PL165737B1 - Flotownlk hydrocyklonowy - Google Patents

Abstract

Flotownlk hydrocyklonowy składający się z cylindrycznego płaszcza pionowo-osiowego z promienio wo-stycznym wlotem nadawy usytuowanym w górnej części płaszcza i promienlowo-stycznymwylotem frakcji hydrofitowej odpadowej usytuowanym w dolnej części płaszcza zaopatrzonego na części jego długości w nadciśnieniową komorę powietrzną, przyłączoną do źródła sprężonego powietrza technologicznego, której wewnętrzna ścianka jest przenikałna dla gazu oraz mający w górnej części, w osi płaszcza usytuowany wylew użytecznej frakcji hydrofobowej spienionej, znamiennytym, ze dolotowy króciec (1) nadawy (WENA)jestwprowadzony stycznie-promieniowo pod kątem rozwartym ( ), utrzymywanym w przedziale od 100° do 138°, do wnętrza głowicy górnej (2), której komora we^^ti-zna jest ukształtowana w postać nieregularnej paraboloidy obrotowej, mającej w najwyższym jej punkcie, w obrębie utworzonej tam poduszki powietrznej (F), w osi flotownika, usytuowany ruchomo za pośrednictwem gazo i wodoszczelnego przepustu(3) syfonowywylot (4), sprzęzony z mechanizmem (5) jego poosiowego przesuwu, osadzonym na podstawie (6), którego zewnętrzny wylot jest wprowadzony w nieruchomy króciec odprowadzający (7) frakcji użytecznej hydrofobowej (wyK) separowanej mieszaniny a wewnętrzny koniecjest zakończony wprowadzającym stożkowym rozwartym wlotem (8), mającym dolną krawędź (9), usytuowaną w całym przedziale przesuwu poosiowego (h) w obrębie ażurowego nieruchomego pierścienia górnego separacyjnego (10), osadzonego w dolnej części głowicy górnej (2),

Description

Przedmiotem wynalazku jest flotownik hydrocyklonowy. Wynalazek dotyczy budowy urządzeń flotacyjnych do oddzielania z zawiesiny wodnej cząstek stałych hydrofobowych.

Znane są liczne rozwiązania hydrocyklonów pionowo-osiowych, stosowanych w układach urządzeń separacyjnych, zwłaszcza w przemyśle wydobywczym i w gospodarce komunalnej do oczyszczania ścieków.

Znane i stosowane rozwiązania hydrocyklonów składają się zazwyczaj z cylindrycznej górnej komory wejściowej, mającej doprowadzenie nadawy w postaci stycznie-promieniowo usytuowanego króćca zasilającego poziomoosiowego, powodujące wprawianie nadawy w ruch

165 737 wirowy we wnętrzu komory. W innych rozwiązaniach podobnego typu hydrocyklonów tak zwanych przeciwprądowych, nadawa jest podawana centralnie przez króciec zasilający umieszczony w osi głowicy górnej. Nadawa w licznych rozwiązaniach hydrocyklonów jest również wprowadzana wielowejściowo, co sprzyja elutriacji drobnych cząsteczek z produktu poddawanego separacji w zawiesinie wodnej. W znanych rozwiązaniach hydrocyklonów górna zasilająca część cylindryczna jest połączona z częścią cylindryczną centralną, mającą niejednokrotnie usytuowane najej tworzącej liczne otwory małośrednicowe, doprowadzające sprężone powietrze technologiczne lub też mającej część jej powierzchni cylindrycznej ukształtowaną w postać przepuszczalnej dla powietrza ścianki, ograniczającej przestrzeń otaczającej ją komory powietrznej dyspersyjnej. Dolna część wylotowa znanych separatorów hydrocyklonowych jest zazwyczaj ukształtowana w postać stożka o niewielkim kącie wierzchołkowym w przedziale kątów ostrych, lub też ma kształt pierścieniowej płaskiej komory wylotowej i jest zakończona zawsze wylotowym króćcem frakcji hydrofilowej. Jest on usytuowany promieniowo-stycznie do tworzącej walca lub usytuowany poosiowo w stosunku do osi symetrii urządzenia. Komora zasilająca cylindryczna jest w znanych hydrocyklonach zaopatrzona w umieszczony w osi cylindryczny wylew lub też w wylew usytuowany poziomo promieniowo-stycznie do tworzącej walca. W rozwiązaniach z wylewem usytuowanym poosiowo, ma on we wnętrzu komory przedłużenie w postaci separacyjnego pierścienia cylindrycznego, realizującego oddzielenie wewnętrznej strugi napowietrzonej zawiesiny poruszającej się w kierunku ku górze, od zewnętrznej przyściennej strugi zawiesiny cząstek stałych o większych wymiarach, poruszającej się ku dołowi. Stosowane w części partii środkowej znanych hydrocyklonów doprowadzenie warstwy dyspersyjnej powietrza pod zwiększonym ciśnieniem, jest zazwyczaj realizowane poprzez zastosowanie ścianki półprzepuszczałnej (mikroporowatej) o stałej na całej jej długości przenikalności dla gazu. Znane i opisane rozwiązania hydrocyklonów do separacji flotacyjnej cząstek stałych o niejednakowych wielkościach z zawiesiny wodnej, w tym również z zawiesiny zawierającej dodatkowo wprowadzane do niej środki powierzchniowo czynne, poprawiające współczynnik hydrofobowości cząstek drobnych, mimo że powszechnie stosowane w przemyśle wydobywczym, chemicznym i gospodarce komunalnej, wykazują jednak liczne wady i niedogodności przede wszystkim eksploatacyjne.

Zastosowanie przepuszczalnej dla powietrza ścianki dyspersyjnej o stałym współczynniku przenikalności dla gazu w znanych hydrocyklonach, mimo że znacząco poprawia wyniki sedymentacji, jest jednak przyczynkiem do dość znacznych strat wydajności rozdziału, wynikających z odkładania się w trakcie dłuższej eksploatacji urządzenia na jego krańcach złogów cząstek o większych wymiarach, wymieszanych z uwięzionymi pomiędzy nimi cząstkami małymi hydrofobowymi. Również zastosowanie w części górnej wypływu cylindrycznego współosiowego połączonego z separacyjnym wewnętrznym pierścieniem oddzielacza strug centralnej od wewnętrznej, jest powodem spadku wydajności hydrocyklonu, w przypadku zmiany parametrów nadawy lub w przypadku najmniejszych nawet błędów w urządzeniu (nastawie średnic-odległości-ciśnień-wielkości przepływów i tym podobnych). Sama zmiana ciśnienia wprowadzanej promieniowo i zawirowywanej nadawy, jak również zmiana ciśnienia powietrza podawanego do dyspersji w znanych hydrocyklonach o opisanej budowie nie daje zadawalających rezultatów w przypadku znaczących zmian parametrów zawiesiny podawanej jako nadawa. Zastosowanie w znanych hydrocyklonach wylotowego dolnego króćca jest w praktyce przyczyną odkładania się na jego wewnętrznych powierzchniach złogów wielkowymiarowych cząsteczek hydrofilowych substancji separowanych, mających znaczący wpływ na spadek wydajności urządzenia.

Wynalazek rozwiązuje zagadnienie opracowania nowej konstrukcji flotownika hydrocyklonowego, eliminującego wskazane wady znanych konstrukcji hydrocykionów i pozwalającego na łatwe przystosowanie urządzenia do zmiennych w szerokim zakresie parametrów wprowadzanej nadawy. Wynalazek rozwiązuje nadto zagadnienie poprawy wskaźników energetycznych eksploatacji systemów flotacyjnych, z zastosowaniem dodawanych do nadawy środków powierzchniowo czynnych, w przypadku gdy nadawa zawiera frakcje separowanych cząstek hydrofobowych i hydrofilowych nieznacznie różniące się od siebie, zarówno wymiarami jak i ciężarem właściwym.

165 737

Flotownik hydrocyklonowy składający się z cylindrycznego płaszcza pionowo-osiowego z promieniowo-stycznym wlotem nadawy, usytuowanym w górnej części płaszcza i promieniowo-stycznym wylotem frakcji hydrofilowej odpadowej, usytuowanym w dolnej części płaszcza, zaopatrzonego na części jego długości w nadciśnieniową komorę powietrzną, przyłączoną do źródła sprężonego powietrza technologicznego, której wewnętrzna ścianka jest przenikalna dla gazu, oraz mający w gómej części w osi płaszcza usytuowany wylew użytecznej frakcji hydrofobowej spienionej charakterystyczny tym według wynalazku, że dolotowy króciec nadawy jest wprowadzony stycznie-promieniowo pod kątem rozwartym utrzymywanym w przedziale od 100° do 138° do wnętrza głowicy górnej, której komora wewnętrzna jest ukształtowana w postać nieregularnej paraboloidy obrotowej, mającej w najwyższym jej punkcie, w obrębie utworzonej tam poduszki powietrznej, w osi flotownika, usytuowany ruchomo za pośrednictwem gazo i wodoszczelnego przepustu syfonowy wylot. Jest on sprzężony z mechanizmem jego poosiowego przesuwu, osadzonym na podstawie. Zewnętrzna część wylotu jest wprowadzona w nieruchomy króciec odprowadzający frakcji użytecznej hydrofobowej separowanej mieszaniny a wewnętrzny jego koniec jest zakończony wprowadzającym stożkowym rozwartym wlotem. Dolna krawędź stożkowego wlotu jest usytuowana w całym przedziale przesuwu poosiowego syfonu, w obrębie ażurowego nieruchomego pierścienia górnego separacyjnego, który jest osadzony w dolnej części wymienionej głowicy górnej. Jest ona przyłączona poprzez najkorzystniej złącze kołnierzowe do cylindrycznej komory powietrznej, zaopatrzonej w króćce dolotowe sprężonego gazu technologicznego, zwłaszcza powietrza. Wewnętrzna przenikalna dla gazu ścianka sitowa komory powietrznej jest ukształtowana w postać stożka o większej średnicy górnej, będącej średnicą nominalną flotownika i o średnicy dolnej mniejszej od średnicy nominalnej o nie więcej jak 20%. Tak ukształtowana ścianka sitowa ma w gómej partii współczynnik przenikalności gazu większy od współczynnika przenikalności gazu w partii dolnej. Wymieniona cylindryczna komora powietrza jest najlepiej poprzez kołnierzowe złącze połączona z głowicą dolną spustową, mającą komorę wewnętrzną ukształtowana w postać zbliżoną do hiperboloidy obrotowej i mającą średnicę wlotu odpowiadającą średnicy dolnej przenikalnej ścianki sitowej. Głowica dolna spustowa jest zaopatrzona w wyprowadzony z niej pod kątem rozwartym, utrzymywanym w przedziale od 100° do 138°, króciec odlotowy frakcji hydrofilowej separowanej mieszaniny, ukształtowany w postać dyszy. W osi głowicy dolnej spustowej jest usytuowany smukły stożkowy penetrator o kącie wierzchołkowym nie większym jak 8°, osadzony na wyprowadzonym na zewnątrz głowicy sworzniu pośredniczącym, przyłączonym do generatora drgań infradźwiękowych. Penetrator jest w taki sposób usytuowany, że dolna krawędź penetratora znajduje się w obrębie nieruchomego separacyjnego ażurowego pierścienia dolnego, umocowanego do głowicy dolnej.

Dzięki zastosowaniu we flotowniku według wynalazku specjalnej budowy górnej z ukośnie do niej wprowadzonym pod kątem rozwartym króćcem dolotowym nadawy, wprowadzenie nadawy do flotownika odbywa się całkowicie laminamie, czemu sprzyja szczególny paraboliczny kształt jej komory. Zastosowanie we flotowniku specjalnej budowy ruchomego poosiowego wylewu frakcji hydrofobowej separowanych cząstek, sprzyja przedłużeniu użytecznej trwałości piany utworzonej z agregatów pęcherzyk powietrza-cząstka hydrofobowa, poprawiając nadto wynikową wydajność urządzenia. Możliwość nastawiania położenia dolnej krawędzi stożkowego wlotu przelewu syfonowego piany, pozwala na płynne w trakcie eksploatacji urządzenia dostrajanie jego parametrów do zmiennych właściwości stosowanej nadawy. Podobnemu również celowi służy utworzenie w najwyższym punkcie głowicy górnej poduszki powietrznej. Zaopatrzenie znanej komory powietrznej flotownika w nowej budowy przenikalną dla gazu ściankę sitową, poprawia warunki tworzenia się i odrywania od niej pęcherzyków gazu, poprawiając proces flotacji. Również specjalne ukształtowanie dolnej hiperbolicznej głowicy, zaopatrzonej w ukośny pod kątem rozwartym i stycznie do tworzącej wyprowadzony króciec spustowy frakcji hydrofilowej separowanej mieszaniny, sprzyja niezakłóconemu przepływowi laminarnych strug cieczy, poprawiając wydajność urządzenia. Zastosowanie w dolnej partii i górnej partii urządzenia osiowych ażurowych pierścieni separacyjnych, poprawia warunki oddzielania od siebie różnoimiennych co do wektora strumieni cieczy we wnętrzu urządzenia, a zastosowanie dodatkowego ostrokątnego penetratora infradźwiękowego sprzężonego z gener165 737 atorem drgań infradźwiękowych zabezpiecza urządzenie od mogących się w nim pojawiać zakłóceń od odkładających się złogów cząstek hydrofilowych.

Wynalazek jest szczegółowo opisany na przykładzie jego wykonania i zobrazowany na rysunku przedstawiającym przekrój podłużny flotownika.

Jak pokazano w przykładzie wykonania na rysunku flotownik hydrocyklonowy składa się z cylindrycznego płaszcza pionowo-osiowego z promieniowo-stycznym wylotem frakcji hydrofilowej odpadowej, usytuowanym w dolnej części płaszcza oraz ma w górnej części w osi płaszcza, usytuowany wylew użytecznej frakcji hydrofobowej spienionej. Istotnym jest według wynalazku, że dolotowy króciec 1 nadawy WENA jest wprowadzony stycznie-promieniowo pod kątem rozwartym a utrzymywany w przedziale od 100° do 138°, lecz najkorzystniej 110° do wnętrza głowicy górnej 2, której komora wewnętrzna o szczególnie wysokiej gładkości powierzchni jest ukształtowana w postać nieregularnej paraboloidy obrotowej, mającej w najwyższym jej punkcie, w obrębie utworzonej tam poduszki powietrznej F, w osi flotownika, usytuowany ruchomo za pośrednictwem gazo i wodoszczelnego przepustu 3, syfonowy wylot 4. Jest on sprzężony z mechanizmem 5, najlepiej pneumatycznym, jego poosiowego przesuwu, osadzonym na podstawie 6. Zewnętrzne wyprowadzenie wylotu 4 jest wprowadzone w nieruchomy króciec odprowadzający 7 frakcji użytecznej hydrofobowej WYK separowanej mieszaniny, natomiast wewnętrzny koniec wylotu syfonowego 4 jest zakończony wprowadzającym stożkowym rozwartym wlotem 8. Ma on dolną krawędź 9 usytuowaną w całym przedziale przesuwu poosiowego h, w obrębie ażurowego nieruchomego pierścienia górnego separacyjnego 10, osadzonego w dolnej części głowicy górnej 2. Głowica górna 2 jest przyłączona poprzez złącze kołnierzowe 11 do znanej cylindrycznej komory powietrznej 12, pełniącej funkcję płaszcza flotownika. Jest ona zaopatrzona a co najmniej dwa króćce dolotowe 13 sprężonego gazu technologicznego POW, zwłaszcza powietrza. Wewnętrzna przenikalna dla gazu ścianka sitowa 14 komory powietrznej 12 jest ukształtowana w postać stożka o większej średnicy górnej Dnom, będącej średnicą nominalną flotownika i o średnicy dolnej D_mn mniejszej od średnicy nominalnej o nie więcej jak 20%. Tak ukształtowana ścianka sitowa 14 ma w górnej jej partii współczynnik przenikalności gazu większy od współczynnika przenikalności gazu w partii dolnej. Cylindryczna komora powietrzna 12 jest najlepiej poprzez kołnierzowe złącze 15 połączona z głowicą spustową 16, mająca komorę wewnętrzną o szczególnie wysokiej gładkości powierzchni ukształtowaną w postać zbliżoną do hiperboloidy obrotowej. Komora 15 ma średnicę wlotu odpowiadająca średnicy dolnej Dmn przenikalnej ścianki sitowej 14 oraz jest zaopatrzona w wyprowadzony z niej pod kątem rozwartym α, utrzymywanym w przedziale od 100° do 138°, najkorzystniej 110°, króciec odlotowy 17 frakcji odpadowej hydrofilowej WYFC separowanej mieszaniny, ukształtowany w postać dyszy. W osi głowicy dolnej spustowej 16 jest usytuowany smukły stożkowy penetrator 18 o kącie wierzchołkowym β , nie większym jak 8° i o długości L nie większej jak 0,5 długości całkowitej H komory powietrznej. Jest on osadzony na wyprowadzonym na zewnątrz głowicy 16 sworzniu pośredniczącym 19, przyłączonym do generatora 20 drgań infradźwiękowych i w taki sposób usytuowany, że dolna krawędź penetratora 18 znajduje się w obrębie nieruchomego separacyjnego ażurowego pierścienia dolnego 21, umocowanego do głowicy dolnej 16.

165 737

ΡΟΗ

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 1,(00 zł.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Flotownik hydrocyklonowy składający się z cylindrycznego płaszcza pionowo-osiowego z promieniowo-stycznym wlotem nadawy usytuowanym w górnej części płaszcza i promieniowo-stycznym wylotem frakcji hydrofilowej odpadowej usytuowanym w dolnej części płaszcza zaopatrzonego na części jego długości w nadciśnieniową komorę powietrzną, przyłączoną do źródła sprężonego powietrza technologicznego, której wewnętrzna ścianka jest przenikalna dla gazu oraz mający w górnej części, w osi płaszcza usytuowany wylew użytecznej frakcji hydrofobowej spienionej, znamienny tym, że dolotowy króciec (1) nadawy (WENA) jest wprowadzony stycznie-promieniowo pod kątem rozwartym (α), utrzymywanym w przedziale od 100° do 138°, do wnętrza głowicy górnej (2), której komora wewnętrzna jest ukształtowana w postać nieregularnej paraboloidy obrotowej, mającej w najwyższym jej punkcie, w obrębie utworzonej tam poduszki powietrznej (F), w osi flotownika, usytuowany ruchomo za pośrednictwem gazo i wodoszczelnego przepustu(3) syfonowy wylot (4), sprzężony z mechanizmem (5) jego poosiowego przesuwu, osadzonym na podstawie (6), którego zewnętrzny wylot jest wprowadzony w nieruchomy króciec odprowadzający (7) frakcji użytecznej hydrofobowej (WYK) separowanej mieszaniny a wewnętrzny koniec jest zakończony wprowadzającym stożkowym rozwartym wlotem (8), mającym dolną krawędź (9), usytuowaną w całym przedziale przesuwu poosiowego (h) w obrębie ażurowego nieruchomego pierścienia górnego separacyjnego (10), osadzonego w dolnej części głowicy górnej (2), przyłączonej poprzez najkorzystniej złącze kołnierzowe (11) do cylindrycznej komory powietrznej (12), zaopatrzonej w króćce dolotowe (13) sprężonego gazu technologicznego (POW), zwłaszcza powietrza, której wewnętrzna przenikalna dla gazu ścianka sitowa (14) jest ukształtowana w postać stożka o większej średnicy górnej (Dnom), będącej średnicą nominalną flotownika i o mniejszej średnicy dolnej (Dmin) mniejszej od średnicy nominalnej o nie więcej jak 20% i tak ukształtowana, że w górnej jej partii ma współczynnik przenikalności gazu większy od współczynnika przenikalności gazu w partii dolnej, przy czym cylindryczna komora powietrzna (12) jest najlepiej poprzez kołnierzowe złącze (15) połączona z głowicą dolną spustową (16), mającą komorę wewnętrzną ukształtowaną w postać zbliżoną do hiperboloidy obrotowej, mającą średnicę wlotu odpowiadającą średnicy dolnej (Dmin) przenikalnej ścianki sitowej (14) oraz jest zaopatrzona w wyprowadzony z niej pod kątem rozwartym (a), utrzymywanym w przedziale od 100° do 138°, króciec odlotowy (17) frakcji odpadowej hydrofilowej (WYFC) separowanej mieszaniny, ukształtowany w postać dyszy, a nadto w osi głowicy dolnej spustowej (16) jest usytuowany smukły stożkowy penetrator (18) o kącie wierzchołkowym (β) nie większym jak 8°, osadzony na wyprowadzonym na zewnątrz głowicy (16) sworzniu pośredniczącym (19), przyłączonym do generatora (20) drgań infradźwiękowych, a taki sposób usytuowany, że dolna krawędź penetratora (18) znajduje się w obrębie nieruchomego separacyjnego ażurowego pierścienia dolnego (21), umocowanego do głowicy dolnej (16).