CN113415970A - 一种相态分离装置及相态分离方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种相态分离装置，包括筒状滤网和设置在其内的螺旋机构，筒状滤网前端开口，末端设有阀体，螺旋机构包括转轴和固定在其上的螺旋叶片，螺旋叶片边缘与筒状滤网内侧壁形成弹性过盈配合，筒状滤网与螺旋机构相对旋转以实现对筒状滤网内部基体的轴向增压和径向离心，达到基体中不同相态物质的分离，被筒状滤网拦截的固态物质在螺旋叶片推送下，向筒状滤网末端聚集，阀体连接收集机构或输送机构。还公开了一种相态分离方法。本发明不仅能实现不同相态物质的分离，还能通过添加物实现同相态物质的分离，并及时对添加物集中回收，避免添加物造成的二次污染。该装置和方法适合用于源水处理、泥水分离、原油处理等多领域的多相态物质分离。

Description

一种相态分离装置及相态分离方法

技术领域

本发明涉及相态分离技术领域，特别是涉及一种相态分离装置及相态分离方法。

背景技术

目前，很多领域都存在相态分离问题，如源水处理、泥水分离等。其中有些为不同相态物质的分离，有些为溶于基体中的同相态物质的分离。对于源水处理问题，现阶段较为严重，大部分地区的源水受藻类问题、MIB问题等多种问题困扰，通过人工打捞以及打捞船，或向水中投放活性炭等添加物的方法，都存在问题解决不彻底以及残留物质造成二次污染等核心问题。而现有的技术一般只能针对微污染水源进行处理，对于问题爆发较为严重的地区都没有能力进行根治解决，或存在解决问题投入成本较高，经济型并不可观等问题。

对于泥水分离预处理问题，污泥经过处理可产出两部分资源：泥饼和水。污泥中产出的水，出水水质能达到一级A标准，也就是与景观水水质相当。并且污泥出水量相当大，如处理1亿吨污泥，产生的水相当于1座中型水库的水量，无论用作景观水、工业用水，还是进一步净化做生活用水，都是一笔可观的资源。尤其对西北部等水资源比较缺少的地区，污泥处理工程意义非凡。目前针对污泥的处理，主要为超声预处理、微波预处理和电渗析预处理等。其中超声预处理效果受超声强度、处理时间和工作频率的影响，作用机理复杂，需要对控制参数进行优化才能实现处理效率和能耗的平衡，很难精准把控。微波预处理通过容积加热实现对污泥的预处理，由于微波预处理的过程中，污泥絮体中的蛋白质、多糖、核酸等高分子有机聚合物的释放，会导致污泥比阻和黏度的增加，从而降低污泥的过滤性。电渗析预处理受电场强度、溶液pH、电极形状等因素的影响。由于电渗析的过程中阴极和阳极的作用机理的不同，存在两极间电阻率和脱水效率相差比较大等缺点。故现阶段对此类资源并没有被最大化利用。

由此可见，上述现有相态分离处理装置和方法显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。如何能创设一种新的相态分离装置及相态分离方法，使其不仅能解决基体中不同相态物质的快速分离，还能实现对分离出的固态物质的集中收集，以及解决基体中同相态物质的分离和添加物的集中收集，避免现有技术解决问题不彻底以及造成二次污染的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种相态分离装置，使其不仅能解决基体中不同相态物质的快速分离，还能实现对分离出的固态物质的集中收集，以及解决基体中同相态物质的分离和添加物的集中收集，避免现有技术解决问题不彻底以及造成二次污染的问题，克服现有相态分离装置的不足。

为解决上述技术问题，本发明提供一种相态分离装置，包括筒状滤网和设置在其内部的螺旋机构，所述筒状滤网前端开口，末端设有阀体，所述螺旋机构包括转轴和固定在其上的螺旋叶片，所述螺旋叶片的边缘与所述筒状滤网的内侧壁形成弹性过盈配合，所述筒状滤网与所述螺旋机构相对旋转，以实现对所述筒状滤网内部基体的轴向增压和径向离心，达到基体中不同相态物质的分离，且被所述筒状滤网拦截的固态物质在所述螺旋叶片推送下，向所述筒状滤网的末端聚集，所述阀体的阀口连接收集机构或输送机构。

进一步改进，所述筒状滤网采用锥形筒状滤网，所述锥形筒状滤网的直径从其前端至末端逐渐减小，所述螺旋叶片采用与所述锥形筒状滤网相对应的锥形螺旋叶片。

进一步改进，所述螺旋叶片采用前端大倾角、末端小倾角的变螺距设置。

进一步改进，所述转轴的末端设有纺锤形结构，所述螺旋叶片绕所述纺锤形结构的外侧壁螺旋设置。

进一步改进，还包括带动所述转轴转动的驱动机构，所述转轴在所述驱动机构作用下，带动所述螺旋叶片相对于所述筒状滤网旋转。

进一步改进，所述阀体采用压力控制阀体，所述压力控制阀体的阀口与所述输送机构的输送管道连通，或与所述收集机构的收集口连通。

进一步改进，所述螺旋叶片边缘通过橡胶条实现与所述筒状滤网的弹性过盈配合。

进一步改进，还包括同相态物质分离机构，所述同相态物质分离机构包括添加物输送机构和添加物反应机构，所述添加物反应机构采用与所述筒状滤网前端连接的环形筒体，所述添加物输送机构设置在所述环形筒体的前端上方，其上设有多个输送出口，多个所述输送出口以不同的方向向所述环形筒体内部输送用于吸附或析出基体中与基体同相态物质的添加物。

进一步改进，还包括用于固定所述筒状滤网的支撑机构，所述支撑机构包括设置在所述筒状滤网外周侧的支撑架和与所述支撑架连接的框架机构；

所述支撑架上设有上导轨和下导轨，所述框架机构上设有分别与所述上导轨和下导轨对应滑动的上导轨槽和下导轨槽，且所述框架机构上还设有用于固定所述下导轨与下导轨槽的限位机构。

作为本申请的又一改进，本发明还提供一种相态分离方法，包括不同相态物质的分离方法，所述不同相态物质的分离方法为通过筒状滤网与设置在其内部的螺旋机构的相对旋转，产生对所述筒状滤网内部基体的轴向增压和径向离心，达到对所述筒状滤网内部基体中不同相态物质的分离，并通过螺旋机构中螺旋叶片边缘与筒状滤网内侧壁之间的弹性过盈配合，实现对被所述筒状滤网拦截的固态物质的推送和收集。

进一步改进，所述螺旋机构中的螺旋叶片采用前端大倾角、末端小倾角的变螺距设置。

进一步改进，还包括同相态物质的分离方法，所述同相态物质的分离方法为向所述基体中填加用于吸附或析出基体中同相态物质的添加物，完成吸附或析出基体中同相态物质的所述添加物再采用所述不同相态物质的分离方法进行分离收集。

进一步改进，向所述基体中填加添加物的方式为采用多个具有不同输送方向的输送出口使所述添加物与基体之间形成快速充分的混合。

采用这样的设计后，本发明至少具有以下优点：

1.本发明相态分离装置通过设置相对旋转的筒状滤网和设置在其内部的螺旋机构，使筒状滤网内部的基体产生涡流并达到一定的旋度，并且在螺旋叶片的作用下，对筒状滤网内部的基体产生一定的轴向增压推力和一定的径向离心力，在保证基体通过该分离装置前后通量一致的基础上，达到基体中不同相态物质的良好分离；还通过使螺旋叶片的边缘与滤网内侧壁弹性过盈配合，而且在筒状滤网末端设置阀体，能利用螺旋叶片的结构，实现对被滤网拦截的固态物质的输送和收集，达到不同相态物质的分离和固态物质的统一收集。

2.还通过将筒状滤网设置成锥形结构，将螺旋叶片设置成变螺距结构，利用叶片前端大倾角、大半径的设置，能实现低速增压的效果，利用叶片末端小倾角、小半径的设置，能实现径向离心的效果，保证了基体的顺畅运行和基体中不同相态物质的良好分离。

3.还通过在转轴的末端设有纺锤形结构，利用纺锤形结构的上坡段设置，给轴向流动的基体一个向外扩散的径向力，更好的保证基体不同相态物质的分离，还利用纺锤形结构的下坡段设置，利于在该下坡段与滤网之间形成固态物质的储存空间，再结合阀体的设置，便于固态物质的压紧，方便收集机构或输送机构对收集的固态物质的收集。

4.还通过压力控制阀体的设置，在压紧的固态物质达到一定的压力后阀体自动开启，实现对固态物质的自动化集中收集，避免收集的固态物质中流体含量太多，不利于后续处理。

5.还通过在筒状滤网的前端设置同相态物质分离机构，通过该同相态物质分离机构对添加物的填加，达到对基体中同相态物质的吸附或析出，并能保证对完成吸附或析出同相态物质的添加物进行及时分离，避免添加物的二次污染。

6.还通过对添加物输送机构设有多个输送出口，并且多个输送出口的输出方向均不相同，能保证添加物与基体的剧烈相对运动，达到短时高效的快速充分混合，起到充分的同相态物质的分离。

7.本发明相态分离方法不仅能实现不同相态物质的滤网分离，还能通过添加物吸附或析出作用，实现同相态物质的分离，并及时通过不同相态物质的分离方法实现对添加物的分离，避免添加物造成的二次污染。

附图说明

上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明相态分离装置的结构示意图。

图2是本发明相态分离装置的结构示意图(示出的是组装过程图)。

图3是本发明相态分离装置的分解结构示意图(未显示框架机构)。

图4是本发明相态分离装置中螺旋机构的结构立体图。

图5是本发明相态分离装置中阀体的结构立体图。

图6是本发明相态分离装置中同相态物质分离机构的结构示意图。

图7是图6中A-A线的剖视图。

图8是图6中B-B线的剖视图。

具体实施方式

参照附图1至3所示，本实施例相态分离装置，包括外筒体1和设置在外筒体1内部的支撑机构，以及被支撑机构支撑固定的执行机构。该外筒体1为两端开口的筒体结构，用于将执行机构通过支撑机构固定在其内部，形成外观规整的相态处理装置。该外筒体1一端为进水端，该进水端的朝向最好与基体的流向相反，其另一端为出水端。该执行机构用于实现不同相态物质和同相态物质的分离，其具体实施例如下。

本实施例中该执行机构包括筒状滤网2和设置在该筒状滤网2内部的螺旋机构。该筒状滤网2的前端开口，末端设有阀体7。该螺旋机构包括转轴3和固定在其上的螺旋叶片4，该螺旋叶片4的边缘通过橡胶条5与该筒状滤网2的内侧壁采用弹性过盈配合，以实现对滤网内侧壁清理的效果。该筒状滤网2可采用编织网、席型滤网等拦截网状结构，其边缘的橡胶条5也可采用其它材质，只要能与筒状滤网2形成弹性过盈配合，不影响螺旋叶片的正常运作即可。该筒状滤网2前端开口处设置有十字固定架6，末端设置的阀体7的阀口连接收集机构或输送机构9。该十字固定架6和阀体7的外周用于起到固定滤网2的作用，该十字固定架6和阀体7的中心起到固定转轴3的作用。当然，该十字固定架6可以采用其它结构的固定架形式，只要不影响基体通过即可。

本实施例中十字固定架6上设置驱动机构19，如电机、液压机构等，以带动转轴3旋转，进而带动螺旋叶片4相对于筒状滤网2旋转。当然，也可以设置成驱动机构带动筒状滤网2相对于螺旋叶片4的旋转，目的在于形成筒状滤网内部基体的涡流，并达到一定的旋度，以促进基体中不同相态物质的分离。

较优实施例为，该筒状滤网2采用锥形结构的筒状滤网，该筒状滤网2的锥形结构从其前端至末端直径逐渐减小。该螺旋叶片4采用与锥形筒状滤网匹配的锥形螺旋叶片，同样，该锥形螺旋叶片4的边缘与该锥形筒状滤网2的内侧壁形成弹性过盈配合。

这样，该转轴3在驱动机构19的作用下带动该螺旋叶片4旋转，旋转的该螺旋叶片4可以为筒状滤网2内部的基体提供轴向增压推力和径向离心力，使筒状滤网2内部的基体产生涡流，并达到一定的旋度，促使基体中液态物质和固态物质通过滤网分离，并且被滤网2拦截的固态物质在螺旋叶片4的螺旋推送下，向滤网2的末端聚集。由于阀体7的设置，该固态物质不断被聚集在阀体7、转轴末端和滤网形成的储存空间中，直至固态物质被累积到一定量时，阀体7被开启，被压缩的固态物质从阀体7的阀口溢出至收集机构或输送机构9中，实现对固态物质的收集或运输。

更优实施例为，参照附图4所示，该螺旋叶片4采用变螺距设置，该螺旋叶片4从转轴3前端至末端的方向上，螺距逐步减小，即螺旋叶片4的前端采用大倾角、大半径的设置，能实现对基体的低速增压效果，该增压能量能补充基体通过滤网时所损耗的能量，保证基体在通过该相态分离装置前后的通量一致，不会造成堵塞堆积的现象；该螺旋叶片4的末端采用小倾角、小半径的设置，能实现对基体的径向离心效果，保证了基体的顺畅运行和基体中不同相态物质的良好分离。

还有，本实施例中该转轴3的末端设有纺锤形结构20，该螺旋叶片4绕该纺锤形结构20的外侧壁螺旋设置。该纺锤形结构20包括靠近转轴前端的上坡段和靠近周周末端的下坡段，本申请利用纺锤形结构的上坡段设置，给轴向流动的基体一个向外的径向力，能更好的导向基体的流向；还利用纺锤形结构的下坡段设置，利于在该下坡段与滤网之间形成固态物质的储存空间，再结合阀体的设置，便于固态物质的压紧，方便收集机构或输送机构对收集的固态物质的收集。

参照附图5所示，本实施例中该阀体7采用压力控制阀体。该压力控制阀体的阀口与输送机构9的输送管道连通，该阀体的驱动机构8设置在阀体外部，在压力控制阀体受到的压力大于预定值时，驱动机构8控制阀门22开启，实现对固态物质的输送和收集。当然该阀体也可以通过定时器或手动控制来实现阀门22的开启与关闭。

本实施例相态分离装置中还包括同相态物质分离机构。参照附图6至8所示，该同相态物质分离机构包括添加物输送机构10和添加物反应机构。该添加物反应机构采用与筒状滤网2前端连接的环形筒体11，该添加物输送机构10设置在环形筒体11的前端上方，其上设有多个输送出口21，且多个输送出口21以不同的方向向该环形筒体11内部输送添加物，使该添加物能在环形筒体11的内部与基体进行剧烈的相对运动，达到添加物与基体的快速充分的混合，以便添加物能实现对基体中溶解的同相态物质的吸附或析出，最终实现对溶于基体中的同相态物质的分离。

并且由于添加物在进入到该环形筒体11中时，在螺旋叶片4的稳定运行下，该添加物随基体一同进入筒状滤网2内部，进一步实现对基体中溶解物质的吸附或析出，同时完成了吸附或析出溶解物质的添加物作为基体中的固态物质被滤网2所拦截，并在螺旋叶片4的带动下被聚集在储存空间中，最终由收集机构或输送机构9输送和收集。

还有，该相态分离装置还包括用于固定该筒状滤网2的支撑机构18。该支撑机构18包括设置在筒状滤网2外周侧的支撑架15和与支撑架15连接的框架机构18。具体的，该支撑架15上设有上导轨16和下导轨17，该框架机构8上设有分别与上导轨16和下导轨17对应滑动的上导轨槽12和下导轨槽13，且框架机构18上还设有用于固定下导轨17与下导轨槽13的限位机构14。本实施例中限位机构14采用圆柱型卡销，保证支撑件15稳固的设置在框架机构18上。

该相态分离装置在处理源水时，将该外筒体1的进水端朝向安装为与源水基体流向相反的方向，然后启动驱动机构19，驱动机构19驱动螺旋叶片4转动，螺旋叶片4能向进入筒状滤网2内部的基体提供轴向增压作用和径向离心作用，使基体中不溶于水的藻类被滤网2拦截。同时，选取合适的能吸附源水中2-MIB、GSM等物质的添加物，通过添加物输送机构10向环形筒体11中加入，使添加物与基体充分混合，完成对溶解于基体中的同相态物质，如2-MIB、GSM等的吸附或析出，然后完成吸附的添加物作为基体中的固态物质被滤网2拦截。被筒状滤网2拦截的固态物质均在螺旋叶片4的推送下聚集在滤网末端侧，直至达到一定的累积量后，阀体开启，实现对源水中藻类物质和添加物的集中收集，达到对源水中多相态物质的处理。

本发明相态分离装置实现的相态分离方法，不仅能利用筒状滤网和螺旋机构的相对旋转，实现不同相态物质的分离，还能利用添加物吸附或析出基体中溶解的同相态物质，实现同相态物质的分离，并及时的对添加物进行回收，良好的避免了添加物造成的二次污染，达到多相态物质分离的目的。

该相态分离装置和相态分离方法能用于源水处理、泥水分离、原油处理等多个领域，大大节约人工劳动时间，又可防止添加物引起的二次污染风险。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，如焊接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

Claims (13)

1.一种相态分离装置，其特征在于，包括筒状滤网和设置在其内部的螺旋机构，所述筒状滤网前端开口，末端设有阀体，所述螺旋机构包括转轴和固定在其上的螺旋叶片，所述螺旋叶片的边缘与所述筒状滤网的内侧壁形成弹性过盈配合，所述筒状滤网与所述螺旋机构相对旋转，以实现对所述筒状滤网内部基体的轴向增压和径向离心，达到基体中不同相态物质的分离，且被所述筒状滤网拦截的固态物质在所述螺旋叶片推送下，向所述筒状滤网的末端聚集，所述阀体的阀口连接收集机构或输送机构。

2.根据权利要求1所述的相态分离装置，其特征在于，所述筒状滤网采用锥形筒状滤网，所述锥形筒状滤网的直径从其前端至末端逐渐减小，所述螺旋叶片采用与所述锥形筒状滤网相对应的锥形螺旋叶片。

3.根据权利要求2所述的相态分离装置，其特征在于，所述螺旋叶片采用前端大倾角、末端小倾角的变螺距设置。

4.根据权利要求3所述的相态分离装置，其特征在于，所述转轴的末端设有纺锤形结构，所述螺旋叶片绕所述纺锤形结构的外侧壁螺旋设置。

5.根据权利要求1所述的相态分离装置，其特征在于，还包括带动所述转轴转动的驱动机构，所述转轴在所述驱动机构作用下，带动所述螺旋叶片相对于所述筒状滤网旋转。

6.根据权利要求1所述的相态分离装置，其特征在于，所述阀体采用压力控制阀体，所述压力控制阀体的阀口与所述输送机构的输送管道连通，或与所述收集机构的收集口连通。

7.根据权利要求1所述的相态分离装置，其特征在于，所述螺旋叶片边缘通过橡胶条实现与所述筒状滤网的弹性过盈配合。

8.根据权利要求1至7任一项所述的相态分离装置，其特征在于，还包括同相态物质分离机构，所述同相态物质分离机构包括添加物输送机构和添加物反应机构，所述添加物反应机构采用与所述筒状滤网前端连接的环形筒体，所述添加物输送机构设置在所述环形筒体的前端上方，其上设有多个输送出口，多个所述输送出口以不同的方向向所述环形筒体内部输送用于吸附或析出基体中与基体同相态物质的添加物。

9.根据权利要求8所述的相态分离装置，其特征在于，还包括用于固定所述筒状滤网的支撑机构，所述支撑机构包括设置在所述筒状滤网外周侧的支撑架和与所述支撑架连接的框架机构；

所述支撑架上设有上导轨和下导轨，所述框架机构上设有分别与所述上导轨和下导轨对应滑动的上导轨槽和下导轨槽，且所述框架机构上还设有用于固定所述下导轨与下导轨槽的限位机构。

10.一种相态分离方法，其特征在于，包括不同相态物质的分离方法，所述不同相态物质的分离方法为通过筒状滤网与设置在其内部的螺旋机构的相对旋转，产生对所述筒状滤网内部基体的轴向增压和径向离心，达到对所述筒状滤网内部基体中不同相态物质的分离，并通过螺旋机构中螺旋叶片边缘与筒状滤网内侧壁之间的弹性过盈配合，实现对被所述筒状滤网拦截的固态物质的推送和收集。

11.根据权利要求10所述的相态分离方法，其特征在于，所述螺旋机构中的螺旋叶片采用前端大倾角、末端小倾角的变螺距设置。

12.根据权利要求10或11所述的相态分离方法，其特征在于，还包括同相态物质的分离方法，所述同相态物质的分离方法为向所述基体中填加用于吸附或析出基体中同相态物质的添加物，完成吸附或析出基体中同相态物质的所述添加物再采用所述不同相态物质的分离方法进行分离收集。

13.根据权利要求12所述的相态分离方法，其特征在于，向所述基体中填加添加物的方式为采用多个具有不同输送方向的输送出口使所述添加物与基体之间形成快速充分的混合。

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