МУЛЬТИГИДРОЦИКЛОН Российский патент 1995 года по МПК B04C5/24 

Изобретение относится к устройствам для разделения неоднородных систем (как с жидкой, так и газовой сплошной фазой), в частности для разделения суспензий, очистки сточных вод, осветления, классификации суспензий в химической, целлюлозно-бумажной, металлургической, горной и других отраслях промышленности.

Известна конструкция конического гидроциклона [1] содержащая корпус с тангенциальным входным патрубком, сливной и песковый патрубки. Такая конструкция применима для отделения твердых и жидких взвесей от сплошной жидкой фазы. Интенсивность разделения неоднородной системы в аппарате характеризуется величиной фактора разделения, численное значение которого для известной конструкции колеблется от 500 до 2000.

Недостатками конструкции являются ограниченная производительность одиночного гидроциклона и недостаточно полное выделение взвешенных частиц из сплошной фазы ввиду невысокой интенсивности процесса разделения.

Известен турбоциклон [2] содержащий корпус с тангенциальным входным патрубком, сливной и песковый патрубки. Сливной патрубок выполнен в виде двух коаксиальных цилиндров, наружный из которых снабжен лопастями и установлен с возможностью вращения. За счет сообщения жидкости большой окружной скорости при вращении наружного цилиндра с лопастями повышается интенсивность разделения.

Недостатком турбоциклона является необходимость вращения цилиндра с лопастями с очень большим числом оборотов (до 10000 об/мин и более), а это приводит к быстрому износу рабочих органов аппарата и серьезно усложняет конструкцию. Одиночный турбоциклон характеризуется также ограниченной производительностью.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является конструкция мультигидроциклона [3] включающая корпус с входным патрубком, распределенные по периферийной зоне корпуса сепарирующие элементы с песковыми и сливными патрубками. Корпус разделен перегородками на входную полость для подачи исходной суспензии, камеру для приема осветленной фракции и камеру для приема сгущенной фракции. Входная полость соединена патрубками с полостями сепарирующих элементов. Камера для приема сгущенной фракции соединена с песковыми патрубками сепарирующих элементов, а камера для приема осветленной фракции со сливными патрубками сепарирующих элементов. Входная полость разделена перегородкой на две секции, причем одна секция входной полости содержит вращающуюся камеру с центральным переточным патрубком, имеющую периферийную кольцевую щель, турбинку, снабженную приводом вращения и патрубками для отвода грубодисперсного сгущенного шлама. Другая секция входной полости снабжена вращающимся валом с радиальными лопастями, прикрепленными к вращающейся камере, и соединена через центральный переточный патрубок с этой камерой.

Мультигидроциклон работает следующим образом.

Исходная неоднородная смесь через входной патрубок в корпусе подается в щелевую камеру. При вращении этой камеры под действием центробежной силы частицы твердой фракции отбрасываются к периферийной зоне и через щель и систему патрубков сливаются в камеру для приема сгущенной фракции. Осветленная фракция из щелевой камеры поступает в неподвижную камеру, где во входной полости дополнительно раскручивается лопастями для повышения давления, и подается через тангенциальные патрубки в полости сепарирующих элементов для осуществления окончательного разделения неоднородной смеси. Повышение давления осветленной фракции во входной полости перед подачей в тангенциальные патрубки осуществляется за счет уменьшения скорости потока в полостях на периферии неподвижной камеры (кинетическая энергия потока переходит в потенциальную энергию давления закон сохранения энергии). Сгущенный осадок из сепарирующих элементов отводится через песковые патрубки в камеру приема сгущенной фракции, а осветленная фракция через сливные патрубки выводится в камеру для приема сгущенной фракции.

Недостатками мультигидроциклона являются сложность конструкции и низкая эффективность процесса разделения в отдельных сепарирующих элементах, что уменьшает общую эффективность всего аппарата.

Цель изобретения упрощение конструкции и повышение эффективности процесса разделения неоднородной системы.

Для этого мультигидроциклон, содержащий корпус с входным патрубком, распределенные по периферийной зоне корпуса сепарирующие элементы с песковыми и сливными патрубками, причем полости сепарирующих элементов сообщены с полостью корпуса, лопасти на валу, снабженном приводом вращения, выполнен с полостями сепарирующих элементов, сообщенными с полостью корпуса посредством отверстий, высота которых равна высоте полости корпуса, а лопасти заключены между дисками, один из которых жестко закреплен на валу, другой выполнен с отверстием и установлен со стороны входного патрубка.

Совокупность признаков, содержащаяся в предложенном решении, является новой, позволяет достичь цели изобретения и соответствует критерию "изобретательский уровень", а проведенные испытания подтверждают промышленную применимость.

На фиг.1 изображен мультигидроциклон, в разрезе; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1.

Мультигидроциклон включает корпус 1 с входным патрубком 2, распределенные по периферийной зоне корпуса 1 сепарирующие элементы 3 с песковыми 4 и сливными 5 патрубками. Полость Б корпуса сообщена с полостью В сепарирующих элементов посредством отверстий 6, высота которых равна высоте полости корпуса. Внутри корпуса расположены лопасти 7, которые заключены между дисками 8 и 9. Диск 8 жестко закреплен на валу 10, снабженном приводом вращения (не показан), а диск 9 выполнен с отверстием и установлен со стороны входного патрубка 2.

Мультигидроциклон работает следующим образом.

Исходная неоднородная смесь через патрубок 2 подается внутрь корпуса 1 и через отверстие в диске 9 поступает на лопасти 7. При вращении вала 10 лопасти 7 воздействует на смесь с приданием ей вращательного движения и смесь под действием центробежной силы перемещается по каналу, образованному смежными лопастями и дисками 8 и 9, от отверстия в диске 9 к периферийной зоне корпуса 1. Выполнение лопастей 7 заключенными между дисками 8 и 9 устраняет переток смеси в зазоре между лопатками 7 и корпусом 1, снижает турбулентность потока и увеличивает скоростной напор потока на периферии корпуса за счет сообщения ему скорости, равной окружной скорости конца лопатки (например, при диаметре диска 9 0,2 м и частоте оборотов вала 2900 об/мин окружная скорость конца лопатки составит 30 м/с). Из периферийной зоны корпуса 1 поток неоднородной смеси со скоростью, равной окружной скорости конца лопатки, поступает в полость В сепарирующих элементов 3. Сохранение скорости при переходе из корпуса 1 в сепарирующие элементы 3 возможно только при выполнении полости Б корпуса 1, сообщенной с полостями сепарирующих элементов посредством отверстий 6, высота которых равна высоте полости корпуса. В случае соединения полостей Б и В посредством патрубков (как в прототипе) произойдет снижение скорости потока на входе в сепарирующий элемент ввиду трансформации кинетический энергии потока в энергию давления, необходимую для преодоления гидравлического сопротивления патрубка. Высокая скорость потока на входе в сепарирующий элемент способствует увеличению центробежной силы и повышению эффективности процесса разделения в сепарирующем элементе (например, при окружной скорости 30 м/c и диаметре сепарирующего элемента 0,05 м фактор разделения составит 3700, а при диаметре сепарирующего элемента 0,02 м 9200). Сгущенный осадок из сепарирующих элементов 3 отводится через песковые патрубки 4, а осветленная сплошная фаза через сливные патрубки 5 выводится на внешний слив.

Использование: для разделения суспензий, очистки сточных вод, осветления и классификации суспензий. Сущность: полости В сепарирующих элементов 3 сообщены с полостью Б корпуса 1. На валу 10, снабженном приводом вращения, размещены лопасти, заключенные между дисками 8 и 9. Диск 8 жестко закреплен на валу 10, а диск 9 выполнен с отверстием и установлен со стороны входного патрубка. 2 ил.

МУЛЬТИГИДРОЦИКЛОН, содержащий корпус с входным патрубком, распределенные по периферийной зоне корпуса сепарирующие элементы с песковыми и сливными патрубками, причем полости сепарирующих элементов сообщены с полостью корпуса, лопасти на валу, снабженном приводом вращения, отличающийся тем, что полости сепарирующих элементов сообщены с полостью корпуса посредством отверстий, высота которых равна высоте полости корпуса, а лопасти заключены между дисками, один из которых жестко закреплен на валу, другой выполнен с отверстием и установлен со стороны входного патрубка.