¿Qué es un separador de agua y aceite: principios de funcionamiento, tipos y aplicaciones

Respondiendo a la pregunta central:¿Qué es un separador de aceite y agua y cómo funciona?Un separador de aceite de agua es un recipiente o canal que elimina el aceite libre y disperso de las aguas residuales industriales mediante la explotación de la diferencia de densidad entre las dos fases immiscibles.La separación sigue la ley de Stokes, donde la velocidad de elevación de una gota de aceite es v = g x d2 x (rho_agua - rho_aceite) / (18 x mu), por lo que una gota de 150 micrómetros de 850 kg/m3 de aceite en agua se eleva a aproximadamente 3-4 mm/s. Para capturarla,el separador debe ralentizar el líquido a granel lo suficiente como para que la gota llegue a la superficie antes de que salga el aguaPor lo tanto, un separador de gravedad convencional API 421 limita la velocidad horizontal a 0,9 m/min (3 pies/min), manteniendo el número de Reynolds por debajo de 2,000, y utiliza una relación profundidad/ancho de 0,3-0.5Las unidades de tamaño adecuado reducen el aceite entrante de 100-1000 mg/L a 10-50 mg/L, mientras que las etapas de pulido alcanzan los límites de descarga de 10-15 ppm establecidos por los reguladores y por la OMI MEPC.107(49) para aguas de fosa de los buques.

Cuatro principios físicos determinan si un separador cumple con sus especificaciones de salida:

• Diferencia de densidad y ley de Stokes:Todo comienza con la diferencia de densidad entre las fases de aceite y agua. Los aceites minerales típicos se encuentran en 820-880 kg / m3 contra el agua en aproximadamente 1,000 kg / m3, lo que da una diferencia de conducción de 0.12-0.18 g/cm3La velocidad de elevación de la escala de velocidad con el cuadrado del diámetro de la gota, la velocidad de elevación de la escala de velocidad de elevación de la escala de velocidad de elevación de la escala de velocidad de elevación de la escala de velocidad de elevación de la escala de velocidad de elevación de la escala de velocidad de elevación de la escala de velocidad de elevación de la escala de velocidad de elevación de la escala de velocidad de elevación.la mitad del tamaño de las gotas cuartos de la tasa de aumento: una gota de 300 micrómetros sube unos 12 mm/s, mientras que una de 75 micrómetros sólo logra 1 mm/s.y por qué cualquier dispositivo aguas arriba que corte gotas más pequeñas, como una bomba centrífuga o una válvula de estrangulamiento, destruye silenciosamente el rendimiento del separador aguas abajo.
• Tiempo de residencia y flujo tranquilo:Un separador es un dispositivo para comprar tiempo. El líquido debe permanecer en el recipiente el tiempo suficiente para que la gota de diseño viaje desde la parte inferior de la ruta de flujo a la superficie,que en un separador API significa desde el invertido hasta la superficie del agua, típicamente 1,5-3 m. Con una velocidad de ascenso de 3 mm/s que requiere 500-1000 segundos de retención, o 8-17 minutos,y la longitud del recipiente se deriva de dividir la retención requerida por la velocidad horizontal admisibleLa turbulencia destruye este cálculo, por lo que los distribuidores de entrada, deflectores perforados y una zona de quietud larga son obligatorios,y los diseñadores verifican el rendimiento comprobando que el número de Reynolds se mantiene por debajo de 2, 000 y idealmente por debajo de 500 en la zona de separación.
• Coalescencia y crecimiento de gotitas:La gravedad sola no puede eliminar gotas por debajo de unos 50-60 micrómetros en una cuenca de tamaño razonable, por lo que la mayoría de los separadores modernos agregan un medio de coalescencia.En un interceptor de placas de cartón ondulado el agua fluye a través de una pila de placas espaciadas 20-40 mm entre sí establecidos en 45-60 gradosLas gotas se elevan sólo a una corta distancia de la parte inferior de la placa superior, se fusionan en una película, y la película se drena hacia arriba a lo largo de la placa hasta el canal de recolección.Debido a que la distancia efectiva de asentamiento cae de metros a centímetros, un IPC logra la misma separación en el 20-50% de la huella de una cuenca abierta de API.que debe ser drenado regularmente o la pila se ensucia y pierde por completo su ventaja.
• Flotación y asistencia química:Cuando el aceite se emulsiona o las gotas se estabilizan con tensioactivos, la separación por gravedad falla y la planta pasa a la flotación.La flotación de aire disuelto satura un flujo de reciclaje con aire a 300-600 kPa y lo libera a través de una válvula de aguja o un eductor a presión atmosférica., produciendo una nube de burbujas de 10-100 micrómetros que se adhieren a las gotitas de aceite y las llevan a la superficie, donde un skimmer elimina el flotador.un polielectrolito catiónico o aniónico rompe la emulsión, y un coagulante de sal de hierro o aluminio desestabiliza la carga.pero la sobredosis restabiliza la emulsión y hace que el efluente sea peor que no tratarlo en absoluto.

La selección se basa en la concentración de aceite de entrada, la distribución del tamaño de las gotas, el espacio disponible en la parcela y el límite de descarga que debe cumplirse:

• Separador de gravedad API:El diseño de referencia para las aguas oleaginosas de refinería y petroquímica, normalizado en la API 421 y utilizado durante mucho tiempo como primera etapa de tratamiento.Es una cuenca de hormigón rectangular larga con un skimmer de vuelo accionado por cadena barrido de aceite flotante a una tubería con ranuras en el extremo aguas abajoSu ventaja es su simplicidad, tolerancia a las cargas de babosas y sólidos y una eliminación predecible del 60-99% del aceite libre.Su debilidad es la huella.Para el tratamiento de 1.000 m3/h con un corte de 150 micrómetros se requiere una cuenca de aproximadamente 40-60 m de largo, que solo maneja aceite libre y no hace nada con el aceite emulsionado o disuelto.
• Interceptor de placa corrugada y interceptor de placa inclinada:Un CPI o TPI empaqueta el mismo principio de separación en un tanque de acero de una fracción del tamaño, utilizando la pila de placas paralela descrita anteriormente.La separación de las placas de 20-40 mm y una inclinación de 45-60 grados permite que los sólidos migren hacia abajo mientras que las películas de aceite migran hacia arribaEstas unidades son fabricadas en fábrica, montadas en deslizamiento y generalmente tratan 5-500 m3/h, lo que las convierte en la opción estándar para plataformas offshore, terminales,y renovaciones de plantas donde no se puede verter una nueva cuenca de concretoSon más propensos a la obstrucción por sólidos y grasas pesadas que una cuenca abierta, por lo que el cribado aguas arriba y la limpieza regular de los platos no son negociables.
• Flotar con aire disuelto y flotar con gas inducido:Las unidades de flotación tratan lo que la gravedad no puede: aceite emulsionado y gotas dispersas finas en el rango de 5-50 micrómetros.El DAF utiliza el flujo de reciclaje presurizado descrito anteriormente y es común en la refinería y el tratamiento de efluentes petroquímicos como etapa secundaria después del separador APIEn cambio, el IGF dispersa el gas mecánicamente con un educador inducido por el impulsor o un rotor con chispas, evitando el recipiente de saturación y la bomba y tolerando sólidos más altos.ambos producen un flujo de desnatado flotante de 1-5% de aceite que debe ser devuelto para su recuperación o eliminación., y ambos son sensibles a las oleadas de flujo, por lo que la ecualización aguas arriba es un requisito de diseño en lugar de una opción.
• Las demás máquinas y aparatos para la fabricación de la siguiente clase:Donde el espacio es un premio, como en las plataformas offshore,Los hidrociclones líquidos-líquidos giran la corriente a alta velocidad para que el agua más pesada se arroje a la pared y el núcleo de aceite más ligero se extraiga a través del buscador de vórticesSon compactos y no tienen partes móviles, pero necesitan una caída de presión de 200-500 kPa, son intolerantes a sólidos y gases,y su rendimiento se reduce bruscamente en la reducción por debajo del 40-50% del flujo de diseñoPara el pulido a niveles muy bajos, un filtro de cartucho de coalescencia o una unidad de ultrafiltración o membrana cerámica pueden reducir el aceite por debajo de 5-10 ppm.a costa del reemplazo regular de los medios y de un flujo de concentrado que debe manejarse.

P: ¿Cuál es la diferencia entre un separador de aceite y agua y un separador de API?

A: Un separador de aceite y agua es la categoría general que abarca cualquier dispositivo que separe el aceite del agua.mientras que un separador API es un diseño de gravedad específica estandarizado por el Instituto Americano del Petróleo en API 421.Un separador de API es una cuenca rectangular larga con un skimmer de vuelo y un raspador de lodo de tamaño para eliminar gotas superiores a 150 micrómetros, normalmente manteniendo la velocidad horizontal a 0.9 m/min y el número de Reynolds inferior a 2,000Como es una cuenca abierta, tolera bien las cargas de babosas y sólidos, pero necesita una gran superficie de la parcela.los hidrociclones y los coalescores son las etapas secundarias o de pulido que le siguen.

P: ¿Qué concentración de aceite puede alcanzar un separador de aceite y agua?

R: Depende de la tecnología y de la distribución del tamaño de las gotas de entrada.ya que sólo elimina el aceite libreUn interceptor de placas onduladas mejora esto a 20-60 mg/L. La adición de DAF asistido químicamente lleva el efluente al rango de 10-30 mg/L.y una fase de pulido por coalescores o membranas puede alcanzar menos de 5-10 mg/lPara el agua de cala a bordo del buque, el límite reglamentario es de 15 ppm según el MEPC.107 de la OMI (49),que está cubierto con un separador de agua oleosa dedicado que utiliza una etapa de coalescencia y filtración seguida de un monitor de contenido de aceite y una válvula automática a bordo.

P: ¿Por qué un separador de aceite y agua de repente deja de funcionar?

R: Cuatro causas explican la mayoría de las fallas.una válvula de control de estrangulamiento o una restricción parcialmente cerrada emulsiona el aceite en gotas por debajo del tamaño de corte de diseñoLa acumulación de sólidos: limo, escamas y lodos llenan la cuenca o el puente a través del paquete de placas, reduciendo el volumen efectivo y el flujo de cortocircuito.Baja de temperatura: la viscosidad del agua aumenta bruscamente a medida que se enfría, y como la velocidad de aumento es inversamente proporcional a la viscosidad, una unidad que funciona en verano puede fallar en invierno.un nuevo tensioactivo, agente de limpieza o inhibidor de la corrosión en el flujo de residuos estabiliza la emulsión y elimina por completo la separación por gravedad.

P: ¿Cuál debe ser el tamaño de un separador de aceite y agua?

R: Comience con el tamaño de corte de gotas de diseño, generalmente de 150 micrómetros para el servicio API,y calcular la velocidad de subida con la ley de Stokes utilizando las densidades reales de aceite y agua a la temperatura de funcionamiento en lugar de a la temperatura ambiente. Establezca la velocidad horizontal no superior a 0,9 m/min y la relación profundidad/ancho entre 0,3 y 0.5, luego comprobar que el número de Reynolds es inferior a 2,000La longitud del recipiente se deriva de la velocidad horizontal multiplicada por el tiempo de retención requerido, que es la profundidad de separación dividida por la velocidad de subida de gotas.5 a 2..0 para la turbulencia de entrada, confirmar el comportamiento de desaceleración hasta un 30-40% del caudal de diseño y añadir una alarma de nivel de aceite y un control automático de desnatamiento para evitar el traslado de aceite durante las cargas de babosa.