Способ гидроциклонной сепарации жидкости

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ЗОБРЕТЕНЙЯИДЕТЕЛЬСТВУ СА(56) 1, Шестов Р.Н. Гидроциклоны.Л., еМашиностроениеф, 1967, с. 26.2. "НегЕвФай 1 з 1 есЬп 1 Еф, 1971,9 11,. р. 704-706.3, Авторское свидетельство СССРР 904794 кл, В 04 С 9/00, 1980.,03 р е р давление циклона. ходе гидро 2. Спю щ и йжидкость соб по п. 1 я тем, чт смешивают с вам лэ атмос отличаочищеннуюоздухомры инжектором. Ф засасыв.ЯО 1060230 А 04 С 5/13", В 01 П 21/2 в отсосе очищенной жидкости по ка- . сательной к восходящему столбу на сливе гидроциклона, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью повышения качества разделения и производительности, отсос осуществляют при отрицательном статическом напореопределяемом равенствомИзобретение отйосится к металло обрабатывающей, металлургической, химической, горнорудной, пищевой и другим отраслям промышленности и предназначено для центробежного разделения неоднородных систем, а более конкретно для центробежного разделения твердой и жидкой фаз суспензии с использованием гидро- циклонов.Известен способ разделения суспенэий, при котором жидкость подается в гидроциклон прад определенным давлением Р, а на выходе очищенная жидкость сливается .при статическом давлении р , равном йулю Ц , 15При таком способе подачи суспензии и отвода очищенной жидкости возникает неустойчивый гидродинамический режим работы гидроциклона, так как при нулевом выходнбм стати) ческом напоре на сливе вращающиеся восходящий и циркуляционный потоки чувствительны к малейшим возмущающим факторам (изменению в процессе сепарации примесей, неточности изготов" 25 ления отдельных частей гидроциклона, наличию пульсации входного давления Р, износу гидроциклона, неравномерному засасыванию воздуха из шламо- . вого отверстия и из нисходящего пото ка и др.) . При подъеме восходящего потока и его вращении теряется часть энергии. В итоге эффективность разде" ления суспензии, как правило, недостаточна. Кроме того при работе гид 1 35 роциклонной системы возрастает темература жидкости, что нежелательно, особенно при использовании смазочно- охлаждающих жидкостей на операциях ,шлифования. 40Йзве уен также способ сепарации жидкостей, заключающийся в том, что на сливе гндроциклона устанавливается противодавление Р 2 = (О 1-0 2) Р- ),В результате гидроциклон обесйечивает более высокоекачество очистки, так как гидродинамический режим работы становится устойчивым 2 .Однако производительность гидро- циклона Я при наличии противодавления резко снижается, а отход шламового продукта К, возрастает. Повщаается и температура сепарируемой жидкости из-за компрессии ее в насосе,трения о стенки гидроциклона и прНаиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигае-. мому результату является способ гидроциклонной сепарации, заключающийся в отсосе очищенной жидкости по касательнойк восходящему столбу на 60 сливе гидроциклона Щ .Однако из-за отсутствия рекомендаций по Выбору оптимальных значений Р и Р и соотношений между ними использование известного способа 65 гидроциклонной сепарации жидкостейзатруднено.Например, при чрезмерно большомотрицательном статическом напорев сливной ветви в гидроциклоне может возникнуть явление сифона и качество разделения ухудшается, а прималом отрицательном статическом напоре гидродинамический режим работыгидроциклона неустойчивый и не обеспечивается требуемое качество разделения. Не всегда отсос очищеннойжидкости непосредственно из сливного патрубка или из сливной камерыявляется эффективным. Кроме того,возрастание температуры сепарируемой жидкости неизбежно,Цель изобретения - повышение качества разделения и производительностиПоставленная цель достигаетсятем, что согласно способу, заключающемуся в отсосе .очищенной жидкости по касательной к восходящему столбу на сливе гидроциклона,отсос осуществляют при отрицательном статическом напоре Э, определяемом равенствомР=-003 рф -1где Р - давление на входе гидроциклона.Целесообразно очищенную жидкостьсмешивать с воздухом, засасываемымиэ атмосферы инжектором.На фиг. 1 представлена схемаустановки; на фиг. 2 " устройство,вид серку; на фиг, 3 - разрез Р.-Ана фиг. 1; на фиг. 4 - график зависимости изменения степени очисткиГ, производительности гидроциклона .Я и отхода шламового продукта Ж взависимости от режимов сепарациижидкости,Гидроциклон содержит входйой тангенциальный патрубок 1, цилиндроконический корпус 2, песковый (шламовый) 3 и промежуточный сливной 4 патрубки, сливную камеру 5, сливной тенгенциальный патрубок б, на котором встроен инжектор 7, представляющий собой несколько изогнутых трубок, одни расширяющиеся концы которых сообщаются с атмосферой, а другие - с потоками жидкости и направлены вдоль потоков последней. Причем трубки инжектора располагаются в несколько рядов на фиг. 1 показан только один ряд) .ГЯдроциклон работает следующим образом.Исходную суспензию подают по тангенциальному входному патрубку 1 фиг; 11 под давлением р в цилиндро-конический корпус 2. Механические примеси за счет центробежных сил отбрасываются в нисходящем потоке показанном в виде траекторий движения частиц жидкости) к стенкам гидроциклона и уходят вместе с небольшой частью жидкости Чв шламовое отверстие 3 наружу. Основная часть очищенной жидкости, продолжая вращаться в восходящем потоке траектории показаны на ;Фиг. 1), направляется через промежуточный сливной патрубок 4 в сливную камеру 5, а затем отсасывается через тангенциальный сливной патрубок б наружу (к протребителю или в емкость для очищенной жидкости) . Отсос очищенной жидкости происходит по касательной к восходящему столбу, в результате чего вращающаяся жидкость раскручивается на сливе, а не .тормозится как в обычных гидроциклонах, что позволяет увеличить вращающий момент в восходящем потоке. При отсутствии эффекта торможения жидкости в восходящемпотоке последний вращается более интенсивно, заставляя тем самым вращаться и циркуляционный поток, ,поэтому мелкая Фракция механических примесей продолжает разделяться в восходящем и циркуляционном потоках и эффективность сепарации повышаетсяОбычно гидроциклоны и батареи гидроциклонов монтируются над баками для исходной и очищенной жидкости, а сливные патрубки (трубопроводы) б, соединенные со сливными камерам гицроциклонов или батареей гидроциклонов,опускаются в емкости для очищенйой жидкости. Отсос очищенной жидкости из сливной камеры может быть легко осуществим за счет энергии падения струи в сливном патрубке трубопроводе ) б, в котором образуется разрежение. Если сливной трубопровод опущенслишком низко, то в трубопроводе б и: сливной камере 5 может возникнуть большое разрежение, а в гидроциклоне - явление сифона, в результате эффективность разделения суспензий снижается. При значительном уменьшении высоты опускания сливвого трубопровода про.тиводавление на сливе гидроциклона приближается к нулю. Гидродинамический режим раббты гидроциклона вновь становится неустойчивым и качество сепарации жидкости вновь ухудшается. Поэтому на сливе гидроциклона должен быть установлен оптимальный отрицательный статический напор, с целью обеспечения которого при отсосе жидкости из сливной камеры гидроциклона в сливном патрубке б предусмотрен инжектор 7 (фиг. 1 и 21 . Атмосферный воздухза счет инжекционного эффекта всасывается через трубки инжектора 7 внутрь трубопровода б и сообщается с потоками очищенной жидкости.,При значительном опусканни трубопроводов 6 для исключения явлениясифона большее количество трубокинжектора 7 должно сообщаться сатмосферой. При малой высоте опускания сливного трубопровода б (длясоздания требуемого разрежения)часть тоубок инжектора должна заглушаться (например, пробками). Таким 10 образом, путем перекрытия трубокинжектора при любой длине опускания сливного трубопровода можцолегко установить требуемую величинуотрицательного статического напора 15 на сливе гидроциклона или батареи .гидроциклонов и обеспечить высокоекачество сепарации.Так как в большинстве случаевпри сепарации жидкость нагреваетсяособенно на операциях абразивноалмазной обработки), то ее необхо,димо охлаждать, что также достигается путем применения инжекторов.Так как атмосферный воздух всасывается через расширяющиеся концытрубок и проходит в дальнейшемчерез сужающиеся части, то в мес- .тах сужения.он ускоряет движение(отдает часть энергии), в результате чего охлаждается и, смешиваясь с потоками очищенной жидкости,как бы вентилирует последнюю, охлаждая ее. Снижение температурызависит от количества работающих 35трубок инжектора, температуры атмосферного воздуха, исходной температуры жидкости. Вентиляция жидкостиспособствует удлинению срока ееслужбы.Эффективность разделения суспен зий при использовании любых способовзависит от режимов сепарации. Результаты испытаний сведены в таблицу:.Так, например, максимальноезначение степени очисткикак пока" .45 эали экспериментальные исследования)достигается при положительном про- .тиводавлении РО = 0,14 В р см.табл. и фиг. 3), т.е. при рекомендуемом соотношении Р и Р 2, причемего соотношение справедливо с любымиР в любых гидроциклонах. Однако вданном случае падает производительность и возрастает отход шламовогопродуктаПри свобоДном сливе очищеннойжидкости из гидроциклона. например.для гидроциклонов 60 мм при Р= 250 кПа, Р = О) степень очисткиФсоставляет 36, производительность Я = 81,5 л/мин и отход шламового продукта М , = 2-3. С возрастанием по абсолютной величине отрицательного.статического напораО,на сливе гидроциклона до Рд"50 89,1 88,8 9283,5 2,9 82,3 36 92,5 3,5 76,7 45 73,2 4,3 87 5 60 жидкости по касательной к восходящему столбу) гидродинамический режим работы аппарата стабилиэируетсяф степень очистки возрастает до 95,5, производительность Ч - до 82 л/мин, а отход шламового продукта сокращается до 1,4 . Лучшее качество разделения обеспечивается при Р = -8 кПа, т.е. при.Р й -О,03 Р. В этом случае= 97 р,производительность Ц = 84 л/мин и отход шламового продукта 4 ф 0,7. Дальнейшее возрастание отрицательного :статического напора на сливе гидро- циклона вновь приводит к ухудшению ,качества разделения суспенэии 15табл. и фиг. 3), Полученные законо, ерности Е, Ц Жк справедливы для гидроциклонов любого диаметра.Таким образом, благодаря найденным оптимальным соотношениямд между давлениями на входе Р а выходе (т.е. Р -0,03 Р) при использовании отсоса очищенной жидкости на сливе гидроциклона цо касательной к восходящему столбукачество и производительность очистки, как показали исследования, повышаются примерно на 25, а отходщпамового продукта сокращается до0,7. Использование энергии падающей струи жидкости на сливе гидроциклона для обеспечения отсосасепарируемой жидкости значительноупрощает конструкцию гидроциклонной установки. Наличие инжектораиа сливном тангенциальном патрубкегидроциклона, засасывающего атмос"ферный воздух и служащего для регулирования качества разделения суспензии, способствует интенсивномуперемешиванию потоков жидкости своздухом и уменьшению температурыочищенной .жидкости (примерно на2"7 оС), что положительно сказываетсяна эффективности дальнейшего использования последней, особенно на операциях абразивно-алмазной обработкизаготовок в металлообрабатывающейпромышленности,