润滑油多场联合净化装备毕业设计.docx

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润滑油多场联合净化装备毕业设计

摘要……………………………………………………………………………Ⅰ

Abstract…………………………………………………………………………Ⅱ

1绪论………………………………………………………………………………1

2润滑油多场联合净化装备总体设计……………………………………………2

2.1一级旋流器的设计……………………………………………………………3

2.1.1旋流器的分类……………………………………………………………3

2.1.2水力旋流器及其工作过程……………………………………………4

2.1.3.水力旋流器的分类、分离原理及其发展概况………………………4

2.1.4.水力旋流器的应用概况………………………………………………4

2.1.4.1水力旋流器在煤炭工业中的应用…………………………………5

2.1.4.2水力旋流器在选矿工业中的应用…………………………………5

2.1.4.3水力旋流器在食品工业中的应用…………………………………6

2.1.4.3水力旋流器在污水处理中的应用…………………………………6

2.1.4.4水力旋流器在造纸中的应用………………………………………7

2.1.4.5水力旋流器在石油业中的应用……………………………………8

2.1.5水力旋流器选型………………………………………………………9

2.1.6常见液—液分离水力旋流器的结构………………………………10

2.1.7水力旋流器机构设计及参数设计……………………………………11

2.1.7.1大小锥角的选择……………………………………………………12

2.1.7.2主体直径D确定……………………………………………………12

2.2.7.3尾管长度的选择……………………………………………………12

2.1.7.4入口设计…………………………………………………………12

2.1.7.4旋流器的端盖……………………………………………………13

2.1.8旋流器的安装…………………………………………………………13

2.2旋流电场的设计……………………………………………………………14

2.2.1旋流电场的简介……………………………………………………14

2.2.2旋流电场的工作原理………………………………………………14

2.2.3电场的选择……………………………………………………………15

2.2.4电极的分布情况…………………………………………………15

2.2.5旋流电场………………………………………………………………16

2.3真空单元………………………………………………………………16

2.4真空单元元件元件的选用…………………………………………………17

2.5管路设计及装配…………………………………………………………18

3总结……………………………………………………………………………20

致谢…………………………………………………………………………………21

参考文献……………………………………………………………………………22

文献综述…………………………………………………………………………24

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

Abstract

Astheworldeconomyhighspeeddevelopment,machinery,electricity,transport,andchemicalandotherbasicindustriesarechangingwitheachpassingdaychange,sothatthedemandofthelubricatingoilastheindustrialdailyproductionnecessarylubricationofmechanicalequipmentintheprocessofoperationisbecomingmoreandmorebig.Forthereasonsthatthelubricatingoilisoilrefining,itisakindofoilwhichisindispensableintheprocessofindustrialproductionproductsandprocessingthelubricatingoilisveryhigh.Soitisverynecessarytorecyclethelubricatingoil.Wateristhelubricationoilpollutioninthecommonforeignpollutantssothatlubricatingoildehydrationpurificationisalsoanessentialwaytolubricatingoilsecondaryuse.

Thisarticletellsthelubricatingoilfieldjointpurificationequipmentdesign,so-calledlubricatingoilfieldjointpurificationequipmentisakindofspecialequipmentthatusingspiralflowfieldandelectricfieldandgravityfieldtogetthewaterandotherimpuritiesaffectthefunctionalperformanceofthelubricatingoilout.Thisequipmentisdesignedonthebasisofavarietyoftechnologiessuchasconceptualdesign,dehydrationpurificationprincipleisinamarketsegmentforliquid-liquidhydrocycloneseparationhydrocyclonetechnology,pulsedelectricfieldtechnologyandvacuumheatingdehydrationtechnologywhichhasbeenused.

Keywords:

Liquid-liquidseparationandcyclone,theelectricfield,vacuumheatingdehydration,separationofwaterfromoil,Lubricatingoil

1绪论

1.1润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1-1所示

图1-1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。

1.2润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1-2）和使用液—液分离旋流器脱水（装备如图1-3）这两种方式。

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1-2真空滤油机

图1-3三相分离旋流器

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。

2.1一级旋流器的设计

2.1.1旋流器的分类

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。

2.1.2水力旋流器及其工作过程

按照Bradlley最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，Bradlley的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。

2.1.3水力旋流器的分类、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2-1）和液—液分离旋流器（常规结构如图2-2）。

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2-3）。

图2-1固-液分离旋流图2-2液-液分离旋流图2-3固-液分离旋流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E.Bretney提出，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Driessen在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Kelsall关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D.Bradely提出，但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—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MartinThew才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BassStrait油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2-4

2.1.4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。

2.1.4.1水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的应用。

图2-5是三产品中介选煤的流程图

2.1.4.2水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2-5为选矿厂中水力旋流器的应用。

图2-5三产品重介质选煤工艺流程图

2.1.4.3水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2-6是使用马铃薯作为淀粉原料进行淀粉加过的全旋流过程。

图2-6马铃薯淀粉全旋流分离系统流程图

2.1.4.3水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2-7是旋流器在处理污水方面的应用。

图2-7使用旋流器处理污水

2.1.4.4水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2-8是造纸业中比较常用的旋流器的三种类型，图2-9是水力旋流器在造纸业中的应用流程。

图2-8造纸工业中常用的前向式反向式和贯通式水力旋流器

图2-9造纸工业中水力旋流器使用工艺流程

2.1.4.5水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2-10）的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2-10）。

图2-11是油田井上除砂工艺流程

图2-10油田井上常规重力分离工艺流程

图2-11有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。

2.1.5水力旋流器选型

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。

2.1.6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2-12水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D1表示，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α的大锥段;锥角为θ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L1表示，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Di它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Du表示，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L0一般也是根据具体的分离液体来确定，不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Dd,尾管的长度L3一般和Dd有一定的比例关系，为Dd的多少倍.

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，Di\Du\Dd\L3均与D呈现一定的比例关系，因此在设计的过程中大锥角α和小锥角θ是首先要确定的参数。

2.1.7水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D一般是10mm~25.4mm，最大的为50.8mm。

由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Thew等人给出的从水中脱由旋流器的结构比例，结构图（如图2-13所示）；当旋流器腔的直径为2D时，给料口的直径为0.35D（双锥给料）、溢流口的直径为0.04D~0.15D、底流口的直径为0.5D，大锥角为20o小锥角为1.5o。

用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2-13F型液-液分离旋流管的结构示意图

2.1.7.1大小锥角的选择

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较大部分的水，所以我们参考Thew设计的F型旋流器这种结构，以它为基础进行设计选择，大锥段选择20o小锥角选择1.5o.。

2.1.7.2主体直径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，D如果选择的比较小的话旋流器的处理效率较低，如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D值为40mm，这样旋流器的总长为42×40mm=1680mm。

2.2.7.3尾管长度的选择

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

990mm，这样比较合，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。

2.1.7.4入口设计

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这种设计思路，根据经典旋流器的结构入口直径为