角为20o 小锥角为 这种旋流器处理含油量小于 3%的含油污水时，除油率可达到 97%。 图 2液分离旋流管的结构示意图 小锥角的选择 由于本次设计的目的是从油液中除水旋流器脱水的目的是脱去润滑油液中重庆理工大学毕业论文 润滑油多场联合净化装备设计 13 较大部分的水，所以我们参考 计的 它为基础进行设计选择，大锥段选择 20o 小锥角选择 体直径 D 确定 考虑到到经典结构的比例关系以及本次设计的目的， 果选择的比较大的话旋流器的总体长度会太大， 会造成空间的浪费，我们选择 0样旋流器的总长为 42 401680管长度的选择 上述计算的总体长度还是达不到预定的要求，会造成空间浪费。由于液体在顺着管壁做旋转运动的过程中由于受到自身重力以及管壁摩擦等阻碍作用的影响，使得液体的沿管壁的水平速度逐渐降低，同时言管壁下方的速度逐渐增大。这样使得液体在尾管部分停留的时间比较短，对整体油水分离的效果所起作用比较小。我们本设计中采用旋流器的目的就是为了使用旋流器脱去油液中比较大的水，而对脱水的效果没做太多的要求，此外当旋流器 的整体整体高度比较大的话会影响油液入口的速度，这样会影响到旋流器的脱水效果，综上几个原因本次设计我设计的方案是直接去掉尾管，这样会是整体的长度降低。整体长度带入数据计算的到总长为 。 a a L 990样比较合，既能达到脱水目的又能节省整体空间还能达到增大入口处速度的目的 。 口设计 液 液分离旋流器入口的常见形状为方形和原型两种 。由于本次设计中主要用的是润滑油脱水处理，而且旋流脱水只是其中的一个环节，中间各个环节的连接会用到圆管连接，故而旋流器的入口采用圆形设计，这样设计不仅方便和其它脱水环节的连接而且也别于加工，使得加工工艺比较简单。上述的比较典型的那种旋流器为双入口旋流器，因为本次设计的时候油液主要是靠后边真空罐的真空环境，使得油液在大气压的作用下流入旋流器，进而完成脱水流程。油液在这种作用下和油泵作用下的速度差别比较大，因此我们本设计为了达到油液高速的目的，我们采用单入口设计。出于油液加速的目的，本设计中采用孔口逐渐缩小的重庆理工大学毕业论文 润滑油多场联合净化装备设计 14 这 种设计思路，根据经典旋流器的结构入口直径为 4是为了加速，我们采用外入口的直径为 200样和经典旋流器之间差距不大同时也能达到脱水的效果。（具体的结构见附图旋流器装配图） 流器的端盖 旋流器的盖子主要有两部分，一部分是起密封作用的，另一部分就是溢流管。 溢流管也是旋流器的一个比较重要的部分，它的设计准则主要是看旋流器的用途。由于我们本次设计的目的是使用旋流器对润滑油惊醒脱水净化，水的比重比油要轻，含水量小于含油量，故而润滑油是主体。净 化过程中要求流出去的水比较少而油比较多，故而我们溢流口设计的要和入口接近，这里我们选择溢流口的直径和外入口的直径相等为 20流管升入的长度，上述经典模型升入的长度为 0，溢流管一般的升入值为 由于本装备中主要是从油液中脱水出来，润滑油量比较多，含水量比较少，所以我们希望分离后的油液迅速从溢流口流出旋流器，因而我们设计溢管伸入的长度 40壁的壁厚为 10子的另一部分主要起密封作用。 由于本设备中油液主要是靠真空泵中的负压使得油液在大气压的作用下压入旋流器，为了方便和旋流主 体的连接，选择端盖的厚度为 10为旋流器的材料是不锈钢，刚度和硬度都比较好，而且液体在旋转过程中对内壁的撞击不大，故而端盖的厚度完全满足条件。 流器的安装 在生产的实践当中我们常用的旋流器有四种方式：正装、倒装、斜装和平装。装配方式分别如下图， 重庆理工大学毕业论文 润滑油多场联合净化装备设计 15 图 2力旋流器不同的安装方式 正装： 旋流器的轴线垂直于水平线，但溢流口在上边，沉沙口在下边，多用于分级、脱泥、浓缩澄清等操作，特别是单台使用。 倒装： 和正装刚好想法，溢流口位于下边，轴线垂直于水平线，主要用于选别作业时。 斜装： 旋 流器的轴线和水平线成一定的角度。一般是用在多台旋流器配置组合使用的情况。 平装： 旋流器的轴线痛水平线相平行。 综上可知本设计中的旋流器采用正装。 流电场的设计 流电场的简介 所谓旋流电场，就是在旋流器内部加了一个电场，也就是旋流场和电场的综合体，简称旋流电场。 流电场的工作原理 由于混入润滑油中的水主要是以小水滴的形式存在，经过第一级旋流器作用，较大的水滴会聚合到一起而最终由于离心作用达到油水分离效果，剩下较小的水滴在旋流器的作用下不会发生聚合，还会继续从在油液当中。 虽然油液本身是电中性的，但是油液中单个水滴是带点的，这样小水滴就会在电场的作用下有一定的方向偏移，在移动的过程中两个水滴碰撞就会发生聚合而变成一个比较大的水滴，较大的水滴就会在旋流器的作用下与油液分开进而又一次起到脱水作用，本次可以起到脱去较小水滴的目的。 场的选择 电场分为直流电场和脉冲电场，在本设计要求中，如果采用直流电场，单个带点小水滴受到的电场力的作用是恒定的，在电场力作用下的运动状态比较稳定。但是当其受到脉冲电场作用的情况下，结果就会有所不同，小水滴就会发生抖动，这样就就使得两个小 水滴发生聚合的概率增大，从而有利于旋流脱水能更好的实现旋流场和电场的综合使用，因此本次设计主要选择脉冲电场。 流电场的结构 第一级旋流器的结构已经设计好，我们参考第一级旋流器的参数，进行第重庆理工大学毕业论文 润滑油多场联合净化装备设计 16 二级旋流器的设计，比较重要的那几个旋流器的参数 大锥角、小锥角、尾管长度、入口直径、溢流口直径和内腔直径等。 要产生电场就要有电极板，电极板的安装有两种情况，一种是加载旋流器的内部，另一种是加在旋流器的外部。旋流器本身是不锈钢的空壳结构，电场不能加在旋流器的外部，旋流器本身的结构导致它对外部来的电场有屏蔽 作用。因而电场只有加载与旋流器的内部也就是旋流器的内腔中。 由于由于液体要沿着旋流器的内壁旋转，因而电场不能采用通常的两块相同大小的平行平板平行，因为这种机构会阻碍液体的旋转。故而我们采用曲面电场极板。液体流动，要把阻力减到最小，因此采用环形电场极板，也就是直接把电场极板做成圆环形，安装在旋流器的内部。这样既可以起到电场极板的作用，又可以不影响旋流器的正常工作。由于旋流器是不锈钢做的，是导体，要导电，出于安全考虑要绝缘保护，所以要在旋流器腔内壁壁和电极之间加一层绝缘材料，设计的结构见装配图。 由于绝缘材料和 电极之间要要形成电场，电极板必须是成对出现的。由于第一块极板设计成环形，所以另一块极板还采用环形设计，而且两个环形同心。为了结构要求，另一块电极板安装在溢流管上，同样溢流管也是不锈钢材质，直接安装上去不安全，为了保证绝缘同样在环形电极和溢流管中间加一层绝缘材料。 电极的裸露情况 本设计采用裸露电极，因为裸露电极有个好处就是带电的小水滴会在碰到电场的情况下，带电荷的性质发生变化，会往返运动，这样会增加不同小水滴之间发生碰撞进而聚合机会，这样可以提高旋流器的脱水效果。电场的结构图如图所示， 图 2电场结构图 重庆理工大学毕业论文 润滑油多场联合净化装备设计 17 流电场 由于本级旋流器的设计还采用一级旋流器的基本参数，只有旋流器的主体圆柱段发生了变化，结合上述电场设计，最终旋流电场的设计方案如下图 图 2流电场 空净化部分元件选型 空单元脱水原理 润滑油经过第一级旋流器和第二级旋流电场并不能全部脱水，只是脱去了混入油液中粒径较大的水滴，较小粒径的水并不能通过旋流场和电场除去。因此本装备还有第三级脱水处理 真空加热脱水，进行进一步的脱水过程。脱水的原理是，在低于大气压的条件下，溶液的沸点要降低，在低于正常沸点的情况下将达到沸腾状态。润滑油和水两者之间的沸点差距较大，水先在低于 100 摄氏度的条件下实现沸腾。在沸腾的过程中小水滴会不断地以水蒸气的形式会发出油液在经过真空泵抽吸出正空管，最终遇到冷凝器凝结成水，最终从润滑油中完全脱去。 真空单元 真空单元主要包括真空泵和真空罐两个部分。真空罐的容积主要通过油液的单位流量来确定的，由于先开始经过两及旋流器的脱水作用。 由于第一级旋流其 的入口子直径是 20二级旋流电场则是第一级溢流出来的油液再次通过第二级旋流电场的作用脱水。故而可以想象到单位时间内油重庆理工大学毕业论文 润滑油多场联合净化装备设计 18 液的流量并不大，现在我们假设一个小时通油液的流量为 30L/h，由于一般理论上真空罐的体积应该是单位时间内流量的 3真空的容积为 150了 L，假设此真空罐的的长度为 1000过计算知道真空罐的内径约为 43于真空罐的内部有网孔斜板和喷淋器等，也会占据真空罐的一部分体积，所以此时我们选择真空罐的内径为 50 真空罐壁厚的选择，由于真空罐在正常工作的过程中一般受到的是外部 大气压的作用向里的压力罐体的这种特殊结构使得它承受向里压力的能力远远大于它承受向外压力的能力，由于用于脱水作用故而材料选择不锈钢。经查表知道不锈钢的抗压应力强度为远大于一个大气压，处于安全考虑我们选择真空罐壁的厚度为 8空罐内部有带有网孔的斜板和喷淋器。 空泵的选型 真空泵主要是连续不断地抽出真空罐内的空气，以保证真空罐内处于低压状态， 抽气速率应大于进油速率。真空泵按工作原理可分为 :气体输送泵和气体捕集泵。气体输送泵一般有：往复式真空泵、旋片式真空泵、定片式真空泵等；气体捕集泵包括 :吸附 泵和低温泵。本次设计选择的是 2气速率为 15L/S，功率为 限压力为 泵选型 常用的油泵按结构分为齿轮泵、叶片泵和柱塞泵三种。齿轮泵主要用以低压系统，对油液的污染不敏感；叶片泵输出流量均匀、脉动小、噪声小、但吸油的特性不好、对油污染敏感；柱塞泵易得到高精度的配合、泄露小、容积效率高、和叶片泵一起用于高压系统中，对油液污染也敏感。因此本设备中选择的是齿轮泵。 热的确定 正常工作时油温一般在 80度以下，结合饱和蒸汽压与温度的关系 ，。此时水的生发温度是 70 摄氏度，而油液能够够保持其正常的理化性能。因而油液需要加热到 60于还把比较高的地方，还需要适当的提高增加热温度。 滤器 过滤器的精打用可以处理的杂质的最小粒径来表示，一般分为粗过滤器、普重庆理工大学毕业论文 润滑油多场联合净化装备设计 19 通过滤器、经过滤器和超精过滤器四种，本设备中使用的是粗过滤器和经过滤器两种，因为油液中可能会有铁屑等得存在，所以本次设计中主要用的是磁性过滤器。 凝器的选择 由于水在真空罐内不沸腾被真空泵以水蒸气的形式抽走，欠佳令凝气的目的 就是为了让水蒸气能够快速的液化，利于对水蒸气的收集。本设备中冷凝器主要就是利用风扇来使得水蒸气降温液化。 路的设计 使用管道把选好型的各个管路设备连接好，本设计中选择的管路主要有内径为20305三种管路，他们之间使用法兰、过度椎管、弯头等连接，弯道处主要是用焊接管路。 重庆理工大学毕业论文 润滑油多场联合净化装备设计 20 3 总结 本次设计主要是对一及旋流器和旋流电场结构的设计，由于目前目前液 人也未曾接触到旋流器方面的知识，使得自己开始不能很快速的 进入设计的环节，花大量的时间在旋流器理论的学习上。其次，液 得目前这方面的理论研究也比较落后，远远落后于，固 于设计理论的缺陷以及不觉被进行试验的条件，所以不能具体的去优化几个重要参数的的设定。 由于本次的设计没有具体定量的理论和实际实验数据的支撑，具有一定的探索性，参数都是根据资料上边类似试验得出的比较几个重要参数的研究只能做到定性的去分析，不能定量的给出分离效果和参数之间的具体关系，使得本次设计的遇
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