ГИДРОЦИКЛОН Советский патент 1995 года по МПК B04C5/12 

Изобретение относится к аппаратам для непрерывного разделения суспензий под действием центробежных сил и может быть использовано в химической, нефтехимической, целлюлозно-бумажной и других отраслях промышленности.

Известны комбинированные гидроциклоны, состоящие из наружного цилиндроконического корпуса, снабженного патрубком для тангенциального ввода суспензии и патрубком для вывода твердой фракции, и укрепленного в нем концентричного внутреннего цилиндроконического корпуса, снабженного вертикальными щелевыми отверстиями в цилиндрической части или же заходным раструбом для тангенциального ввода в него обедненной суспензии из полости наружного гидроциклона, патрубком для выхода сгущенной фракции и патрубком для слива осветленной жидкости.

В полости наружного гидроциклона крупные частицы отделяются и выводятся через песковый патрубок, а более мелкие частицы захватываются выходящим потоком жидкости и попадают через щелевые отверстия или же через заходной раструб в полость внутреннего гидроциклона. Здесь мелкие твердые частицы отделяются и выводятся через нижний патрубок, а осветленная жидкость с восходящим потоком отводится через верхний сливной патрубок.

Известен также гидроциклон, внутри цилиндрического корпуса которого соосно с ним установлен сужающийся кверху конусообразно вытеснитель с центральным каналом для отвода осветленной фракции, укрепленной в верхней крышке.

Такая конструкция гидроциклона предложена автором с целью упрощения технологии изготовления аппарата. Исходная суспензия спиральным потоком движется вниз камеры, причем твердые частицы, перемещаемые к стенкам цилиндра, попадают в кольцевой зазор и оттуда через патрубок отводятся в виде сгущенной фракции.

Другая часть потока, включающая наиболее легкую фракцию (осветленная малоконцентрированная часть суспензии), двигаясь близко к конической поверхности вытеснителя, огибает по радиусу его нижнюю часть и через регулируемую клапаном кольцевую щель попадает в верхний сливной патрубок.

Существенным недостатком известных конструкций является значительное увеличение гидравлического сопротивления движущемуся вихревому потоку за счет ограничения рабочего объема гидроциклона двумя цилиндроконическими поверхностями. Поэтому в известных конструкциях гидроциклонов не достигается ощутимого повышения эффективности разделения суспензий.

Известен также гидроциклон, содержащий цилиндроконический корпус с крышкой и коаксиально установленным внутри корпуса на игольчатых цапфах цилиндроконическим вытеснителем со сквозным осевым каналом и боковыми продольными пазами, тангенциальный входной патрубок, сливной и песковый патрубки.

Данный гидроциклон снабжен подшипниками, расположенными в крышке и песковом патрубке, и установленными с возможностью осевого перемещения относительно них игольчатыми цапфами, между которыми размещен вытеснитель, имеющий на боковой поверхности продольные пазы и радиальные каналы, соединенные со сквозным осевым каналом. Этот гидроциклон наиболее близок по технической сущности и достигаемому результате к настоящему изобретению.

Работа гидроциклона осуществляется следующим образом.

Исходную суспензию под напором через тангенциальный патрубок подают в цилиндроконическую полость корпуса. Попадая в полость между стенкой корпуса и поверхностью вытеснителя, суспензия спиральным потоком движется вниз, причем внутренние слои этого потока, сцепляясь с пазами вытеснителя, приводят его во вращение со скоростью, равной скорости вихря. Твердые частицы (наиболее тяжелая часть суспензии) оттесняются за счет центробежного эффекта к цилиндроконической поверхности корпуса и выгружаются через песковый патрубок. Другая часть потока, включающая наиболее легкую фракцию, движется во внутреннем вихревом потоке близко к вращающемуся вытеснителю и через прорези в нижней части вытеснителя поступает в сквозной осевой канал и далее на выгрузку. Вращающийся вытеснитель снижает сопротивление вихревому потоку в сравнении с вышеперечисленными аналогами.

Однако и эта конструкция имеет существенный недостаток, который проявляется в еще достаточно большом гидравлическом сопротивлении вращающемуся разделенному вихрю суспензии. Объясняется это тем, что центральный цилиндроконический вытеснитель вращается в стесненном слое суспензии, поскольку осветленная жидкость выводится только с нижней части вытеснителя.

Цель изобретения - повышение эффективности разделения и производительности гидроциклона за счет снижения гидравлического сопротивления в нем.

Поставленная цель достигается тем, что цилиндроконический вытеснитель выполнен в виде набора секций, установленных одна над другой в игольчатых цапфах, при этом осевой канал каждой секции вытеснителя выполнен с сечением, увеличивающимся снизу вверх, а боковые продольные пазы размещены между секциями.

Целесообразно сливной патрубок снабжать отражателем, установленным параллельно и на расстоянии от торцевой верхней части вытеснителя. Такое конструктивное исполнение гидроциклона обеспечивает при вращении центрального вытеснителя со скоростью вихревого потока последовательный отвод осветленной жидкости по высоте аппарата через наклонные тонкослойные каналы, образованные между секциями вытеснителя, в сливной патрубок, исключая стесненное движение разделяемого вихря суспензии. Это ведет к значительному снижению гидравлического сопротивления в полости гидроциклона, а следовательно, повышается эффективность и производительность аппарата. Наиболее тонкая взвесь твердой фазы, попадая с осветленным потоком в верхние наклонные тонкослойные каналы вращающихся секций вытеснителя, за счет центробежного эффекта легко достигает верхней поверхности канала, накапливаясь и агломерируясь, сползает к периферии и укрупненными агломератами выделяется в рабочей зоне аппарата.

На фиг. 1 представлен общий вид гидроциклона; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

Внутри цилиндроконического корпуса 1 с крышкой 2, песковым патрубком 3 для выгрузки сгущенной фракции и с тангенциальным патрубком 4 для подачи исходной суспензии, установлен вертикальный цилиндроконический вытеснитель 5, выполненный из отдельных подвижных друг относительно друга секций 6, наружные поверхности которых имеют пазы 7. Каждая секция снабжена в верхней своей части игольчатой цапфой 8, а в нижней - подпятником. Верхняя секция упирается в подпятник 9, нижняя - на игольчатую цапфу 10. Сливной патрубок 11, укрепленный в радиальной перегородке 12, снабжен в нижней своей части конусным отражателем 13, нижняя поверхность которого параллельна верхней торцевой части вытеснителя 5 с образованием наклонного тонкослойного канала 14. Между радиальной перегородкой 12 и верхней крышкой 2 расположена сливная камера 15 с патрубком отвода 16. Отдельные секции 6 в непосредственной близости к оси имеют отверстия 17 для отвода осветленной жидкости. Отверстия 17 снизу вверх увеличиваются по сечению.

Работа гидроциклона осуществляется следующим образом.

Исходную суспензию под напором через тангенциальный патрубок 4 подают в цилиндроконическую полость корпуса 1. Попадая в полость между стенкой корпуса 1 и поверхностью вытеснителя 5, суспензия спиральным потоком движется вниз, причем внутренние слои этого потока, сцепляясь с пазами 7 отдельных секций 6 вытеснителя 5, приводят эти секции 6 во вращение со скоростью, равной скорости вихря суспензии.

Твердые частицы (наиболее тяжелая часть суспензии) оттесняется за счет центробежного эффекта к цилиндрической поверхности камеры 1 и выгружаются сгущенной массой через песковый патрубок 3. Другая часть потока, включающая наиболее легкую фракцию (осветленная часть суспензии), двигаясь близко к быстровращающемуся вытеснителю 5, состоящему из отдельных вращающихся секций 6, распределяется по наклонным тонкослойным каналам 14 между отдельными секциями 6 по высоте вытеснителя 5. Благодаря этому стравливается давление в разделяемом нисходящем вихре суспензии, исключая его стесненное вращение, а следовательно, значительно снижается гидравлическое сопротивление в полости аппарата.

В тонкослойных каналах 14 вытеснителя 5 осветленная часть потока приобретает ламинарность и мелкая взвесь, находящаяся в нем, за счет центробежного эффекта легко достигает верхней стенки канала 14, оседая на ней. Накапливаясь и агломерируясь, твердая фракция сползает под действием центробежных сил по верхним стенкам наклонных тонкослойных каналов 14 или по нижним наклонным поверхностям отдельных быстровращающихся секций 6 вытеснителя 5 и сбрасывается в виде агломератов в нисходящий вихрь суспензии, где под действием центробежных сил отбрасывается к стенке корпуса 1 и далее направляется на выгрузку через песковый патрубок 3.

Очищенная в тонкослойных каналах 14 тонкой взвеси жидкость через отверстия 17, расположенные в непосредственной близкости от оси вытеснителя, через сливной патрубок 11 поступает в сливную камеру 15 и далее отводится через патрубок 16. Снабжение сливного патрубка 11 конусным отражателем 13, параллельным верхней торцевой части вытеснителя 5 с образованием тонкослойного канала, обеспечивает направленное вихревое движение исходного потока суспензии к песковому патрубку 3 и исключает подсос исходной фракции в сливной патрубок 11. Выполнение вытеснителя 5 из отдельных секций 6 с возможностью вращения друг относительно друга дополнительно к вышеуказанному эффекту (значительное снижение гидравлического сопротивления в полости аппарата за счет равномерного отвода осветленной суспензии по высоте вытеснителя) ускоряет разгон отдельных секций в момент пуска аппарата, поскольку они имеют меньшую инерционную массу, нежели громоздкий целиковый вытеснитель, и тем самым исключается вынос твердой фракции суспензии при пуске аппарата.

Вытеснитель, выполненный из отдельных вращающихся секций с образованием по высоте его наклонных тонкослойных каналов, значительно снижает гидравлическое сопротивление в полости аппарата, а, следовательно, повышает эффективность и производительность гидроциклона. Наклонный отражатель на сливном патрубке исключает подсос исходной суспензии в сливной патрубок.

Новое конструктивное решение позволит расширить область использования гидроциклонов, например, применять их для обработки технологических суспензий и очистки промстоков предприятий микробиологической промышленности, а также в очистных сооружениях.

Результаты испытаний гидроциклона показали, что эффективность очистки сливного потока повысилась на 15-20%.

1. ГИДРОЦИКЛОН, содержащий цилиндроконический корпус с крышкой и коаксиально установленным внутри корпуса на игольчатых цапфах цилиндроконическим вытеснителем со сквозным осевым каналом и боковыми продольными пазами, тангенциальный входной патрубок, сливной и песковый патрубки, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности разделения и производительности гидроциклона за счет снижения гидравлического сопротивления в нем, цилиндроконический вытеснитель выполнен в виде набора секций, установленных одна над другой в игольчатых цапфах, при этом осевой канал каждой секции вытеснителя выполнен с сечением, увеличивающимся снизу вверх, а боковые продольные пазы размещены между секциями. 2. Гидроциклон по п.1, отличающийся тем, что сливной патрубок снабжен отражателем, установленным параллельно и на расстоянии от торцовой верхней части вытеснителя.