СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ СУСПЕНЗИЙ Советский патент 1995 года по МПК B01D43/00 

Изобретение относится к технике разделения суспензий и может быть использовано в химической, нефтехимической, горнообогатительной и других отраслях промышленности.

Цель изобретения - повышение степени сгущения при максимальном использовании тепловой и кинематической энергии потоков.

На чертеже представлен гидроциклон, в котором осуществляется способ разделения суспензий.

Исходная суспензия под напором через тангенциальный патрубок 1 подается в рабочую полость цилиндроконического корпуса 2, где она приобретает интенсивное вращательное движение. Осветленная жидкость восходящим потоком отводится через патрубок 3 для отвода осветленной жидкости, а сгущенная фракция направляется к вершине конуса. Через радиальный патрубок 4 в песковый патрубок 5 с помощью компрессора 6 подают под давлением предварительно нагретый, например, в теплообменнике 7 газ (воздух). Нагретый газ полностью перекрывает полость пескового патрубка, образуя в нем воздушную подушку. Сжатый воздух из воздушной подушки распределяется частично в воздушный столб, постоянно подпитывая его. Другая часть воздуха уходит из гидроциклона через нижнее основание пескового патрубка вместе со сгущенным осадком. При этом производится испарение свободной влаги, содержащейся в сгущенном осадке, прошедшем границу раздела суспензионный вихрь - воздушный затвор в объеме пескового патрубка.

Поток сгущенного осадка при выполнении соотношения 0,64 м/с ≅ V≅ 3,14 м/с эффективно распыляется на твердые частицы по связанной с ними влагой, и в камере 8 при выполнении соотношения 1,41 Т_кип ≅ ≅Т ≅ 1,77 Т_кип поток эффективно взаимодействует с частью нагретого до температуры Т газа, выходящего из пескового патрубка, способствуя разделению твердых частиц и связанной влаги. Твердые частицы обезвоженного осадка под действием силы тяжести оседают на дно камеры, откуда, например, шнековым транспортером 9 выгружаются по назначению. Отработанный газ удаляется из камеры, например, через центральную трубу 10 с колпаком, закрывающим ее от попадания в нее твердых частиц. Выделенная влага, ранее связанная с твердыми частицами, в газообразном состоянии удаляется вместе с газом по центральной трубе, если это допустимо технологией, либо направляется в конденсатор 11, объединяясь затем с потоком осветленной жидкости, отводимой через патрубок отвода осветленной жидкости.

Зависимости температуры газовой среды в диапазоне 1,41 Т_кип ≅ Т ≅ 1,77 Т_кип (1) и скорости осадка на выходе из пескового патрубка 0,64 м/с ≅ V_n ≅ 3,14 м/с (2) являются результатом статистической обработки ряда опытов на различных суспензиях с различной твердой и жидкой фазами и не могут быть получены расчетным путем из известных зависимостей.

При значении температуры нагрева газовой среды Т меньше левого предела в формуле (1) резко снижается испарение связанной с твердыми частицами влаги и фактически происходит обычный процесс сушки осадка в выгрузочном патрубке гидроциклона, являющийся малоэффективным ввиду незначительного времени взаимодействия газового и сгущенного потоков.

Если значение Т больше правой границы соотношения (1), то значительная работа, затрачиваемая на нагрев газовой среды, практически не вызывает повышения степени сгущения, а при определенных значениях Т может привести к изменению структуры частиц осадка, что нежелательно в том случае, когда эти частицы являются ценным продуктом.

При значении скорости сгущенного осадка V_n, меньшем нижнего предела соотношения (2), значительно ухудшается распыление сгущенного потока и тем самым снижается эффективность процесса удаления связанной с твердыми частицами влаги, а процесс разделения в целом приближается к обычной сушке при недостаточно высокой степени сгущения. Если же значение V_nбольше верхнего предела соотношения (2), то вследствие высокой скорости движения частиц твердой фазы со связанной с ними влагой уменьшается время их контакта с нагретой средой и тем самым снижается степень сгущения.

П р и м е р 1. В гидроциклон с диаметром цилиндрической части 0,02 с, с песковым патрубком диаметром 3,7 мм и патрубком подачи газа диаметром 3,5 мм, с песковой камерой диаметром 1,0 м и высотой 3,0 м подают водную суспензию поливинилхлорида (ПВХ) с содержанием твердой фазы 1% под давлением 0,1 МПа (1 атм). При этом в песковый патрубок подают газ под давлением 0,055 МПа, нагретый до температур от 25^оС до 325^оС. Средняя скорость движения осадка в песковом патрубке V_n также изменялась от 0 до 5 м/с. При этом определялось содержание твердой фазы в сгущенном продукте.

Данные сведены в таблицу 1.

П р и м е р 2. В аппарат с параметрами, указанными в примере 1, под давлением 0,1 МПа подают суспензию полистирола в толуоле, температура кипения которого при давлении 0,1 МПа составляет 78^оС. В песковый патрубок подают нагретый нейтральный газ под давлением 0,055 МПа. Определяют также содержание твердой фазы в сгущенном продукте.

Данные сведены в таблицу 2.

Как видно из таблиц, в указанных диапазонах температур и скоростей движения осадка достигается наивысшее содержание твердой фазы в осадке.

Нагрев газовой среды до температуры Т > 1,77 Т_кип хотя и позволяет достичь высокого содержания твердой фазы, но не позволяет эффективно использовать тепловую энергию газового потока на удаление влаги и подводимая энергия расходуется практически впустую. Таким образом, верхняя граница по Т существует и доказывается численными расчетами с достижением не просто высокой концентрации, а экономически выгодной и одновременно высокой концентрации.

СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ СУСПЕНЗИЙ, заключающийся в подаче суспензии в гидроциклон вихревым потоком, направленным сверху вниз, контактировании сгущенной суспензии с нагретой газовой средой, подаваемой в песковый патрубок поперечно потоку сгущенной суспензии, распылении этого потока на выходе из пескового патрубка и отделении отработанного газа вместе с испарившейся свободной влагой, отличающийся тем, что, с целью повышения степени сгущения при максимальном использовании тепловой и кинематической энергий потоков газа и распыленной сгущенной суспензии, газовую среду подают с температурой, определяемой из соотношения
1,41 T_кип ≅ T ≅ 1,77T_кип,
и скоростью сгущенной суспензии на выходе из пескового патрубка в диапазоне
0,64 м/с ≅ V_n ≅ 3,14 м/с,
где T_кип - температура кипения влаги.