CN109225687A - 一种锥体开缝结构的水力旋流器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锥体开缝结构的水力旋流器，其包含进料管、圆柱段、圆锥段、套管、溢流管、底流管。其中，在圆锥段壁的中下位置开有缝隙，缝隙以圆锥中轴线为中心线圆周均匀分布，圆锥段底部密封，分离的重相通过缝隙切向由圆锥段滑入套管，再经由底流管排出。由于锥体切向开缝结构的存在，本发明与同尺寸的常规水力旋流器相比，在基本保持常规旋流器较高的分离效率的同时还大大减小了压降，可将其用于对能耗要求比较高的场合，如浆态床反应器内部的过程强化等。

Description

一种锥体开缝结构的水力旋流器

技术领域

本发明涉及液固分离技术领域，具体地说，是一种锥体开缝结构的水力旋流器。

背景技术

水力旋流器常被用于固液分离领域。其基本原理与离心机相同，使固液两相中悬浮的颗粒在离心加速度的作用下从液体中分离出来。因其结构简单、设备费用低、占地面积小、处理能力大等特点被广泛应用。

压降是水力旋流器的重要技术指标和操作指标，水力旋流器的压降需尽可能小以减小能量消耗。传统的常规水力旋流器为“一柱一锥”结构，一般在操作时流体通过旋流器的压降控制在0.3MPa以下，比较常见的是使旋流器在0.1MPa的压降附近操作，如果压降太大，一般的工业用泵就很难提供其进口压力。尤其对于分离能力较高的小尺寸水力旋流器，在处理量大时压降会剧烈增加，导致泵的动力消耗巨大。压降大、能耗高成为了制约水力旋流器的处理量及其应用范围的主要因素之一。在某些工艺及反应器内部，这种情况尤为明显。这也导致了在实际工业过程中有固体可循环利用的循环流化床，而迄今仍无固体可循环利用的浆态床来提高其生产的连续性。

例如在处理洗煤水尾矿、冶金废水、选矿厂废水、浆态床混合与分离过程强化(Chemical Engineering Science,2018,184:126-133)等过程中，往往不仅处理量大，而且需要分离的颗粒也非常小，属于处理量大、难分离的情况，这时候如果能研发出既有足够的分离效率、又能满足处理量要求的低能耗水力旋流器，就可以在这些领域应用高效、紧凑、低投资、无须维护的离心分离方式。根据传统水力旋流器的型式，设计出分离效率高的小直径、小锥角的旋流器，在此基础上，通过锥体结构形式的改进来降低水力旋流器的压降，从而同时满足分离效率高、压降低的要求。

发明内容

本发明的目的在于降低液固分离过程中的设备能耗，以尽量小的能量消耗达到分离要求。本发明提供了一种锥体开缝结构的水力旋流器。

一种锥体开缝结构的水力旋流器，其特征在于，包含进料管、圆柱段、圆锥段、套管、溢流管、底流管。其中，在圆锥段壁的中部和下部位置均开有缝隙，缝隙以圆锥中轴线为中心线圆周均匀分布，圆锥段底部密封，分离重相通过缝隙切向进入圆锥段套管，再经由底流管排出。

进一步地，圆锥段开缝数量为2、4、6或8条。

进一步地，在圆锥段下部所开缝隙，其下端在锥体底部，其长度不超过圆锥段母线长度的1/5。

进一步地，在圆锥段中部所开缝隙，其下端距离锥体底部高度不超过圆锥段总高度的2/5，其长度不超过圆锥段母线长度的1/5。

进一步地，在圆锥段所开缝隙，其宽度为圆柱段直径的1/100-1/10，且沿流体旋转方向的切向。

本发明一种锥体开缝结构的水力旋流器，通过对常规水力旋流器圆锥段的改变，在几乎不改变分离效率的同时可极大地降低水力旋流器的压降，从而降低能耗。而且，相比于同尺寸的常规结构水力旋流器，其分离效率保持稳定。这对于能耗较高的液固分离领域，该新型结构的水力旋流器应用前景广泛，如在浆态床反应器中小颗粒催化剂的离心分离往往需要小尺寸的水力旋流器，水力旋流器尺寸越小，能耗越高。此外，本发明的水力旋流器结构简单，易于制造，具有极好的市场竞争力。

附图说明

图1为本发明所述的开四条缝的一种锥体开缝结构的水力旋流器的示意图。

图2为本发明所述的开八条缝的一种锥体开缝结构的水力旋流器的示意图。

其中，1为溢流管，2为进料管，3为圆柱段，4为圆锥段，5为套管，6为锥体缝隙，7为底流管。

具体实施方式

实施例1

本实施例中的水力旋流器进料管2与圆柱段3自成一体，溢流管1与圆柱段3、圆柱段3与圆锥段4及套管5、套管5与底流管7均通过法兰连接。圆柱段3高70mm，直径50mm，圆锥段4高380mm。在圆锥段4底部和中部各开两条间隔180°的对称缝隙，其长度为40mm，宽度为3mm，中部缝隙的下端距圆锥段4底部100mm。

待分离的液固混合物料经由淤浆泵被输送至进料管2，再水平切向进入水力旋流器圆柱段3形成旋流。由于液固混合物存在密度差，所以在离心力的作用下，固体颗粒作为重相被甩向边壁，并沿边壁向下做螺旋运动，从锥体缝隙6进入套管5，再流入底流管7排出；不含固体颗粒的清洁液体作为轻相沿着旋流器中心向上做螺旋运动，经由溢流管1排出。

以平均粒径为14μm的棕刚玉为例，以下为尺寸完全相同的锥体不开缝的常规水力旋流器与本发明提出的一种锥体开缝结构的水力旋流器的实验结果对比，其中中部缝隙位置指中部缝隙下端与圆锥段底部的距离。

表1

在实验范围内，本发明提出的一种锥体开缝结构的水力旋流器与常规水力旋流器相比，在入口流量不大的情况下，对细微物料的分离效率只下降了3.84％，压降却降低了33.3％；在入口流量较大的情况下，分离效率只下降了4.37％，压降却降低了31.6％。由此可见，本发明提出的一种锥体开缝结构的水力旋流器，由于锥体缝隙的存在，较大程度上降低了水力旋流器运行过程中的压降，减小了能耗，也基本保持了常规水力旋流器较高的分离效率。

实施例2

本实施例中的水力旋流器进料管2与圆柱段3自成一体，溢流管1与圆柱段3、圆柱段3与圆锥段4及套管5、套管5与底流管7均通过法兰连接。圆柱段3高70mm，直径50mm，圆锥段4高380mm。在圆锥段4底部和中部各开四条间隔90°的对称缝隙，其长度为20mm，宽度为1mm，中部缝隙的下端距圆锥段4底部120mm。

待分离的液固混合物料经由淤浆泵被输送至进料管2，再水平切向进入水力旋流器圆柱段3形成旋流。由于液固混合物存在密度差，所以在离心力的作用下，固体颗粒作为重相被甩向边壁，并沿边壁向下做螺旋运动，从锥体缝隙6进入套管5，再流入底流管7排出；液体作为轻相沿着旋流器中心向上做螺旋运动，经由溢流管1排出。

以平均粒径为14μm的棕刚玉为例，以下为尺寸完全相同的锥体不开缝的常规水力旋流器与本发明提出的一种锥体开缝结构的水力旋流器的实验结果对比，其中中部缝隙位置指中部缝隙下端与圆锥段底部的距离。

表2

在实验范围内，本发明提出的一种锥体开缝结构的水力旋流器与常规水力旋流器相比，在入口流量不大的情况下，分离效率只下降了0.54％，压降却降低了33.3％；在入口流量较大的情况下，分离效率只下降了3.64％，压降却降低了36.8％。由此可见，本发明提出的一种锥体开缝结构的水力旋流器，由于锥体缝隙的存在，较大程度上降低了水力旋流器运行过程中的压降，减小了能耗，也基本保持了常规水力旋流器较高的分离效率。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的限制。任何本专业的人员，在不脱离本发明的技术方案范围内，当可利用上述技术内容做出稍许改动或修饰，均为等效实施例。但凡是未脱离本发明技术方案范围内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术方案范围内。

Claims (5)

1.一种锥体开缝结构的水力旋流器，其特征在于，包含进料管、圆柱段、圆锥段、套管、溢流管、底流管，其中，在圆锥段壁的中部和下部位置均开有缝隙，缝隙以圆锥中轴线为中心线圆周均匀分布，圆锥段底部密封，分离重相通过缝隙切向进入圆锥段套管，再经由底流管排出。

2.根据权利要求1所述的一种锥体开缝结构的水力旋流器，其特征在于，圆锥段开缝数量为2、4、6或8条。

3.根据权利要求1或2所述的一种锥体开缝结构的水力旋流器，其特征在于，在圆锥段下部所开缝隙，其下端在锥体底部，其长度不超过圆锥段母线长度的1/5。

4.根据权利要求1或2所述的一种锥体开缝结构的水力旋流器，其特征在于，在圆锥段中部所开缝隙，其下端距离锥体底部高度不超过圆锥段总高度的2/5，其长度不超过圆锥段母线长度的1/5。

5.根据权利要求1或2所述的一种锥体开缝结构的水力旋流器，其特征在于，在圆锥段所开缝隙，其宽度为圆柱段直径的1/100-1/10，且沿流体旋转方向的切向。