專利名稱：一種從油液中脫氣、脫水的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種從油液中脫氣、脫水的方法，特別是一種用真空分離法從油液中脫氣、脫水的方法。
本發(fā)明也涉及一種從油液中脫氣、脫水的裝置，特別是一種用真空分離法從油液中脫氣、脫水的裝置。
油液中存在各種污染物。即使是新油，在到達(dá)用戶手中時也可能已經(jīng)受到不同程度的污染。這是由于油液在制備、運輸、貯存或使用中可能受到污染。污染物可分為固體、液體和氣體。
油液中的氣體污染物經(jīng)常遇到的是溶解態(tài)和游離態(tài)的空氣。例如，在液壓油中，空氣污染一是油本身溶解的空氣，如在一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓和常溫下，石油基液壓油的空氣溶解量為6-12%(體積)，合成型液壓油為約5%(體積)，二是液壓系統(tǒng)運行過程中機(jī)械性混入油中的氣泡?？諝獾拇嬖谄茐牧艘簤毫黧w的連續(xù)性和不可壓縮性，影響到液壓系統(tǒng)的精確性、穩(wěn)定性。此外，空氣的存在還將導(dǎo)致設(shè)備的氣蝕，降低系統(tǒng)使用壽命。
油液中的液體污染最常見的水污染。水在油中主要以溶解、乳化和游離狀態(tài)存在。例如，就充油電器設(shè)備中的變壓器油而言，一是變壓器呼吸系統(tǒng)漏進(jìn)潮濕空氣，水蒸氣通過油面滲入油內(nèi)，二是變壓器油在運行中由于氧化及熱裂解而生成的水分。水分會降低油液的擊穿電壓，嚴(yán)重時使變壓器無法運行。
隨著科學(xué)技術(shù)和工業(yè)的迅速發(fā)展，各種工業(yè)用油的需求量日益增長，對油液的污染控制也越來越嚴(yán)格。各主要工業(yè)國相繼制訂了不同品種油的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，其中對油液中空氣和水分的含量亦作了嚴(yán)格的限制。因此，油液凈化，包括從油液中脫去空氣和水分的重大意義是不言而喻的。
目前，從油液中脫去空氣和水分的方法主要有離心分離法和真空分離法。離心分離是利用水和油液的比重不同，在高速離心機(jī)中將水分分離的方法。這種方法分離速率較高，但僅能脫去呈游離狀態(tài)的水分，對空氣和呈溶解狀態(tài)或乳化狀態(tài)的水分不起作用。
真空分離法是利用同一溫度下油液中溶解的空氣的分離壓和水的飽和蒸汽壓比油的飽和蒸氣壓高的原理，在真空狀態(tài)下進(jìn)行脫氣和脫水。其相應(yīng)的裝置的特點是油液在一定壓力下經(jīng)加熱后輸入真空罐，保持某一液位高度，在該高度上形成表面積一定的液面。真空罐內(nèi)的絕對壓力小于該溫度下油液中溶解的空氣的分離壓和水的飽和蒸氣壓而大于該溫度下油液的飽和蒸汽壓。此時，除大量的空氣從油液中分離出來外，呈溶解狀態(tài)的水分也汽化形成水蒸汽從油中分離出來，而呈乳化狀態(tài)的水分由于高度分散于油中而只有部分被分離出來，呈游離狀態(tài)的水分由于受重力作用沉積在真空罐底部或附著在罐壁上，所以很難分離出來。所有分離出來的空氣和水蒸汽脫離液面進(jìn)入真空罐頂部被抽出，經(jīng)脫氣、脫水后的油液在真空狀態(tài)下通過油液輸出泵輸出。
由于油液內(nèi)部所受的壓力大于液面所受的壓力，且壓力的增大與油液的深度成正比，而油液中空氣和水分的分離速度則與油液所受壓力成反比，即處于表層油液中的空氣和水分最容易分離出來，距液面向下距離越遠(yuǎn)則越不容易分離出來。分離速率還與油液的粘度有關(guān)，粘度越低，油液中的空氣和水分越容易分離出來。由于油液的粘度隨溫度的增加而降低，所以一般裝置都對油液進(jìn)行加熱，但溫度過高則會加劇油液的氧化和熱裂解，因此油液溫度通?？刂圃?5-80℃，也就是說通過升溫來提高分離速率是有限的。為了提高空氣和水分從油液中分離出的速率，不同的裝置采取了相應(yīng)的措施。有的在真空狀態(tài)下將油液噴淋分散成小直徑細(xì)滴進(jìn)行脫氣、脫水(例如，參見江蘇省泰興分析儀器廠《ZLY系列真空凈油機(jī)使用說明書》);有的在真空狀態(tài)下將油液通過填料分散成薄油膜進(jìn)行脫氣、脫水(例如，參見泰州機(jī)械廠《ZJC型真空凈油機(jī)使用說明書》)。在裝置中采用上述措施的目的是為了擴(kuò)大油液表面積，從而提高油液中空氣和水分的分離速率。但由于經(jīng)噴淋形成的滴狀油液再小也有一定的直徑，而通過填料形成的油膜再薄也有一定厚度，加上裝置本身受空間體積的限制，其油液表面積的擴(kuò)大也是有限的，從而限制了空氣和水分從油液中分離出來的速率。
本發(fā)明的目的是提供一種新穎的從油液中真空脫氣、脫水的方法。
本發(fā)明的進(jìn)一步目的是提供一種能快速從油液中真空脫氣、脫水的方法。
本發(fā)明的又一個目的是提供一種能在室溫下快速從油液中真空脫氣、脫水的方法。
本發(fā)明的還一目的是提供一種從油液真空脫氣、脫水的裝置。
本發(fā)明的其它目的可從下文的進(jìn)一步說明中看出。
本發(fā)明涉及一種從油液中脫氣、脫水的方法，包括將待處理的油輸入，經(jīng)過節(jié)流后再真空脫氣、脫水，將處理后的油液輸出。
更具體的，在本發(fā)明的方法中，節(jié)流步驟是較好是用小孔結(jié)構(gòu)或短管結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)的。
在本發(fā)明的方法中，待處理油液的溫度可在約20°-80℃;油液節(jié)流前的壓力＞0.15MPa絕對壓力;油液經(jīng)節(jié)流后壓力降至該溫度下油液的空氣分離壓以下、油液的飽和蒸汽壓以上;以及，真空區(qū)的壓力在該溫度下節(jié)流后油液的壓力以下、油液的飽和蒸汽壓以上。
在本發(fā)明的方法中，空氣和水分從油液中分離出來的速率可根據(jù)節(jié)流發(fā)生氣穴現(xiàn)象的程度加以調(diào)節(jié)。
在本發(fā)明的方法中，在真空區(qū)氣泡和汽泡體積膨大上升至液面被真空抽除的過程中，氣泡和的汽泡周圍的油液不斷被帶至油液重新組成新的液面，形成極大的油液表面積，油液中殘余的空氣和水分在這一過程中被進(jìn)一步分離出來。
在本發(fā)明的方法中，待處理的油液可以是不同粘度的已使用過的或未用過的液壓油、汽輪機(jī)油、潤滑油、變壓器油、電容器油、開關(guān)油、冷凍機(jī)油以及食品油等。
在一定溫度下，含有空氣和水分的流動油液經(jīng)節(jié)流后，流速增大，壓力降低，發(fā)生氣穴現(xiàn)象，所形成的氣泡和汽泡被油流帶至真空區(qū)，壓力進(jìn)一步降低，氣泡和汽泡體積膨大，上升至液面，被真空抽除，脫去空氣和水分的油液在真空狀態(tài)下輸出。
由液壓流體力學(xué)知識可知，在流動的液體中，由于壓力降低而有氣泡形成的現(xiàn)象叫作氣穴現(xiàn)象。氣穴中的氣體可以是空氣或該種液體的蒸汽。一定溫度下含有空氣和水分的流動油液由于其流速增大而壓力降低，如壓力降低到該溫度下油液中的空氣的分離壓以下，除混入于油液中的氣泡膨大聚合物，溶解于油液中的空氣將突然迅速自油液中分離而產(chǎn)生大量氣泡，發(fā)生嚴(yán)重氣穴。如壓力降低至該溫度下水的飽和蒸汽壓以下，除油液中所含的空氣形成氣泡外，油液中所含的水分也汽化產(chǎn)生大量汽泡，氣穴現(xiàn)象的發(fā)生程度隨水分含量的增加而趨于強(qiáng)烈。因此，只要壓力不降低到該溫度下油液的飽和蒸汽壓，則油液不被汽化，從而就能利用氣穴現(xiàn)象從油液中分離出空氣和水分。事實上，由于在相同溫度下油液的飽和蒸汽壓遠(yuǎn)較其中所含空氣的分離壓和水的飽和蒸汽壓為低，從而利用氣穴現(xiàn)象是很容易實現(xiàn)的。
在本發(fā)明的方法中，氣穴現(xiàn)象的發(fā)生是通過對油流的節(jié)流來實現(xiàn)的。在液壓技術(shù)上，間隙、細(xì)長管、各種閥口、小孔和短管等都是節(jié)流元件。本發(fā)明最好采用小孔結(jié)構(gòu)或短管結(jié)構(gòu)作為節(jié)流元件，孔口直徑和短管內(nèi)徑可根據(jù)油液的流量來確定。利用其它結(jié)構(gòu)的節(jié)流元件也不背離本發(fā)明的實質(zhì)。
節(jié)流氣穴系數(shù)δ常用于描述氣穴的發(fā)生程度和性質(zhì)，節(jié)流氣穴系數(shù)的定義如下δ=P2-PgρV222]]>式中P2-節(jié)流下游的壓力;
Pg-該溫度下油液的空氣分離壓;
ρ-該溫度下油液的密度;
V2-節(jié)流下游壓力為P2處的平均流速。
對于小孔節(jié)流，按能量方程可得P1-P2=δV222]]>故式(1)可寫成δ = (P2- Pg)/(P1- P2) (2)式中P1-孔口前壓力。
以絕對壓力來表示各處的壓力值時，可有P2≈0Pg≈0故δ=PaPa+P1=11+P1Pa(3)]]>式中Pa-大氣壓。
發(fā)生氣穴的條件是δ＜0.4(見《液壓流體力學(xué)》第九章第三節(jié)，蘇爾皇編，國防工業(yè)出版社，1979年12月第一版)，代入式(3)得，P1＞1.5Pa≈0.15兆帕絕對壓力。
在液壓技術(shù)中，油泵可提供的壓力大大超過該壓力值。只要增加節(jié)流孔口前的壓力，就可以降低節(jié)流氣穴系數(shù)，加劇氣穴現(xiàn)象的發(fā)生程度，提高空氣和水分從油液中分離出來的速率。
實現(xiàn)本發(fā)明的方法所用的裝置包括提供油液一定壓力的油液輸入泵;調(diào)節(jié)輸入泵出口壓力的壓力控制閥;串接于真空罐之前的節(jié)流元件;能容納一定體積的油液的真空罐;裝于真空罐上能提供所需壓力的真空泵;將水蒸汽液化并隨時排出的冷凝器，它連接在真空罐與真空泵之間;在真空狀態(tài)下輸出經(jīng)脫氣、脫水的油液的油液輸出泵;以及，相應(yīng)的連接件。
本發(fā)明的裝置也可包括在節(jié)流元之前串接的油溫調(diào)節(jié)器。
更具體地，本發(fā)明的裝置的節(jié)流元件較好是小孔結(jié)構(gòu)或短管結(jié)構(gòu)的。
本發(fā)明的裝置的真空罐較好地是在其中有一塊垂直安放、頂部與真空罐的頂部之間離開一定距離的徑向隔板，將真空罐分為為頂部相互連通的兩個盛器，經(jīng)節(jié)流后的油液從其中一個盛器的低部輸入，經(jīng)脫氣、脫水后的油液從另一盛器的底部輸出，空氣和水蒸汽則從真空罐頂部被抽除。
本發(fā)明的裝置的工作原理圖如圖附圖
(1)所示。圖(1)中，1為油液輸入泵，2為壓力控制元件，3為油溫調(diào)節(jié)器，4為節(jié)流元件，5為真空罐，6為冷凝器，7為真空泵，8為油液輸出泵。
裝置的工作原理如下含有空氣和水分的油液通過油液輸入泵輸入并建立壓力，油液輸入泵的出口壓力由壓力控制元件調(diào)節(jié)至＞0.15MPa(絕對壓力)，壓力控制元件可以是溢流閥。經(jīng)油液輸入泵輸出的油液通過與輸入泵出口端串接的油溫調(diào)節(jié)器加熱至所需溫度后進(jìn)入節(jié)流元件。節(jié)流元件的結(jié)構(gòu)可以是一小孔或短管。油液經(jīng)節(jié)流后，流速增大，壓力降低，發(fā)生氣穴現(xiàn)象，所形成的氣泡和汽泡被油流帶至真空罐，壓力進(jìn)一步降低，氣泡和汽泡體積膨脹，上升至液面，經(jīng)真空罐頂部抽出的冷凝器冷卻，在冷凝器中，水蒸汽經(jīng)液化后排出，空氣則由真空泵抽走。真空罐的中間可以有一塊垂直安放的隔板，將真空罐分為頂部相互連通的兩個盛器。隔板的作用一是保持油液高度，使節(jié)流后形成的氣泡和汽泡有體積膨大的空間，二是增加油液在真空罐內(nèi)逗留的時間，保證油液中的空氣和水分充分分離，三是氣泡和汽泡體積膨大上升至液面的過程中，氣泡和汽泡周圍的油液不斷被帶至液面重新組成新的液面，形成極大的油液表面積，使油液中殘存的空氣和水分在真空下進(jìn)一步被分離。經(jīng)節(jié)流后的油液從其中一個盛器的底部輸入，經(jīng)脫氣、脫水的油液在真空狀態(tài)下從另一個盛器的底部通過油液輸出泵輸出。
本發(fā)明的裝置中，真空罐中采用多塊隔板，或不采用隔板而進(jìn)行間歇操作也是可以的。
與現(xiàn)有的油液真空脫氣、脫水方法和裝置相比，本發(fā)明的方法及裝置具有如下優(yōu)點分離速率可調(diào)。空氣和水分離出來的過程是通過節(jié)流完成的，其分離速率不受油液所具形狀的影響，只取決于氣穴現(xiàn)象的發(fā)生程度。節(jié)流口斷面積一定時，調(diào)節(jié)節(jié)流處進(jìn)口壓力，從而改變氣穴現(xiàn)象的發(fā)生程度，就可以得到不同的分離速率。
具有極大的油液表面積。由于氣穴現(xiàn)象形成的氣泡和汽泡被油流帶至真空區(qū)，壓力進(jìn)一步降低，氣泡體積膨大，上升至液面，被真空抽除。在這一過程中，氣泡和汽泡周圍的油液隨氣泡和汽泡的上升不斷被帶至液面，替換原先處于液面的那部分油液，重新組成液面，這樣就相當(dāng)于極大地擴(kuò)大了油液表面積，使油液中殘余的空氣和水分更充分地分離出來。
通用性強(qiáng)。由于不使用噴淋和填料，因此對油液粘度沒有嚴(yán)格要求。即使在20℃左右的常溫下也具有較高的脫氣、脫水速率，而且對油液中空氣和水分的存在狀態(tài)沒有嚴(yán)格限制。
由于具有以上優(yōu)點，本發(fā)明的真空分離法只要通過一次或經(jīng)過很少循環(huán)次數(shù)就能達(dá)到油液所需的空氣和水分含量指標(biāo)。
本發(fā)明的方法和裝置適用于脫去不同粘度下已使用過或未使用過的液壓油、汽輪機(jī)油、潤滑油、變壓器油、電容器油、開關(guān)油、冷凍機(jī)油以及食品油中的空氣和水分。
實施例1根據(jù)本發(fā)明的方法及附圖(1)所示的裝置，發(fā)明者建立了相應(yīng)的實驗裝置。實驗裝置的主要部件和參數(shù)如下油液輸入泵1定量柱塞泵，轉(zhuǎn)速1500轉(zhuǎn)/分，流量3.75公升/分，額定壓力31.5兆帕。
壓力控制元件2溢流閥，最大調(diào)節(jié)壓力31.5兆帕，最大流量10公升/分。
油溫調(diào)節(jié)器3加熱功率3千瓦，加熱溫度60℃。
節(jié)流元件4薄壁小孔，孔口直徑0.9mm，隔板壁厚0.4mm。
真空罐5圓柱筒，筒直徑400mm，筒長600mm，隔板高度250mm。
冷凝器6繞片管風(fēng)冷式，散熱面積3.84m2。
真空泵7旋片式油封機(jī)械泵，抽速4公升/秒，轉(zhuǎn)速1400轉(zhuǎn)/分，極限真空＜1.3帕。
油液輸出泵8單螺桿泵，轉(zhuǎn)速250轉(zhuǎn)/分，流量3.8公升/分，額定壓力0.5兆帕。
相應(yīng)連接件9進(jìn)油管φ12×1，出油管φ35×2.5，管接頭若干。
實驗用油液液壓油，40℃粘度為30cst，含氣量為10%，含水量為1000ppm。
實驗過程如下油液經(jīng)油液輸入泵1輸入，調(diào)節(jié)壓力控制元件2，建立輸入泵出口壓力為6兆帕，該壓力值通過位于輸入泵出口端的壓力表顯示。油液經(jīng)油溫調(diào)節(jié)器3加熱至60℃后進(jìn)入節(jié)流元件4，通過位于節(jié)流元件出口端的觀察窗可觀察到薄壁小孔出口處發(fā)生強(qiáng)烈的氣穴現(xiàn)象，所形成的氣泡和汽泡隨油流進(jìn)入真空罐5的隔板一側(cè)底部。真空罐5內(nèi)的絕對壓力為133帕。通過真空罐上開設(shè)的觀察窗可觀察到氣泡和汽體積膨大，迅速上升至液面(液面呈沸騰狀態(tài))，經(jīng)真空罐頂部抽出，到冷凝器6冷卻。在冷凝器中，水蒸汽經(jīng)液化后聚集底部，隔一定時間排出，空氣則由真空泵7抽走。經(jīng)脫氣、脫水后的油液在真空狀態(tài)下經(jīng)真空罐隔板另一側(cè)底部通過油液輸出泵8輸出。真空罐內(nèi)油液輸出端盛器中裝有液位計，控制該盛器中的油液高度不低于100mm，當(dāng)油液高度大于100mm時，油液輸出泵開始工作。
從開始輸入油液到有油液輸出的時間為10分鐘，整個實驗過程為30分鐘，經(jīng)處理后的油液為75公升。
實驗結(jié)果液壓油粘度不變，含氣量為0.1%，含水量為5ppm。
實施例2采用與實施例1相同的裝置。
實驗用油液30號汽輪機(jī)油，40℃時的粘度為60cst，含氣量為5%，含水量為2000ppm。
實驗過程與實施例1所述相同，只是油液不經(jīng)加熱，油溫為室溫20℃。油液輸出后再次經(jīng)輸入泵輸入，實現(xiàn)二次循環(huán)。
實驗結(jié)果30號汽輪機(jī)油粘度不變，含氣量為0.1%，含水量為10ppm。
權(quán)利要求
1.一種從油液中脫氣、脫水的方法，包括待處理的油液的輸入，真空脫氣、脫水，和處理后的油液的輸出，其特征在于，在油液進(jìn)入真空罐前要經(jīng)過一節(jié)流步驟。
2.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述節(jié)流步驟是用小孔結(jié)構(gòu)或短管結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)的。
3.如權(quán)利要求1的方法，其特征為，(1)待處理油液的溫度為20-80℃，(2)油液節(jié)流前的壓力＞0.15MPa絕對壓力，(3)油液經(jīng)節(jié)流后壓力降至該溫度下油液的空氣分離壓以下、油液的飽和蒸汽壓以上，以及，(4)真空區(qū)的壓力在該溫度下節(jié)流后油液的壓力以下、油液的飽和蒸汽壓以上。
4.如權(quán)利要求1或2或3的方法，其特征在于，空氣和水分從油液中分離出來的速率可根據(jù)節(jié)流發(fā)生氣穴現(xiàn)象的程度加以調(diào)節(jié)。
5.如權(quán)利要求1或2或3的方法，其特征在于，在真空區(qū)氣泡和汽泡體積膨大上升至液面被真空抽除的過程中，氣泡和氣泡周圍的油液不斷被帶至液面重新組成新的液面，形成極大的油液表面積，油液中殘余的空氣和水分在這一過程中被進(jìn)一步分離出來。
6.如權(quán)利要求1或2或3的方法，其特征在于，待處理油液包括不同粘度的已使用過或未使用過的液壓油、汽輪機(jī)油，潤滑油，變壓器油，電容器油，開關(guān)油，冷凍機(jī)油以及食品油。
7.如權(quán)利要求1的方法所用的裝置，其特征在于，它包括，(1)提供油液一定壓力的油液輸入泵，(2)調(diào)節(jié)輸入泵出口壓力的壓力控制閥，(3)串接于真空罐之前的節(jié)流元件，(4)能容納一定體積油液的真空罐，(5)裝于真空罐上能提供所需壓力的真空泵，(6)將水蒸汽液化并隨時排出的冷凝器，它連接在真空罐與真空泵之間，(7)在真空狀態(tài)下輸出經(jīng)脫氣、脫水的油液的油液輸出泵，以及(8)相應(yīng)的連接件。
8.如權(quán)利要求7的裝置，其特征在于，在節(jié)流元件之前帶可串接油溫調(diào)節(jié)器。
9.如權(quán)利要求7或8的裝置，其特征在于，節(jié)流元件是小孔結(jié)構(gòu)或短管結(jié)構(gòu)的。
10.如權(quán)利要求7或8的裝置，其特征在于真空罐中間有一塊垂直安放、頂部及真空罐的頂部之間離開一定距離的徑向隔板，將真空罐分為頂部相互連通的兩個盛器，經(jīng)節(jié)流后的油液從其中一個盛器的底部輸入，經(jīng)脫氣、脫水后的油液從另一盛器的底部輸出，空氣和水蒸汽則從真空罐頂部被抽除。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種從油液中脫氣、脫水的方法，它包括待處理的油液的輸入，經(jīng)過節(jié)流后真空脫氣、脫水，再將處理后的油液輸出。本發(fā)明也涉及該方法所用的設(shè)備。
文檔編號C10G33/06GK1087375SQ9210863
公開日1994年6月1日 申請日期1992年11月17日 優(yōu)先權(quán)日1992年11月17日
發(fā)明者葉順妙 申請人:葉順妙