Гидроциклон

 

Союз Советскик

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (63) Дополнительное к авт. сеид-ву— (22) Заявлено 08. 01. 82 (21) 3376338/23-26 ($1) М. КЛ.З с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет—

В 04 С 5/16

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 070383. Бюллетень ¹ 9

Дата опубликования описания 070383

tS33 YIpIK 621,928, .37(088,8) (72) Автор изобретения

Дзержинский филиал Всесоюзного научно-исследовательского и конструкторского института химического машиностроения (71) Заявитель (54) ГИДРОЦИКЛОН

Изобретение относится к устройствам для разделения суспензий в поле центробежных сил и может быть использовано в химической, нефтеперерабатывающей, угольной, горнообогатительной и других отраслях промышленности, Известен гидроциклон, содержащий корпус, состоящий иэ цилиндрической и конической частей. В месте их стыковки образован серповидный уступ.

Корпус имеет тангенциальный входной патрубок, сливной и песковый патрубки 513.

В известном гидроциклоне используют эффект турбулентного режима, создаваемого в месте стыка цилиндрической и конической частей за счет смешения их осей с образованием серповидного уступа. Этот режим позволяет уменьшить плотность суспензии, особенно около стенки гидроциклона, в результате чего должна увеличиваться линейная скорость твердых частиц в пристенной зоне гидроциклона, что ускорило бы их выгрузку через песковый патрубок.

Однако известное устройство обладает существенными недостатками.

Уменьшение плотности твердых час- тиц в месте серповидного уступа распространяется на неболыаую зону по длине конической части, и по мере приближения к песковому патрубку плотность твердых частиц в пристен-.. ной зоне опять увеличивается. A так как основное разделение осуществляется именно в конической части гидроциклона, то незначительное местное уменьшение плотности пристенного слоя сгущенной части суспензии оказывает слабое воздействие на процесс разделения суспензии в гидроциклоне и выгрузку твердых частиц из пескового патрубка.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является гидроциклон, содержащий цилиндрический корпус с входным, сливным и песковым патрубками, коническая часть корпуса выполнена иэ последовательно ус- тановленных конических секций с серповидными выступами в месте их стыковки (2 ).

Сборка соседних секций выполнена со.смещением их осей таким образом, что внутренняя окружность нижнего торца верхней из двух соседних сек1002037 ций пересекается с внутренней окружностью верхнего торца нижней секции, в результате чего образуется серпо- . видный выступ, а с противоположной стороны — меньший по сравнению с ним серповидный уступ. 5

Сборка всей конической части выполнена с поворотом направления смещения осей каждой пары секции в направлении вращения суспензии та ким образом, что серповидные уступы 10 образуют ступенчатый винтовой канал,. а выступы — ступенчатую винтовую стенку серповидного сечения.

При разделении суспензии выступы серповидного сечения являются пряьы- )5 ми порогами, т.е. препятствием на пути движения потока пристенного слоя сгущенной суспензии, поэтому в его зоне осевое движение потока прекращается, и вся энергия передается 20 вращательному движению. Только при достижении (во вращательном движении) потоком винтовых уступов возобновляется его осевое движение, и поток испытывает эффект снижения плот- 25 ности пристенного слоя сгущенной суспензии при многократном и последовательном использовании, обеспечивающий улучшение качества разделения.

Этому способствует также пульсирующий характер движения суспензии, вызываемый ступенчатыми винтовыми выступами серповидного сечения.

Однако прямые пороги (выступы) являются препятствием для пристенного слоя сгущенной суспензии. Поэто- З5 му твердые частицы, находящиеся во внутренней части врашающегося пристенного слоя, при своем вращательном движении по торцу выступа, в отличие от частиц, находящихся s не- 40 посредственном контакте со стенкой, резко изменяют направление своего движения. Удаляясь от стенки, они по спиральной траектории попадают в другой, вращающийся восходящий< 45 т.е. осветленный поток, чем значительно снижают качество осветленного продукта. Этот недостаток делает невбзможным применение гидроциклона для работы в режиме осветления.

Поскольку эффект снижения плотности пристенного слоя сгущенной суспензии обеспечивается только в зоне серповидного уступа, он незначите-.. лен и ограничен малыми размерами уступа — только на 1/4 длины торцовой окружности каждой верхней из соседних секций.

Гидроциклон сложен в изготовлении.

Целью изобретения — повышение эффективности разделения путем увеличе-4 0 ния плотности сгущенного пристенного слоя суспензии в конической части гидроциклона.

Поставленная цель достигается тем, что в гидроциклоие, содержащем ци- Я линдрический корпус с входным, сливным и песковым патрубками, коническая часть выполнена из последовательно установленных конических секций с серповидными выступами в месте их стыковки и снабжена цилиндрическими секциями, последовательно чередующимися с коническими секциями, при этом секции установлены с шагом, равным t (0,25-1)0, где 0 — диаметр цилиндрической части гидроциклона.

Целесообразно цилиндрические секции выполнять с высотой, равной Ь (0,06-0,25)с, где t - шаг илиндрическихи конический секций, при этом шаг чередующихся секций выполнен уменьшающимся в направлении к песковому патрубку.

На фиг. 1 изображен гидроциклон, продольный разрез; на фиг, 2 — разреэ A-A на фиг. 1; на Фиг. 3 — узел 1 на фиг. 1; на фиг. 4-8 — коническая часть корпуса с углами конусности соответственно 10, 20, 30, 40

Еоо.

Гидроциклон состоит из цилиндроконического корпуса 1 с тангенциальным патрубком 2 для подачи исходной суспензии, сливным патрубком 3 для отвода осветленной фракции, песковым патрубком 4 для отвода сгущенной фракции.

Внутренняя поверхность конической части корпуса снабжена несколькими расположенными последовательно цилиндрическими участками таким образом, чтобы конические и цилиндрические участки чередовались по длине конусной части.

Гидроциклон работает следующим образом.

Исходная суспензия под избыточным давлением через входной патрубок

2 подается в цилиндроконический корbye. Под действием центробежных сил содержащиеся в суспензии и имеющие большой удельный вес крупные твердые частицы отбрасываются к стенке и по спиральной траектории движения направляются к песковому насадку и вместе с частью жидкой фазы выгружаются из гидроциклона. В цилиндрической части происходит предварительное разделение суспенэии, в результате чего плотность слоя сгущенной суспензии в радиальном направлении к стенке гидроциклона растет. Жидкая фаза суспензии движется в полости гидроциклона во внутреннем спираль-. ном потоке. По мере движения этого потока в направлении. конической части радиальная составляющая окружной скорости растет и поэтому осветленный поток начинает менять направление своего движения сначала в радиальном, а затем (вдоль оси корпуса гидроциклона) в противоположном от пескового насадка направлении, т.е.

1002037 в направлении сливного насадка,. и во зращательно-поступательном движении удаляется из гидроциклона. Примерно в середине (по высоте) конусной части завершается формирование .этого потока, а в непосредственной близости от пескового насадка завершается разделение .суспензии на сгущенную и осветленную фазы.

В конической части гидроциклона вследствие увеличения центробежных 10 сил за счет плавного уменьшения радиуса вращения суспензия подвергается дополнительному разделению, в рееультате чего равномерно растет плот ность пристенного сгущенного слоя : 15 суспензии по всей длине, конической части. Это приводит к тому, что твердые частицы сталкиваются друг с другом и поэтому растет сопротивление движению твердых частиц и величина окружной скорости твердых частиц, равномерно возрастающая по длине конусной части в направлении пескового насадка, будет несколько ниже величины окружной скорости

- твердых частиц без учета фактора сопротивления в сгущенном потоке.

Падение величины окружной скорости твердых частиц с учетом фактора сопротивления в сгущенном слое потока в гидроциклоне компенсируется за счет местного снижения постоянно увеличивающейся плотности пристенного слоя сгущенной суспензии на цилиндрическом участке конической части, где за счет клинообразного коль- Ç5 цевого пространства по всему пери. метру окружности объем, занимаемый пристенным слоем сгущенной суспензии, увеличивается, а плотность снижается. Многократное и последователь- 40 ное по длине конуса использование укаэанного эффекта приводит к тому, что ко времени, когда исчезает влияние эффекта от первого цилиндрического участка, эта же часть потока испытывает подобный же эффект от последующего цилиндрического участка и, таким образом, падение окружной скорости твердых частиц от фактора сопротивления компенсируется полностью.

При этом важное значение имеют пределы изменения количества и высоты цилиндрических участков, а также шага коническо-цилиндрических участков, в зависимости от диаметра 0 цилиндрической и угла d, конической частей.

При постоянном диаметре цилиндрической части D = 40 мм и уменьшении угла конуса от 60 до 10, т.е.. в наиболее распространенных пределах„ оптимальные пределы количества цилиндрических секций и, шага коническо-цилиндрических секций t и высота цилиндрических секций h соответственно составляют и = 1 г 5, t =.(О 51,0), h = (0,125-0,25) с.

Увеличение диаметра цилиндрической части при уменьшении угла конуса от 60 до 10 расширяет приведенные оптимальные пределы: и 1-11, t = (О 25-1 0), (О р06-0,25) t°.

Объясняется это тем, что при больших диаметрах цилиндрической части

D = 300-1000 мм происходит смещение оптимальных пределов: п 5-11, t = (0,25-0,5), h (О 06-0,125) t °

Кроме того, цилиндрйческие участки в конусной части гидроциклона увеличивают общую цлину гидроциклона,. что приводит к повышению качества разделения.

Фсрмула изобретения

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1 ° кл. В

2. кл. В

Патент Франции Р 1474396, 04 С, 1967.

Патент Франции У 2376701, 04 С 5/16, 1978 (прототип).

1. Гидроциклон, содержащий цилиндроконический корпус с входным, сливным и песковым патрубками, коническая часть корпуса выполнена из последовательно установленных конических секций с серповидными выступами в месте их стыковки, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышсния эйфективности разделения путем увеличения плотности сгущенного пристенного слоя суспенэии в конической части гидроциклона, последняя снабжена цилиндрическими секциями, последовательно чередующимися с"коническими секциями, при этом секции установлены с шагом, равным t (0,251) D, где D - диаметр цилиндрической части гидроциклона.

2. Гидроциклон по п. 1, о т л ич а ю шийся тем, что цилиндрические секции выполнены с высотой, равной h (0,06-0,25)t, где t - шаг цилиндрических и конических секций, при этом шаг чередующихся секций выполнен уменьшающимся в направлении к песковому патрубку.

1002037

Щд 7

Составитель Э. Яшкова е .Пекарь Корректор М,. Шароши

Редактор С. Титова Техред JI. ек

Заказ 1682/4 Тираж 57 7 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по о делам изобретений и открытий наб. д. 4/5

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.

Филиал ППП "Патент" r. Ужгород, ул. Проектная, 4