RU221354U1 - Гидроциклон - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к устройствам для разделения суспензий, а именно к гидроциклонам, и может использоваться в химической, нефтехимической, пищевой промышленности, а также в других отраслях промышленности. Целью полезной модели является обоснование выбора диаметров входного патрубка и верхнего сливного патрубка гидроциклона, при которых будут обеспечиваться минимальные энергетические затраты для обеспечения необходимого граничного зерна разделения при соответствующей общей производительности единичного гидроциклона. В гидроциклоне, включающем цилиндроконический корпус, крышку, тангенциально расположенный цилиндроконическому корпусу входной патрубок, коаксиально расположенный в крышке верхний сливной патрубок, коаксиально расположенный в нижней части цилиндроконического корпуса нижний сливной патрубок, диаметр входного патрубка dвх составляет от 0,366 от диаметра цилиндрической части цилиндроконического корпуса D, диаметр верхнего сливного патрубка dв определяется по зависимости где dв - диаметр верхнего сливного патрубка, м; α - угол конусности конической части цилиндроконического корпуса, градусы; dгр - диаметр граничного зерна разделения, м; D - диаметр цилиндрической части цилиндроконического корпуса, м. Технический результат обеспечиваются минимальные энергетические затраты для достижения необходимого граничного зерна разделения при соответствующей общей производительности единичного гидроциклона.

Description

Полезная модель относится к устройствам для разделения суспензий, а именно к гидроциклонам, и может использоваться в химической, нефтехимической, пищевой промышленности, а также в других отраслях промышленности.

Известен гидроциклон, включающий цилиндроконический корпус, крышку, тангенциально расположенный цилиндроконическому корпусу входной патрубок, коаксиально расположенный в крышке верхний сливной патрубок, коаксиально расположенный в нижней части цилиндроконического корпуса нижний сливной патрубок (Терновский И.Г., Кутепов А.М. Гидроциклонирование. - М: Наука, 1994. 350 С., с. 25, рис. 1.11 а).

Недостатком известного гидроциклона является то, что не даётся обоснование диаметров входного патрубка dвх и верхнего сливного патрубка dв, при которых будут обеспечиваться минимальные энергетические затраты для обеспечения необходимого граничного зерна разделения при соответствующей общей производительности гидроциклона. Граничное зерно разделения - это один из основных показателей процесса разделения в гидроциклонах, под которым понимается такой диаметр частиц твёрдой фазы, частицы с диаметром больше которого в разделяемой суспензии будут полностью улавливаться и уноситься через нижний сливной патрубок, а с диаметром меньше граничного зерна разделения будут уноситься через верхний сливной патрубок.

Целью полезной модели является обоснование выбора диаметров входного патрубка dвх и верхнего сливного патрубка dв, при которых будут обеспечиваться минимальные энергетические затраты для обеспечения необходимого граничного зерна разделения при соответствующей общей производительности единичного гидроциклона.

Указанная цель достигается тем, что в известном гидроциклоне, включающем цилиндроконический корпус, крышку, тангенциально расположенный цилиндроконическому корпусу входной патрубок, коаксиально расположенный в крышке верхний сливной патрубок, коаксиально расположенный в нижней части цилиндроконического корпуса нижний сливной патрубок, диаметр входного патрубка dвх составляет 0,366 от диаметра цилиндрической части цилиндроконического корпуса D, диаметр верхнего сливного патрубка dв определяется по зависимости

где dв - диаметр верхнего сливного патрубка, м;

α - угол конусности конической части цилиндроконического корпуса, градусы;

dгр - диаметр граничного зерна разделения, м;

D - диаметр цилиндрической части цилиндроконического корпуса, м.

На фиг. 1 представлен общий вид гидроциклона,

на фиг. 2 показан разрез А-А фиг. 1.

На фиг.3 показана зависимость n=dв/D от тангенса угла конусности α конической части цилиндроконического корпуса;

на фиг. 4 приведена зависимость отношения от отношения dгр/D. Гидроциклон включает цилиндроконический корпус 1, крышку 2, тангенциально расположенный цилиндроконическому корпусу входной патрубок 3, коаксиально расположенный в крышке 2 верхний сливной патрубок 4, коаксиально расположенный в нижней части цилиндроконического корпуса 1 нижний сливной патрубок 5.

Гидроциклон работает следующим образом.

Разделяемая суспензия по входному патрубку 3 поступает в цилиндрическую часть цилиндроконического корпуса 1 и закручивается, движется по спирали вниз к нижнему сливному патрубку 5. Вследствие стеснённости выхода потока через нижний сливной патрубок 5 в центральной зоне цилиндроконического корпуса 1 образуется восходящий поток, который выходит через верхний сливной патрубок 4. Из-за разрыва сплошности пока вдоль оси цилиндроконического корпуса 1 формируется воздушный столб. Крупные твёрдые частицы c диаметром больше граничного зерна разделения dгр под действием центробежной силы инерции, центростремительных силы Архимеда и силы сопротивления потока, действующих в радиальном направлении, движутся к стенке цилиндроконического корпуса 1 и выводятся через нижний сливной патрубок 5 (сгущённый продукт), а мелкие твердые частицы с диаметром меньше граничного зерна разделения dгр движутся к оси цилиндроконического корпуса 1 и выводятся через верхний сливной патрубок 4 (осветленный продукт).

Для определения граничного зерна разделения рассматривался баланс указанных сил, действующих на твёрдую частицу на радиусе dв/2, при условии, что частица прекращает своё движение в радиальном направлении. В результате были получены два уравнения для расчета граничного зерна разделения при условии, что m=dвх/D меньше 0,365

,

и при условии, что m=dвх/D больше 0,365

,

где Q - объёмная производительность единичного гидроциклона, м³/с;

m - отношение диаметра входного патрубка к диаметру цилиндрической части цилиндроконического корпуса, dвх /D;

dвх - диаметр входного патрубка, м;

n - отношение диаметр верхнего сливного патрубка к диаметру цилиндрической части цилиндроконического корпуса, dв /D;

ρ_т - плотность твёрдых частиц, кг/м³;

ρ_ж - плотность жидкой фазы, кг/м³;

v - кинематическая вязкость жидкой фазы, м²/с.

Приравняв правые части указанных зависимостей, в системе Mathcad, при различных одинаковых значениях в обеих частях уравнения n, ρ_т, ρ_ж и Q, были определены значения m, при которых обеспечиваются минимальные энергетические затраты для обеспечения заданного граничного зерна разделения dгр при соответствующей объёмной производительности единичного гидроциклона Q. Энергетические затраты в Вт определяются как произведение объёмной производительности гидроциклона Q на потери давления в гидроциклоне в Па (давление во входном патрубке), которые могут быть рассчитаны по зависимости

где - давление во входном патрубке, Па.

Расчёты показали, что во всех случаях минимальные значения энергетических затрат для обеспечения заданного граничного зерна разделения dгр при соответствующей объёмной производительности единичного гидроциклона Q будут при m=dвх/D=0,366. При m меньше 0,35 и больше 0,38 наблюдается резкое возрастание потерь давления, а следовательно, увеличиваются энергетические затраты.

Расчёты также показали, что величина n=dв/D, при которой обеспечиваются минимальные энергетические затраты при соответствующей объёмной производительности единичного гидроциклона Q, зависит от угла конусности α конической части цилиндроконического корпуса 1 и отношения граничного зерна разделения dгр к диаметру цилиндрической части цилиндроконического корпуса 1 - D. Представленная на фиг.3 зависимость n от (tan(α)) может с достаточной точностью быть описана уравнением . Из представленной на фиг. 4 зависимости от отношения dгр/D было получено уравнение для расчёта диаметра верхнего сливного патрубка dв, при котором для обеспечения заданного граничного зерна разделения dгр, будут обеспечиваться минимальные энергетические затраты при соответствующей объёмной производительности единичного гидроциклона Q: .

Выполнение гидроциклона с диаметром входного патрубка dвх =0,366 от диаметра цилиндрической части цилиндроконического корпуса D и диаметром верхнего сливного патрубка, который определяется для заданного граничного зерна разделения при соответствующей объёмной производительности единичного гидроциклона по формуле

позволит обеспечить минимальные энергетические затраты на проведение процесса разделения суспензий. Необходимая общая производительность может быть обеспечена путём установки нескольких параллельно работающих гидроциклонов с объёмной производительностью единичного гидроциклона, при которой обеспечивается заданное значение граничного зерна разделения.

Claims (6)

1. Гидроциклон, включающий цилиндроконический корпус, крышку, тангенциально расположенный цилиндроконическому корпусу входной патрубок, коаксиально расположенный в крышке верхний сливной патрубок, коаксиально расположенный в нижней части цилиндроконического корпуса нижний сливной патрубок, отличающийся тем, что диаметр входного патрубка dвх составляет 0,366 от диаметра цилиндрической части цилиндроконического корпуса D, диаметр верхнего сливного патрубка dв определяется по зависимости
3. где dв - диаметр верхнего сливного патрубка, м;
4. α - угол конусности конической части цилиндроконического корпуса, градусы;
5. dгр - диаметр граничного зерна разделения, м;
6. D - диаметр цилиндрической части цилиндроконического корпуса, м.