旋流器在油水分离中的结构参数与分离效率

利用水力旋流器油水分离的过程是：含油污水，从入口高速进入旋流腔，受到器壁的约束而旋转向下作螺旋运动。进入 大锥体后，随着截面直径逐渐减小而加速旋转，并迅速向小锥体运动。大锥体段,起着减小压头损失防 止液体搅动的作用。小锥体段，是两液相介质的主要分离段。在此段内，由于直径逐渐缩小，污水旋转速度越来越高，由于密度的不同所受径向离心力差 越来越大，从而产生分离。尾管段，主要作用是延长液体在旋流器中停留时间，使被分离出的轻质分散相不与净化后的液相一起从底流口排出。

与单锥结构相比，双锥结构减小了分离出的油与污水的再次混合的可能性，提高了分离效率。但在双锥结构中，污水从大锥段向小锥段过渡的过程中，油滴的碎化率提高了，又增加了分离的难度。

溢流口的影响

溢流口的主要作用是排出分离后的轻分散相， 以及稳定旋流器内的油核。常见的溢流口，有直孔 式结构、涡探测管式和涡流屏蔽罩式。好的溢流口结构，可以减轻短路流，提高分离效率。 :

直孔式溢流口，结构很简单，加工也很方便，这 种结构的短路流流量很大。涡流探测管，在液一固、 气一固旋流器中应用较多。采用涡流探测管的目 的,是为了减少旋流器入口液流和旋流器中反向溢 流的碰撞和掺混。因此，涡流探测管的长度应大于 液体旋转螺线的螺距。涡流屏蔽罩式溢流口，是很 新发展起来的一种新型溢流口结构。采用涡流屏蔽 罩的目的，主要是为避免中心油核在条件下的 紊动造成二次回流。比较而言，这种结构的短路流 很小，即对分离效率的影响很小。

溢流口直径的大小，取决于旋流器的设计分流 比的大小，而它对油水分离效率有很大的影响。现 在已逐渐重视了溢流口直径与污水入口含油浓 度的匹配，并对此做了大量的实验。实验发现，随着 溢流直径的减小，溢流口排出油浓度越来越高⑺。 这是由于溢流口直径越小就越接近于旋流器中心油 核的直径，越浓缩溢流含油浓度越高。

可见，溢流口直径的变化对分离效率很有影响。 另外，入口污水浓度对分离效率也有很大的影响。

入口的影响

目前使用的旋流器有双入口与单入口之分，处 理污水量大时用双入口，通常使用的单入口。入口 直径对分离效率的影响较复杂。一般来讲，在的进料流量下，进料口直径越小入口速度越高,离心力越大，分离效率应该越高。但是入口直径小，则入 口速度大。入口速度大到程度时，入口处和旋流腔产生强烈的湍流，由此产生的强剪切力严重破 坏油滴的完整性，使得油滴粒度减小，从而使分离效 率降低。这里涉及到离心力场和剪切应力梯度对分 离性能的综合影响问题。另外，入口流速的提高加 大了短路流的流量，使得分离效率降低。所以，选用适当的入口直径在操作中控制剪切力加大离心力， 很终获得很好的分离效率，是值得考虑的问题。

旋流腔与大锥段角度的影响

旋流器中旋流腔的主要作用，是把从入口进入 的液体导入大锥段，并提供一个稳定的中心区域 (油核)以防止分离出的油与污水的再次混合。旋流腔的直径，决定着旋流器的径向大小，它取 决于污水的处理量和含油浓度。理论上，直径越大， 中心油核区就越稳定。但直径过大,液体的向心加 速度就越小，可能足以使油从污水中分离出来。直径过小，则过大的向心力会使油滴碎化，同时油核与 污水的混合度加大，也会使得短路流的流量增大，同 样使分离的效率降低。所以，旋流腔的直径要与污水的处理量及污水浓度相匹配。

大锥段对液体起着加速的作用，部分粒径大的 油滴可以在大锥段分离出。大锥段也起着稳定油核 区的作用。大锥段的角度决定着大锥段的长度。理 论上，大锥段角度是越小越好，但太小的角度使得旋 流器的尺寸加大，增加流体能耗，过小的锥角使大锥 长度过短，使得循环流有可能贯穿大锥段而进入小 锥段，加大油与污水的再次混合的成度，而且过小的 角度使得流体的流速变化过大，会使油核区产生湍 动。在向小锥段过渡时，过大的流速会碎化油滴，不 利于分离。

小锥段角度的影响

小锥段是分离的主要区域，小锥角的大小对分 离效果的好坏影响极大。对液一液分离水力旋流器 来说，锥角减小，外涡流增大，使轻质介质有更多的 机会向内涡流区移动，这对分离是有利的。但并不 是说锥角越小越好。在旋流器内，要实现油水分离， 油滴必须运移到中心油核处，并随油核一起从溢流 口排出。其中，油滴向中心油核的运移是分离的关 键。油滴能否运移到中心油核，取决于油滴和径向 速度及油滴在旋流器内的停留时间。径向速度、停 留时间的增加，会提高旋流器的分离效率。

尾管的影响

尾管的主要作用是延长流体在旋流器内的停留 时间，使得油滴可以从污水中充分分离出来。理论 上,尾管越长越好，但也有极限。当接近这个极限 后，再增长，分离效率没有明显提高。这是因为在一 定的长度内可分离的油滴已从污水中分离出来。

综上所述，有以下几点认识：

（1）液一液分离用水力旋流器的各部分结构尺 寸，对分离效率都有或大或小的影响。对的流体，旋流器各部分尺寸都有良好的取值范围。

（2）对分离效率影响较大的有:溢流口直径、小 锥段的角度、尾管的长度。

（3）短路流和循环流的存在是由旋流器的结构 所决定的，是不可避免的，只能设法减小流量。