本发明涉及油水混合液或乳化液的低真空快速油水分离方法和低真空油水分离、油气分离油净化装置。主要用途为工业用油的新油精制和工业废油的回收再生精制。 随着科学技术和工业的飞速发展，对各种润滑油、液压油、变压器油等工业用油的净化精度要求越来越严格、用油量也日益增长。因此，工业上不仅要求将新生产的油精制以达到规定标准，而且，把废油抛弃不仅为环境法和资源利用法所不允许，在成本上也是不可取的行为。这就涉及大量废油的回收精制再生。使其重新达到规定的使用标准。此外，油在使用过程中也以较快的速度被污染，所以对使用过程中的油也需要进行连续净化，以确保设备的正常运行。
在使用过程中的油被污染会造成很大的危害。如对液压系统而言，因油污染而形成的事故率可高达82%，而电气及机械故障仅占18%。变压器油因污染而不合格时，变压器就有被击穿的危险。
油中最有害的污染物有：水、气体和固体粒子等。其中水能使油的粘度下降而不合使用要求，水还能使油的油膜强度下降或油膜破裂而加速设备的磨损，水和空气能使油中的必需化学添加剂失效，产生酸质，并加速油的老化。在运行中无水变压器油是有水变压器油寿命的5.6倍。对液压系统而言，水和空气使油的气穴现象严重，使系统地稳定性变差，系统的振动和噪声增加，设备寿命降低，甚至造成事故。
水在油中不仅危害大，而且从油中分离出去也较为困难。对粘度稍高的油，油水混合后经过设备运行时的搅拌而迅速乳化，这时将水从油中分离出去尤为困难，特别含有各种化学添加剂的油，添加剂使油水乳化加强，这就要增加了分离的难度。例如，目前尚没有一种好的设备，能使液压油中的水快速分离出去。此外，在油的精制领域中，往往采用白土、硅胶、活性炭吸附精制，但是当油在高含水量时，水使这些吸附剂迅速失效。因此也必须首先把油中大部分水去除。
因此，油水分离既十分重要而又十分困难的。低真空油水分离、油气分离和油净化技术早已引起工业界的重视。这方面的传统设备很多，大多采用这样的方法：将油水混合液（包括乳化液）通过置于真空容器或塔的顶部的喷淋部件，喷淋成细滴，再降落到稍下的填充物或网栅上，这样使液体的气液二相界面面积增大，同时经填充物阻挡，使液滴或液体薄层在空间的停留时间延长。这样就增加了油中水蒸发的机会。因为油的饱和蒸汽压很低，油在这时很少蒸发的，气体和部分水就在低压下被分离出来，从而达到了油水分离和油气分离的目标。油或油水液最后落容器的下部，再经泵抽出或抽出后再进入喷淋部件，进行循环脱水。
从传质理论可知，油水分离实际就是二组元混合液中易蒸发组元的蒸发。这在一定温度和压力（或真空度）条件下，要求液体有尽可能大的气液二相界面面积，液滴或液体薄层在气相空间停留时间越长越好，液体的气液二相界面要快速更新。唯有这样，油水混合液中的水分才能快速分离出去。但是，上述用喷淋及填充物的传统方法有如下不足：首先，喷淋加填充物增大液体气液二相界面面积的能力是有限的。其次，填充物阻挡液体下落延迟时间的能力更为有限。其三，由于油的粘度较大，油的表面难于更新。这三种因素限制了上述传统方法的油水分离速度。
本发明的目的，是提供一种新油水分离方法，它在和传统方法相同温度和绝对压力（真空度）条件下，能快速进行油水分离。并提供一种应用该方法的低真空油水分离、油气分离和油净化装置。
本发明的目的，是通过下述技术方法达到的：
在油水混合液或乳化液中，引入经过净化处理的气体，并使气体在液体内充分分散，形成大量密集的微细气泡，从而使液体变为二相混合状态。使气体分散的方法是使气体通过用多孔微孔材料制成的气泡发生器。制造气泡发生器的材料是粉末烧结金属、粉末烧结陶瓷、压制成形粉末塑料、压制成形粉末树脂、多成网布成形或其他多孔微孔材料。气泡发生器的结构形式是中空球形、中空棒形、中空圆环形和中空板形等。气体的运动方式是：气体被引入气泡发生器的中空腔后，经过多孔微孔壁的内表面而到达其外表面，接着进入液体内部，形成密集的微细气泡。由于液体处在低真空容器内，液体的绝对压力很低，气泡一到达液体就扩大，并在上浮过程中扩大。由于气泡内的绝对压力远低于水的饱和蒸汽压和气体在油中的分离压，油中水分不断向气泡内蒸发，气体也分离到气泡内，然后气泡到达液体上部时破裂，最终水蒸汽和气体从容器的真空口排出。这时由于油的饱和蒸汽压很低，油极少蒸发，从而达到了油水分离和油气分离的目的。
油水混合液的气液混合二相状态在低真空条件下水快速蒸发的机理在于：
（1）由于液体内分布了大量气泡，使液体的气液二相界面面积大大增加。这是用填充物增大液体表面积的方法不能与之相比的。
（2）物体的运动都是相对而言的。若以某上浮气泡上的一点作为参考坐标原点，则在此坐标系内，上浮气泡可以近似看作不动的，但液体在气泡周围不断下落。这就是说，虽然容器或塔的高度十分有限的，不变的，但只要气泡不断产生和上浮，气泡和液体之间相对运动就不断进行。因此，只要使气泡产生的时间足够长，就等价于液体在空间停留时间有足够的长，油中水分就不断向气泡内蒸发。这也是任何用填充物阻挡液体下落来延长液体在空间的停留时间的传统方法无法与之相比的。
（3）由于气泡处在不断扩大和上浮过程中，因此在任何一个瞬间，气泡周围的液体都是不相同的，也即气液二相界面在不断迅速更新着。这样就克服了液体粘度大，表面难于更新的困难。液体表面更新能使油中水分子暴露到表面而加速蒸发。这是传统方法不能与之相比的。
从以上机理分析可知，采用气液混合二相方法与传统的喷淋加填充物的方法不同之处和优越性是显而易见的。
显然，本发明提供的分离油水混合液的气液混合二相方法，还可应用到如：二组元或多组元混合液中易蒸发组元的快速蒸发和分离、各种盐溶液的浓缩等等液体蒸发工业领域中去。
本发明还提供以上述气液混合二相方法为特征的改进的低真空油水分离、油气分离和油净化装置。现将各流程段及其装置说明如下：
本发明方法的系统装置包括五大部分：（ⅰ）低真空容器、（ⅱ）气泡发生系统流程段、（ⅲ）油水混合液体输入流程段。（ⅳ）真空排放流程段、（ⅴ）净化油输出流程段。将五部分分别说明如下：
ⅰ）.低真空容器或塔
真空容器或塔可分为单腔型和复腔型二种。单腔是指一个容器或塔只有一个腔。复腔型的含意：一是指有若干单腔容器或塔串联起，即油水混合液连续地从第一个容器或塔的输入口开始，到达其出口，这个出口又是第二个容器或塔的入口，依次类推，直至最后一个容器或塔的出口。各容器或塔形成一个串联的容器或塔组合体。二是指，在一个大容器或塔内置有若干隔板，隔板不仅使容器或塔的大腔分隔成若干小腔，而且使液体连续地从第一个小腔的入口开始到达其出口，这个出口成为第二个小腔液体入口，依次类推，液体直至最后一个小腔的输出口。大容器或塔成为若干串联小腔的集合体。三是若容器或塔互相并联。所谓并联是指，有一总的液体输入管线并联接出若干分管线和各容器或塔的液体输入口接通。还有一净化油总输出管线并联接出若分管线和各容器或塔的净化油输出口接通。各容器形成一个并联的容器组合体。在工作时，一个或一部分容器或塔在输入油水混合液，第二个或第二部分容器或塔同时正在进行油水分离;第三个或第三部分容器或塔同时在输出净化油。当第三个或第三部分容器或塔输出净化油完成后，切换成进行油水混合液的输入过程，第一个或第一部分容器或塔同时切换成油水分离过程;第二个或第二部分容器或塔同时切换成输出净化油;这样轮流进行切换，也可做到连续地将油水混合液输入到容器或塔并联的组合体中，而组合体连续输出净化油。每个容器或塔及其腔的上部留有适当的空间并都和真空口相通，以排放水蒸气和气体。在盛有液体的容器或塔及其腔内，除了输出口之外，均装有若干气泡发生器。以使液体变为气液二相混合状态。容器或塔及其腔的工作真空在700mmHg至1×10-3mmHg之间，对非燃料工业用油最佳工作真空在260mmHg至1×10-1mmHg之间。真空容器或塔及其腔的作用是，油水混合液在气液混合二相状态下，水和气体被分离出去。
ⅱ）.气泡发生系统流程段：
本系统包括二小部分。一是气体处理供给部分，提供符合要求的气体。它包括有气源、气体截止阀、气体滤清器、气体干燥器、气体加热器、气流调节阀、气体截止阀和连接它们的相应管线。第二是若干气泡发生器及其与气体供给部相连通的管线。其中，气体处理供给部分在容器或塔及其腔的外部，而气泡发生器及其通气管线在容器或塔及其腔的内部，它的引出管线穿过容器或塔壁和供气部分接通。气泡发生器应确保能浸没在液体内。本流程段的作用是让容器或塔及其腔内液体变为气液二相混合状态。
ⅲ）.油水混合液输入流程段
本流程段与传统的低真空净油装置相似。有以下几部分组成：进口阀、粗滤油器、输入泵、泵安全阀、油加热器、油温控制器、精密滤油器、精密滤油器的压差开关、流量调节阀、截止阀和连接它们的相应管线所组成。它与真空容器或塔及其复腔中的入口腔的入口连通。本流程段的作用是向容器或塔及其腔提供适宜温度的一定量的油水混合液，同时滤去大部分固体粒子。
ⅳ）.真空排放流程段
本流程与传统低真空净油装置的真空排放流程相似。本流程段有下列几部分所组成：真空表、真空放气阀、冷凝器、存水箱、真空泵及其相应的连接管线所组成。它与容器或塔及其腔的真空口接通。冷凝器的作用是将水蒸气冷凝成水，水进入存水箱，以防水蒸气进入真空泵，影响其正常运行，而气体从真空泵排出。本流程段的作用：一是使真空容器或塔及其腔维持一定的真空度，二是排放水蒸气和气体。
ⅴ）.净化油输出流程段：
本流程段也与传统的低真空净油装置输出流程相似。它由真空容器或塔及其腔的输出口接出，经截止阀、输出泵、泵安全阀、止回阀、精密滤油器、流量调节阀、流量计、截止阀及其相应连接管线所组成。本流程段的作用是，对油中固体粒子进一步滤去，并将含水量、含气量和固体粒子污染均符合使用标准的净化油输出。
附图说明如下：
图1 为单腔型间歇处理低真空净油装置流程示意图。
图2 为中空球形气泡发生器长方阵式布置的正视示意图。
图3 为球形气泡发生器长方阵式布置的顶视示意图。
图4 为球形气泡发生器的中心剖面视图。
图5 为复腔型连续处理的低真空净油装置流程示意图。
图6 为复腔型容器的正视示意图。
图7 为下隔板的侧视图。
图8 为上隔板的侧视图。
现结合附图和实施例将体发明进一步详细说明如下：
Ⅰ.单腔型间歇处理的低真空净油装置
图1为单腔型间歇处理低真空净油装置流程示意图。它包括单腔型低真空容器、气泡发系统流程段、油水混合液输入流程段、真空排放流程段和净化油输出流程段。现将各部分及运行程序介绍如下：
ⅰ）.单腔型低真空容器或塔
图1中，16为圆筒形立式密封容器。底部为净化油排放口。位于底部的18是油加热器和相应的油温控制器。18稍上的圆阵式布置的若干（图中只画5个）中空球形气泡发生器G，G稍上的17是下液面控制器。17′是上液面控制器，其作用是不要使液体加到容器16的顶部，使容器上部留有适当的空间，不使液体从真空口排出，而能使水蒸气和气体便于从真空口排出。真空口位于容器16的最高处。容器的工作真空在1×10-1mmHg到260mmHg之间。
ⅱ）.气泡发生系统流程段
气泡发生器是本发明的关键部件，需进一步说明。图2即为中空球形气泡发生器长方阵式布置的正视示意图。图中，G11G21……G111为球形气泡发生器，L为总通气管，I11I21……I111为各气泡发生器和总通气管的并联分管线。图3即为球形气泡发生器的长方阵式布置的顶视示意图。图中G11G12……Gm，直至Gn1Gn2……Gnn，为各气泡发生器。图4为球形气泡发生器的中心剖面视图，其中Sr为中空球的内径、SR为球外径。这里只画了长方阵布置，它较适合横卧圆筒形容器中布置。对上述立式圆筒形容器，则采用圆阵式布置较为适宜。
图1中，总通气管穿过容器壁和气体处理供部分的截止阀接通。气体处理供给部分包括：气源1、截止阀2、气体滤清器3、气体干燥器4、气体加热器及其温度控器5、气流调节阀6、气体截止阀7和它们相应联接管线。气体从气源1开始，依次通过2、3、4、5、6和7进入各气泡发生器G的中空腔内。气体温度与油温一致。
ⅲ）.油水混合液输入流程段
图1中，带有固体粒子和水的污油依次从截止阀8进入流程，经过粗滤油器9、输入泵10、加热器及其温度控制器12、清密滤油器13和截止阀15，然后进入容器16内。粗滤器9的作用是保护泵10，并分担精滤器13的滤污量。11为泵10的安全阀。加热器12使液体升温，并将温度控制在允许温度范围内。精滤器13可滤去液体中的大部分固体粒子。粗滤器9和精滤器13对油实现了去除固体粒子的第一步净化。14为压差开关，当精滤器13的污容量太多时，压差增大，压差开关14被触发，促使整个装置停止运行，直至换掉或清洗好滤心后重新起动时为止。当停止加油时，截止阀15关闭，以保护容器16内的真空。
ⅳ），真空排放流程段
气体透过气泡发生器G球壁上的微孔，到达液体内。由于液体处在真空容器内，液体处于低压状态，液体内的微细气泡扩大，并在扩大过程中上浮。由于气泡内的绝对压力（实际气泡内也处于低真空态）远低于水的饱和蒸汽压和气体在油中的分离压，油中水分不断向各气泡内蒸发，气体也进入气泡内部。气泡上浮到17′的液压处破裂，水蒸气和气体从容器16的真空口排出。
图1中，19为真空压力表。气体和水蒸气从容器16的顶部真空口出来，到达冷凝器20。极大部分水蒸气被冷凝成水，向下流水存水箱22，而气体从真空泵21排出。22′为存水箱22的液面控制器，当水位到达22′时，控制器22′被触发，真空泵21停止运行，阀23打开放水。
ⅴ）净化油输出流程段
图1中的气液混合二相真空油水分离过程经历时间越长，油的含水量就越低。若气体处理供给部分能提供足够干燥的气体，则油含水量随处理时间延长而任意降低，甚至可达1ppm以下。当油的含水量达到规定标准时，阀7关闭，过1至2分钟排除残留气体后，关闭真空泵21。与气体干燥器4接通的真空充气阀24打开，使容器16内恢复压力。保护容器16内真空度的截止阀25开启，净化油经油输出泵26、止回阀28，再经精密滤油器29的进一步过滤，从输出截止阀30输出净化油。油的固体粒子净化精度取决于精密滤油器13和29的精度等级。
ⅵ）装置工作程序
油水混合液输入流程开始工作，下液面控制器17被触发，这时气泡发生系统流程段和真空排入流程段同时开始工作。液体到达17′时，上液面控制器17′被触发，油输入流程段停止工作，截止阀15关闭。当油达到指定含水标准时，气泡发生系统停止工作，阀7关闭。1至2分钟后真空排放流程停止工作，同时充气阀24开启，容器16被充气复压。这时，净化油输出流程段开始工作，输出净化油，直至容器16内排放完为止。
Ⅱ.复腔型连续处理的低真空净油装置
图5为本装置流程示意图，现将流程各部分及工作程序说明如下：
ⅰ），复腔型低真空容器
图6即为复腔型容器的正视示意图。图中，31为卧式圆筒型容器壁。32为油水混合液输入口。33为净化油输出口。34为下隔板。35为上隔板。36为真空口。容器最下部有4个阀，是作为换油或清洗时排空用，都通向输出口33。图7为下隔板的侧视图，图中，31为容器壁，34为下隔板。34的上部空缺部分是作为水蒸气和气体的排放通道。左边隔板略比右边的高，以防止油水混合液向右溢过后再向左倒流。图8为上隔板的侧视示意图。图中31为容器壁，35为上隔板。上部空缺部分为水蒸气和气体的排放通道，下部空缺部分为油水混液通道。上隔板比任何一块下隔板都高。共有4块下隔板和3块上隔板。把大容器31分隔成8个小腔，形成复腔型容器。油水混合液从入口32进入，然后沿虚曲线的箭头方向前进，（示于图6中）经过左边第一小腔，溢过第一块下隔板上端进入第二小腔，即左边第一小腔的出口是第二小腔的入口依次类推直至出口33。显然，各小腔实际是串联的。
通过图6、7和8的上述说明，在图5的复腔型容器31的结构形式就容易理解了。为了使图5简洁，图中未标出容器31下方的4个排空阀。在图5中，左边7个小腔的下部均布置气泡发生器G。就容器31的整体而言，它们是成长方阵布置的，（参见图2和3）。总通气管穿过容器壁与外部的气体处理供给部分的阀6′接通。图5中，55为上液面控制器，56为下液面控制器。容器工作真空在260mmHg至1×10-1mmHg之间。
油水混液每流过一个小腔，在大量气泡的作用下，水被蒸发出去一部分，并从真空口36排出。越靠近输出口的小腔，油的含水量就越低。因此，小腔越多，油水分离精度越高。此外，流过小腔的流量或流速越小，分离精度也越高。这样就可做到，即使含水量很高的油水混合液，连续通过复腔型容器，达到出口时油的含水量就能达到规定指标。
ⅱ）.气泡发生系统流程段
图5中，气体处理供给部分包括：气源1′、截止阀2′、气体滤清器3′、气体干燥器4′、气体加热器及其温度控制器5′、气流调节阀6′和连接它们的相应管线所组成。阀6′和容器31穿出的总通气管接通。所通入气体温度和容器31内的输入油温一致。
ⅲ）.油水混合液输入流程段
图5中，连续输入流程段由截止阀37、粗滤油器38、油泵39、安全阀40、油加热器41、油温控制器42、精密滤油器43，压差开关44、流量调节阀45和相应管线连接而成，调节阀45和入口32接通。除流量调节阀45外，各部件的作用与单腔型容器输入段相似。通过阀45的流量调节，来选择容器31的油水分离精度。
ⅳ）.净化油连续输出流程段
图5中，净化油连续输出流程段包括输出泵57、安全阀58、止回阀59、精密滤器60、流量调节阀61、流量计62、出口阀63和它们的相应连接管线所组成。输出泵57的入口和容器31的出口33接通。流量计62的作用是计量处理量。流量调节阀61的作用是，当上液面控制器55被触发时，阀61的流量可调大一些，以防液体过分高过各下隔板的上端。下液面控制器56被触发时，阀61的流量可调小些，以防止泵57吸空而影响泵寿命，并确保连续地输出。即阀61是为实现装置的输入和输出的流量匹配，确保装置连续正常运行。其他部件作用和单腔型相似。
ⅴ）.真空连续排放流程段
图5中，46为真空表。各腔的水蒸气和气体到达容器31内的上部空间后，进入真空口36，再到冷凝器47，气体从真空泵48排出，冷凝器中的水向下流入副存水箱49、再向下经过二位二通阀50流入主存水箱51。当主存水箱51中水位到达上液位控制器52时，控制器52被触发，使阀50关闭，且又使二位二通阀54打开，水经阀54流出。由于阀50这时是关闭的，因此放水时不影响容器31的工作真空。当水面下降到下液位控制器53时，控制器53使阀54关闭而阀50又打开。这样排水方法确保了容器31的连续工作。
ⅵ）.装置工作程序
a）.装置预热工作程序
输入流程段、气泡发生系统和真空排放系统同时开始工作，油面到达上液面控制器55时，阀64打开，同时阀37和63关闭，输出流程同时开始工作。这时装置进入循环预热工作状态。
b）.正常运行工作程序
当真空容器温度接近油温时，阀37和63开启，阀64关闭。这时，若上液面控制器55呈触发态，则稍调大阀61的流量。若下液面控制器56呈触发态，则稍调小阀61的流量，使输入和输出流量能互相匹配。这时就进入正常运行态。
本发明的装置有如下特点：
（1）由于装置内设有喷淋部件和填充物，所以对油的粘度没有严格要求，因此通用性好。
（2）由于装置内无喷淋部件，也即无易阻塞物和其他易损件。因而维护保养容易。
（3）若定义β＝ (入口油含水量)/(出口油含水量) 为描述装置的油水分离性能。则本装置的β值不仅在设计时可选定，对设计定型产品，其β值的可调范围很大。
（4）对高粘度高含水量的油，传统的喷淋加填充物的方法，其平均β值只有1.2至3之间。而本发明的装置其β值可达20至100，甚至更高。
（5）本发明的装置，对高粘度高含水量的油，也只需一次处理就能达到规定精度指标，而不必反复循环。处理时间短而油水分离精度高。而其他传统装置需多次反复循环，需较长时间才能达到精度指标。
（6）单腔型间歇处理低真空净油机的噪声远比传统装置噪声小。
（7）复腔型连续处理低真空净油机，由于油水混合液一次通过装置就能达到精度指标，且可连续地进行。因此可很容易接到油生产或油净化精制的流水生产线上去。而其他传统装置，需多次循环才能达到精度指标，因此难于接入流水生产线中去。
（8）发明人用类似图1所示的单腔型间歇处理的实验性低真空净油装置，将含水量为10000ppm的液压油，经过充分乳化后，在装置内进行油水分离，半个小时后，油含水量降至88ppm。其β值为113。而目前已有技术中较先进的传统装置，对含水量为10000ppm的液压油，4至6次循环处理，历时2个小时左右，只能降到含水量500ppm。以4次循环计算，其β值为2.12。二者的β值之比为50倍以上。
这充分说明了本发明的优越性及其积极效果。