Гидроциклон

 

Использование: в химической и ряде других отраслей промышленности. Сущность изобретения: в гидроциклоне, содержащем цилиндроконический корпус с 1 тангенциальным входным 2, слизным 3 и Песковым 4 патрубками, торцовая стенка состоит из двух конических элементов 5 и 6, угол наклона стенки на радиусе от rc« до 0,63 R составляет 35-45°С, а на радиусе от 0,63 R до R - 10-45°С, где гсл - наружный радиус сливного патрубка, a R - внутренний радиус цилиндрической части корпуса. 8 ил.

союз соВетских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s В 04 С 5/081

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИ1 ЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ=

Krc

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4777343/26 (22) 02,01.90 (46) 23,09.92. Бюл, ¹ 35 (71) Дзержинский филиал Ленинградского научно-исследовательского и конструкторского института химического машиностроения (72) Н.И.Козлов (56) Поваров А.И. Гидроциклоны M,: Госгортехиздат, 1961. с, 7, рис. 2а.

Авторское свидетельство СССР

N 1169753, кл. В 04 С 5/02, 1984.

„,5LI„„ 1763034 А1 (54) ГИДРОЦИКЛОН (57) Использование: в химической и ряде других отраслей промышленности, Сущность изобретения: в гидроциклоне, содержащем цилиндроконический корпус с 1 тангенциальным входным 2, сливным 3 и песковым 4 патрубками, торцовая стенка состоит из двух конических элементов 5 и 6, угол наклона стенки на радиусе от r<> до 0,63

R составляет 35-450С, а на радиусе от 0,63

R до R — 10-45 С, где rcpt — наружный радиус сливного патрубка, а R — внутренний радиус илиндрической части корпуса. 8 ил..1763034

Изобретение относится к устройствам длл разделенил жидких Неоднородных сред и может найти применение в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, целлюлозно-бумажной, горно-обогатительной и смежных с ними отрасллх промышленности, Известен гидроциклон, который со стороны верхнего открытого конца цилиндроконического корпуса снабжен плоской и перпендикулярной к оси корпуса торцевой стенкой, в свою очередь снабженной центральньил, соосным с корпусом сливным патрубком. Нижнля часть сливного патрубка погружена в полость цилиндроконического корпуса, Этот гидроциклон имеет один недостаток — низкую по сравнению с другими центробежными разделителями (центрифуги, сепараторы) степень разделения суспензий. Это объясняется следующим

В работающем гидроциклоне на все стенки действует избыточное давление. При этом по законам механики возникают реакции стенок (см, фиг. 1):

Rö — реакция цилиндрической стенки корпуса, Й« — реакция наружной поверхности сливного патрубка, R« — реакция торцевой стенки, R« — реакция конической стенки корпуса, R< — реакция стенки пескового патрубка

Векторы этих реакций направлены перпендикулярно к поверхности стенок. На частицу, находящуюсл в полости корпуса гидроциклона, действует центробежная сила "С", Степень разделения суспензии в гидроциклоне зависит от суммы векторов всех сил, действующих на частицу, В этом случае вектор реакции торцевой стенки R«направлен перпендикулярно вектору центробежной силы С и при сложении не увеличивает ее величину, что не способствует повыше1111i0 còåïcíè разделения суспензии.

Наиболее близким по технической сущности является циклонный элемент, торцевая стенка в котором выполнена в виде утопленного в полость корпуса усеченНого конуса. Последн и с помощью нескольких наклонных к оси корпуса лопаток разделен на такое же количество наклонных секций, которые в сочетании с расширяющейся в верхней части корпуса конической стенкой образуют наклонные к осл корпуса и в горизонтальной и в вертикальной плоскостях каналы длл распределения и направления поступающего газа в полость корпуса, Однако он обладает одним существенным недостатком — не указана величина оп10

25

50

55 тимального угла при большем основании конической торцевой стенки, в результате чего трудно достичь оптимального повышенил степени разделения и сохраненил при этом производительности.

Цель изобретения — повышение степени разделенил;

Поставленная цель достигается тем, что в гидроциклоне, включающем цилиндроконический корпус с тангенциальным входным и соосными с корпусом сливным и песковым патрубками, торцевую стенку, последняя выполнена из двух конических элементов, при этом угол наклона стенки на . радиусе от r«до 0,63 R равен 35-45, а на радиусе от 0,63 R до R — 10-45, где t« — наружный радиус сливного патрубка, R — внутренний радиус цилиндрической части корпуса.

На фиг, 1 представлен схематически общий вид гидроцй клона; на фиг. 2 — гидроциклон с углом наклона торцевой стенки, равным 0; на фиг. 3 — гидроциклон с углом наклона торцевой стенкй, равным О ; на фиг.4 изображен график зависимости изменения давления о1 радиуса гидроциклона; на фиг. 5 — гидроциклон, имеющий состав.

1 ную торцевую стенку с углами 0 и 35 ; на фиг, 6 — то же, с углами 10 и 45 ; на фиг. 7— то же, с углами 10 и 35 ; на фиг, 8 — то же, с углами 45, Гидроциклон состоит из цилиндроконического корпуса 1 с тангенциальным входным 2 и соосными с корпусом сливным 3 и песковым 1 патрубками, конической торце-. вой стенки, в свой о чередь состоящей из двух стыкующихгя между собой конических элементов 5 и 6.

Гидроциклон по предлагаемому изобретению работает следующим образом. Исходную суспензию под избыточным давлением по тангенциальному патрубку 2 подают в цилиндроконический корпус, где она получаетсначала вращательное, а затем вращательно-поступательное движение.

Под дсйствием возникающей при этом центробе>кной силы твердые частицы отбрасываются к стенке, сгущенным пристенным потоком перемеща.отся в направлении вершины конической части и через песковый патрубок 4 удаляются из гидроциклона. Осветленная суспензия вращающимся в ту же сторону, но перемещающимся вдоль оси в противоположном направлении потоком направляется к сливному патрубку 3 и через него удаляется из гидроциклона. При этом от избыточного давления возникают реакции всех стенок, в том числе и конической

1763034 торцевой стенки R<>c. Силу реакции конической торцевой стенки I R< c I и ее составляющих Iйнктс! и IRz« cl определяем следующим образом:

I Pyre I =Р $, 5 где Рктс — давление суспенэии, действующее на коническую торцевую стенку;

S c — площадь поверхности конической торцевой стенки.

Определяем площадь элементарной 10 кольцевой поверхности на плоской торце-. вой стенке (см. фиг. 4) д5„= л((г+ dr) Р) и нэ конической торцевой стенке (см, фиг. 5) дБктс= X (r + dl) 12 л г 11. 15

Принимая FE = (1 =. г и FE>= Iq =

cos О

r+dr

cosО определяем площэць элементарной кольце- 20 вой поверхности .на поверхности конической торцевой стенки

dSv,тс= л (Г + ci Г) л Гr+ dr

cos О cos О д$ктс= ((г + dr) — г2), cos О

Сравнение показывает, что на одних и тех же радиальных координатах дэктс= 30 д Ьс — — и поэтому для одного и того же

cos О давления, т.е. Ртс=Рктс

1 ! Rêòc1 = Рктс дЯктс= Ртс д Ьс = 35

cos О

I Rтс!

cos О или

Й вЂ” — В

1Вктс1= С0$ g с 40

Поэтому находим, что I йгктс I = мктс I x хcos О,те, I ВЕктсl = IRrc I ..

Таким образом, на конической торцевой стенке гидроциклона возникает реак- 45 . ция, осевая составляющая которой равна реакции плоской торцевой стенки I Rz

= I Йтс I, Но у этой реакции есть и радиальная составляющая I RRKTc l, которую определяем из выражения 1 йяк-Ä I = 1Й2ктс! - tQ О, т.е. она прямо пропорциональна углу при большем основании конической торцевой стенки. От определения оптимальных величин этого угла для режимов осветления, классификации и сгущения зависит повышение разделения суспензии, что и составляет цель изобретения, Достижение поставленной цели объясняется следующим образом.

Сначала обоснуем предельные (крайние) углы Опри большем основании конической торцевой стенки. На радиусе от 0,63 R до R для гидроциклонов всех тех режимов разделения угол Одолжен быть в пределах от 0 до 45О. Нижний предел 0 соответствуе1 плоской торцевой крышке, Верхний предел

45 обосновывается следующим образом.

Как уже указано выше, в работающем гидроциклоне на все его стенки действует давление, в результате чего возникают реакции этих стенок, в т.ч. торцевой стенки. Вектор этой реакции перпендикулярен к плоскости самой стенки. При плоской торцевой стенке вектор реакции Rrc перпендикулярен к ней (аналогично фиг, 1) и параллелен к оси гидроциклона. При конической торцевой стенке вектор реакции перпендикулярен к образующей конической торцевой стенке и наклонен к оси корпуса на угол. pBBHblA углу при большем основании, Разложим реакцию Rj(Tc на составляющие (фиг. 3). При этом ! мктс 1 сд

I Rzxrc I максимальное значение I RRK c I будет при tg О = 1 или при 45О. При О > 45 Ряктс<

В ктс, поэтому эффект от использования дополнительной радиальной силы Вя, с падает. Поэтому принимаем 0=0-45О.

Кривая гидростатического давления в гидроциклоне приведена для конкретного гидроцилиндра R=50 мм или, что одно и то . же,ф 100 мм, При этом с точки зрения гидродинамики потоков в гидроциклоне и риведенная графическая зависимость справедлива для всех гидроциклонов. Разбивая кривую на три характерных участка, заметим, что участки АВ и CD являются прямолинейными, а участок ВС является криволинейным с постоянным рэдиусом кривизны В,я=3,9 мм. При такой разбивке графика, во-первых, оптимально используется изменение давления на участке АВ с постоянным градиентом давления ЛР=

=const, и, во-вторых, наилучшим образом восполняется резкое падение давления нэ ,частке BE. Поэтому коническая торцевая стенка выполнена состоящей из двух частей, Рассмотрим сначала участок AB. По двум точкам A {4,923; 3.7) и B(3,077; 3,368), где 4,923 см = Вд. 3,077 см=- Вв; 3,7 кгс/см =Рл, 3.368 кгс/см = Р8, определим

2 уравнение прямой, проходящей через них, приняв за

R — переменный радиус гидроциклона между точками А и В, Р— давление суспензии в точках А и B.

1763034

R — 3,07) Р— 3,368

4,923 — 3,07 7 3,7 -- 3,368

R — 3,077 P 3 368

1,846 0,332

Решая относительно Р,11аход11м: Р=0,18

Я+2,8114.

При этом 0,18= k=- tq О, откуда О= 10" l2.

Угол О= 10 есть угол 11акло11а графика изменения давления при изменении радиуса гидроциклона от в11утре1и1ей поверх11ости цилиндрической части корпуса в направлении к оси, т.е, между R и HI=0,63 R или между точками А и Б, Это соответствует оптимальности режима классификации.

Криволинейный участок с постоянным радиусом кривизны показывает, «To lto участке БС давление падает по дуге кривой второго порядка (окружности) с большим, чем на прямолинейном участке АБ, и все возрастающим градиентом, Определим зависимость давления между радиусом

Rt=0,63 R и rcn, Для этого с11ачала находим точку Е (фиг. 6). соответству1ощую давлени1о на радиусе г„. Для упрощения зависимости давления между точками В и Е ее определяем не по кривой второго порядка, а по прямой. Тем более в точках В и F давление соответствует исти.ll tbttn з11ачениям, Для этого определяем уравнение прямой, проходящей через точки В (3,077; 3,368) и Lc (1,69; 2,38).

R — 1,69 Р— 2,38

3,077 — 1,69 3,368 — 2,38

R — 1,69 Р— 2,38

1,387 0,988

Решая относи гельно Р, 11аходим

Р=0,7123 В-1-1, 18

При этом k=- 0,7123= tg О, откуда 0= 35

Угол Π— — 35 есть угол наклона графика изменения давления при изменении радиуса п1дроцикло11а между R1= 0,63 R и rcn= — 0,388R. Этот угол О = 35 принимаем за

5 нижний предел изменения угла при большем основании конической торцевой стенки между радиусами R1=0,63 R и г л=-0,338 R, где tcn соответствует координате точки пересечения криволи11ейного участка БС и ра10. диусом, равным сумме внутреннего радиуса сливного отверстия rcn и толщины стенки

I сливного насадка д, т,е, rcn= rcn + д .

Таким образом, коническая торцевая стенка состоит из двух участков: на радиусе

15 rcn "= R1 R угол при большем основании

Ilаходится в пределах 0 (О с= 450, а на радиуСЕ 0,388 11

2-> этом производительность гидроциклона, t1>opIIyna изобретения

Г11дроцикло11, t! кл1оча1ощий цилиндрокон111ески11 корпус с тангенциальным вход11ым и соосными с корпусом сливным и песковым патрубками, торцеву1о стенку, о тл и ч а 1о шийся тем, что, с целью повышения степени разделения, торцевая стенка выполне11а из двух конических элементов, 3 - при этом угол наклона стенки tta радиусе от

rcn po 0,63 и — равен 35-45, а на радиусе от

0,63 8 до Р— 10-45", где rcn — наружный радиус сливного патрубка, и — внутренний радиус цилиндрической части корпуса.

1.763034

1763034

Составитель Н.Козлов

Техред M,Ìîptåíòàë Корректор 0.Кравцова

Редактор Т.Шагова

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 340S Тираж Подписное

В11ИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4!5