本發(fā)明涉及化工裝備技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種油砂分離空化器，該空化器是一種運(yùn)用分散原理進(jìn)行物料分散和運(yùn)用空化原理進(jìn)行油砂分離相結(jié)合的分離油砂的裝置。

背景技術(shù)：

隨著原油資源逐漸枯竭，世界油氣資源日益緊缺尋找替代資源迫在眉睫。油砂資源作為被認(rèn)為對(duì)未來世界能源的安全提供保障的能源之一越來越得到重視，油砂分離技術(shù)也得到了一定的發(fā)展。

2010年，日本長(zhǎng)谷川發(fā)明一種“乳化裝置(2010-214220A)”。一種乳化時(shí)間短，乳化產(chǎn)品質(zhì)量高的乳化剪切高速旋轉(zhuǎn)設(shè)備。設(shè)備包括處理槽和收容槽。處理槽內(nèi)壁均布翅片。旋轉(zhuǎn)軸安裝反向錐形周面的轉(zhuǎn)盤，周面均布翅片。轉(zhuǎn)盤下方均布三排放射狀翅片。在這樣三環(huán)聯(lián)動(dòng)攪拌裝置下快速使物料乳化。該發(fā)明目的在于實(shí)現(xiàn)兩相液體的攪拌乳化。

2013年李曉鷗、李東勝等的發(fā)明專利申請(qǐng)公開了“一種油砂分離器(CN 104420860 A)”公開了一種油、砂分離的系統(tǒng)，其具體方法為利用螺旋葉片轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行原料攪拌、加熱后使油脫離砂表面。

2014年，GALLAGHER，F(xiàn).，Glenn的專利申請(qǐng)公開了“一種切向剪切分散機(jī)(WO 2014/074534)”，經(jīng)過預(yù)處理的生物質(zhì)軸向流入切向剪切裝置，轉(zhuǎn)子與定子均與軸成一定傾斜角度，圓柱體筒壁設(shè)有擋板與定子壁面的擋板作用進(jìn)行銑削，隨后進(jìn)入切向剪切區(qū)，使生物質(zhì)分散。

2015年侯宏慶，李振威的實(shí)用新型專利公開了“剪切式均質(zhì)機(jī)的剪切結(jié)構(gòu)(CN 201524591U)”公開了采用并聯(lián)安裝定子和轉(zhuǎn)子上刀盤的方式將物料分散、切碎。其主要特征在于刀盤上刀齒的刀口為傾斜面。

2016年滕鳳閣、許洪豐和崔圣楠的發(fā)明專利申請(qǐng)公開了“空化效應(yīng)水處理器(CN 105858799 A)”公開了一種應(yīng)用空化原理對(duì)有毒有害的污水降解的方法。該方法可以促使油水快速破乳分離以及微粒固體快速沉降。專利內(nèi)容針對(duì)污水中有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行空化。

綜合以上科研人員的研究成果以及近似的專利、文章資料等可以發(fā)現(xiàn)，在剪切分散方面更多注重的是將兩種密度近似物料進(jìn)行乳化，混合均勻，涉及物料個(gè)體的剪切破碎問題。而在空化方面更多的集中在采用循環(huán)處理的方法降低液體中有害有機(jī)物質(zhì)。在一個(gè)裝置內(nèi)實(shí)現(xiàn)非循環(huán)的油砂物料分散以及油從砂粒表面分離需要大量的研究工作，以便于油砂處理的工業(yè)化推廣。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：本發(fā)明針對(duì)目前油砂礦中油、砂聚結(jié)成塊、油砂油包裹砂粒而不易分離的問題，提出一種能夠在一個(gè)裝置內(nèi)實(shí)現(xiàn)大塊油砂的分散以及采用水力空化的方法將油從砂表面剝離的方法，從而大大簡(jiǎn)化了后續(xù)的工藝流程。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所要采用的技術(shù)方案是：一種油砂分離空化器，該空化器的外形為罐式結(jié)構(gòu)，主要功能為物料混合、固相分散和混合液空化三部分。其中，物料混合主要包括初步混合和充分混合，初步混合是指固相入口和液相入口相對(duì)設(shè)置，當(dāng)固相和液相以一定的壓力進(jìn)入物料混合腔時(shí)，使得固相和液相相互沖擊，實(shí)現(xiàn)初步混合；充分混合主要是采用攪拌設(shè)備對(duì)物料進(jìn)行混合?；旌弦嚎栈饕栈团乓簝蓚€(gè)過程，空化過程是將特殊噴嘴安裝在排液通道的上部，將低壓水由噴嘴壓入排液通道，將油從砂表面進(jìn)行剝離；排液是指分散后混合液首先進(jìn)入空化腔，流經(jīng)空化作用的矩形出口的空化腔后，由排液通道將混合液排出。

所述油砂分離空化器的具體結(jié)構(gòu)包括外殼和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用電機(jī)并設(shè)置在裝置的最下端，電機(jī)的傳動(dòng)軸豎向位于所述外殼內(nèi)部，且兩端通過軸承與所述外殼轉(zhuǎn)動(dòng)連接，通過傳動(dòng)軸將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞給各級(jí)剪切盤組、攪拌器等罐體內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)部件；所述外殼上端設(shè)有固相入口和液相入口，所述外殼內(nèi)從上到下依次設(shè)置物料混合腔、分散腔、排液腔和空化腔，所述物料混合腔內(nèi)的傳動(dòng)軸上設(shè)有攪拌器，攪拌器可以采用攪拌葉片，但是不僅限于葉片式攪拌器，所述分散腔內(nèi)的傳動(dòng)軸上設(shè)有若干級(jí)剪切盤組，所述空化腔上設(shè)有空化噴嘴，所述空化噴嘴用于將高壓水壓入所述空化腔內(nèi)。將空化原理應(yīng)用于油砂的分離，其空化過程是將空化噴嘴安裝在排液通道上，即空化腔上，將低壓水由空化噴嘴壓入排液通道，將油從砂表面進(jìn)行剝離。當(dāng)水進(jìn)入空化噴嘴時(shí)，能夠產(chǎn)生大量的空化泡，利用空化泡在材料表面的狹小區(qū)域內(nèi)潰滅產(chǎn)生高達(dá)140MPa～170MPa的微射流沖擊，瞬間沖擊力大，溫度高，能夠破壞分子間的力，實(shí)現(xiàn)油砂的分離?？栈稚⒑蟮幕旌弦?，首先進(jìn)入排液腔，然后流經(jīng)空化腔作用的矩形出口腔將混合液排出。

進(jìn)一步，所述剪切盤組包括動(dòng)盤和定盤，所述動(dòng)盤與傳動(dòng)軸固定連接且所述定盤與外殼固定連接或者所述動(dòng)盤與外殼固定連接且所述定盤與傳動(dòng)軸固定連接，所述動(dòng)盤上設(shè)有若干圈交錯(cuò)分布的動(dòng)盤齒，所述定盤上設(shè)有若干圈交錯(cuò)分布的定盤齒，所述動(dòng)盤齒和定盤齒相對(duì)且錯(cuò)開排列，所述動(dòng)盤齒和定盤齒之間形成物料流動(dòng)的間隙。

進(jìn)一步，所述剪切盤組至少為兩級(jí)剪切盤組，且所述動(dòng)盤齒和定盤齒之間的間隙從上到下依次減小。

優(yōu)選的，所述動(dòng)盤齒和定盤齒的長(zhǎng)徑比范圍為5-8。

優(yōu)選的，所述動(dòng)盤齒和定盤齒沿圓周方向等距分布。

進(jìn)一步，所述分散腔還包括過渡腔，所述過渡腔設(shè)置在相鄰兩級(jí)剪切盤組之間。各級(jí)剪切分散結(jié)構(gòu)之間需要留有一定的分散空間，以使得由上一級(jí)剪切盤組流出的物料向下一級(jí)剪切盤組的中心流動(dòng)，從而進(jìn)入下一級(jí)分散結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步，每級(jí)所述剪切盤組的物料入口位于剪切盤組的中部，物料出口位于剪切盤組的邊緣。

剪切盤組主要用于物料的剪切分散，每一級(jí)剪切分散過程采用上下相互配合的動(dòng)盤和定盤來實(shí)現(xiàn)，兩盤成對(duì)使用，定盤和動(dòng)盤的上下安裝順序由結(jié)構(gòu)確定，各組之間面對(duì)面或背對(duì)背安裝；物料流動(dòng)方向?yàn)橹虚g進(jìn)料，經(jīng)由定盤齒和動(dòng)盤齒的剪切，再由圓周方向排出?；旌衔锪嫌缮贤轮鸺?jí)處理，根據(jù)物料中固相顆粒的最終粒徑要求確定分散配對(duì)動(dòng)盤和定盤以及動(dòng)盤齒和定盤齒之間的間隙，如各級(jí)分散間隙值從上至下為6mm-4mm-2mm或3mm-1.5mm-1mm，不僅限于上述尺寸，根據(jù)物料實(shí)際情況而定。

進(jìn)一步，所述固相入口和液相入口沿徑向?qū)ΨQ設(shè)置。固相入口用于油砂進(jìn)入物料混合腔，液相入口用于水進(jìn)入物料混合腔，油砂在進(jìn)入物料混合腔前需要經(jīng)過外部設(shè)備粗碎并混合成可流動(dòng)的物料。

進(jìn)一步，為了實(shí)現(xiàn)固定，還包括支腳，所述支腳固定連接在所述外殼上。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提供的一種油砂分離空化器，在一個(gè)裝置內(nèi)實(shí)現(xiàn)大塊油砂的分散以及采用水力空化的方法將油從砂表面剝離，分散過程和空化過程均具有非循環(huán)特性，油砂與水的混合液經(jīng)過本發(fā)明空化器后即可結(jié)束油、砂的相互包裹狀態(tài)，利于后續(xù)油、砂、水的分離。由于物料處理為非循環(huán)過程，大大降低了循環(huán)空化分離帶來的二次油水乳化問題，同樣利于簡(jiǎn)化處理工藝。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

圖1是本發(fā)明最佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是一級(jí)剪切盤組的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是二級(jí)剪切盤組的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1、外殼，2、支腳，3、傳動(dòng)軸，4、電機(jī)，5、蓋板，6、固相入口，7、液相入口，8、混合腔，9、攪拌葉片，10、一級(jí)分散定盤，11、定盤齒，12、一級(jí)物料入口，13、動(dòng)盤齒，14、一級(jí)分散動(dòng)盤，15、一級(jí)物料出口，16、過渡腔，17、二級(jí)分散動(dòng)盤，18、動(dòng)盤齒，19、二級(jí)物料入口，20、定盤齒，21、二級(jí)分散定盤，22、二級(jí)物料出口，23、排液腔，24、空化腔，25、空化噴嘴接口，26、法蘭，27、分散腔。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)的說明。此圖為簡(jiǎn)化的示意圖，僅以示意方式說明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。

如圖1-3所示，本發(fā)明的一種油砂分離空化器，該空化器的外形為罐式結(jié)構(gòu)，包括外殼1和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，外殼1上端開口并蓋設(shè)有蓋板5，蓋板5通過法蘭26與外殼1固定連接，外殼1外側(cè)的設(shè)有用于支撐的多個(gè)支腳2，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用電機(jī)4并設(shè)置在裝置的最下端，電機(jī)4的傳動(dòng)軸3豎向位于所述外殼1內(nèi)部，且兩端通過軸承與所述外殼1轉(zhuǎn)動(dòng)連接，通過傳動(dòng)軸3將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞給各級(jí)剪切盤組、攪拌器等罐體內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)部件；所述外殼1上端設(shè)有用于油砂進(jìn)入物料混合腔8的固相入口6和用于水進(jìn)入物料混合腔8的液相入口7，所述固相入口6和液相入口7沿徑向?qū)ΨQ設(shè)置，所述外殼1內(nèi)從上到下依次設(shè)置物料混合腔8、分散腔27、排液腔23和空化腔24，所述物料混合腔8內(nèi)的傳動(dòng)軸3上設(shè)有攪拌器，攪拌器可以采用攪拌葉片9，但是不僅限于葉片式攪拌器，所述分散腔27內(nèi)的傳動(dòng)軸3上設(shè)有若干級(jí)剪切盤組，所述空化腔24上部設(shè)有空化噴嘴接口25，空化噴嘴安裝在空化噴嘴接口25上，所述空化噴嘴用于將高壓水壓入所述空化腔24內(nèi)。將空化原理應(yīng)用于油砂的分離，其空化過程是將空化噴嘴安裝在排液通道上，即空化腔24上，將低壓水由空化噴嘴壓入排液通道，將油從砂表面進(jìn)行剝離。當(dāng)水進(jìn)入空化噴嘴時(shí)，能夠產(chǎn)生大量的空化泡，利用空化泡在材料表面的狹小區(qū)域內(nèi)潰滅產(chǎn)生高達(dá)140MPa～170MPa的微射流沖擊，瞬間沖擊力大，溫度高，能夠破壞分子間的力，實(shí)現(xiàn)油砂的分離。空化分散后的混合液，首先進(jìn)入排液腔23，然后流經(jīng)空化腔24作用的矩形出口腔將混合液排出。

本實(shí)施例中采用兩級(jí)剪切分散結(jié)構(gòu)，包括設(shè)置在分散腔27內(nèi)的一級(jí)剪切盤組和二級(jí)剪切盤組，一級(jí)剪切盤組位于二級(jí)剪切盤組上方，各級(jí)剪切分散結(jié)構(gòu)之間需要留有一定的分散空間，以使得由上一級(jí)剪切盤組流出的物料向下一級(jí)剪切盤組的中心流動(dòng)，從而進(jìn)入下一級(jí)分散結(jié)構(gòu)，因此，一級(jí)剪切盤組和二級(jí)剪切盤組之間還設(shè)有過渡腔16。

一級(jí)剪切盤組包括一級(jí)分散定盤10和一級(jí)分散動(dòng)盤14，一級(jí)分散定盤10上設(shè)有若干圈交錯(cuò)分布的定盤齒11，一級(jí)分散動(dòng)盤14上設(shè)有若干圈交錯(cuò)分布的動(dòng)盤齒13，且一級(jí)分散定盤10上的定盤齒11和一級(jí)分散動(dòng)盤14上的動(dòng)盤齒13相對(duì)且錯(cuò)開排列，動(dòng)盤齒13插入定盤齒11之間，一級(jí)分散定盤10的中部設(shè)有一級(jí)物料入口12，一級(jí)分散動(dòng)盤14圓周邊緣設(shè)有一級(jí)物料出口15，所述動(dòng)盤齒13和定盤齒11之間形成物料流動(dòng)的間隙，所述間隙連通一級(jí)物料入口12和一級(jí)物料出口15；一級(jí)分散定盤10通過法蘭26與外殼1固定連接，一級(jí)分散動(dòng)盤14位于一級(jí)分散定盤10下方且與傳動(dòng)軸3固定連接。

二級(jí)剪切盤組包括二級(jí)分散定盤21和二級(jí)分散動(dòng)盤17，二級(jí)分散定盤21上設(shè)有若干圈交錯(cuò)分布的定盤齒20，二級(jí)分散動(dòng)盤17上設(shè)有若干圈交錯(cuò)分布的動(dòng)盤齒18，且二級(jí)分散定盤21上的定盤齒20和二級(jí)分散動(dòng)盤17上的動(dòng)盤齒18相對(duì)且錯(cuò)開排列，動(dòng)盤齒18插入定盤齒20之間，二級(jí)分散動(dòng)盤17的中部設(shè)有二級(jí)物料入口19，二級(jí)分散定盤21圓周邊緣設(shè)有二級(jí)物料出口22，所述動(dòng)盤齒18和定盤齒20之間形成物料流動(dòng)的間隙，所述間隙連通二級(jí)物料入口19和二級(jí)物料出口22；所述動(dòng)盤齒18和定盤齒20之間形成物料流動(dòng)的間隙；二級(jí)分散定盤21通過法蘭26與外殼1固定連接，二級(jí)分散動(dòng)盤17位于二級(jí)分散定盤21上方且與傳動(dòng)軸3固定連接，且二級(jí)分散定盤21上的定盤齒20和一級(jí)分散動(dòng)盤14上的動(dòng)盤齒18相對(duì)且錯(cuò)開排列，所述動(dòng)盤齒18和定盤齒20之間形成物料流動(dòng)的間隙。

一級(jí)剪切盤組的動(dòng)盤齒13和定盤齒11之間的間隙大于二級(jí)剪切盤組的動(dòng)盤齒18和定盤齒20之間的間隙的大小。動(dòng)盤齒13/18和定盤齒11/20沿圓周方向等距分布，所述動(dòng)盤齒13/18和定盤齒11/20的長(zhǎng)徑比范圍為5-8。

剪切盤組主要用于物料的剪切分散，每一級(jí)剪切分散過程采用上下相互配合的動(dòng)盤和定盤來實(shí)現(xiàn)，兩盤成對(duì)使用，定盤和動(dòng)盤的上下安裝順序由結(jié)構(gòu)確定，各組之間面對(duì)面或背對(duì)背安裝；物料流動(dòng)方向?yàn)橹虚g進(jìn)料，經(jīng)由定盤齒11/20和動(dòng)盤齒13/18的剪切，再由圓周方向排出?；旌衔锪嫌缮贤轮鸺?jí)處理，根據(jù)物料中固相顆粒的最終粒徑要求確定分散配對(duì)動(dòng)盤和定盤以及動(dòng)盤齒13/18和定盤齒11/20之間的間隙，如各級(jí)分散間隙值從上至下為6mm-4mm-2mm或3mm-1.5mm-1mm，不僅限于上述尺寸，根據(jù)物料實(shí)際情況而定。當(dāng)一級(jí)分散動(dòng)盤14和二級(jí)分散動(dòng)盤17在傳動(dòng)軸3的帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，一級(jí)分散動(dòng)盤14和二級(jí)分散動(dòng)盤17分別帶動(dòng)動(dòng)盤齒13/18轉(zhuǎn)動(dòng)，同級(jí)剪切盤組內(nèi)的動(dòng)盤齒13/18和定盤齒11/20之間發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)物料的分散和剪切。

工作原理：

油砂分離空化器整體采用立式布置的罐式結(jié)構(gòu)，物料入口在上端，即固相入口6和液相入口7，物料排出口在罐式結(jié)構(gòu)的下部側(cè)面，即空化腔24。物料入口要求物料具有一定的流動(dòng)性，因此，油砂礦應(yīng)進(jìn)行前期處理以便于順利進(jìn)入油砂分離器，本實(shí)施例中油砂在經(jīng)過固相入口6進(jìn)入物料混合腔8前需要經(jīng)過外部設(shè)備粗碎并混合成可流動(dòng)的物料。

油砂經(jīng)外部設(shè)備粗碎并混合成可流動(dòng)性物料后由固相入口6進(jìn)入物料混合腔8，同時(shí)水由對(duì)稱側(cè)液相入口7進(jìn)入物料混合腔8。由于固相入口6和液相入口7對(duì)稱布置，因此，在初步進(jìn)入物料混合腔8后互相沖擊實(shí)現(xiàn)初步混合。在重力和壓力作用下，混合物料向下運(yùn)動(dòng)，經(jīng)攪拌葉片9的攪拌作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)混合物料的攪拌和均勻化，油砂和水進(jìn)行充分的混合。

經(jīng)過攪拌混合的物料向下進(jìn)入分散腔27，進(jìn)入分散腔27的物料向中心移動(dòng)，由一級(jí)分散定盤10中部的一級(jí)物料入口12進(jìn)入定盤齒11和動(dòng)盤齒13形成的間隙內(nèi)，實(shí)現(xiàn)油砂的一級(jí)破碎，經(jīng)一級(jí)破碎后的物料在離心力的作用下向邊壁運(yùn)動(dòng)，最后由一級(jí)分散動(dòng)盤14邊緣的一級(jí)物料出口15排出，進(jìn)入過渡腔16。

在過渡腔16內(nèi)物料向中心運(yùn)動(dòng)，由二級(jí)分散動(dòng)盤17中部的二級(jí)物料入口19進(jìn)入定盤齒20和動(dòng)盤齒18形成的間隙內(nèi)，實(shí)現(xiàn)油砂的二級(jí)破碎，經(jīng)二級(jí)破碎后的物料在離心力的作用下向邊壁運(yùn)動(dòng)，最后由二級(jí)分散定盤21邊緣的二級(jí)物料出口22排出，進(jìn)入排液腔23。

分散破碎的每一組剪切盤安裝順序由級(jí)數(shù)確定，本例實(shí)施例中兩級(jí)分散動(dòng)盤和分散定盤的安裝順序相反。經(jīng)二級(jí)破碎后的固體粒徑應(yīng)達(dá)到油砂中砂粒的實(shí)際大小范圍，否則改變分散級(jí)數(shù)或改變動(dòng)盤齒13/18和定盤齒11/20的間隙。

物料進(jìn)入排液腔23后，在重力和壓力的作用線流入側(cè)面連接的空化腔24?？栈?4為矩形截面，其中一側(cè)面設(shè)計(jì)有空化噴嘴接口25，用以連接輸入高壓水的空化噴嘴，實(shí)現(xiàn)對(duì)物料的空化。經(jīng)過該油砂分離空化器處理后油砂中的油從砂表面剝離，油、砂兩相獲得充分的分離，簡(jiǎn)化后續(xù)油、砂、水的處理流程。物料經(jīng)空化后進(jìn)入下一級(jí)油、砂、水的分離系統(tǒng)。

以上述依據(jù)本發(fā)明的理想實(shí)施例為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關(guān)的工作人員完全可以在不偏離本發(fā)明的范圍內(nèi)，進(jìn)行多樣的變更以及修改。本項(xiàng)發(fā)明的技術(shù)范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來確定其技術(shù)性范圍。