Che cos'è un separatore idro-olio: principi di funzionamento, tipi e applicazioni

Rispondendo alla domanda fondamentale:Che cos'è un separatore olio-acqua e come funziona?Un separatore di acque oleose è un recipiente o un canale che rimuove l'olio libero e disperso dalle acque reflue industriali sfruttando la differenza di densità tra le due fasi immiscibili.La separazione segue la legge di Stokes, dove la velocità di risalita di una goccia d'olio è v = g x d2 x (rho_acqua - rho_olio) / (18 x mu), quindi una goccia di 150 micrometri di 850 kg/m3 di olio in acqua sale a circa 3-4 mm/s. Per catturarla,il separatore deve rallentare il liquido a volume sufficiente affinché la goccia raggiunga la superficie prima che l'acqua esca.Un separatore di gravità convenzionale API 421 limita quindi la velocità orizzontale a 0,9 m/min, mantenendo il numero di Reynolds al di sotto di 2,000, e utilizza un rapporto profondità/larghezza di 0,3-0.5Le unità di dimensioni adeguate riducono l'olio in entrata da 100-1000 mg/L a 10-50 mg/L, mentre le fasi di lucidatura raggiungono i limiti di scarico da 10-15 ppm fissati dai regolatori e dall'IMO MEPC.107(49) per le acque di fondale di bordo.

Quattro principi fisici determinano se un separatore soddisfa le sue specifiche di uscita:

• Differenza di densità e legge di Stokes:Tutto inizia con la differenza di densità tra le fasi di olio e acqua.18 g/cm3, ma il greggio pesante, il bitume e alcuni oli sintetici raggiungono i 950-1.010 kg/m3 e si separano molto lentamente o non si separano affatto.dimezzando la dimensione delle goccioline quarti il tasso di aumento: una goccia di 300 micrometri sale di circa 12 mm/s mentre una goccia di 75 micrometri riesce a raggiungere solo 1 mm/s.e perché qualsiasi dispositivo a monte che taglia goccioline più piccole, come una pompa centrifuga o una valvola di frenatura, distrugge silenziosamente le prestazioni del separatore a valle.
• Tempo di residenza e flusso tranquillo:Il liquido deve rimanere nel recipiente abbastanza a lungo da permettere alla goccia di progettazione di viaggiare dal fondo del percorso di flusso alla superficie,che in un separatore API significa dall'inversione alla superficie dell'acqua, in genere 1,5-3 m. Con una velocità di risalita di 3 mm/s che richiede 500-1000 secondi di ritenzione, o 8-17 minuti,e la lunghezza del recipiente deriva dalla divisione della ritenzione richiesta per la velocità orizzontale ammissibileLa turbolenza distrugge questo calcolo, quindi sono obbligatori distributori di ingresso, deflettori perforati e una lunga zona di stazionamento.e i progettisti verificano le prestazioni verificando che il numero di Reynolds rimanga al di sotto di 2,000 e idealmente sotto 500 nella zona di separazione.
• Coalescenza e crescita delle goccioline:La gravità da sola non può rimuovere goccioline inferiori a circa 50-60 micrometri in un bacino di dimensioni ragionevoli, quindi la maggior parte dei separatori moderni aggiunge un mezzo di coalescenza.In un intercettore di piastre ondulate l'acqua scorre attraverso una pila di piastre spaziate tra loro di 20-40 mm impostate a 45-60 gradiLe goccioline salgono solo a breve distanza dalla parte inferiore della piastra superiore, si fondono in un film e il film scorre poi verso l'alto lungo la piastra fino al canale di raccolta.Poiché la distanza di assestamento efficace scende da metri a centimetri, un CPI raggiunge la stessa separazione nel 20-50% dell'impronta di un bacino API aperto.che deve essere prosciugato regolarmente, altrimenti il mucchio si inquinerebbe e perderebbe completamente il suo vantaggio..
• Fluttazione e assistenza chimica:Quando l'olio viene emulsionato o le gocce stabilizzate da tensioattivi, la separazione gravitazionale fallisce e l'impianto passa alla galleggiatura.La flottazione dell'aria disciolta satura un flusso di riciclo di aria a 300-600 kPa e lo rilascia attraverso una valvola ad ago o un eductor a pressione atmosferica, producendo una nube di bolle di 10-100 micrometri che si attaccano alle goccioline di olio e le portano in superficie, dove uno skimmer rimuove il galleggiante.un polielettrolita cationico o anionico rompe l'emulsione, e un coagulante di sale ferrico o di alluminio destabilizza la carica.ma il sovradosaggio ristabilizza l'emulsione e rende l'effluente peggiore di nessun trattamento.

La selezione è determinata dalla concentrazione dell'olio di entrata, dalla distribuzione delle dimensioni delle goccioline, dallo spazio disponibile della trama e dal limite di scarico da rispettare:

• Separatore di gravità API:Progettazione di riferimento per le acque oleose delle raffinerie e petrochimiche, standardizzata nell'API 421 e utilizzata a lungo come prima fase di trattamento.Si tratta di un lungo bacino di calcestruzzo rettangolare con una catena azionata volo skimmer spazzando olio galleggiante a un tubo a fessura all'estremità a valleI suoi punti di forza sono la semplicità, la tolleranza dei carichi di lumache e dei solidi e una prevedibile rimozione del 60-99% dell'olio libero.Il suo punto debole è l' impronta.Per il trattamento di 1.000 m3/h con un taglio di 150 micrometri è necessario un bacino lungo circa 40-60 m. Esso gestisce solo l'olio libero e non fa nulla per l'olio emulsionato o disciolto.
• Intercettore a piastra ondulata e intercettore a piastra inclinata:Un CPI o un TPI imballa lo stesso principio di separazione in un serbatoio di acciaio di una frazione delle dimensioni, utilizzando la pila di piastre parallele descritta sopra.Distanza tra le lastre di 20-40 mm e un'inclinazione di 45-60 gradi permettono ai solidi di migrare verso il basso mentre le pellicole di olio migrano verso l'altoQueste unità sono costruite in fabbrica, sono montate sul retro, e in genere trattano 5-500 m3/h, il che le rende la scelta standard per piattaforme offshore, terminali,e ristrutturazioni di impianti in cui non è possibile versare un nuovo bacino di calcestruzzoEssi sono più inclini al blocco da solidi e grassi pesanti di un bacino aperto, quindi lo screening a monte e la pulizia regolare delle piastre non sono negoziabili.
• Flottazione ad aria disciolta e flottazione a gas indotta:Le unità di flottazione trattano ciò che la gravità non può: olio emulsionato e goccioline fine disperse nell'intervallo di 5-50 micrometri.DAF utilizza il flusso di riciclaggio pressurizzato descritto in precedenza ed è comune nelle raffinerie e nei trattamenti dei rifiuti petrolchimici come fase secondaria dopo il separatore API. IGF invece disperde i gas meccanicamente con un eductor indotto da una girante o un rotore sparged, evitando il vaso saturatore e la pompa e tollerando solidi più elevati.entrambe producono un flusso di scremanti galleggianti di olio da 1 a 5% che deve essere ricondotto per il recupero o lo smaltimento, e entrambi sono sensibili alle ondate di flusso, quindi l'equalizzazione a monte è un requisito di progettazione piuttosto che un'opzione.
• Prodotti a base di acciaio o di calcioDove lo spazio e' un premio, come sulle piattaforme offshore,gli idrocicloni liquido-liquido ruotano il flusso ad alta velocità in modo che l'acqua più pesante venga gettata sulla parete e il nucleo di olio più leggero venga estratto attraverso il vortex finderSono compatti e non hanno parti mobili, ma hanno bisogno di un calo di pressione di 200-500 kPa, sono intolleranti a solidi e gas,e le loro prestazioni diminuiscono bruscamente quando il flusso è inferiore al 40-50% del flusso di progettazionePer la lucidatura a livelli molto bassi, un filtro a cartuccia coalescente o un'unità di ultrafiltrazione o membrana ceramica possono portare l'olio sotto 5-10 ppm,al costo della regolare sostituzione dei supporti e di un flusso di concentrato che deve essere gestito.

D: Qual è la differenza tra un separatore di olio e acqua e un separatore API?

A: un separatore olio-acqua è la categoria generale che comprende qualsiasi dispositivo che separa l'olio dall'acqua,mentre un separatore API è una progettazione a gravità specifica standardizzata dall'American Petroleum Institute nell'API 421. Un separatore API è un lungo bacino rettangolare con uno skimmer di volo e uno raschiatore di fanghi dimensionati per rimuovere goccioline superiori a 150 micrometri, tenendo in genere la velocità orizzontale a 0.9 m/min e il numero di Reynolds inferiore a 2,000In pratica un separatore API è lo stadio di trattamento primario, e le unità CPI, DAF,gli idrocicloni e i coalescenti sono gli stadi secondari o di lucidatura che lo seguono.

D: Quale concentrazione di olio può raggiungere un separatore di olio e acqua?

R: Dipende dalla tecnologia e dalla distribuzione delle goccioline all'ingresso. Un separatore di gravità API ben gestito fornisce in genere 50-150 mg/L da un'ingresso da diverse centinaia a poche migliaia di mg/L,dal momento che rimuove solo olio liberoUn intercettore di piastre ondulate migliora questo a 20-60 mg/l. L'aggiunta di DAF assistito chimicamente porta l'effluente nell'intervallo 10-30 mg/l.e uno stadio di lucidatura a coalescente o a membrana può raggiungere sotto i 5-10 mg/l- per le acque di fondale di bordo il limite normativo è di 15 ppm ai sensi della norma IMO MEPC.107 ((49),che è dotato di un separatore di acqua oleosa dedicato con una fase di fusione e filtraggio seguita da un monitor del contenuto di olio e una valvola automatica a bordo.

D: Perché un separatore di olio e acqua smette di funzionare?

R: Quattro sono le cause della maggior parte dei guasti.una valvola di controllo di stretta o una restrizione parzialmente chiusa emulsiona l'olio in goccioline inferiori alle dimensioni di taglio di progettoL'accumulo di solidi: fanghi, scorie e fanghi riempiono il bacino o il ponte attraverso il pacco di piastre, riducendo il volume effettivo e il flusso di cortocircuito.Caduta della temperaturaLa viscosità dell'acqua aumenta notevolmente man mano che si raffredda, e poiché la velocità di aumento è inversamente proporzionale alla viscosità, un'unità che funziona in estate può fallire in inverno.un nuovo tensioattivo, detergente o inibitore della corrosione nel flusso di rifiuti stabilizza l'emulsione e sconfigge completamente la separazione gravitazionale.

D: Qual è la dimensione di un separatore di olio e acqua?

A: iniziare dalla dimensione di taglio delle goccioline progettate, di solito 150 micrometri per le API,e calcolare la velocità di risalita con legge di Stokes utilizzando le densità reali di olio e acqua alla temperatura di esercizio piuttosto che a ambiente- impostare la velocità orizzontale a non più di 0,9 m/min e il rapporto profondità/larghezza tra 0,3 e 0,5, poi controlla che il numero di Reynolds sia inferiore a 2,000La lunghezza del vaso deriva dalla velocità orizzontale moltiplicata per il tempo di ritenzione richiesto, che è la profondità di separazione divisa per la velocità di risalita delle goccioline.5-2..0 per la turbolenza all'ingresso, confermare il comportamento di arresto fino al 30-40% del flusso progettato e aggiungere un allarme del livello dell'olio e un controllo automatico della scrematura per prevenire il trasferimento di olio durante i carichi delle lumache.