струйный гидроциклон

Формула изобретения

Струйный гидроциклон для разделения суспензий, эмульсий и очистки сточных вод от мелкодисперсных примесей твердой и жидкой фаз, содержащий цилиндрический корпус с тангенциальным наклонным относительно оси устройства входным патрубком, верхний сливной патрубок, камеру-сборник сгущенной фракции с выводным патрубком, вытеснитель с отражательными кольцами, отличающийся тем, что в цилиндрическом корпусе размещена вставка с винтовым прямоугольным каналом, выполненным от верхнего входного патрубка до камеры-сборника сгущенной фракции, ширина винтового канала равна высоте входного патрубка, а глубина составляет около 1/3 ширины входного патрубка, шаг винтового канала - около 1/2 внутреннего диаметра цилиндрического корпуса, вытеснитель выполнен цилиндроконическим, выходное сечение сгущенной фракции регулируется винтовым перемещением вытеснителя, на цилиндроконической части которого размещен винтовой конический элемент, находящийся в зацеплении с винтовым каналом вставки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам для разделения суспензий, эмульсий и очистки сточных вод в поле центробежных сил и позволяет повысить эффективность сгущения мелкодисперсной твердой фазы в суспензиях и увеличить четкость разделения эмульсий. Устройство может использоваться на суспензиях и эмульсиях, не разделяющихся в поле центробежных сил в гидроциклонах известных типов.

Известно устройство для разделения суспензий, например SU 1121048 А, 18.05.1983, содержащее цилиндрический корпус с тангенциальным входным патрубком, сливным и песковым патрубками, подвижный конический вытеснитель с отбойными кольцами.

Недостатком известного гидроциклона является невозможность его применения для суспензий и эмульсий, трудно разделяемых в поле центробежных сил.

Известно устройство для разделения мелкодисперсных суспензий, SU 1287947 А, 05.06.1985, содержащее цилиндрический корпус с тангенциальным входным патрубком и сливными патрубками. В нижней части корпуса установлен подвижный конический вытеснитель с кольцевыми отражателями и винтовым каналом. На внутренней стенке корпуса размещена винтовая направляющая с шагом (2,25-2,40) внутреннего диаметра корпуса. Это устройство является наиболее близким к заявляемому устройству по технической сущности и достигаемому результату и выбрано в качестве прототипа.

В известном устройстве суспензия под давлением через тангенциальный входной патрубок поступает в цилиндрический корпус, где под действием поля центробежных сил происходит процесс разделения фаз. В пристенной зоне формируется сгущенная фракция, которая, вращаясь, перемещается в нижнюю часть корпуса к песковому выводу. Винтовая направляющая спираль снижает взмучивание в пристенной зоне. Конический вытеснитель с отражательными кольцами служит для уменьшения уноса твердой фазы в центральный восходящий поток. Вывод сгущенной фракции из периферийной зоны осуществляется через винтовой канал, выполненный на коническом вытеснителе.

Недостатком данного устройства является низкая эффективность работы на суспензиях и эмульсиях, трудно разделяемых в поле центробежных сил.

Техническим результатом изобретения является расширение диапазона использования устройства по технологическим и физико-химическим исходным параметрам разделяемых смесей и очищаемых стоков.

Этот результат достигается тем, что в устройстве для разделения суспензий, эмульсий и очистки сточных вод от мелкодисперсных примесей твердой и жидкой фаз, содержащем цилиндрический корпус с тангенциальным наклонным относительно оси устройства входным патрубком, верхний сливной патрубок, камеру-сборник сгущенной фракции с выводным патрубком, вытеснитель с отражательными кольцами, согласно изобретению в цилиндрическом корпусе размещена вставка с винтовым прямоугольным каналом, выполненным от верхнего входного патрубка до камеры-сборника сгущенной фракции, ширина винтового канала равна высоте входного патрубка, а глубина составляет около 1/3 ширины входного патрубка, шаг винтового канала - около 1/2 внутреннего диаметра цилиндрического корпуса, вытеснитель выполнен цилиндроконическим, выходное сечение сгущенной фракции регулируется винтовым перемещением вытеснителя, на цилиндрической части которого размещен винтовой конический элемент, находящийся в зацеплении с винтовым каналом вставки.

Такая конструкция устройства обеспечивает расширение диапазона применения и повышения эффективности разделения суспензий, эмульсий и очистки сточных вод.

На фиг.1 показана схема предлагаемого устройства, на фиг.2 показан узел исполнения цилиндроконического вытеснителя, на фиг.3 - вариант размещения вытеснителя в корпусе с образованием выходного канала сгущенной фракции.

Устройство для разделения суспензий, эмульсий и очистки сточных вод содержит корпус 1 с входным наклонным патрубком 2, патрубок выхода осветленной фракции 3, камеру-сборник сгущенной фракции 4 с выходным патрубком 5, внутреннюю вставку 6 с винтовым каналом 7, подвижный цилиндроконический вытеснитель 8 с отражательными кольцами 9 и коническим элементом 10, пружину 11 с защитным чехлом 12 на штоке вытеснителя 8 и регулировочную гайку 13, ручку 14 для механического перемещения вытеснителя 8 или автоматического через магнитный привод 15.

Устройство работает следующим образом.

Исходная суспензия с избыточным давлением через тангенциальный входной патрубок 2 под углом относительно оси устройства (75-80)^o направляется в винтовой канал 7 вставки 6. На высокоскоростную закрученную струю суспензии действует центробежная сила, обеспечивающая условия процесса разделения. У стенки винтового канала концентрируется твердая фаза (в эмульсии разделение жидких компонентов происходит по удельному весу, тяжелые компоненты концентрируются у стенки винтового канала). Винтовой канал обеспечивает гидродинамические условия для сохранения профиля исходной струи суспензии по всей высоте аппарата, исключает взаимодействие сгущенной фракции в межструйном пространстве с элементами потока, формирующими приосевой восходящий поток. Сгущенная фракция по винтовому каналу 7 перемещается к винтовому выходному сечению (см. фиг.3), образуемому коническим элементом 10 вытеснителя 8 (см. фиг.2) и винтовым каналом 7 внутренней вставки 6, проходя через это регулируемое сечение, сгущенная фракция поступает в камеру-сборник 4 и затем через патрубок 5 выводится из аппарата.

Осветленная фракция (легкая фракция) формируется в приосевой зоне, поднимается в виде восходящего потока к патрубку 3 и через него выводится из аппарата.

В зависимости от вида разделяемой смеси, ее физико-химических свойств и технологических требований к сгущенной фракции (тяжелой фракции) с помощью гайки 13 регулируется проходное сечение ее вывода, поворотом вытеснителя 8 против часовой стрелки он перемещается вверх тем самым уменьшая площадь проходного сечения выходного канала и наоборот, гайка 13 фиксирует новое положение вытеснителя 8. Диапазон регулирования по расходу сгущенной фракции от 0% до 30% от общего расхода поступающей на разделение суспензии.

В случае забивки проходного сечения сгущенной фракции предусмотрена ручная или автоматическая прочистка. Ослабляется гайка 13, поворачивается вытеснитель 8 до вывода конического элемента 10 из канала 7 и затем рычагом 14 или магнитным приводом 15 вытеснитель перемещается вниз в камеру 4, максимально открывая кольцевое сечение аппарата.

Оптимизирующие параметры устройства получены на основе выполненных экспериментальных исследований. Исследования проведены на прозрачной модели аппарата, что позволило установить взаимосвязь шага течения вводимой струи жидкой фазы с его геометрическими параметрами. Известно, что оптимальная высота цилиндрического гидроциклона составляет (3-5) его диаметров, на этой длине сохраняется устойчивое струйное течение исходной жидкой фазы с шагом около 1/2 диаметра аппарата. Исходная струя закручивает весь объем жидкости в аппарате, но при замере поля скоростей по радиусу и высоте гидроциклона четко просматривается высокая степень неоднородности радиальной, аксиальной и тангенциальной составляющих скорости. Исходная струя "охватывает" весь объем жидкости, вращает его и подпитывает энергией, обменивается с ним дискретными объемами массы. Изменение гидродинамических условий процесса этого взаимодействия в периферийной области путем изоляции части вводимой струи дало положительный результат по разделению суспензий и эмульсий.

При тангенциальном вводе струи жидкой фазы шаг ее течения по внутренней поверхности гидроциклона устанавливается через 1/4 оборота струи, если осуществить ввод струи через патрубок, установленный под углом (75-80)^o, то этот угол или шаг струи сохраняется по всей высоте аппарата, т.е. он близок к естественному шагу закрученной струи.

В наших исследованиях гидродинамики закрученных потоков и влияния различного профиля исходной струи жидкой фазы на гидродинамику (круглый вводной патрубок и прямоугольный с различным соотношением высоты к ширине) и в исследованиях других авторов (например, Терновский И. Г. , Кутепов А.М. "Гидроциклонирование", М. : Наука, 1994, 3.50 с.) установлено, что максимум тангенциальной составляющей скорости в закрученном потоке находится на расстоянии около 1/3 диаметра или эквивалентного диаметра вводного патрубка, считая от стенки аппарата. Это экспериментальное значение и было использовано нами при нахождении оптимальной глубины винтового канала вставки.

Защищаемая конструкция испытывалась на эффективность разделения на суспензии, состоящей из воды и мелкодисперсной фракции гидроокиси бария, не осаждаемой в поле центробежных сил в обычных конструкциях гидроциклонов. На конструкции, взятой за прототип, было получено: при отборе сгущенной фракции в объеме 10% в ней содержалось около 64% гидроокиси бария, в 30% объеме сгущенной фракции - около 77% гидроокиси бария. В заявляемой конструкции результаты следующие: при отборе сгущенной фракции в объеме 10% содержание гидроокиси бария в ней составляло 92%, а при отборе 25% - 96% гидроокиси бария.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет повысить эффективность процесса разделения суспензий, эмульсий и очистки сточных вод, а также расширить диапазон его применения.