Гидроциклон Советский патент 1983 года по МПК B04C5/16 

Изобретение относится к устройствам для разделения суспензий в поле центробежных сил и может быть использовано в химической, нефтеперерабатываюшей, угольной, горнообогатительной и других отраслях промыгиленности.

Известен гидроциклон, содержащий корпус, состоящий из цилиндрической и конической частей. В месте их стыковки образован серповидный уступ. Корпус имеет тангенциальный входной патрубок, сливной и песковый патрубки СИ.

В известном гидроциклоне используют эффект турбулентного режима, создаваемого в месте стыка цилиндрической и конической частей за счет смещения их осей с образованием серповидного уступа. Этот режим позволяет уменьшить плотность суспензии, особенно около стенки гилроциклона, в результате чего должна увеличиваться линейная скорость твердых частиц в пристенной зоне гидроциклона, что ускорило бы их выгрузку через песковый патрубок.

Однако известное устройство обладает существенными недостатками.

Уменьшение плотности твердых частиц в месте серповидного уступа распространяется на неболыиую зону по длине конической части, и по мере приближения к песковому патрубку плотность твердых частиц в пристенг ной збне опять увеличивается. А так как основное разделение осуществляется именно в конической части гид10роциклона, то незначительное местное уменьшение плотности пристенного слоя сгущенной части суспензии оказывает слабое воздействие на процесс разделения суспензии в гидроциклоне и вы15грузку твердых частиц из пескового патрубка.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является гидроцик20лон, содержащий цилиндрический корпус с входным, сливным и Песковым патрубками, коническая часть корпуса выполнена из последовательно установленных конических секций с сер25повидными выступами в месте их стыковки 2.

Сборка соседних секций выполнена СО-смещением их осей таким образом, что внутренняя окружность нижнего

30 торца верхней из двух соседних секций пересекается с внутренней окруж ностью верхнего торца нижней секции в результате чего образуется серповидный выступ, а с противоположной стороны - .меньший по сравнению с ни серповидный уступ. Сборка всей конической части выполнена с поворотом направления сме щения осей каждой пары секции в направлении вращения суспензии та ким образом, что серповидные уступы образуют ступенчатый винтовой канал а выступы - ступенчатую винтовую стенку серповидного сечения. При разделении суспензии выступы серповидного сечения являются прямы ми порогами, т.е. препятствием на пути движения потока пристенного сл сгущенной суспензии, поэтому в его зоне осевое движение потока прекращается, и вся энергия передается вращательному движению. Только при достижении (во вращательном движении) потоком винтовых уступов возоб новляется его осевое движение, и по ток испытывает эффект снижения плот ности пристенного слоя сгущенной су спензии при многократном и последовательном использовании, обеспечива ющий улучшение качества разделения. Этому способствует также пульсирующий характер движения суспензии, вызываемый ступенчатыми винтовыми выступами серповидного сечения. Однако прямые пороги (выступы) являются препятствием для пристенно го слоя сгущенной суспензии. Поэт-ому твердые частицы, находящиеся во внутренней части вращающегося пристенного слоя, при своем вращательном движении по торцу выступа, вотличие от частиц, находящихся в непосредственном контакте со стенкой, резко изменяют направление своего движения. Удаляясь от стенки, они по спиральной траектории попадают в другой, вращающийся, восходящий, т.е. осветленный поток, чем значительно снижают качество осветленного продукта. Этот недостаток делает невозможным применение гидроциклона для работы в режиме осветления. Поскольку эффект снижения плотнос ти пристенного слоя сгущенной суспензии обеспечивается только в зоне серповидного уступа, он незначитет лен и ограничен малыми размерами уступа - только на 1/4 длины торцовой окружности каждой верхней из соседних секций. Гидроциклон сложен в изготовлении Целью изобретения - повьмание эффективности разделения путем увеличе кия плотности сгущенного пристенного слоя суспензии в конической части гидродиклова. Поставленная цель достигается тем что в гидроциклоне, содержащем цилиндрический корпус с входным, сливным и Песковым патрубками, коническая часть выполнена из последовательно установленных конических секций с серповидными выступами в месте их стыковки и снабжена цилиндрическими секциями, последовательно чередующимися с коническими секциями, при этом секции установлены с шагом, равным t (0,25-1)0, где D - диаметр цилиндрической части гидроциклона. Целесообразно цилиндрические сак«ии выполнять с высотой, равной h «« (0,С6-0,25) t, где t - шаг цилиндрическихи конический секций, при этом шаг чередующихся секций выполнен уменьшающимся в направлении к песковому патрубку. На фиг. 1 изображен гидроциклон, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1/ на Фиг. 3 - узел I на фиг. 1 на фиг. 4-8 - коническая час±ь корпуса с углами конусности соответственно 10°, 20°, 30°, 40°, 60°. Гидроциклон состоит из цилиндроконического корпуса 1 с тангенциальным патрубком 2 для подачи исходной суспензии, сливньш патрубком 3 для отвода осветленной фракции, Песковым патрубком 4 для отвода сгущенной фракции. Внутренняя поверхность конической части корпуса снабжена несколькими расположенными последовательно цилиндрическими участками таким образом, чтобы конические и цилиндрические участки чередовались по длине конусной части. Гидроциклон работает следующим образом. Исходная суспензия под избыточным давлением через входной патрубок 2 подается в цилиндроконический корпус. Под действием центробежных сил содержащиеся в суспензии и имеющ}1е большой удельный вес крупные твердые частицы отбрасываются к стенке и по спиральной траектории движения направляются к песковому насадку и вместе с частью жидкой фазы выгружаются из гидрюциклона. В цилиндрической части происходит предварительное разделение суспензии, в результате чего плотность слоя сгущенной суспензии в радиальном направлении к стенке гидроциклона растет. Жидкая фаза суспензии движется в полости гидроциклона во внутреннем спиралыном потоке. По мере движения этого потока в направлении, конической части радиальная составляющая окружной скорости растет и поэтому осветленный поток начинает менять направление своего движения сначала в радиальном, а затем (вдоль оси корпуса гидроциклона) в противоположном от пескового насадка направлении, т.е. в направлении сливного насадка,, и во вращательно-поступательном движе нии Удаляется из гидроциклона. Примерно в середине (по высоте) конусной части заве ииается формирование .этого потока, а в непосредственной близости от пескового насадка завер шается разделение -суспензии на сгущенную и осветленную фазы. В конической части гидроциклона вследствие увеличения центробежных сил за счет плавного уменьшения радиуса вращения суспензия подвергает ся дополнительному разделению, в ре зультате чего равномерно растет пло ность пристенного сгущенного слоя суспензии по всей длине, конической части. Это приводит к тому, что твердые частицы сталкиваются друг с другом и поэтому растет сопротивление движению твердых частиц и величина окружной скорости твердых частиц, равномерно возрастающая по длине конусной части в направлении пескового насадка, будет несколько ниже величины окружной скорости твердых чэстиц без учета фактора сопротивления в сгущенном потоке. Падение величины окружной скорос ти твердых частиц с учетом фактора сопротивления в сгущенном слое пото ка в гидроциклоне компенсируется за счет местного снижения постоянно увеличивающейся плотности пристенно го слоя сгущенной суспензии на цилиндрическом участке конической час ти, где за счет клинообразного коль цевого пространства по всему пери метру окружности объем, занимаемый пристенным слоем сгущенной суспензии, увеличивается, а плотность сни жается. Многократное и последовател ное по длине конуса использование указанного эффекта приводит к тому, что ко времени, когда исчезает влияние эффекта от первого цилиндричес кого участка, эта же часть потока испытывает подобный же эффект от послелукндего цилиндрического участка и, таким образом, падение окружной скорости твердых частиц от фактора сопротивления компенсируется полностью. При этом важное значение имеют пределы изменения количества и высо ты цилиндрических участков, а также шага коническо-цилиндрических участ ков, в зависимости от диаметра D ци линдрической и угла d конической частей. При постоянном диаметре цилиндри ческой части D 40 мм и уменьшении угла конуса от 60 до 10°., т.е.. в наиболее распространенных пределах оптимальные пределы количества цилиндрических секций п, шага коническо-цилиндрических секций t и высота цилиндрических секций h соответственно составляют п 1 : 5, t ЛО,51,0), h (0,125-0,25)t. Увеличение диаметра цилиндрической части при уменьшении угла конуса от 60° до 10° расширяет приведенные оптимальные пределы: п 1-11 , t (0,25-1,0), h (0,06-0,25)t. Объясняется это тем, что при больших диаметрах цилиндрической части D 300-1000 мм происходит смещение оптимальных пределов: п 5-11, t (0,25-0,5), h (0,G6-0,125)t. Кроме того, цилиндрические участки в конусной части гиддаохщклона у величи в ают общую дли ну гидроциклон а, то приводит к повышению качества разделения. Формула изобретения 1.Гидроциклон, содержащий цилиндроконический корпус с входным, слквпым и ттесковым патрубками, коническая часть корпуса выполнена из последовательно установленных конических секций с серповидными выступами в месте их стыковки, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности разделения путем увеличения плотности сгущенного пристенного слоя суспензии в конической части гидроциклона, последняя снабжена цилиндрическими секциями, последовательно чередующимися с коническими секциями, при этом секции установлены с шагом, равным t « (&,251)0, где D - диаметр цилиндрической части гидроциклона. 2.Гидроциклон по п. 1, отличающийся тем, что цилиндрические секции выполнены с высотой, равной h - (0,06-0,25)t, где t - шаг цилиндрических и конических секций, при этом шаг чередующихся секций выполнен уменьшающимся в направлении к песковому патрубку, ИСАОЧники информации, принятые во внимание при экспертизе 1,Патент Франции 1474396, кл, В 04 С, 1967. 2,Патент Франции 2376701, кл, В 04 С 5/16, 1978 (прототип).