Гидроциклон

Изобретение относится к устройствам для разделения двухфазных систем жидкость-жидкость и может быть использовано в химической, нефтеперерабатывающей, нефтедобывающей и других отраслях промышленности.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 воздушного столба при свободной разгрузке аппарата. При этом в приосевой зоне получается значительный градиент скоростей, что вызывает дробление капель эмульсии и уменьшение 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, чтогидроциклон, содержащий сферическийкорпус с тангенциальным входным патрубком и осевыми сливным и песковым патрубками, в последнем из которых размещен свозможностью осевого перемещения штокс клапаном, снабжен свободно расположенным внутри корпуса сферическим насадкомс удельным весом, равным удельному весулегкой фракции исходной эмульсии, и вы 1 О полненным из материала, смачиваемого ею.Сливной патрубок оснащен воронкойсферической формы, установленной с возможностью осевого перемещения и выполненной с радиусом, равным или меньшимрадиуса сферического насадка.Входной патрубок расположен вдольгоризонтальной оси симметрии корпуса, аклапан выполнен сферической формы,На чертеже представлен гидроциклон,общий вид.Гидроци клон содержит сферическийкорпус 1, с тангенциальным питающим патрубком 2. Осевые сливной 3 и песковый 4патрубки, ось симметрии которых перпендикулярна плоскости симметрии, проходящейчерез входной патрубок 2, В центре корпусасвободно расположен сферический насадок5, удельный вес которого равен удельномувесу легкой фракции исходной эмульсии.По оси пескового патрубка 4 расположеншток 6 с пластинойсферической формы,расположенной в корпусе аппарата, кривиз 30на которои совпадает с кривизной корпуса 1аппарата. На конце сливного патрубка расположена воронка 8 сферической формы,выполненная с радиусом, равным или меньшим радиуса сферического насадка,35Гидроциклон работает следующим образом.Исходная эмульсия под давлением поступает через тангенциальный входной патрубок 2 в корпус 1 аппарата и закручива 40 ется. Под действием центробежных сил происходит разделение эмульсии на легкую итяжелую фракции, Тяжелая фракция образует пристенный слой, а легкая - приосевой.При этом наблюдаются следующие гидродинамические закономерности. Основное45 вращение эмульсии осуществляется вокругоси АА. Однако зона максимального падения давления расположена в центре корпуса 1, а не по оси А,А, как в обычномцилиндро-коническом гидроциклоне. Давление жидкости в точках В 1 и В и в точках Си С 2 (все точки находятся на одинаковом расстоянии от оси А,А) соответственно примерно одинаково (Р = РРс, - Р ), однако давление в точках 6,и Ва выше, чем в точках С 1 и Са (Ре, Р,;55 Рв, Рс, ). Это явление обусловлено влй.янием кривизны корпуса (сферы) 1 аппарата вследствие чего происходит как бы поджатие эмульсии к центру, что вызывает уменьшение скорости вращения эмульсии (что1103904 30 35 Составитель Э. Яшкова Техред И. Верес Корректор А. Зимокосов Тираж 551 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 13035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4Редактор Н. ЯцолаЗаказ 5018/5 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 А 1 А. Сферический насадок 5 втягивается динамическим воздействием осветленного потока к сливному патрубку 3, испытывая при этом все возрастаюшее статическое давление. При смещении насадка 5 по оси А 1 А к сливному патрубку 3 статическое давление в точке Д на насадок меньше, чем в точке Р вследствие причин, аналогичных описанным, и образующая разность давлений стремится вернуть насадок 5 в центр корпуса. При некотором положении насадка на оси А 1 А 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 налипание капель на поверхности насадка, что приводит 10 к образованию сплошной пленки без включения тяжелой фракции и позволяет повысить эффективность процесса сепарации.При этом аппарат также обладает свойством автоматического поддержания качества осветленного продукта. При вертикальной 15 установке гидроциклона (ось ААа вертикальна) в случае увеличения концентрации тяжелой фракции в осветленном продукте (например, в случае увеличения содержания тяжелой фракции в исходном продукте), 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 уменьшается и соответственно уменьшается качество отбираемого 25 осветленного продукта, что вызывает увеличение его содержания в центральной зонеаппарата и удаление оттуда тяжелой фракции. Таким образом, в предлагаемом гидро- 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.