由于油、氣、水的相對(duì)密度不同,組分一定的油水混合物在一定的壓力和溫度下,當(dāng)系統(tǒng)處于平衡時(shí)就會(huì)形成一定比例的油、氣、水相。當(dāng)相對(duì)較輕的組分處于層流狀態(tài)時(shí),較重組分液滴根據(jù)斯托克斯公式的運(yùn)動(dòng)規(guī)律沉降，重力式沉降分離設(shè)備即根據(jù)這一基本原理進(jìn)行設(shè)計(jì)。

由斯托克斯公式可知,沉降速度與油中水分半徑的平方成正比，與水油的密度差成正比,與油的粘度成反比。通過增大水分密度,擴(kuò)大油水密度差,減小油液粘度可以提高沉降分離速度,從而提高分離效率。

經(jīng)過進(jìn)一步的探索,1904年Hazen根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)提出了"淺池理論",即在重力沉降過程中,分散而非結(jié)絨顆粒的沉降效果以顆粒的沉降速度與池面積為函數(shù)衡量,與池深、沉降時(shí)間無關(guān),也即提高沉降池的處理能力有兩個(gè)途徑:

一是擴(kuò)大沉降面積,

二是提高水分沉降速度。提高水分沉降速度的措施可以通過斯托克斯公式得出,擴(kuò)大沉降面積的措施是在容器內(nèi)設(shè)置多層水平隔板。以這一理論為基礎(chǔ),1950年美國殼牌公司[3]研制成功第1臺(tái)平行板捕集器,其可去除水中最小為60μm的油滴。上世紀(jì)70年代Fram公司開發(fā)了V型板分離器,上世紀(jì)80年代CENATCO公司開發(fā)了板式聚結(jié)器,

這是一種錯(cuò)流式組合波紋板,經(jīng)過不斷改進(jìn),這種設(shè)備在油氣分離、油水分離和含油污水凈化方面都得到了應(yīng)用。

在較為深入研究油水分離機(jī)理的基礎(chǔ)上,根據(jù)相應(yīng)理論研制出了高效蒸發(fā)設(shè)備,其按分離過程大體分為預(yù)分離室、沉降分離室以及油室和水室3部分。

預(yù)分離室內(nèi)一般設(shè)有蝶形轉(zhuǎn)向器和均質(zhì)布液板,其原理是通過多次改變油水乳化液的運(yùn)行方向和流速,強(qiáng)化機(jī)械破乳作用,從而進(jìn)一步加快油水分離速度。通過活性水洗滌可以大大降低乳狀液界面膜強(qiáng)度,由于乳化液與水層間的剪切和摩擦作用,使其界面膜破裂,從而促進(jìn)液滴聚并,使其粒徑變大,加速油水分離。沉降分離室主要起進(jìn)一步分離凈化的作用,油水分離器是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

利用油水密度的不同,使高速旋轉(zhuǎn)的油水混合液產(chǎn)生不同的離心力,從而使油與水分開。由于離心設(shè)備可以達(dá)到非常高的轉(zhuǎn)速,產(chǎn)生高達(dá)幾百倍重力加速度的離心力,因此離心設(shè)備可以較為*地將油水分離開,并且只需很短的停留時(shí)間和較小的設(shè)備體積。由于離心設(shè)備有運(yùn)動(dòng)部件,日常維護(hù)較難,因此只應(yīng)用于試驗(yàn)室的分析設(shè)備和需要減小占地面積的場(chǎng)所。

利用離心分離原理工作的一種主要設(shè)備是水力旋流器,它用于將作為連續(xù)相的液體與作為分散相的固粒、液滴或氣泡進(jìn)行物理分離的設(shè)備。分散相與連續(xù)相之間的密度差越大,兩相就越容易分離。與重力場(chǎng)中的情況類似,在兩相之間的密度差一定的條件下,分散相的顆粒直徑越大,在重力場(chǎng)中達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)兩相之間反向運(yùn)行的速度差越大,因此就越容易分離。