本发明涉及油砂分离装置技术领域，尤其是一种分离油砂用水力空化装置。
背景技术：
目前，全球常规原有的勘探开发已达到高峰。随之其开采产量将会下降，在这种情况下非常规石油例如重油、油砂以及沥青等将成为重要的能源之一。其中油砂因为在全球的已探明可开采量达到6510亿桶，所以油砂日益受到人们的重视，开采规模也越来越大。油砂的可开采资源量虽然较大，但是与传统石油能源相比较其开采成本较高。
油砂分离技术主要分为含水与非水体系两大类，含水体系即操作过程有水参与，包括热碱水水洗技术、超声波分离技术、水剂法分离技术等，非水体系包括溶剂萃取技术、离子液体萃取技术和热解干馏技术。含水体系存在水用量大、水资源浪费、废水处理以及环境污染等问题。各种分离技术都存在有较大问题，溶剂萃取技术存在溶剂用量大、溶剂损失、环境污染等问题；其中，热解干馏技术、实质上是一个催化裂化的过程；离子液体萃取技术存在离子液体用量大、回收困难、成本高等问题；热解干馏技术能耗高、设备要求高、投资大。综上所述，现有油砂分离技术存在诸多不足，急需开发一种低温或常温、非水体系和药剂能完全回收的油砂分离技术。
水力空化技术作为一种被国内外学者越来越重视的研究方向，空化的应用范围越来越广泛。空化现象发生时空泡会破灭产生瞬时的高温高压(温度可达500k，压力可达50mpa)，并出现瞬时高速射流现象(速度可达100m/s)。这些极端的现象可以有效地促使油砂的分离，同时水力空化的能耗低，操作简单。由此可知，将空化技术应用于油砂的分离一个值得研究的方向。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是：为了解决现有技术中油砂分离技术存在的不足，现提供一种分离油砂用水力空化装置，该装置通过高压射流从而在主流中产生空化区域，使油砂上固体颗粒的油膜剥落，达到固液分离的效果。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种分离油砂用水力空化装置，包括主体，所述主体内具有用于承载油砂混合液的流道，所述流道包括依次连接的进口段、收缩段及出口段，所述进口段的宽度大于出口段的宽度，所述收缩段从进口段逐渐倾斜过渡至出口段，所述流道上沿进口段至出口段的方向依次设置有用于喷射高压射流的第一喷嘴和第二喷嘴，所述第一喷嘴位于流道的后侧，第二喷嘴位于流道的前侧，所述第一喷嘴喷射高压射流的方向与第二喷嘴喷射高压射流的方向均与进口段的轴线方向相互交叉。
进一步地，所述进口段的横截面呈扁平状的六边形，所述六边形依次由第一边、第二边、第三边、第四边、第五边及第六边围合而成，第一边与第四边相互对置且长度相等，第二边、第三边、第五边及第六边的长度相等，所述第二边与第六边之间的夹角及第三边与第五边之间的夹角均为15°～20°，进口段上位于其横截面的第一边所在侧为流道的后侧，进口段上位于其横截面的第四边所在侧为流道的前侧，由于第一喷嘴和第二喷嘴喷射的高压射流均呈放射状，横截面呈扁平状六边形的进口段，其前半部和后半部的形状刚好与喷嘴所喷射出的放射状的高压射流的形状一致，可以对喷射出的高压射流形成一种围压的环境，进而降低高压射流速度的衰减，利于空化的产生。
进一步地，所述出口段的横截面呈圆形。
进一步地，所述进口段的横截面面积等于出口段的横截面面积。
进一步地，所述第一喷嘴和第二喷嘴之间在进口段轴线方向上的间距为50～100mm，所述第二喷嘴和收缩段之间在进口段轴线方向上的间距为
27～87mm。
进一步地，所述第一喷嘴喷射高压射流的方向与第二喷嘴喷射高压射流的方向均与进口段的轴线方向相互垂直。
进一步地，所述进口段远离收缩段的一端设有第一连接法兰，所述出口段远离收缩段的一端设有第二连接法兰。
本发明的有益效果是：本发明的分离油砂用水力空化装置巧妙的利用第一喷嘴和第二喷嘴的组合使流道内的主流产生涡流及剪切层，从而实现在流道内产生大范围的空化区域，大幅度的提升油膜的剥落效率，且设备简易、轻便，结构紧凑，占用空间小，制造和维护成本低；
另外本发明不同于传统的油砂分离方法，不需要任何的化学试剂，不必考虑处理后的废液处理问题；同时不需要特别高的能耗，只需要提供一定的水压即可，这两方面从一定程度上大大地减小了油砂分离成本。
且本发明将高速的空化射流和含有油砂的混合流分离，避免了高速的固体颗粒对喷嘴的磨损。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明分离油砂用水力空化装置的三维示意图；
图2是本发明分离油砂用水力空化装置的剖视示意图；
图3是本发明分离油砂用水力空化装置的原理示意图；
图4是本发明分离油砂用水力空化装置中进口段的剖视示意图；
图5是本发明分离油砂用水力空化装置中出口段的剖视示意图。
图中：1、主体，1-1、流道，1-11、进口段，1-111、第一边，1-112、第二边、1-113、第三边，1-114、第四边，1-115、第五边，1-116、第六边；
1-12、收缩段，1-13、出口段，2、第一喷嘴，3、第二喷嘴，4、第一连接法兰，5、第二连接法兰。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成，方向和参照(例如，上、下、左、右、等等)可以仅用于帮助对附图中的特征的描述。因此，并非在限制性意义上采用以下具体实施方式，并且仅仅由所附权利要求及其等同形式来限定所请求保护的主题的范围。
实施例1
如图1-5所示，一种分离油砂用水力空化装置，包括主体1，所述主体1内具有用于承载油砂混合液的流道1-1，所述流道1-1包括依次连接的进口段1-11、收缩段1-12及出口段1-13，所述进口段1-11的宽度大于出口段1-13的宽度，所述收缩段1-12从进口段1-11逐渐倾斜过渡至出口段1-13，所述流道1-1上沿进口段1-11至出口段1-13的方向依次设置有用于喷射高压射流的第一喷嘴2和第二喷嘴3，所述第一喷嘴2位于流道1-1的后侧，第二喷嘴3位于流道1-1的前侧，所述第一喷嘴2喷射高压射流的方向与第二喷嘴3喷射高压射流的方向均与进口段1-11的轴线方向相互交叉。
如图4所示，所述进口段1-11的横截面呈扁平状的六边形，所述六边形依次由第一边1-111、第二边1-112、第三边1-113、第四边1-114、第五边1-115及第六边1-116围合而成，第一边1-111与第四边1-114相互对置且长度相等，第二边1-112、第三边1-113、第五边1-115及第六边1-116的长度相等，所述第二边1-112与第六边1-116之间的夹角及第三边1-113与第五边1-115之间的夹角均为15°～20°，进口段1-11上位于其横截面的第一边1-111所在侧为流道1-1的后侧，进口段1-11上位于其横截面的第四边1-114所在侧为流道1-1的前侧，由于第一喷嘴2和第二喷嘴3喷射的高压射流均呈放射状，横截面呈扁平状六边形的进口段1-11，其前半部和后半部的形状刚好与喷嘴所喷射出的放射状的高压射流的形状一致，可以对喷射出的高压射流形成一种围压的环境，进而降低高压射流速度的衰减，利于空化的产生。
如图5所示，所述出口段1-13的横截面呈圆形。
所述进口段1-11的横截面面积等于出口段1-13的横截面面积。
所述第一喷嘴2和第二喷嘴3之间在进口段1-11轴线方向上的间距为50～100mm，所述第二喷嘴3和收缩段1-12之间在进口段1-11轴线方向上的间距为27～87mm。
所述第一喷嘴2喷射高压射流的方向与第二喷嘴3喷射高压射流的方向均与进口段1-11的轴线方向相互垂直。
所述进口段1-11远离收缩段1-12的一端设有第一连接法兰4，所述出口段1-13远离收缩段1-12的一端设有第二连接法兰5。
本实施例中流道1-1内通入的主流是指油砂经过粉碎、加水搅拌处理后的混合液，第一喷嘴2和第二喷嘴3所喷射出的高压射流均是指高压水流，该分离油砂用水力空化装置主要负责油砂中固体颗粒上油膜的剥落，达到固液分离的效果。
具体实施时，首先从流道1-1的进口段1-11通入不含油砂的水流，随后再往第一喷嘴2和第二喷嘴3中通入较高压力的水流，将这种状态持续一段时间，使主体1的流道1-1中产生空化；
待到空化现象产生后再往流道1-1的进口段1-11通入含有油砂的主流，含有油砂的主流与流道1-1中产生空化的区域充分接触，达到将油膜从固体颗粒上剥离的效果；
接着将经过该空化装置处理过的油砂混合液从出口段1-13排出，随后对排出液做进一步的分离处理。
如图3所示，本发明分离油砂用水力空化装置的工作原理如下：
含有油砂的主流从流道1-1的进口段1-11流进，当主流流至第一喷嘴2时，第一喷嘴2喷射出的高压射流由于受到主流的影响，第一喷嘴2喷射出的高压射流从垂直于主流的流向流动逐渐转变为沿主流的流向流动，从而使位于第一喷嘴2喷射出的高压射流与流道1-1的后侧内壁之间部位处的主流形成第一涡流，由于第一涡流的中心形成低压区，因此第一涡流中心会产生较大程度的空化，而第一涡流边缘的空化程度较小，且此处的空化范围较小对油砂的作用效果很有限；
紧接着主流流经第二喷嘴3时，受第一喷嘴2喷射出的高压射流影响后的主流，其受第二喷嘴3喷射出的高压射流的影响斜偏至流道1-1的后侧，第二喷嘴3喷射出的高压射流同样也受到主流的影响由沿垂直于流道1-1轴线方向逐渐转变至偏向流道1-1的后侧，显然，此时主流会对进口段1-11及收缩段1-12的内壁产生碰撞形成冲击，从而限制了第一涡流的空化区域的范围；同时位于第二喷嘴3喷射出的高压射流与流道1-1的前侧内壁之间部位处的主流形成第二涡流，并且由于第二喷嘴3喷射出的高压射流速度较大，而位于第二喷嘴3喷射出的高压射流与流道1-1的前侧内壁之间部位处的主流速度较小，在高速流体和低速流体之间就会存在剪切层，剪切层也会产生空化现象，综合第二涡流和剪切层的作用，主流会在第二喷嘴3喷射出的高压射流与流道1-1的前侧内壁之间的部位处产生大范围的空化区域，主流和第二喷嘴3的高压射流所形成的合流大面积地和空化区域接触，利于空化区域中气泡的溃灭产了冲击波、微射流等高强度物理效果，从而剥落油膜，进而起到分离油砂的作用，该部分空化区域对油砂的分离起到了主要的作用；
由于第一个喷嘴的设置，可以使第一喷嘴2的高压射流、第二喷嘴3的高压射流及主流三者组成的合流与流道1-1的出口段1-13形成一定的角度，从而在出口段1-13靠近流道1-1的后侧形成第三涡流，第三涡流这一空化区域可以和第二喷嘴3形成空化区域对合流形成一种夹逼的情形，增加了合流和空化区域的接触面，加强了空化分离效果。
其中，第一喷嘴2的高压射流所形成的封闭空间较小，这样第一喷嘴2的高压射流就可以带动该较小空间内的流体形成第一涡流，而在第一涡流边缘处流速较大不能和第一喷嘴2的高压射流形成较大的速度梯度，也就说在第一喷嘴2的高压射流处形成不了剪切层；而第二喷嘴3处的高压射流所形成的封闭空间较大且较狭长无法形成整个封闭区域的涡流，只能形成较小的第二涡流，其余靠近第二喷嘴3的高压射流区域的流体流速就和第二喷嘴3的高压射流形成了较大的速度梯度，形成剪切层，剪切层的空化气泡会向流道1-1的前侧内壁扩散，同时高压射流也会裹挟着气泡流向下游，这样就形成了较大范围的空化区域。
另外，第一喷嘴2和第二喷嘴3喷射的高压射流因为收缩段1-12的存在，容易和收缩段1-12的内壁形成了一个类似封闭的环境，在封闭环境内的主流的流速相对高压射流的流速过小，易于形成涡流以及剪切层。
上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。