Гидроциклон Советский патент 1984 года по МПК B04C3/06 

Изобретение относится к устройствам для разделения двухфазных систем жидкость-жидкость и может быть использовано в химической, нефтеперерабатывающей, нефтедобывающей и других отраслях промыщленности. Известна конструкция гидроциклона, содержащая цилиндро-сферический корпус с тангенциальным питающим патрубком, сливным и Песковым патрубками, расположенными соосно. Суспензия или эмульсия подается через питающий патрубок и закручивается. Под действием центробежных сил происходит разделение на пристенный сгущенный и центральный осветленный потоки суспензии или эмульсии. Пристенный поток из цилиндрической части переходит в сферическую и удаляется через песковый насадок. Центральный поток доходит до центра сферической части и удаляется через сливной патрубок 1. Недостатком -данного устройства является повышенный унос тяжелой фракции осветленным потоком. Так как осветленный и сгущенный потоки в аппарате движутся противоточно, то при переходе осветленного потока из нисходящего в восходящий (переход происходит в зоне между концом сливного патрубка и Песковым патрубком) он захватывает из сгущенного потока частицы или капли тяжелой фракции, что снижает эффективность сепарации. Другим недостатком конструкции является возникновение воздущного столба при свободной разгрузке аппарата. При этом в приосевой зоне получается значительный градиент скоростей, что вызывает дробление капель эмульсии и уменьщение их размера, что эквивалентно уменьшению медианного размера части в исходном продукте. А так как в одном аппарате при одинаковых условиях работы исходный продукт с большим медианным размером разделяется лучше, то дробление капель обуславливает снижение эффективности сепарации эмульсий. Известен также гидроциклон, содержащий корпус с тангенциальным входным патрубком, сливным и Песковым патрубками. В сливном патрубке размещен шток с пластиной сферической формы, установленный с возможностью осевого перемещения 2. Недостаток известного гидроциклона - малая эффективность разделения эмульсий. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является гидроциклон, содержащий сферический корпус с тангенциальным входным патрубком и осевыми сливным и Песковым патрубками, в последнем из которых размещен с возможностью осевого перемещения шток с клапаном 3. Недостаток данного гидроциклона - невозможность эффективного разделения эмульси. Цель изобретения - повышение эффективности разделения эмульсии. Поставленная цель достигается тем, что гидроциклон, содержащий сферический корпус с тангенциальным входным патрубком и осевыми сливным и Песковым патрубками, в последнем из которых размещен с возможностью осевого перемещения шток с клапаном, снабжен свободно расположенным внутри корпуса сферическим насадком с удельным весом, равным удельному весу легкой фракции исходной эмульсии, и выполненным из материала, смачиваемого ею. Сливной патрубок оснащен воронкой сферической формы, установленной с возможностью осевого перемещения и выполненной с радиусом, равным или меньшим радиуса сферического насадка. Входной патрубок расположен вдоль горизонтальной оси симметрии корпуса, а клапан выполнен сферической формы. На чертеже представлен гидроциклон, общий вид. Гидроциклон содержит сферический корпус 1, с тангенциальным питающим патрубком 2. Осевые сливной 3 и песковый 4 патрубки, ось симметрии которых перпендикулярна плоскости симметрии, проходящей через входной патрубок 2, В центре корпуса свободно расположен сферический насадок 5, удельный вес которого равен удельному весу легкой фракции исходной эмульсии. По оси пескового патрубка 4 расположен щток 6 с пластиной 7 сферической формы, расположенной в корпусе аппарата, кривизна которой совпадает с кривизной корпуса 1 аппарата. На конце сливного патрубка расположена воронка 8 сферической формы, выполненная с радиусом, равным или меньщим радиуса сферического насадка; Гидроциклон работает следующим образом. Исходная эмульсия под давлением поступает через тангенциальный входной патрубок 2 в корпус 1 аппарата и закручивается. Под действием центробежных сил происходит разделение эмульсии на легкую, и тяжелую фракции. Тяжелая фракция образует пристенный слой, а легкая - приосевой. При этом наблюдаются следующие гидродинамические закономерности. Основное вращение эмульсии осуществляется вокруг оси AiAj. Однако зона максимального падения давления расположена в центре корпуса 1, а не по оси , как в обычном цилиндро-коническом гидроциклоне. Давление жидкости в точках В и Bj и в точках Cj и Cj (все точки находятся на одинаковом расстоянии от оси ) соответственно примерно одинаково (Р - Р ; Pcj-Рог ). однако давление в точках В и Вг выше, чем в точках Ci и С (Р Р , ). Это явление обусловлено вли.янием кривизны корпуса (сферы) 1 агтарата вследствие чего происходит как бы поджатие эмульсии к центру, что вызывает уменьшение скорости вращения эмульсии (что

частично вызвано также торможением жидкости о стенки аппарата) и увеличение давления от центра к стенке во всех направлениях.

Так как плотность сферического насадка 5, свободно расположенного в корпусе 1 аппарата, равна плотности легкой фракции, то насадок 5 находится только в центральной зоне корпуса 1 гидроциклона, так как вследствие разделения эмульсии плотность среды возрастает от центра к стенке. При этом, вследствие равенства плотностей насадка, и легкой фракции, действие Архимедовой силы исключено, и на расположение насадка 5 оказывает влияние только статическое и динамическое давление эмульсии. Вывод легкой фракции, находящейся в центральной зоне аппарата, осуществляется через сливной патрубок 3, расположенный по оси . Сферический насадок 5 втягивается динамическим воздействием осветленного потока к сливному патрубку 3, испытывая при этом все возрастающее статическое давление. При смещении насадка 5 по оси AiAz к сливному патрубку 3 статическое давление в точке Д на насадок меньше, чем в точке F вследствие причин, аналогичных описанным, и образующая разность давлений стремится вернуть насадок 5 в центр корпуса. При некотором положении насадка на оси AjAj образует равенство статического и динамического давления и насадок 5 займет устойчивое положение.

Так как легкая фракция стремится в центральную зону в результате действия центробежных сил, то она занимает некоторый объем вокруг сферического насадка 5, причем размер объема завсит от соотношения фракций в исходном продукте. Так как сферический насадок 5 расположен в корпусе 1 гидроциклона свободно, то он за счет сил трения вращается вместе с жидкостью, что позволяет снизить гидравлические потери. Перемещая по радиусу сливной патрубок 3 с воронкой 8 сферической формы, можно добиться такого зазора между поверхностью сферического насадка 5 и воронкой 8, который равен толщине слоя легкой фракции в сливной патрубок. Сферическая форма пластины 7 и воронки 8 обеспечивает минимальное возмущение, вноси мое ими в гидродинамическую картину течения жидкости. Выполнение сферического насадка 5 из материала, смачиваемого легкой фракцией, обеспечивает налипа ние капель на поверхности насадка, что приводит

0 к образованию сплощной пленки без включения тяжелой фракции и позволяет повысить эффективность процесса сепарации. При этом аппарат также обладает свойством автоматического поддержания качества осветленного продукта. При вертикальной

5 установке гидроциклона (ось вертикальна) в случае увеличения концентрации тяжелой фракции в осветленном продукте (например, в случае увеличения содержания тяжелой фракции в исходном про0 дукте), на насадок 5 действует Архимедова сила, направленная вверх, что приводит к нарушению баланса сил и перемещению насадка 5 к воронке 8. Вследствие этого зазор между ними уменьщается и соответственно уменьшается качество отбираемого

5 осветленного продукта, что вызывает увеличение его содержания в центральной зоне аппарата и удаление оттуда тяжелой фракции.

Таким образом, в предлагаемом гидро0 циклоне противоток и циркуляционные контуры отсутствуют, что позволяет осуществлять оптимальное гидродинамическое течение жидкости. Образующаяся зона разделения между слоями пристенной тяжелой фракции и центральной легкой фракции имеет форму, близкую к сферической, что исключает захват потоками капель эмульсии. Кроме того, имеется возможность регулировки показателей разделения путем перемещения сливного патрубка 3 или штока 6 и автоматического поддержания качества осветленного продукта.

1. ГИДРОЦИКЛОН, содержаХий V сферический корпус с та-нгенциальным вход.ньш патрубком, и-осёвымй сливным и песко- . вым патрубками, в последнем из которых размещен с; возможностью осевого -перемещенИЯ щток с клапаном, отличающийся тем,.что, с целью повышения эффективности разделения э.мульсии, он снабжен свободно расположенным внутри корпуса сферическим насадком-с удельным весом, равным удельному весу легкой фракции исходной эмульсии, и .выполненным из материала, смачиваемого ею. 2: Гидроциклон .по п. 1, отличающийся тем, что сливной Патрубок оснащен ворон- ; кой сферической формы, установленной с . возможностью осевого перемещения и вы.полненной с радиусом, равным или меньщим радиуса сферического насадка. .3. Гидроциклон по п. Г; отличающийся. тем, что входной патрубок расположен вдоль (Л горизонтальной: оси симметрии корпуса, а клапан выполнен сферической формы. со со