PL 70 286 Y1 2 Opis wzoru Przedmiotem wzoru uzytkowego jest separator fazowy do usuwania wody z zawodnionych cieczy organicznych takich jak oleje, smary czy chlodziwa organiczne. Wystepowanie wody w cieczach organicznych w tym olejach, smarach czy chlodziwach jest zwia- zane z ich starzeniem eksploatacyjnym. Woda moze wystepowac w cieczach organicznych w postaci pojedynczych czasteczek lub tez w postaci fazy rozproszonej, to jest wytraconych asocjatów wody zdy- spergowanych w organicznej fazie ciaglej z wytworzeniem metnej emulsji woda/olej, co jest przyczyna utraty niektórych wlasciwosci uzytkowych cieczy organicznej. Znane sposoby rozbijania emulsji olej-woda celem wydzielenia wody z cieczy organicznej obej- muja techniki chemiczne z zastosowaniem kompozycji odpowiednich srodków chemicznych zwanych takze de-emulgatorami oraz techniki mechaniczne, w których wode usuwa sie poprzez wirowanie i/lub filtracje zanieczyszczonej cieczy organicznej. Oczyszczone z wody ciecze organiczne, w zaleznosci od skladu oraz udzialu innych zanieczysz- czen, moga byc ponownie eksploatowane. Dodatkowo, ciecze organiczne przepracowane, zawierajace poza woda takze inne zanieczyszczenia, takie jak produkty utleniania i polimeryzacji skladników cieczy organicznej czy zanieczyszczenia stale, pochodzace ze zuzywania sie wspólpracujacych elementów maszyn, oprócz de-emulgacji mozna poddawac takze innym operacjom oczyszczania i rafinacji, takim jak destylacja, filtracja czy róznego rodzaju procesy sorpcyjne. Usuwanie wody z przepracowanych cieczy organicznych, takich jak oleje, smary czy chlodziwa, stanowi zatem samodzielnie lub w polaczeniu z innymi procesami oczyszczania technike recyklingu przepracowanych cieczy organicznych, która ma na celu regeneracje zuzytych olejów, smarów czy chlo- dziw celem ich ponownego wykorzystania. W efekcie, w przypadku cieczy organicznych przemyslo- wych, w wyniku recyklingu uzyskuje sie obnizenie kosztów pracy instalacji, dzieki zmniejszonemu zuzy- ciu tych cieczy, mniejszej ilosci zuzytego oleju i filtrów, rzadszym przestojom oraz polepszeniu zarówno jakosci produktu, jak i srodowiska pracy. Wirowanie, stanowiace jedna z technik mechanicznej separacji wody z cieczy organicznych, realizowane jest zwykle za pomoca separatorów fazowych zwanych takze wirówkami, których konstruk- cja umozliwia odwirowanie zawodnionej cieczy organicznej, przy czym skutecznosc separacji wody z cieczy jest tym wieksza, im wieksza jest róznica gestosci rozdzielanych cieczy. Zasada rozdzialu fazowego z wykorzystaniem wirówek opiera sie na dzialaniu sily odsrodkowej – w wyniku obrotów ciecz poddawana jest dzialaniu sily odsrodkowej, której wartosc jest znacznie wieksza niz wartosc sily grawitacji. Rozdzial faz w wyniku dzialania sily odsrodkowej przebiega nastepujaco: w szybko wirujacym bebnie sile ciezkosci zastepuje sila odsrodkowa, której wartosc w zaleznosci od zastosowanych obrotów bebna moze byc wielokrotnie wieksza niz wartosc sily grawitacji. W wyniku wirowania nastepuje rozdzial fazy organicznej oraz fazy wodnej w sposób ciagly w stosunkowo niewiel- kim przedziale czasowym. Znane konstrukcje wirówek skladaja sie z obrotowego, ulozyskowanego bebna z otworem do wprowadzania zawodnionej cieczy organicznej oraz systemu wyprowadzania odseparowanych faz: wodnej oraz organicznej, wspólpracujacego z ukladem napedowym bebna. Wprawianie bebna w ruch obrotowy z okreslona predkoscia umozliwia wytworzenie w ukladzie sily odsrodkowej. Z literatury patentowej znane sa rózne konstrukcje separatorów fazowych do wydzielania wody z zawodnionych cieczy organicznych, takich jak przepracowane oleje. Z polskiego opisu patentowego PL 208 442 znana jest konstrukcja separatora fazowego do usu- wania wody z oleju transformatorowego poprzez jej wymrazanie. Urzadzenie zawiera pompy ezekto- rowe oraz uklad zbiorników: tlocznego, dwóch zbiorników osuszaczy, buforowego, przelewowego i kondensacyjnego – polaczonych przewodami rurowymi wyposazonymi w elektrozawory. Zbiorniki osuszaczy maja umieszczone na wlotowych przewodach rurowych wymrazacze oraz rozdzielacze wody, natomiast pomiedzy wymrazaczami i rozdzielaczami przewody rurowe maja rozmrazacze wody. Z polskiego opisu patentowego PL 192 755 znane jest urzadzenie do wydzielania wody z pro- duktów naftowych. Urzadzenie sklada sie ze zbiornika przeplywowego zawierajacego we wnetrzu zbior- nika uklad wielkostopniowych przegród odwadniajacych w postaci pakietów zamocowanych do scianek zbiornika prostopadle do podluznej osi zbiornika, przy czym kazdy pakiet sklada sie z upakowanych scisle przegród hydrofilowych z wlókna szklanego niskoalkalicznego oraz przegrody bimetalicznej skla- dajacej sie z dwóch metali o znacznej róznicy potencjalów elektrodowych w formie trwale polaczonych siatek lub spiekanych proszków, przy czym przegrody z wlókna szklanego znajduja sie w pakiecie przed PL 70 286 Y1 3 przegroda bimetaliczna zgodnie z kierunkiem przeplywu produktu naftowego. Zbiornik zawiera takze w dnie odprowadzenia skoagulowanej wody. Zasada dzialania urzadzenia polega na przeplywie zawod- nionego produktu naftowego przez umieszczone w zbiorniku membrany, co zapewnia rozdzial fazy wod- nej od fazy organicznej. Znane konstrukcje separatów fazowych charakteryzuja sie dosc skomplikowana konstrukcja. Ponadto separatory fazowe o konstrukcji wirówek zawieraja elementy wirujace – to jest bebny, umoz- liwiajace powstanie w cieczy sily odsrodkowej. Elementy wirujace maszyn, w tym beben obrotowy oraz jego ulozyskowanie, szybko sie zuzywaja. Dodatkowo, wprawianie bebna obrotowego wirówki w ruch obrotowy wymaga znacznego nakladu energetycznego w przypadku stosowania duzych predkosci obrotowych bebna celem uzyskania wysokiego stopnia rozdzialu fazowego zanieczyszczonej woda cieczy organicznej. Celowym byloby zatem opracowanie separatora fazowego umozliwiajacego wydzielenie wody z zawodnionych cieczy organicznych, którego konstrukcja nie wymagalaby implementacji elementów wirujacych w postaci bebna obrotowego, zapewniajac jednoczesnie wysoki stopien rozdzialu fazowego mieszaniny. Przedmiotem wzoru uzytkowego jest separator fazowy do usuwania wody z zawodnionych cie- czy organicznych, zawierajacy rure wlotowa oraz rure separacyjna, charakteryzujacy sie tym, ze sto- sunek srednicy (d) rury separacyjnej do srednicy (D) rury wlotowej wynosi od 1 : 4 do 1 : 2, przy czym wylot rury wlotowej jest polaczony z wlotem rury separacyjnej poprzez reduktor koncentryczny, a w rurze separacyjnej od strony wlotu znajduje sie nieruchomy slimak o wzrastajacym liniowo kacie nachylenia zwoju slimaka od wartosci poczatkowej wynoszacej 45° w strefie wlotowej do wartosci kon- cowej wynoszacej 90° w strefie wylotowej, przy czym wylot rury separacyjnej jest zakonczony stozko- wym króccem wylotowym stanowiacym wylot fazy organicznej, a w najnizszym punkcie scianki bocznej rury separacyjnej pomiedzy zakonczeniem slimaka a króccem wylotowym znajduje sie otwór stano- wiacy wylot fazy wodnej. Przedmiot wzoru uzytkowego zostal przedstawiony na rysunku, na którym Fig. 1 przedstawia schematycznie separator fazowy w przekroju podluznym, a Fig. 2 przedstawia schematycznie slimak z uwidocznionymi zwojami. Na Fig. 1 przedstawiono schematycznie konstrukcje separatora fazowego w przekroju podluznym. Separator fazowy zawiera rure wlotowa 10 polaczona wspólosiowo z rura separacyjna 12, przy czym rura wlotowa 10 ma srednice D wieksza od srednicy d rury separacyjnej 12, przy czym stosunek sred- nicy d rury separacyjnej 12 do srednicy D rury wlotowej 10 d : D wynosi korzystnie od 1 : 4 do 1 : 2, w szczególnosci przykladowo 1 : 4, 1 : 3 lub 1 : 2. Rura wlotowa 10 ma jeden koniec rury z uksztaltowanym otworem 11 do wprowadzania zawod- nionej cieczy organicznej do separatora fazowego oraz drugi koniec polaczony za posrednictwem reduktora koncentrycznego 14 z rura separacyjna. Rura wlotowa 10 oraz rura separacyjna 12 pola- czone sa wspólosiowo, jedna za druga. Rura wlotowa 10 od strony wlotu 11 moze byc polaczona z rurociagiem do transportu zawodnionej cieczy organicznej umozliwiajacym wprowadzenie strumienia cieczy do rury separacyjnej 12. Ponadto rura wlotowa 10 separatora fazowego moze samodzielnie stanowic ostatni element roboczy rurociagu zawodnionej cieczy organicznej, wspólpracujacego z sys- temem tloczenia cieczy, przykladowo w postaci konwencjonalnej pompy tloczacej umozliwiajacej transport strumienia cieczy orurowaniem z odpowiednia predkoscia. Reduktor koncentryczny 14 laczacy rure wlotowa 10 o wiekszej srednicy D z rura separacyjna 12 o mniejszej srednicy d ma konstrukcje konwencjonalnego reduktora koncentrycznego w postaci stozko- wej rury, o wiekszej srednicy reduktora 14 odpowiadajacej srednicy D rury wlotowej 10 oraz o mniejszej srednicy reduktora odpowiadajacej srednicy d rury separacyjnej 12. Rura separacyjna 12 zawiera od strony rury wlotowej 10 sekcje odwirowania 12a z osadzonym wzdluznie wewnatrz rury 12 nieruchomym slimakiem 121 o zmiennej – wzrastajacej liniowo wartosci kata nachylenia zwoju ?, przy czym ? zmienia sie w sposób liniowy na dlugosci slimaka od wartosci poczatkowej wynoszacej ? = 45° na wlocie do sekcji odwirowania, do wartosci koncowej wynoszacej ? = 90° na wylocie z sekcji odwirowania 12a. Nieruchomy slimak 121 ma korzystnie jednakowa sred- nice zewnetrzna oraz jednakowa wysokosc kanalu slimaka 121 na calej dlugosci slimaka (Fig. 2). Zastosowanie liniowo zmiennego kata nachylenia zwoju slimaka ? od wartosci wynoszacej 45° w stre- fie wlotowej slimaka do wartosci wynoszacej 90° w strefie wylotowej slimaka 121 zapewnia poprawe stopnia rozdzialu fazowego zawodnionych cieczy organicznych takich jak przepracowane oleje, smary czy chlodziwa. PL 70 286 Y1 4 Na Fig. 2 przedstawiono schematycznie slimak 121 separatora fazowego z uwidocznionymi zwo- jami. Slimak 121 ma zmienny kat nachylenia zwoju ?, przy czym kat nachylenia zwoju slimaka ? wzrasta liniowo od wartosci poczatkowej wynoszacej ? = 45° w strefie wlotowej slimaka 121a do wartosci kon- cowej wynoszacej ? = 90° w strefie wylotowej slimaka 121b. Zastosowanie nieruchomego slimaka o zmiennym – wzrastajacym liniowo kacie nachylenia zwoju ? od wartosci poczatkowej wynoszacej 45° do wartosci koncowej wynoszacej 90° umozliwia ograniczenie spadku cisnien w strumieniu cieczy, prze- plywajacym przez sekcje wirowania 12a separatora fazowego, co zapewnia stopniowe wprowadzanie strumienia cieczy przeplywajacej przez strefe odwirowania 12a separatora w odpowiedni profil prze- plywu wirowego, zapewniajac poprawe stopnia odwirowania zawodnionej cieczy. Nieruchomy slimak 121 moze byc zamocowany w rurze separacyjnej 12 na stale lub rozlacznie, przy czym rozlaczne osadzenie slimaka 121 w rurze separacyjnej 12 umozliwia jego okresowy demon- taz celem skontrolowania stanu zuzycia slimaka oraz ewentualnej regeneracji lub wymiany. Slimak 121 moze miec uzwojenie, w którym wierzcholki zwojów slimaka 121 stykaja sie ze scianka rury separacyjnej 12 w sekcji odwirowania 12a. Zaleta takiej konstrukcji jest latwosc wspól- osiowego osadzenia slimaka wzgledem podluznej osi rury separacyjnej 12. Ponadto separator fazowy w sekcji odwirowania 12a moze miec waska szczeline pomiedzy wierz- cholkami uzwojenia slimaka a scianka rury separacyjnej 12. Zaleta takiej konstrukcji jest mozliwosc szybkiego montazu oraz demontazu slimaka 121 w sekcji separacyjnej 12a urzadzenia. Rura separacyjna 12, za sekcja separacyjna 12a ze slimakiem 121, ma sekcje wylotowa 12b z wylotem fazy organicznej 122 uksztaltowanym wzdluz podluznej osi 13 rury separacyjnej 12, korzyst- nie w postaci stozkowo rozszerzajacego sie krócca wylotowego 122. W sekcji wylotowej 12b rura sepa- racyjna 12 ma ponadto wylot fazy wodnej 123 w postaci otworu uksztaltowanego w sciance bocznej rury separacyjnej, ponizej podluznej osi rury 13, a bardziej korzystnie uksztaltowanego w najnizszym punkcie rury 12 wzgledem podluznej osi 13 rury, przy czym otwór wylotowy fazy wodnej 123 moze byc zakonczony króccem wylotowym 124, prostopadlym do podluznej osi 13 rury separacyjnej 12. Konstrukcja separatora fazowego umozliwia zatem mechaniczne rozdzielenie mieszaniny zawie- rajacej faze organiczna oraz faze wodna w postaci trwalej emulsji, w której faza wodna w postaci nie- wielkich kropelek jest rozproszona w fazie organicznej. Za pomoca separatora fazowego wedlug wzoru uzytkowego mozna wydzielac wode z róznego rodzaju przepracowanych (zawodnionych) cieczy orga- nicznych, przykladowo takich jak: zawodnione oleje silnikowe, w tym oleje syntetyczne i mineralne, a takze zuzyte oleje transformatorowe, zawodnione smary oraz zawodnione chlodziwa organiczne, zawierajace wode korzystnie w ilosci od 5 do 10%. Korzystnie temperatura cieczy zawodnionej wpro- wadzanej do separatora fazowego wynosi od 10 do 30°C. Zasada dzialania separatora wedlug wzoru uzytkowego jest nastepujaca: zawodniona ciecz organiczna wprowadza sie do rury wlotowej 10 otworem 11 w taki sposób, aby osiagnac predkosc prze- plywu strumienia cieczy w rurze wlotowej 10 wynoszaca co najmniej 2 m/s. Strumien cieczy rura wlo- towa 10 o srednicy D poprzez reduktor koncentryczny 14 wplywa do sekcji wirowania 12a rury separa- cyjnej 12 – kierunek przeplywu cieczy przez separator fazowy przedstawiono schematycznie na Fig. 1 za pomoca strzalek. Uzytecznosc zastosowania rury wlotowej 10 o srednicy D wiekszej od srednicy d rury separacyjnej 12 oraz zastosowania reduktora koncentrycznego 14 na polaczeniu tych rur 10, 12 przejawia sie zwiekszeniem predkosci przeplywu strumienia zawodnionej cieczy na wlocie cieczy do sekcji wirowania 12a rury separacyjnej 12. W sekcji wirowania 12a separatora fazowego strumien cieczy przeplywa poprzez rure separa- cyjna 12 wzdluz uzwojen nieruchomego slimaka 121. Uzytecznosc konstrukcji sekcji separacyjnej 12a urzadzenia – z osadzonym w rurze nieruchomym slimakiem 121 przejawia sie tym, ze strumien cieczy przeplywa przez nieruchomy slimak 121 ruchem wirowym, uzyskujac za pomoca konstrukcji separatora oraz konstrukcji slimaka 121 osadzonego w separatorze duze przyspieszenie promieniowe i powstanie sily odsrodkowej w strumieniu cieczy, co umozliwia mechaniczne rozbicie emulsji z uzyskaniem korzyst- nego stopnia rozdzialu fazowego zawodnionej cieczy organicznej. Dodatkowo, konstrukcja slimaka, który ma linowo wzrastajacy kat nachylenia zwoju ? od wartosci poczatkowej wynoszacej 45° do wartosci koncowej wynoszacej 90° zapewnia stopniowe wprowadzanie strumienia cieczy przeplywajacej przez strefe odwirowania 12a separatora w odpowiedni profil prze- plywu wirowego, co zapewnia ograniczenie spadków cisnienia w strumieniu cieczy w trakcie przeplywu przez sekcje wirowania 12a. Z sekcji wirowania 12a strumien rozdzielonych cieczy: wodnej oraz organicznej przeplywa do sekcji wylotowej 12b rury separacyjnej 12 zawierajacej dwa otwory wylotowe 122, 123, z których PL 70 286 Y1 5 jeden otwór uksztaltowany jest wzdluz podluznej osi rury separacyjnej 13, natomiast drugi otwór wylo- towy uksztaltowany jest w sciance bocznej rury separacyjnej 12 ponizej podluznej osi rury 13. Uzy- tecznosc konstrukcji sekcji wylotowej 12b rury separacyjnej 12 przejawia sie tym, ze ciecz o wiekszej gestosci, to jest faza wodna – przemieszczajaca sie w strumieniu cieczy obwodowo, to jest jako war- stwa cieczy przylegajaca do scianki bocznej sekcji wylotowej 12b rury separacyjnej 12, wyprowadzana jest otworem wylotowym uksztaltowanym w sciance bocznej rury 123, ponizej podluznej osi 13 rury, a korzystnie uksztaltowanym w najnizszym punkcie rury separacyjnej 12, w sekcji wylotowej 12b – pomiedzy slimakiem 121 oraz otworem wylotowym fazy organicznej 122. Natomiast ciecz o mniejszej gestosci, to jest faza organiczna przemieszczajaca sie w strumieniu cieczy osiowo to jest w jego srod- kowej czesci, jest wyprowadzana otworem wylotowym 122 uksztaltowanym wspólosiowo z podluzna osia rury separacyjnej 13. Taka konstrukcja otworów wylotowych 122, 123 jest szczególnie korzystna, poniewaz zapewnia szybka oraz nieskomplikowana procedure rozdzialu fazy wodnej od fazy nieorga- nicznej bezposrednio po procesie wirowania. Konstrukcja separatora fazowego umozliwia zatem separacje fazowa zawodnionych cieczy orga- nicznych z wykorzystaniem sily odsrodkowej, przy czym konstrukcja separatora nie zawiera szybko zuzywajacych sie elementów wirujacych. Slimak 121 osadzony podluznie w sekcji wirowania 12a rury separacyjnej 12, jest zamocowany w rurze nieruchomo – i w trakcie pracy separatora slimak nie obraca sie, lecz pozostaje w spoczynku. Konstrukcja slimaka 121 zapewnia wysoki stopien separacji fazowej zawodnionych cieczy organicznych. Ponadto konstrukcja separatora fazowego umozliwia szybszy rozdzial fazowy w odniesieniu do odstojników, w których jedyna sila zapewniajaca rozdzial fazowy jest grawitacja. Kolejna zaleta separatora fazowego jest konstrukcja modulowa umozliwiajaca sprawna wymiane wybranych elementów urzadzenia, przykladowo slimaka czy odpowiednich rur: wlotowej lub separacyjnej. Dodatkowo ze wzgledu na niewielkie wymiary oraz prosta konstrukcje separator fazowy moze byc zamontowany w istniejacych rurociagach, poprzez adaptacje jednego z elementów roboczych ruro- ciagu jako rury wlotowej 10 separatora fazowego. PL PL