本发明涉及液-固混合物分离设备
技术领域：
，具体是带旋翼片及防返混锥的旋分器。
背景技术：
：在国内外，一方面是催化裂化装置外甩油浆量日趋增加，特别是重油（或渣油）催化裂化装置为了提高处理量、改善产物分布规律，外甩油浆比例更大；另一方面催化裂化油浆脱除催化剂后用途更多、附加值更高。含剂油浆的分离净化与综合应用，已成为石油炼制与化工技术发展中的重要研究课题。目前，国内外现有的含剂油浆分离净化技术主要有静电分离法、筛滤法、重力沉降法、絮凝沉降法、溶剂萃取法等。这些方法的原理、优缺点各有不同。其中重力沉降法由于不需要外加高压电场或化学物等分离介质等优点，试验研究以及工业试验的报道文献较多。由于含剂油浆中的液-固两相虽有一定的密度差，但差值不大，加上油浆粘度较大，单纯依靠重力自然沉降是很难将液-固分离。因此，重力沉降法实际上应该是指离心分离与旋流分离两大类的超重力分离技术。现有技术中仍存在以下缺点：①离心机分离效率高，但由于需要高速运转和密封配套装置，不可能在高压（≥1MPa）、高温（≥300℃）条件下操作，而催化裂化分馏塔塔底含剂油浆泵出口压力及温度一般都在0.8-1MPa、345-365℃范围。如果要先将高压高温含剂油浆换热降温，分离完成后还要再升温升压，则工艺流程及设备变得复杂，增加操作难度和过程耗能。②无运转及密封元件的旋流器可以适应高压高温条件下的分离操作；但由于催化剂粉末颗粒小、油浆、催化剂粉末密度差较小、旋流器切向速度不能很大等多重因素致使旋流器分离效率低，无法适应催化裂化含剂油浆的分离要求。③根据研制及试验研究证明，单个（级）旋流器无论内筒插入深度长短，流体有效旋转圈数3-5圈；内筒插入深度短，含剂油浆来不及充分旋转离心分离，就会从内筒排出，分离效率低（旋流器分离效率低的根本原因）；内筒插入深度长，期望含剂油浆能在旋分器外筒内与内筒外的环隙间多转几个圈，事实上转圈数更少，原因是流体在旋分器外筒内与内筒外的环隙间的圆周运动改成直线向下运动（流体往路径短阻力小处流动），直奔内筒下缘（净化油浆）出口和锥筒（含剂油浆）出口，此时旋分器旋转加速分离的功能基本丧失。如果增加旋流器级数（一般两级、最多三级），则设备构成复杂，物流股数（级数加1）增多，各级流量难分配，分离效率难调节。发明专利文献CN1121474C、CN104726128A以及张洪林等在重油催化裂化外甩油浆离心沉降净化研究（石油炼制与化工.1999,30（4）：5-8）中所提及的分离技术，所用设备为管式离心分离机，主要工况参数：离心转速3000-5000rpm、离心时间60-600s、工作温度120-300℃（≯300℃）。适应范围：≥10μm固体颗粒，颗粒越粗越有效。分离效率90-98%，净化物流（轻相）中固含量≤200μg/g。优点是适应性强；能连续操作。缺点是设备复杂昂贵投资大，安装精度要求高；处理量小，难适应工业应用（目前还没有工业应用实例，如白志山等在催化裂化油浆液固分离技术评述中的描述（2007,34（4）：229-232；240））；运转部件耗能并易损坏，维护工作量大，运行成本高；易泄露，会污染环境。发明专利文献CN204815922U、CN104726128A，以及白志山等在催化外甩油浆的微旋流分离实验研究（石油学报(石油加工).2008,24（1）：229-232;240）、张士瑞等在分离超细催化剂颗粒的微型固液旋流器（石油化工.2007,36（12）：1234-1238）中所提到的分离技术，所用设备为旋流管（或离心分离器），单锥体结构，入口分单入口、双入口两种。主要工况参数：入口平均速度8-22m/s。适应范围：≥10μm固体颗粒，颗粒越粗越有效。分离效率60-90%，净化物流（轻相）中固含量≤1000μg/g。优点是适应性强，能耗小，能连续操作；设备体积小、重量轻，处理量大；无运转部件，无泄漏，维护工作量极小。缺点是单级分离效率不及离心分离机，需要多级旋流器串联致使设备系统复杂。技术实现要素：本发明的目的在于提供结构紧凑简单、无运转元件、密封性好、不污染环境、分离效率高的带旋翼片及防返混锥的旋分器，解决上述
背景技术：
中提出的问题。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：带旋翼片及防返混锥的旋分器，包括锥筒排出管、圆锥筒体、外圆筒体、内圆筒体、旋翼片、入口过渡段、矩形管、防返混锥、支撑杆、同心径、内圆筒出口管，锥筒排出管、圆锥筒体、外圆筒体依次连接，圆锥筒体、外圆筒体的连接处内部设有支撑杆，支撑杆上设有防返混锥，外圆筒体的另一端内嵌有内圆筒体，外圆筒体与内圆筒体之间设有旋翼片，外圆筒体与内圆筒体的连接端口处设有盖板，在该端的外圆筒体上还设有矩形管，矩形管的另一端安装入口过渡段，入口过渡段上设有入口管；内圆筒体的另一端连接同心径，同心径的另一端连接内圆筒出口管。作为本发明进一步的方案：入口管内侧为矩形时，旋翼片的间距等于入口管的内侧矩形的高度；入口管内侧为圆形时，旋翼片的间距等于入口管的圆管的内径。作为本发明进一步的方案：旋翼片的外径比外圆筒体的内径小1mm。作为本发明进一步的方案：旋翼片的旋转圈数为5-15圈。作为本发明进一步的方案：防返混锥的最大直径等于内圆筒体的内径di，防返混锥的长度等于2di，防返混锥的最大直径端与内圆筒体底缘距离h=1-2di。作为本发明进一步的方案：防返混锥长度lC≥外圆筒体长度LO。作为本发明进一步的方案：外圆筒体的盖板与外圆筒体采用固定焊接或采用法兰连接。作为本发明进一步的方案：旋分器的材质采用不锈钢或普通钢。作为本发明进一步的方案：防返混锥采用双圆锥体。作为本发明进一步的方案：外圆筒体上还设有支撑板，且支撑板位于内圆筒体内嵌的端口位置。与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明是在旋分器内圆筒体外壁增设旋翼片，既可保证含固体颗粒气体的旋转圈数，减少d100，提高分离效率；又可避免串联安装多台旋风分离器造成设备庞杂、连接安装麻烦，以及操作时压力降偏大、物流股数多难调节流量等一系列问题。本发明还在旋分器内圆筒体出口下方适当位置增设防返混锥，避免双螺旋（二次旋转）效应对分离流体的干扰，既有效控制经过旋翼片离心分离的净化油浆在防返混锥上方往内圆筒体下缘出口流动，又可令经旋翼片分离后甩至外圆筒体内壁的富剂油浆从外圆筒体内壁与防返混锥外侧之间进入长椎体下方的富剂油浆排出口。本发明把含有催化剂固体粉末的催化裂化油浆（以下简称含剂油浆）进行快速分离，得到固含量≤0.015%的净化油浆，以及富集催化剂固体粉末的油浆（以下简称富剂油浆）；翼片旋分器的脱固率≥93%。本发明的优点具体如下所述：①本发明设备结构紧凑简单，占地面积小，投资少，设备投资小于二级串联的旋流器，约为离心机的1/1000。②本发明无运转元件，密封性好，可高压高温条件下操作，不污染环境。③本发明的分离效率可达92%以上（净化油浆固含量小于0.015%）。与离心机相当，远高于三级串联旋流器的分离效率。④本发明安装流程及精度要求比离心机和多级串联旋流器都要简单，分离后物流股数却比旋流器少得多，易于控制净化油浆、富剂油浆的浓度要求。⑤本发明适用于石油化工等领域的液-固分离，特别是涉及高压、高温催化裂化油浆固含量的分离。附图说明图1是本发明结构示意图；图中：1-锥筒排出管；2-圆锥筒体；3-外圆筒体；4-内圆筒体；5-旋翼片；6-入口管；7-入口过渡段；8-矩形管；9-盖板；10-防返混锥；11-支撑杆；12-支撑板；13-同心径；14-内圆筒出口管。具体实施方式下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例1请参阅图1，本发明实施例中，带旋翼片及防返混锥的旋分器，包括锥筒排出管1、圆锥筒体2、外圆筒体3、内圆筒体4、旋翼片5、入口过渡段7、矩形管8、防返混锥10、支撑杆11、支撑板12、同心径13、内圆筒出口管14，锥筒排出管1、圆锥筒体2、外圆筒体3依次连接，圆锥筒体2、外圆筒体3的连接处内部设有支撑杆11，支撑杆11上设有防返混锥10，外圆筒体3的另一端内嵌有内圆筒体4，外圆筒体3与内圆筒体4之间设有旋翼片5，外圆筒体3与内圆筒体4的连接端口处设有盖板9，在该端的外圆筒体3上还设有矩形管8，矩形管8的另一端安装入口过渡段7，入口过渡段7上设有入口管6；外圆筒体3上还设有支撑板12，且支撑板12位于内圆筒体4内嵌的一端；内圆筒体4的另一端依次连接同心径13、内圆筒出口管14。本发明是在内圆筒体4的外侧增设旋翼片5，翼片间距恰好等于含剂油浆的入口管6（入口矩形）的高（矩形内侧有效高度尺寸）或入口管6（圆管时）的内径，旋翼片5的外径比外圆筒体3的内径略小1mm，由于旋翼片5作用，旋翼片5的旋转圈数可以增加到10-15圈。本发明在内圆筒体4下方安装一个防返混锥10，此防返混锥10可用焊接在外圆筒体3处的支撑杆11悬吊挂住。防返混锥10的最大直径等于内圆筒体4的内径di，防返混锥10的长度等于2di，最大直径顶端与内圆筒体4底缘距离h=1-2di。防返混锥10长度lC较长，lC≥外圆筒体长度LO。外圆筒体3的盖板9可以直接与外圆筒体3固定焊接，也可以采用法兰连接，便于拆卸及维修内圆筒体4的旋翼片5及悬挂的防返混锥10。本发明整体材质可以是不锈钢、也可以是普通钢，无任何运转部件，可以在压力0.1-2MPa、温度20-380℃范围内的高压、高温环境下工作，不需任何控压、控温的调节设备，也不需控制分离时间。本发明是静设备，不需提供电或其它机械能驱动元件，节能。分离过程自动、连续进出料，具有自洁功能，不需反洗、反冲、反吹等维护；除了进出口外，其余全部密封，无泄漏，不污染环境。本发明特别适用于石油化工等领域中高温、高压条件下各种液-固混合物（液-固介质具有密度差）的快速分离。本发明的设备主要尺寸见表1。这种试验评价用的带旋翼片及防返混锥的高效旋分器不存在放大效应，流量越大、流速越高（≯30m/s），分离因数（效率）越高；旋分器直径越大，外圆筒体3内半径与内圆筒体4外半径的距离越大，分离至外圆筒体3内壁的催化剂粉末越不容易反弹扬起，即更有利于分离效果。表1带旋翼片及防返混锥的高效旋分器主要尺寸项目单位数值外圆筒体3外径DOm0.114外圆筒体3内径Dim0.1外圆筒体3壁厚δBm0.007外圆筒体3长度LOm0.22内圆筒体4外径dom0.06内圆筒体4内径dim0.05内圆筒体4壁厚δbm0.005内圆筒体4插入长度lim0.16内圆筒体4外伸长度lom0.05外圆筒体3内径与内圆筒体4外径之差Di-dom0.04旋转圈数nr10旋翼片5间距Bm0.01旋翼片5厚度δBcm0.004防返混锥10筒体长度lCm0.30防返混锥10筒排出管外径DCOm0.05防返混锥10筒排出管厚度δCBm0.005本发明的带旋翼片及防返混锥的高效旋分器，小试装置评价的分离效果见表2。表2带旋翼片及防返混锥的高效旋分器分离效果序号处理量m3/h含剂油浆入口固含量%净化油浆出口固含量%脱固率%16.80.5270.014093.127.00.5270.013893.437.20.5270.013793.747.30.5270.013693.957.40.5270.013694.0与本发明相近的专利、相关文献有四份，分别是：（1）中国专利CN104998772A联级式旋风分离器设有导流体，结构与作用相似，但差异在：①中国专利CN104998772A联级式旋风分离器是在一级、二级（外）圆筒体的内壁设导流体，在一个窄小的内筒中焊接导流体较为困难；本发明是在内圆筒体4的外壁焊接旋翼片4，在一个敞开的空间加工好旋翼片5再放进内圆筒体4内，较为省事，加工精度有保障。②中国专利CN104998772A联级式旋风分离器中导流体长度短（未到内筒下缘）；本发明旋翼片5直至内圆筒体4下缘，旋转圈数多得多，分离效率高。③中国专利CN104998772A联级式旋风分离器是在下部的外圆筒体的内壁也设导流体，目的是让一级分离后的重相沿二级导流体在进行旋分，以及让二级旋分的轻相从二级内筒返回一级处重新分离，从而解决普通旋流分离器存在的轻重物质分离不彻底的问题。本发明申请人也用透明有机玻璃做了类似导流体的联级式旋风分离器，用水和染黑白土颗粒做试验，试验发现一级导流体有效果，二级导流体根本没效果。原因是在二级导流体间隙和内圆筒形成多个并联通道，流体流动倾向于往阻力小的地方流动，观察发现一级分离后的重相流体分别经内圆筒和导流体间隙后排出，即没有起到二级分离效果。本发明是在外圆筒体3与圆锥筒体2连接处增设防返混锥10，目的是对已分离的净化油浆与富剂油浆进行分流，减少流体紊流现象。（2）中国专利CN204910904U螺旋导流式旋流分离器设有导流片，结构与作用相似，但差异在：①中国专利CN204910904U螺旋导流式旋流分离器是在圆筒段和圆锥段的内壁上设有用于导流外层下降旋流并从所述进液口延伸至所述排污口的螺旋导流片；本发明是在内圆筒体4的外壁焊接螺旋翼片，在一个敞开的空间加工好旋翼片5再放进外圆筒体3内，较为省事，加工精度有保障。②中国专利CN204910904U螺旋导流式旋流分离器中导流片从进料口一直延伸至排污（重相流体）口；本发明旋翼片5直至内圆筒体4下缘，旋转圈数达到所要求分离效率即可。③本发明是在外圆筒体3与圆锥筒体2连接处增设防返混锥10，目的是对已分离的净化油浆与富剂油浆进行分流，减少流体紊流现象。（3）中国专利CN204911839U旋转螺旋式旋流分离器是中国专利CN204910904U螺旋导流式旋流分离器发明的旋转螺旋式旋流分离器，即在旋流分离器本体内设有用于加速内层旋流的旋转螺杆和用于驱动所述旋转螺杆转动的驱动机构，所述旋转螺杆上设有螺旋桨叶。结构与作用相似，但差异在：①中国专利CN204911839U旋转螺旋式旋流分离器增加了驱动旋转螺杆转动，造成密封困难、无法适应高压高温操作条件。本发明无运转元件，无泄漏问题，可适应高压高温条件下操作。②中国专利CN204911839U旋转螺旋式旋流分离器进入旋转螺旋式旋流分离器的流体旋转速度与旋转螺杆转动速度很难同步，即存在干扰分离流场、影响分离效率的问题。本发明是在外圆筒体3与圆锥筒体2连接处增设防返混锥10，目的是对已分离的净化油浆与富剂油浆进行分流，减少流体紊流现象。③本发明与中国专利CN204911839U旋转螺旋式旋流分离器相比较，设备简单、安装容易、故障率低。（4）旋风分离器结构改进的研究（梁朝林，炼油设计.2002,32（9）：8-10）的作者是本发明人之一。该文根据旋风分离器的工作原理及应用特点，分析了影响旋风分离器分离效率的因素及结构存在的问题，并提出了改进措施，即在内管外壁增设螺旋翼片，在锥体-外圆筒体连接处与内圆筒入口下端间的中部增设一个防返混挡板。设防返混挡板可有效地防止颗粒扬起返混，结构也相对简单。本发明经理论分析及试验研究发现，防返混挡板虽有一定的防止颗粒扬起返混作用，但仍存在阻力大、流体流通截面积急剧变化产生的紊流效应等问题。本发明在保留设旋翼片5优点基础上，将防返混的悬挂挡板改进为防返混锥10，既达到防返混的目的，又减少紊流效应和流动阻力。根据旋分器工作原理及分离效率的理论分析和试验研究，分离效果优劣最重要的是液-固混合物（本发明为含剂油浆）自进入旋分器旋转开始直至轻相（本发明为净化油浆）与重相（本发明为富剂油浆）分流之后的旋转圈数；换言之，也就是液-固混合物自进入旋分器旋转开始直至内筒下缘入口处所旋转走过的圈数。本发明的内圆筒体4插入深度较大、旋翼片5片数之多，因此液-固混合物有效旋转圈数与其它各种旋流器相比要多得多，分离效率也更高。此外，为了防止旋转分离后出现的双螺旋返混效应，本发明防返混锥10采用双圆锥体，结构最简单，制造、安装、维修最容易。对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。当前第1页1 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