ГИДРОЦИКЛОН Российский патент 2008 года по МПК B04C9/00 C02F1/461 

Изобретение относится к устройствам для непрерывной обработки и разделения веществ, находящихся в промышленных, бытовых и других сточных водах, и для очистки и обработки питьевой и природных вод, и может найти применение в химической, пищевой и других отраслях промышленности, а также в коммунальном хозяйстве.

Известен гидроциклон, включающий корпус, разделенный перегородкой на камеру фильтрата и камеру разделения исходного материала с тангенциально установленным в верхней части питающим патрубком и отводным патрубком в нижней части, камера фильтрата образована сетчатым стаканом, установленным соосно корпусу, в котором расположен электрод [Патент №2205698, кл. В03В 5/34, В04С 3/06, опубл. 2003.06.10].

Наличие электрода позволяет периодически создавать в суспензии электрогидродинамическим способом импульс давления, величина которого позволяет не только освобождать поверхность фильтрующего элемента от осадка, но и удалять из ячеек фильтрующей поверхности стакана застрявшие в них частицы зернистого материала.

Однако известный гидроциклон обладает рядом недостатков:

- низкая эффективность работы вследствие проникновения тонкодисперсных частиц через стенки стакана в готовый продукт, что немаловажно для очистки и обработки питьевой и природных вод,

- уменьшение скорости классификации в процессе работы гидроциклона и необходимость частой регенерации фильтрующей поверхности из-за засорения перфорации стакана среднедисперсными частицами,

- низкая производительность гидроциклона из-за накопления взвеси в зоне вывода очищенной воды.

Известно устройство для очистки питьевой воды, содержащее закрытый корпус, в нижней части которого расположен гидроциклон, а в цилиндрической части - сменный фильтрующий элемент, подводящий и отводящий патрубки; фильтрующий элемент выполнен в виде стекловолоконного диска со сквозными отверстиями и расположен под защитной сеткой между двумя эластичными кольцами, при этом нижнее кольцо установлено у основания цилиндрической части корпуса, а верхнее - прижато к стеклянному диску упругой пружиной [Патент РФ №2213059, кл. C02F 1/38, C02F 9/00, B01D 45/12, опубл. 2003.09.27].

Стекловолоконный диск с отверстиями диаметром 0,2...10 мкм и толщиной более 0,5 мм является коррозионно-стойким и обладает очень низкой адгезией к металлам и биологическим примесям. Кроме этого, возможно осуществление регенерации фильтрующего элемента от прилипших органических соединений и микроорганизмов за счет нагрева его от защитной сетки из электронагревательного материала.

Известное устройство имеет ряд недостатков: конструкция гидроциклона не способна проводить сепарацию тонкодисперсных частиц, эти частицы проникают через стеклянный диск и загрязняют фильтрующий элемент, что снижает его ресурс; среднедисперсные частицы засоряют отверстия в стеклянном диске и выводят его из работы, а вместе с ним и устройство. В процессе работы устройства возникает необходимость частой регенерации фильтрующего элемента. Кроме того, фильтрующий элемент обладает нестабильной очищающей способностью в межрегенерационный период работы.

Наиболее близким техническим решением к предложенному является гидроциклон, включающий корпус, имеющий цилиндрическую реакционную и коническую отстойную камеры, тангенциальный патрубок ввода очищаемой воды, сливной патрубок осветленной воды, патрубок вывода твердой фазы и средство дополнительной обработки воды [Патент РФ №2215591, кл. В04С 11/00, опубл. 2003. 11.10].

Средство дополнительной обработки воды выполнено в виде бактерицидной лампы, установленной по его центральной оси во внутреннем потоке в герметичном защитном чехле, подводящая трубка к которому выведена наружу через патрубок вывода твердой фазы, а отводящая трубка заканчивается у входа в сливной патрубок.

Известный гидроциклон обладает следующими недостатками:

- невысокая разделительная способность гидроциклона, так как при установке в камере цилиндрического стакана снижается окружная составляющая скорости на поверхности пленки суспензии, что уменьшает центробежную силу, действующую на поток,

- недостаточная эффективность разделения суспензий из-за слабой закрутки потока жидкости и, следовательно, небольшой величины возникающих центробежных сил, кроме того, окружная составляющая скорости потока быстро затухает в направлении оси аппарата, что существенно снижает его разделительную способность,

- неполное удаление мелкодисперсных твердых частиц из жидкости, а также невозможность выделения из потока жидкости нефтепродуктов и маслосодержащих примесей.

Техническим решением задачи изобретения является повышение эффективности и качества очистки воды, интенсификация процесса обработки больших объемов воды за малый промежуток времени, а также возможность выделения из потока жидкости нефтепродуктов и маслосодержащих примесей.

Поставленная задача решается тем, что гидроциклон, включающий корпус, имеющий цилиндрическую и коническую части, тангенциальный патрубок ввода очищаемой воды, сливной патрубок осветленной воды, патрубок вывода твердой фазы и средство дополнительной обработки очищаемой воды, дополнительно содержит патрубок вывода газовой фазы, расположенный на торце цилиндрической части корпуса. Средство дополнительной обработки очищаемой воды представляет собой электролизную секцию с n-парами электродов, выполненными в виде установленных коаксиально цилиндров, укрепленных на электроизоляционном диске, и размещенными в последовательности анод - катод в цилиндрическом участке корпуса, последний соединен с отрицательным полюсом источника тока, при этом патрубок ввода очищаемой воды расположен в стенке цилиндрической части корпуса под электроизоляционным диском электролизной секции, электроды, кроме центрального катода, выполнены с отверстием на уровне патрубка ввода очищаемой воды, а сливной патрубок осветленной воды снабжен отводящей трубой, расположенной коаксиально в центральном катоде электролизной секции.

Электролизная секция содержит n-пар электродов, где n от 1 до 5.

Предпочтительно отводящую трубу сливного патрубка выполнить длиной не менее 2/3 высоты электролизной секции.

Целесообразно сливной патрубок осветленной воды снабдить средством омагничивания воды, выполненным в виде постоянного магнита или электромагнита и установленным коаксиально с внешней стороны сливного патрубка.

На фиг.1 представлен общий вид гидроциклона в разрезе.

На фиг.2 - вид А-А фиг.1.

Корпус гидроциклона состоит из цилиндрической реакционной и конической отстойной частей соответственно 1 и 2.

Цилиндрическая реакционная часть 1 корпуса гидроциклона предназначена для восстановления энергетического равновесия воды, удаления содержащейся в обрабатываемой воде газовой фазы в атмосферу, коагулирования коллоидных частиц и концентрирования взвешенных веществ в пристеночном слое под действием центробежных сил, а также сбора и вывода обработанной воды.

Коническая отстойная часть 2 корпуса гидроциклона предназначена для сбора и вывода взвешенных веществ в виде шлама.

Гидроциклон имеет тангенциальный патрубок 3 ввода очищаемой воды, сливной патрубок 4 осветленной воды, патрубок 5 вывода твердой фазы и патрубок 6 вывода газовой фазы.

Гидроциклон снабжен электролизной секцией, расположенной в цилиндрической части 1 корпуса.

Электролизная секция состоит из двух электродов: анода 7 и катода 8, выполненных в виде коаксиально установленных цилиндров, и электроизоляционного диска 9, на котором укреплены электроды (на фиг.1 представлен вариант гидроциклона с одной парой электродов, однако в зависимости от решаемой задачи и обрабатываемых жидкостей в гидроциклоне могут быть использованы несколько пар электродов). Цилиндрическая часть 1 корпуса соединена с отрицательным полюсом источника тока (на чертежах не показан). Анод 7 электролизной секции расположен на равном расстоянии между катодом 9 и корпусом. Анод 7 выполнен с отверстием 10 на уровне патрубка 3 ввода очищаемой воды. Патрубок 3 расположен в цилиндрической части 1 корпуса под электроизоляционным диском 9, который выполнен с отверстием 11 для отвода газовой фазы.

Внутреннее пространство центрального катода 8 электролизной секции образует водосборную камеру 12.

Патрубок 6 вывода газовой фазы расположен на торце цилиндрической части 1 корпуса.

Сливной патрубок 4 снабжен отводящей трубой 13, расположенной в водосборной камере электролизной секции, закрепленной на его входе и выполненной длиной не менее 2/3 высоты электролизной секции. Длина трубы 13 регламентируется расположением осветленной воды в верхней части водосборной камеры 12.

Кроме того, сливной патрубок 4 снабжен средством омагничивания воды 14, выполненным в виде электромагнита, а при небольших расходах воды - в виде постоянного магнита. Электромагнит 14 и постоянный магнит (на чертежах не показан) могут устанавливаться как совместно, так и каждый в отдельности. Совместная установка более эффективна для обработки воды.

Электромагнит 14 и постоянный магнит применяют для уменьшения образования твердых отложений, защиты от точечной коррозии и увеличения срока службы оборудования.

Гидроциклон работает следующим образом.

Очищаемая вода тангенциально поступает в электролизную секцию гидроциклона, в которой она разделяется на две части (или более частей при условии использования нескольких пар электродов). Первая часть потока проходит между частью 1 корпуса и анодом 7, а вторая часть потока поступает через отверстие 10 в аноде 7 в пространство между анодом 7 и катодом 8.

Газовая фаза, поднимаясь вверх, свободно выходит через отверстие 11 в диске 9 и далее через патрубок 6 в открытую атмосферу.

Вода, приобретая активное вращательное движение по поперечному сечению секции, перемещается по ней сверху вниз. При наложении электрического поля происходит эффективная коагуляция коллоидных частиц, находящихся в обрабатываемой воде.

Разделение взвешенных веществ и обработанной воды происходит в конической части 2 гидроциклона. Взвешенные вещества осаждаются на стенках и собираются в специальный бункер-накопитель (на чертежах не показан), откуда шламовым насосом (на чертежах не показан) периодически откачиваются на иловые площадки.

Очищенная осветленная вода, поднимаясь в верх водосборной камеры 12, через отводящую трубу 13 и сливной патрубок 4 с электромагнитом 14 поступает в выводную трубу (на чертежах не показана), откуда она самотеком направляется для использования или дальнейшей обработки.

Гидроциклон представляет собой устройство, сочетающее безнапорную гидроциклонную и электролизную обработку воды.

Предложенный гидроциклон позволяет повысить эффективность и качество очистки воды за счет комплексного использования безнапорного гидроциклонирования, позволяющего удалять значительную часть взвешенных веществ и газовой фазы из обрабатываемой жидкости, и электролизной обработки жидкостей, позволяющей эффективно коагулировать мелкодисперсные частицы, а так же нефтепродукты и маслосодержащие примеси, находящиеся в обрабатываемой воде.

Конструкция гидроциклона интенсифицирует процесс обработки больших объемов воды за малый промежуток времени за счет разделения на части в электролизной секции потока жидкости.

Изобретение предназначено для непрерывной обработки и разделения по удельным весам веществ, находящихся в промышленных, бытовых и других сточных водах, для обогащения полезных ископаемых и для очистки питьевой и природных вод. Гидроциклон включает корпус, имеющий цилиндрическую и коническую части, тангенциальный патрубок ввода очищаемой воды, сливной патрубок осветленной воды, патрубок вывода твердой фазы, средство дополнительной обработки очищаемой воды, патрубок вывода газовой фазы, расположенный на торце цилиндрической части корпуса. Средство дополнительной обработки очищаемой воды представляет собой электролизную секцию с n-парами электродов, выполненными в виде установленных коаксиально цилиндров, укрепленных на электроизоляционном диске, и размещенными в последовательности анод - катод в цилиндрическом участке корпуса, последний соединен с отрицательным полюсом источника тока. Патрубок ввода очищаемой воды расположен в стенке цилиндрической части корпуса под электроизоляционным диском электролизной секции. Электроды, кроме центрального катода, выполнены с отверстием на уровне патрубка ввода очищаемой воды. Сливной патрубок снабжен отводящей трубой, расположенной коаксиально в центральном катоде электролизной секции. Технический результат: повышение эффективности и качества очистки воды, интенсифицирование процесса обработки больших объемов воды за малый промежуток времени, выделение из потока жидкости нефтепродуктов и маслосодержащих примесей. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Гидроциклон, включающий корпус, имеющий цилиндрическую и коническую части, тангенциальный патрубок ввода очищаемой воды, сливной патрубок осветленной воды, патрубок вывода твердой фазы и средство дополнительной обработки очищаемой воды, отличающийся тем, что гидроциклон дополнительно содержит патрубок вывода газовой фазы, расположенный на торце цилиндрической части корпуса, средство дополнительной обработки очищаемой воды представляет собой электролизную секцию с n парами электродов, выполненными в виде установленных коаксиально цилиндров, укрепленных на электроизоляционном диске, и размещенными в последовательности анод-катод в цилиндрическом участке корпуса, последний соединен с отрицательным полюсом источника тока, при этом патрубок ввода очищаемой воды расположен в стенке цилиндрической части корпуса под электроизоляционным диском электролизной секции, электроды, кроме центрального катода, выполнены с отверстием на уровне патрубка ввода очищаемой воды, а сливной патрубок осветленной воды снабжен отводящей трубой, расположенной коаксиально в центральном катоде электролизной секции.2. Гидроциклон по п.1, отличающийся тем, что электролизная секция содержит n пар электродов, где n от 1 до 5.3. Гидроциклон по п.1, отличающийся тем, что отводящая труба сливного патрубка выполнена длиной не менее 2/3 высоты электролизной секции.4. Гидроциклон по п.1, отличающийся тем, что сливной патрубок осветленной воды снабжен средством омагничивания воды, выполненным в виде постоянного магнита или электромагнита и установленным коаксиально с внешней стороны патрубка.