СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ СУСПЕНЗИЙ В ГИДРОЦИКЛОНЕ Советский патент 1995 года по МПК B04C5/00 

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

Известен способ разделения суспензий, включающий подачу исходной суспензии в гидроциклон, образование слоя твердых частиц в песковой насадке и подсос атмосферного воздуха в слой твердых частиц в насадке.

Подсасываемый воздух через боковой патрубок вытесняет остаточную влагу и создает лучшие условия для транспортирования твердой фазы. Однако этот способ обладает рядом недостатков.

Во-первых, при работе на тонких суспензиях на гидроциклонах малого диаметра значительно снижается эффективность гидроциклона по осветленной жидкой фазе, так как при уменьшении пескового отверстия до размеров, меньших воздушного столба, в вершине конуса наблюдается взмучивание осадка и вынос его вверх. Это объясняется тем, что в разреженный воздушный столб гидроциклона идет подсос воздуха через песковый насадок снизу вверх.

Во-вторых, в гидроциклонах малого диаметра отверстие в песковых насадках нужно уменьшать до таких размеров, что аппарат становится практически неработоспособным, вследствие его забивки твердыми частицами. Одновременно и на гидроциклонах большого диаметра при обработке грубых суспензий при уменьшении пескового насадка до размеров воздушного столба надежность аппарата значительно падает, т.к. создаются условия забивки пескового отверстия агломератами.

Известен также способ разделения суспензий, включающий подачу столба сжимаемой среды в центр вращающегося вихря суспензии в точке, расположенной между концами вихрей. Размер столба среды контролируют путем введения в него воздуха.

Концентрация и плотность шлама регулируют путем изменения площади или сечения нижней выгрузки при осевой подаче газа (воздуха) через центральную трубу. Этот способ дает повышение концентрации шлама примерно на 3%.

Однако этот способ обладает недостатками. Во-первых, ухудшается условие выгрузки шлама за счет наличия центральной трубы в песковом патрубке. Во-вторых, в гидроциклонах небольшого размера центральные осевые трубки для подачи газа быстро разрушаются в момент пуска гидроциклона за счет неравномерности вихревого потока.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ разделения суспензий, включающий подачу исходной суспензии вихревым потоком, направленным сверху вниз, сгущение суспензии и контактирование сгущенной суспензии с воздушной средой, подаваемой в песковый патрубок гидроциклона.

Недостаток известного способа - малая эффективность разделения.

Цель изобретения - повышение эффективности разделения за счет образования над песковым патрубком воздушной подушки.

Поставленная цель достигается тем, что согласно настоящему изобретению осуществляют поперечную подачу воздушной среды под давлением, определяемым из соотношения:
(Р_{вх.сусп.}+Н γ_сусп.):Р_{вх.возд}.=1,5-3,5, где Р_{вх.сусп.} - давление питания суспензии;
Н - высота столба в гидроциклоне;
γ_сусп. - плотность суспензии;
Р_{вх.возд.} - давление воздушной среды.

За счет увеличенного диаметра песковой насадки сгущенная твердая фаза суспензии в вершине конуса концентрируется вблизи стенок, а в центральную часть, прилегающую непосредственно к воздушному столбу, вытесняется жидкость, которая контактирует с воздушным столбом, что исключает унос твердых частиц в слив.

На чертеже представлена принципиальная схема осуществления способа.

Работа гидроциклона осуществляется следующим образом.

Исходную суспензию под напором через тангенциальный патрубок подают в рабочую полость цилиндроконического корпуса, где она приобретает интенсивное вращательное движение, направляясь к вершине конуса. По заполнении гидроциклона суспензией через радиальный патрубок в песковый патрубок под давлением подают сжатый газ (воздух), который полностью перекрывает полость пескового патрубка, приподнимая разделяемый вихрь суспензии до вершины конуса. При этом сжатый воздух в воздушной подушке распределяется частично из своей центральной части в воздушный столб, стабилизируя его. Твердая фракция, скапливаясь у стенок вершины конуса, переходит границу раздела суспензионного вихря воздушного затвора и далее, пронизывая подушку у стенки пескового патрубка, выгружается пылевидным воздушным факелом. При этом твердые частицы увлекают за собой только влагу, оставшуюся на их поверхности за счет сил смачиваемости. Жидкая фаза суспензионного вихря вытесняется к центру гидроциклона и удерживается в вершине конуса воздушной подушкой, отводится через сливной патрубок. Регулируя напор газа (воздуха) в воздушной подушке пескового патрубка, можно изменять место положения границы раздела суспензионного вихря и воздушной подушки по высоте пескового патрубка, точно устанавливая эту границу в вершине конуса.

П р и м е р 1. В гидроциклон диаметром 20 мм с песковым патрубком диаметром 3,7 мм и патрубком подачи сжатого воздуха диаметром 3,5 мм подавали водную суспензию поливинилхлорида с содержанием твердой фазы 1 мас.% под давлением 1 кгс/см². Давление воздуха 0,55 кгс/см².

Были получены следующие результаты.

Концентрация твердой фазы в сгущенном продукте 45 мас.%. Материальный КПД 98,3%. Концентрация твердой фазы в осветленной жидкости 0,006 мас.%.

П р и м е р 2. Подавали водную суспензию поливинилхлорида в гидроциклон с геометрическими параметрами, идентичными с гидроциклоном в примере 1, с содержанием твердой фазы 1 мас.% под давлением 1 кгс/см², а через боковой радиальный патрубок 3 сжатый воздух под давлением 0,67 кгс/см². В гидроциклоне образовывался неустойчивый режим работы и значения материального КПД и концентрации песков круто падают.

Были достигнуты следующие результаты.

Концентрация твердой фазы в сгущенном продукте 41 мас.%. Материальный КПД 96,75%. Концентрация твердой фазы в осветленной жидкости 0,015 мас.%.

Таким образом, как следует из приведенных примеров реализации способа, в интервале соотношения давлений подаваемых в гидроциклон суспензий и сжатого воздуха, равном 1,5-3,5, достигается высокая эффективность разделения и надежность в работе за счет образования воздушной подушки над песковым патрубком.

СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ СУСПЕНЗИЙ В ГИДРОЦИКЛОНЕ, включающий подачу исходной суспензии вихревым потоком, направленным сверху вниз, сгущение суспензии и контактирование сгущенной суспензии с воздушной средой, подаваемой в песковый патрубок гидроциклона, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности разделения за счет образования над песковым патрубком воздушной подушки, осуществляют поперечную подачу воздушной среды под давлением, определяемым из соотношения

где P_{вх.сусп.} - давление питания суспензии;
H - высота столба суспензии в гидроциклоне;
γ_сусп. - плотность суспензии;
P_{вх.возд.} - давление воздушной среды.