Гидроциклон

( 91 5)5 В 04 С 5 ИЯ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ К АВТ Кгсс Од ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИ 1 ЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Дзержинский филиал Ленинградскнаучно-исследовательского и конструкского института химического мащинострния(54) ГИДРОЦИКЛ ОН (57) Использование: в химической и ряде других отраслей промышленности, Сущность изобретения: в гидроциклоне, содержащем цилиндроконический корпус с 1 тангенциальным входным 2, сливным 3 и песковым 4 патрубками, торцовая стенка состоит из двух коническихэлементов 5 и 6, угол наклона стенки на радиусе от г до 0,63 Я составляет 35-450 С, а на радиусе от 0,63 й до й - 10-45 С, где гс - наружный радиус сливного патрубка, а В - внутренний радиусилиндрической части корпуса. 8 ил.10 20 25 30 са,ка 50 55 Изобретение относится к устройствам для разделения жидких Неоднородных сред и может найти применение в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, целлюлозно-бумажной, горно-обогатительной и смежных с ними отраслях промышленности,Известен гидроциклон, который со стороны верхнего открытого конца цилиндроконического корпуса снабжен плоской и перпендикулярной к оси корпуса торцевой стенкой, в свою очередь снабженной центральньил, соосным с корпусом сливным патрубком. Нижняя часть сливного патрубка погружена в полость цилиндроконического корпуса, Этот гидроциклон имеет один недостаток - низкую по сравнению с другими центробежными разделителями (центрифуги, сепараторы) степень разделения суспензий. Это объясняется следующим В работающем гидроциклоне на все стенки действует избыточное давление. При этом по законам механики возникают реакции стенок (см, фиг. 1): Вц - реакция цилиндрической стенки корпуса,Йс в реакция наружной поверхностисливного патрубка,Йтс - реакция торцевой стенки,Вс - реакция конической стенки корпуБп - реакция стенки пескового патрубВекторы этих реакций направлены перпендикулярно к поверхности стенок. На частицу, находящуюся в полости корпуса гидроциклона, действует центробежная сила "С", Степень разделения суспензии в гидроциклоне зависит от суммы векторов всех сил, действующих на частицу, В этом случае вектор рвакции торцевой стенки Втс направлен перпендикулярно вектору центробежной силы С и при сложении не увеличивает ее величину, что не способствует повышению степени разделения суспензии.Наиболее близким по технической сущности является циклонный элемент, торцевая стенка. в котором выполнена в виде утопленного в полость корпуса усеченНого конуса, Последы й с помощью нескольких наклонных к оси корпуса лопаток разделен на такое же количество наклонных секций, которые в сочетании с расширяющейся в верхней части корпуса конической стенкой образуют наклонные к осл корпуса и в горизонтальной и в вертикальной плоскостях каналы для распределения и направления поступающего газа в полость корпуса,Однако он обладает одним существенным недостатком - не указана величина оптимального угла при большем основании конической торцевой стенки, в результате чеготрудно достичь оптимального повышениястепени разделенияи сохранения при этомпроизводительности.Цель изобретения - повышение степени разделения;Поставленная цель достигается тем, чтов гидроциклоне, включающем цилиндроконический корпус с тангенциальнымвходным и соосными с корпусом сливным ипесковым патрубками, торцевуюстенку, последняя выполнена из двухконических элементов, при этом угол наклона стенки на. радиусе от гс, до 0,63 В.равен 35-45, а нарадиусе от 0,63 К до В - 10-45,где гсп - наружный радиус сливного патрубка,й - внутренний радиус цилиндрическойчасти корпуса,На фиг, 1 представлен схематически общий вид гидроцй клона; на фиг. 2 - гидроциклон с углом наклона торцевой стенки,равным 00; на фиг, 3 - гидроциклон с угломнаклона торцевой стенкй, равным О; нафиг. 4 изображен график зависимости изменения давления от радиуса гидроциклона;на фиг, 5 - гидроциклон, имеющий состав.1ную торцевую стенку с углами 0 и 35; нафиг, 6 - то же, с углами 10 и 45; на фиг. 7 -то же, с углами 10 и 35; на фиг, 8 - то же, суглами 45,Гидроциклон состоит из цилиндроконического корпуса 1 с тангенциальным входным 2 и сооснымис корпусом сливным 3 ипесковым 1 патрубками, конической торце-.вой стенки, в свой очередь состоящей издвух стыкующихгя между собой коническихэлементов 5 и 6.Гидроциклон по предлагаемому изобретению работает следующим образом, Исходную суспензию под избыточнымдавлением по тангенциальному патрубку 2подают в цилиндроконический корпус, гдеона получаетсначала вращательное, а затемвращательно-поступательное движение,Под дсйствием возникающей при этом центробекной силы твердые частицы отбрасываются к стенке, сгущенным пристеннымпотоком перемещаются в направлении вершины конической части и через песковыйпатрубок 4 удаляются из гидроциклона, Осветленная суспензия вращающимся в ту жесторону, но перемещающимся вдоль оси впротивоположном направлении потокомнаправляется к сливному патрубку 3 и черезнего удаляется из гидроциклона. При этомот избыточного давления возникают реакции всех стенок, в том числе и коническойторцевой стенки Вктс. Силу реакции кониче- СКОЙ тОРЦЕВОй СТЕНКИ т ВктсИ ЕЕ СОСтаВЛЯЮЩИХ тйкктс И тВгктст ОПРЕДЕЛЯЕМ следующим образом;т Р=Ряь 5 где Рктс - давление суспенэии, действующее на коническую торцевую стенку;Яктс - площадь поверхности конической торцевой стенки.Определяем площадь элементарной 10 кольцевой поверхности на плоской торце-.вой стенке (см. фиг, 4)дЯтс= л(г+ дг)- Р)и нэ конической торцевой стенке(см, фиг. 5)дЗктс= Л (г+ дг)12 - л г(1, 15Принимая ГЕ = (т = и ГЕ 1= 12 =соз Ог+с( гсозОопределяем площаць элементарной кольце вой поверхности .на поверхности конической торцевой стенкид мктс= Л(Г + Ст Г)Г+сг Гсоз О соз ОдЯктс= г+ дг) - г 2),соз ОСравнение показывает, что на одних итех же радиальных координатах дзктс= 30гт Ьс-- и поэтому для одного и того жесоз Одавления, т.е. Ртс=Рктс1т Вктс т = Рктс д 5 ктс= Ртс д Ятс = 35соз О1,соз ОилиВ = - ВтВктст= О тВтст 40ПОЭТОМУ НаХОДИМ, ЧтОВгктс т =ВктсХхсозО,те,Вгктст = тВтст.Таким образом, на конической торцевой стенке гидроциклона возникает реакция, осевая составляющая которой равнаРЕаКЦИИ ПЛОСКОЙ тОРЦЕВОй СТЕНКИ т Вгктс== т Втс, Ноуэтой реакции есть и радиальнаясоставлЯюЩаЯ т Ввтс т, котоРУЮ опРеДелЯемиз выражения тйяктст= тйгктссд О, т,е,она прямо пропорциональна углу при большем основании конической торцевой стенки, От определения оптимальных величинэтого угла для режимов осветления, классификации и сгущения зависит повышениеразделения суспензии, что и составляетцель изобретения,Достижение поставленной цели обьясняется следующим образом. Сначала обоснуем предельные (крайние) углы Опри большем основании конической торцевой стенки. На радиусе от 0,63 В до В для гидроциклонов всех тех режимов разделения угол Одолжен быть в пределах от 0 до 45 О. Нижний предел 0 соответствуе 1 плоской торцевой крышке, Верхний предел 45 обосновывается следующим образом. Как уже указано выше, в работающем гидро- циклоне на все его стенки действует давление, в результате чего возникают реакции этих стенок, в т.ч. торцевой стенки. Вектор этой реакции перпендикулярен к плоскости самой стенки. При плоской торцевой стенке вектор реакции Втс перпендикулярен к ней (аналогично фиг, 1) и параллелен к оси гидроциклона. При конической торцевой стенке вектор реакции перпендикулярен к образующей конической торцевой стенке и наклонен к оси корпуса на угол. равный углу при большем основании, Разложим реакцию Вктс на составляющие (фиг. 3), При этоммктссдт ВгктсМаКСИМаЛЬНОЕ ЗНаЧЕНИЕЬк 1 с т будЕтпри 1 д О = 1 или при 45 О. При О45 ВяктсВгктс, поэтому эффект от использования дополнительной радиальной силы Вятс падает. Поэтому принимаем 0=0-45 О.Кривая гидростатического давления вгидроциклоне приведена для конкретногогидроцилиндра В=50 мм или, что одно и то .же,ф 100 мм, При этом с точки зрения гидродинамики потоков в гидроциклоне и риведенная графическая зависимостьсправедлива для всех гидроциклонов. Разбивая кривую на три характерных участка,заметим, что участки АВ и СО являютсяпрямолинейными, а участок ВС являетсякриволинейным с постоянным рэдиусомкривизны В,р=3,9 мм, При такой разбивкеграфика, во-первых, оптимально используется изменение давления на участке АВ спостоянным градиентом давления ЛР==сопзт, и, во-вторых, наилучшим образомвосполняется резкое падение давления нэ1 частке ВЕ. Поэтому коническая торцеваястенка выполнена состоящей из двух частей,Рассмотрим сначала участок АВ. Подвум точкам А (4,923; 3,7) и В(3,077; 3,368),где 4,923 см = Вл: 3,077 см=- Вв; 3,7кгс/см =Рл: 3,368 кгс/см = Р 8, определим2уравнение прямой, проходящей через них,приняв заВ - переменный радиус гидроциклонамежду точками А и В,Р - давление суспензии в точках А и В,Г( - 3,07 7 Р - 3,3684,923 - 3,07 7 3,73,368Б - 3,077 Р 3,3681,846 0,332Решая относительно Р, находим; Р=0,188+2,8114.При этом 0,18= 1.=19 О, откуда О= 10" 12, Угол О= 10 есть угол наклогга графикаизменения давления при изменении радиуса гидроциклона от внутрегггей поверхности цилиндрической части корпуса о направлении к оси, т.е, между Б и Б=ОЯЗ Я или между точками А и Б, Это соотоетствует оптимальности режима классиФикации.Криволинейный участок с постояннымрадиусом кривизны показывает, что нэ учаф стке БС давление падает по дуге криоойвторого порядка (окружности) с большим, чем на прямолинейном участке АБ, и осе возрастающим градиентом, Определим зависимость давления между радиусом 81=0,63 В и гсуу, Для этого сначала находим точку Е (фиг. 6), соотоетстоууоц 1 ую дэвлениго на радиусе гсп. Для упрощения зависимости давления между точками Б и Е ее определяем не по кривой второго порядка, а по прямой. Тем более в точках Б и Е давление соответстоует истинггым зггэчениям, Для этого определяем уравнение прямой, проходящей через точки В (3,077; 3,368) и Е(1,69; 2,38).В в 1 Р в 23,077 - 1,69 3,368 - 2,38й - 1,69, Р - 2,381,387 0,988Решая относигельно Р, находим Р=0,7123 8+1,18При этом 1= 0,7123= г 9 О, откуда 0= 35 О Угол О -- 35 есть угол наклона графикаизменения давления при изменении радиуса гидроциклона между й 1- 0,63 В и гсуу=- 0,388 Я. Этот угол О = 35 принимаем за5 нижний предел изменения угла при большем основании конической торцевой стенки между радиусами Я=0,63 В и гсл=0,338 В,где гсп соотоетствует координате точки пересечения криоолиу ейного участка БС и ра 10. диусом, равным сумме внутреннего радиусасливного отверстия гсл и толщины стенки1сливного насадка д, т,е, гсл= г+ д .Таким образом, коническая торцеваястенка состоит из двух участков: на радиусе15 гсл "Й 1В угол при большем основаниинаходится о пределах 0О45 О, а на радиусе 0,388 БР0,63 В 35 Од45(см. фиг, 5-8),Таким образом, благодаря выполнениюторцевой стенки гидроциклона, состоящейиз двух стыкующихся между собой конических элемеуггоо с предлагаемыми углами конусности, достигается оптимальная степеньрэзделегил суспензии и сохраняется при25 этом производительность гидроциклона,Фо 1 мула изобретения Гидроциклон, гзключэюц 1 ий цилиндрокоупюеский корпус с тангенциэльным входным и соосными с корпусом сливным и песковцы патрубкэми, торцевуго стенку, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения степени разделения, торцевая стенка выполнеуга из двух конических элементов, при этом угол наклона стенки на радиусе от гсл до 0,63 й - равен 35-45, а на радиусе от 0,63 й до Р - 10-45", где гуу - наружный радиус сливного патрубкэ, й - внутренний радиус цилиндрической части корпуса.