Способ гидроциклонной сепарации жидкости Советский патент 1983 года по МПК B04C5/13 B01D21/26 

изобретение отйосится к металлообрабатывающей, металлургической, химической, горнорудной, пищевой и другим отраслям промышленности и предназначено для центробежного разделения неоднородных систем, а более конкретно для центробежного разделения твердой и жидкой фаз суспензии с использованием гидроциклонов . Известен способ разделения суспензий, при котором жидкость подает ся в гидроциклон определенным давлением Р,| , а на выходе очищенная жидкость сливается при статическом давлении р„ , равном нулю ij . При таком способе подачи суспензии и отвода очищенной жидкости возникает неустойчивый гидродинамический режим работы гидроциклона, так как при нулевом выходном статическом напоре на сливе вращающиеся восходящий и циркуляционный потоки чувствительны-к малейшим возмущающи факторам (изменению в процессе сепа рации примесей, неточности изготовления отдельных частей гидроциклона наличию пульсации входного давления Pf, износу гидроциклона, неравномерноглу засасыванию воздуха из шпам вого отверстия и из нисходящего пет ка и др. . При подъеме восходящего потока и его вращении теряется част энергии. В итоге эффективность разд ления суспензии, как правило, недос таточна. Кроме того, при работе гид роциклонной. системы возрастает температура жидкости, что нежелательно особенно при использовании смазочно о.хлаждаюиих жидкостей на операциях ишифования. . ЙзвеЬ-рен также способ сепарации жидкостей, заключающийся в том, что на сливе гидроциклона устанавливает противодавление Р (0,1-0,2)р-. В результате гидроциклон обеспечивает более высокое качество очистки, так как гидродинамический режим работы становится устойчивым 12 . Однако производительность гидроциклона Q при наличии противодавлен резко снижается, а отход шламового продукта ctjy, возрастает. Повыц1ается и температура сепарируемой жидкости из-за компрессии ее в насосе, трения о стенки гидроциклона и пр. наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ гид роциклонной сепарации, заключающийся в отсосе очищенной жидкости по касательной к восходаШёму, столбу на сливе гидроциклона 13 . Однако из-за отсутствия рекомендаций по выбору оптимальных значени Р и Рд и соотношений мелщу ними использование известного способа гидроциклонной сепарации жидкостей затруднено. Например, при чрезмерно большом отрицательном статическом напоре в сливной ветви в гидроциклоне может возникнуть явление сифона и качество разделения ухудшается, а при малом отрицательном статическом напоре гидродинамический режим работы гидроциклона неустойчивый и не обеспечивается требуемое качество разделения. Не всегда отсос очищенной, жидкости непосредственно из сливного патрубка или из сливной камеры является эффективньм. Кроме того, возрастание температуры сепарируемой жидкости неизбежно. Цель изобретения - повышение качестэа разделения и производительности . Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, заключающемуся в отсосе очищенной жидкости по касательной к восходящему Столбу на сливе гидроциклона, отсос осуществляют при отрицательном статическом напоре Ej , определяемом равенством 2 - 0,03 р , где Р - давление на входе гидроциклона. Целесообразно очищенную жидкость смешивать с воздухом, засасываемым из атмосферы инжектором. На фиг. 1 представлена схема установки; на фиг. 2 - устройство, вид серху; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 4 - график зависимости изменения степени очистки С г производительности гидроциклона . Q и отхода адламового продукта оСщ в зависимости от режимов сепарации жидкости. Гидроциклон содержит входной тангенциальный патрубок 1, цилиндрокрничаский корпус 2, песковый шламовый) 3 и промежуточный сливной 4 патрубки, слитную камеру 5, сливной тенгенциальный патрубок б, на котором встроен инжектор 7, представляющий собой несколько изогнутых трубок одни расширяющиеся концы которых сообщаются с атмосферой, а другие - с потоками жидкости и направлены вдоль потоков последней. Причем трубки инжектора располагаются в несколько рядов (на фиг. 1 показан только один ряд. Гййроциклон работает следующим образом. Исходную суспензию подают по тангенциа7№ному входному патрубку Тфиг-. ly под давлением р.. в цилиндро-конический корпус 2. Механические примеси за счет центробежных сил отбрасываются в нисходящем потоке (показанном в виде траекторий движения частиц жидкости) к стенкам гидроциклона и уходят вместе с небольырй частью жидкости Q m в шламовое отверстие 3 наружу. Основная часть очищенной жидкости, продолжая вращаться в восходящем потоке траектории показаны на ,. :фиг. 1) , направляется через проме:жуточнь-тй сливной патрубок 4 в слив |Ную камеру 5, а затем отсасывается :через тангенциальный сливной/патру бок б наружу (к протребителю или в емкость для очищенной ;}сидкости) . Отсос очищенной жидкости происходи по касательной к восходящему столбу, в результате чего вращающаяся жидкость раскручивается на сливе, а не .тормозится как в обычных гидроциклонах, что позволяет увеличить вращающий момент в восходящем потоке. При отсутствии эффекта торможения жидкости в восходящем потоке последний вращается более интенсивно, заставляя тем самым вращаться и циркуляционный поток,, .поэтому мелкая фракция механических примесей продолжает разделяться в восходящем и циркуляционном потока и эффективность сепарации повышает Обычно гидроциклоны и батареи гидроциклонов монтируются над бака ми для исходной и очищенной жидкос ти, а сливные патрубки (трубопрово ды б, соединённые со сливными кам рами, гидроциклонов или батареей гид роциклонов,опускаются в емкости для очищенной жидкости. Отсос очищенной j жидкости из сливной камеры может быть легко осуществим за счет падения струи .в слив ном патрубке {трубопроводе ) б / в ко тором образуется разрежение. Если сливной трубопровод опущен слишком низко, то в трубопроводе б и : сливн камере 5 может возникнуть большое разрежение, а в гидроциклоне - явле ние сифона,, в результате эффективность разделения суспензий снижаетс При Значительном уменьшении высоты опускания сливяого трубопровода про ,тиводавление на сливе;гидроциклона приближается к нулю. Гидродинамический режим работы гидроциклона вновь становится неустойчивым и качество сепарации жидкости вновь ухудшается. Поэтому на сливе гидроциклона должен быть установлен оптимальный отрицательный статический напор, с целью обеспечения которого при отсосе жидкости из слийной камеры гидроциклона в сливном патрубке б предусмотрен инжектор 7 (фиг. 1 и 2). Атмосферный воздух за счет инфекционного эффекта всасывается через трубки инжектора 7 внутрь трубопровода б и сообщается с потоками очищенной жидкости.. При значительном опускании tpy6oпроводов б для исключения явления сифона большее количество трубок инжектора 7 должно сообщаться с атмосферой. При малой высоте опускания сливного трубопровода б (для создания требуемого разрежения) часть тоубок инжектора должна заглушаться (например, пробками). Таким образом, путем перекрытия трубок инжектора при любой длине опускания сливного трубопровода можно легко установить требуемую величину отрицательного статического напора на сливе гидроциклона или батареи гидроциклонов и обеспечить высокое качество сепарации. Так как в большинстве случаев при сепарации жидкость нагревается (особенно на операциях абразивноалмазной обработки), то ее необхо димо охлаждать, что также достигает ся путем применения инжекторов. Так как атмосферный воздух всасывается через расширяющиеся концы трубок и проходит в дальнейшем через сужающиеся части, то в местах сужения.он ускоряет движение (отдает часть энергии), в результате чего охлаждается и, смепмваясь с потоками очищенной жидкости, как бы вентилирует последнюю, охлаждая ее. Снижение температуры зависит от количества работающих трубок инжектора, температуры атмосферного воздуха, исходной температуры жидкости. Вентиляция жидкости способствует удлинению срока ее службы.. . эффективность разделения суспензий при использовании любых способов зависит от режимов сепарации. Результаты испытаний сведены в таблицу Так, например, максимальноезначение степени очистки (как пока- . зали экспериментальные исследования достигается при положительном противодавлении Р 0,148 Рд (см. табл. и фиг 3), т.е. при рекомендуемом соотношении Р и Р, причем его соотношени-е справедливо с любыми Р в любых гидроциклонах. Однако в данном случае падает производительность и возрастает отход шламового продукта. При свободном сливе очищенной жидкости из гидрО1диклона (например, для гидроциклонов 60 мм при Р 250 кПа, Р„ 0) степень очистки составляет 36%, производительность Q 81,5 л/мин и отход шламового продукта flfrt, 2-3%. С возрастанием по абсолютной величине отрицательного статического напора на сливе гилроциклона до Р /-р,05 .-Уч (т.е. с использованием принудительного отсоса очищенной

жидкости по касательной к восходящему столбу) гидродинамический режим работы аппарата стабилизируется степень очистки возрастает до 95,5%, производительность Q - до 82 л/мин, а отход шламового продукта сокращается до 1,4 %. Лучшее качество разделения обеспечивается при Р -8 т.е. при Р 2-0,03 Р|. В этом случае f 97%..производительность Q 84 л/мин и отход

шламового продукта . Дальнейшее возрастание отрицательного

;статического напора на сливе гидроциклона вновь приводит к ухудшению

iкачества разделения суспензии (табл. и фиг. S) . Полученные законо Мерности Г, Q я1м справедливы для

гидроцйклонов любого диаметра.

Таким образом, благодаря найденным оптимальным соотношениям i между давлениями на входе Р выходе (т.е. РЗ -0,03 Р;,) при использовании отсоса очищенной жидкости на сливе гидроциклона по

касательной к восходящему .столбу качество и производительность очистки, как показали исследования, повышаются примерно на 25%, а отход шламового продукта сокращается до 0,. Использование энергии падающей струи жидкости на сливе гидроциклона для обеспечения отсоса сепарируемой жидкости значительно упрощает конструкцию гидроциклон0 ной установки. Наличие инжектора на сливном тангенциальном патрубке гидроциклона, засасывающего атмосферный воз,цух и служащего для регулирования качества разделения сус5 пензии, способствует интенсивному перемешиванию потоков жидкости с воздухом и уменьшению температуры очищенной . жидкости (примерно на ), что положительно сказывается

0 на эффективности дсшьнейшего использования последней, особенно на операциях абразивно-алмазной обработки заготовок в металлообрабатывающей промышленности.

1. СПОСОБ ГИДРОЦИКЛОННОЙ СЕПАРАЦИИ ЖИДКОСТЕЙ, заключающийся в отсосе очищенной жидкости по касательной к восходящему столбу на сливе гидроциклона, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения качества разделения и производительности, отсос осуществляют при отрицательном статическом напоре Ру , определяемом равенством Р - 0,03 Р где р - давление на входе гидроциклона. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что очищенную жидкость смешивают с воздухом, засасываемом из атмосферы инжектором.

72,5

-14

00

79,5 -18

82 - 5

80

О82,5

20

83,5

30

82,5

45

95

-12

50

97

-8

95,5

-5

86

О

93

30

94

36

93 85

50

-14

00

94

-10

92 83,5

-5 О

О,Г

0,25

1,5

2,3

2,5

3,3

4,1

0,16

0,7

1,4

2,2

3,0

3,2

4,. О 0,12

0,20

1,3 2,0