Способ гидроциклонной сепарации жидкости

 

1. СПОСОБ ГИДРОЦИКЛОННОЙ СЕПАРАЦИИ ЖИДКОСТЕЙ, заключающийся в отсосе очищенной жидкости по касательной к восходящему столбу на сливе гидроциклона, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения качества разделения и производительности , отсос осуществляют при отрицательном статическом напоре Ру , определяемом равенством Р - 0,03 Р где р - давление на входе гидроциклона . 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что очищенную жидкость смешивают с воздухом, засасываемом из атмосферы инжектором.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН с

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ.

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ф%

° °

° а

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3469529/23-26 (22) 13.07.82 (46) 15.12..83, Бюл. У 46 (72) Л .В. Худобин, F).Â. Полянсков, Е.A. Карев и М.Г. Валиуллин (71) Ульяновский политехнический институт (53) 621.928.37(088.8) (56) 1. Шестов P.Н. Гидроциклоны.

Л., "Машиностроение", 1967, с. 26.

2. eWerkstattsteehnik", 1971, 9 11,. р. 704- 706.

3. Авторское свидетельство СССР

9 990044779944,, кл. В 04 С 9/00, 1980. (54)(57) 1. СПОСОБ ГИДРОЦИКЛОННОЙ

СЕПАРАЦИИ ЖИДКОСТЕЙ, заключающийся

„.SU„„1060230 A

3(5П В 04 С 5/13",В01 Э 21/26 в отсосе очищенной жидкости по ка- . сательной к восходящему столбу на сливе гидроциклона, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения качества разделения и производительности, отсос осуществляют при отрицательном статическом напоре

Р,, определяемом равенством

P = — 0,03 р, где р — давление на входе гидроциклона.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а— ю шийся тем, что очищенную. жидкость смешивают с воздухом, засасываеьа м лэ атмосферы инжектором. ф е

10 0230

Изобретение отяосится к металло» обрабатывающей, металлургической, химической, горнорудной, пищевой и другим отраслям промышленности и предназначено для центробежного разделения неоднородных систем, а более конкретно для центробежного разделения твердой и жидкой фаз суспензии с использованием гидроциклонов °

Известен способ разделения суспенэий, при котором жидкость подается в гидроциклон под определенным давлением Р, а на выходе очищенная жидкость сливается .при статическом давлении р, равном йулю (1) .

При таком способе подачи суспензии и отвода очищенной жидкости возникает неустойчивый гидродинамический режим работы гидроциклона, так как при нулевом выходнбм стати-, ф ческом напоре на сливе вращающиеся восходящий и циркуляционный потоки чувствительны к малейшим возмущающим факторам (изменению в процессе сепарации примесей, неточности изготов- 25 ления отдельных частей гидроциклона, наличию пульсации входного давления

Р<, износу гидроциклона, неравномерному засасыванию воздуха из шпамо- . вого отверстия и из нисходящего пото- 10 ка и др.) . При подъеме восходящего потока и его вращении теряется частьэнергии. В итоге эффективность разделения суспензии, как правило, недостаточна. Кроме того, при работе гидроциклонной системы возрастает температура жидкости, что нежелательно, особенно при использовании смазочноохлаждающих жидкостей на операциях ,шлифования. 40

ЙзвеЪуен также способ сепарации жидкостей, заключающийся в том, что на сливе гндроциклона устанавливается противодавление P2 = (0,1-0,2) Р

В результате гидроциклон обеспечивает более высокое качество очистки, так как гидродинамический режим работы становится устойчивым f2) .

Однако производительность гидроциклона Q при наличии противодавления резко снижается, а отход шламового продукта К„, возрастает. Повышается и температура сепарируемой жидкости из-за компрессии ее в насосе, трения о стенки гидроциклона и пр..

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигае-. мому результату является способ гидроциклонной сепарации, заключающийся в отсосе очищенной жидкости по касательной z восходяшему столбу на сливе гидроциклона Я.

Однако из-за отсутствия рекомендаций по выбору оптимальных значений

Р и Р и соотношений между ними использование известного способа 65 гидроциклонной сепарации жидкостей затруднено.

Например, при черезмерно большом отрицательном статическом напоре в сливной ветви в гидроциклоне может возникнуть явление сифона и качество разделения ухудшается, а при малом отрицательном статическом напоре гидродинамический режим работы гидроциклона неустойчивый и не обеспечивается требуемое качество разделения. Не всегда отсос очищенной жидкости непосредственно из сливного патрубка или из сливной камеры является эффективным. Кроме того, возрастание температуры сепарируемой жидкости неизбежно, Цель изобретения — повышение качества разделения и производительности

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, заключающемуся в отсосе .очищенной жидкости по касательной к восходящему столбу на сливе гидроциклона, отсос осуществляют при отрицательном статическом напоре g, определяе. мом равенством

Р=-003р где Р4 - давление на входе гидроциклон а.

Целесообразно очищенную жидкость смешивать с воздухом, засасываемым иэ атмосферы инжектором.

На фиг. 1 представлена схема установки; на фиг. 2 - устройство, вид серку; на фиг. 3 — разрез Р.-A на фиг. 1; на фиг. 4 - график зависимости изменения степени очистки

f, производительности гидроциклона

Q и отхода шламового продукта Жщ в зависимости от режимов сепарации жидкости, Гидроциклон содержит входйой тангенциальный патрубок 1, цилиндроконический корпус 2, песковый (шламовый) 3 и промежуточный сливной 4 патрубки, сливную камеру 5, сливной тенгенциальный патрубок б, на котором встроен инжектор 7, представляющий собой несколько изогнутых трубок, одни расширяющиеся концы которых сообщаются с атмосферой, а другие — с потоками жидкости и направлены вдоль потоков последней.

Причем трубки инжектора располагаются в несколько рядов на фиг. 1 показан только один ряд) .

ГЯдроциклон работает следующим образом.

Исходную суспензию подают по тангенциальному входному патрубку

1 (фиг; 1) под давлением р в цилиндро-конический корпус 2. Механические примеси за счет центробеж1060230 ных сил отбрасываются в нисходящем потоке (показанном в виде траекторий движения частиц жидкости) к стенкам гидроциклона и уходят вместе с небольшой частью жидкости Я щ в шламовое отверстие 3 наружу. Основная часть очищенной -жидкости, продолжая вращаться в восходящем потоке (траектории показаны на ,фиг. 1), направляется через промежуточный сливной патрубок 4 в сливную камеру 5, а затем отсасывается

:через тангенциальный сливной патрубок б наружу (к протребителю или в емкость для очищенной жидкости) .

Отсос очищенной жидкости происходит по касательной к восходящему столбу, в результате чего вращающаяся жидкость раскручивается на сливе, а не тормозится как в обычных гидроциклонах, что позволяет увеличить вращающий момент в восходящем потоке. При отсутствии эффекта торможения жидкости в восходящем потоке последний вращается более интенсивно, заставляя тем самым вращаться и циркуляционный поток,. ,поэтому мелкая фракция механических примесей продолжает разделяться в восходящем и циркуляционном потоках и эффективность сепарации повышается

Обычно гидроциклоны и батареи гидроциклонов монтируются над бакамй для исходной и очищенной жидкости, а сливные патрубки (трубопроводы) 6, соединенные со сливными камерам гицроциклонов или батареей гидроциклонов,опускаются в емкости для очищенйой жидкости. Отсос очищенной жидкости из сливной камеры может быть легко осуществим за счет энергии падения струи в сливном патрубке t трубопроводе ) б, в котором образуется разрежение. Если сливной трубопровод опущен слишком низко, то в трубопроводе 6 и: сливной камере 5 может возникнуть большое разрежение, а в гидроциклоне — явление сифона, в результате эффективность разделения суспензий снижается.

При значительном уменьшении высоты опускания сливного трубопровода про.тиводавление на сливе гидроциклона приближается к нулю. Гидродинамический режим раббты гидроциклона вновь становится неустойчивым и качество сепарации жидкости вновь ухудшается. Поэтому на сливе гидроциклона должен быть .установлен оптимальный отрицательный статический напор, с целью обеспечения которого при отсосе жидкости из сливной камеры гидроциклона в сливном патрубке б предусмотрен инжектор 7

:(фиг. 1 и 2) . Атмосферный воздух за счет инжекционного эффекта всасывается через трубки инжектора

7 внутрь трубопровода 6 и сообщается с потоками очищенной жидкости., При значительном опусканни трубопроводов 6 для исключения явления сифона большее количество трубок инжектора 7 должно сообщаться с атмосферой. При малой высоте опускания сливного трубопровода б (для создания требуемого разрежения) часть тоубок инжектора должна заглушаться (например, пробками). Таким 0 образом, путем перекрытия трубок инжектора при любой длине опускания сливного трубопровода можцо легко установить требуемую величину отрицательного статического Hanopi

15 на сливе гидроциклона или батареи . гидроциклонов и обеспечить высокое качество сепарации.

Так как в большинстве случаев при сепарации жидкость нагревается (особенно на операциях абразивноалмазной обработки), то ее необхо,димо охлаждать, что также достигает ся путем применения инжекторов.

Так как атмосферный воздух всасывается через расширяющиеся концы трубок и проходит в дальнейшем через сужающиеся части, то в мес- . тах сужения.он ускоряет движение (отдает часть энергии), в резуль. 30 тате чего охлаждается и, смешиваясь с потоками очищенной жидкости, как бы вентилирует последнюю, охлаждая ее. Снижение температуры зависит от количества работающих

35 трубок инжектора, температуры атмосферного воздуха, исходной температуры жидкости. Вентиляция жидкости способствует удлинению срока ее службы.

Эффективность разделения сусрен40 зий при использовании любых способов зависит от режимов сепарации. Результаты испытаний сведены в таблицу:Так, например, максимальное значение степени очистки f (как пока" .

45 эали экспериментальные исследования достигается при положительном ripoтиводавлении РО = 0,148 р (см. табл. и фиг . 3), т.е. при рекомендуемом соотношении Р и Р, причем его соотношение справедливо с любыми

Р в любых гидроциклонах. Однако в данном случае падает производитель.ность и возрастает отход шламового продукта.

При свободном сливе очищенной жидкости из гидроциклона. (например.„ для гидроциклонов 60 мм при Р .

= 250 кПа, Р = О) степень очистки составляет 36В, производитель60 ность Я = 81,5 л/мин и отход шламового продукта g > = 2-3%. С возрастанием по абсолютной величине отрицательного.статического напора

О ,на сливе гидроциклона до Рд

/-0,05 Р / р.е. с использованием ф5 принудительного отсоса очищенной

1060230

Давление на выходе, кПа

Степень очистки, Производи- Отход шламового

% тельность, продукта, Ж л/мин

Давление на входе, кПа

0, 79,3

72,5

200

0,25

76,6

-18

79,5

1,5

74,3

2,3

80

2,5

82,5

83,5

3,3

68,3

4,1

63,1

82,5

0,16

95

-12

250

0,7

97

1 4

82-,5

95,5

81,5

2,2

86.

3,0

93.

3,2

74,5

93

4,.0

0,12

68,5

96,2

-14

300

0,20

91,8

-10

1,3

2,0

-5

89,1

88,8

92

83,5

2,9

82,3

92,5

3,5

76,7

73,2

4,3

87 5

60 жидкости по касательной к восходящему столбу) гидродинамический режим работы аппарата стабилизируется: степень очистки возрастает до

95,5%, производительность Я - до

82 л/мин, а отход шламового продукта сокращается до 1,4 Ф. Лучшее качество разделения обеспечивается при Pj = -8 кПа:, т.е. при .Р а -О, 03

Р . В этом случае f = 97Фр,производительность Ц = 84 л/мин и отход шламового продукта gL * 0,7%. Дальнейшее возрастание отрицательного . статического напора на сливе гидро циклона вновь приводит к ухудшению ,качества разделения суспенэии 15

° ° ° ° табл. и фиг. 3). Полученные законо,, ерности Е, Я,Ж < справедливы. для гидроциклонов любого диаметра.

Таким образом, благодаря найденным оптимальным соотношениям д между давлениями на входе Р,и выходе (т.е. Р -0,03 Р ) при использовании отсоса очищенной жидкости на сливе гидроциклона цо касательной к восходящему столбу качество и производительность очистки, как показали исследования, повышаются примерно на 25%, а отход шламового продукта сокращается до

0,7%. Использование энергии падающей струи жидкости на сливе гидроциклона для обеспечения отсоса сепарируемой жидкости значительно упрощает конструкцию гидроциклонной установки. Наличие инжектора иа сливном тангенциальном патрубке гидроциклона, засасывающего атмосферный воздух и служащего для регулирования качества разделения суспензии, способствует интенсивному перемешиванию потоков жидкости с воздухом и уменьшению температуры очищенной жидкости (примерно на

2-7 С), что положительно сказывается на эффективности дальнейшего использования последней, особенно на onepagqax абразивно-алмазной обработки заготовок в металлообрабатывающей промышленности.

10Г,0230 т

JD д М И SS

ДаЬние юа Юхане шфбцоклюна Р к/7а

@ .а

Составитель Э.Яшкова

Редактор Н.Горват Техред М.Кузьма Корректор М. Шарошя

Заказ 9909/б Тираж 579 Подписное

ВИИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытйй

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проектная, 4