ГИДРОЦИКЛОН

Полезная модель относится к области разделения неоднородных жидких систем под действием центробежных сил, в частности к гидроциклонам для разделения суспензий, и может быть использовано в химической, нефтехимической, микробиологической, целлюлозно-бумажной и других отраслях промышленности.
Известен гидроциклон с экраном, гасящим турбулентность (Патент 5133861 США, МПК В04С 3/00. Опубл. 28.07.92), содержащий цилиндрическую камеру и конический участок. В цилиндрической камере закрученный поток обтекает цилиндрический экран, который гасит турбулентные пульсации в потоке, благодаря чему повышается степень разделения.
Однако разделительная способность такого гидроциклона невысока, так как при установке в камере цилиндрического экрана снижается окружная составляющая скорости на поверхности пленки суспензии, что уменьшает центробежную силу, действующую на поток и увеличивает затухание окружной составляющей скорости в направлении оси гидроциклона.
Известно устройство для очистки топочных газов от пыли (Патент 6610115 США, МПК В04С 5/06, Опубл. 26.08.2003), содержащее циклон и питающее устройство, подающее топочные газы в корпус циклона в аксиальном направлении и закручивающее устройство с направляющими лопатками, которое создает закрутку топочных газов относительно оси корпуса.
Недостатком данной конструкции является то, что направляющие лопатки не позволяют регулировать распределение скоростей газового потока в корпусе циклона.
Известно устройство для разделения суспензий (А.с. 1316123 СССР, МПК B01D 45/12. Опубл. 15.11.90, Б.И. №42), содержащее узел формирования потока суспензии, выполненный в виде распределительного конуса, имеющего возможность вращения и имеющего на наружной поверхности однозаходную спиральную ленту и многолопаточный завихритель, устанавливаемый на уровне патрубка подачи газового потока.
Недостатком описанного устройства для разделения суспензий является высокое гидравлическое сопротивление, связанное с наличием в аппарате распределительного конуса и многолопаточного завихрителя, что обусловливает дополнительные потери энергии.
С целью обеспечения лучших гидродинамических условий процесса разделения суспензий в гидроциклоне предложен аппарат (А.с. 1121048 СССР, МПК В04С 5/181. Опубл. 30.10.84, Б.И. №40), содержащий только цилиндрическую часть корпуса. Выгрузочное отверстие образовано за счет размещения в нижней части гидроциклона конического вытеснителя. Наличие конического вытеснителя, по мнению авторов, обеспечивает поддержание оптимальных гидродинамических условий по всей высоте рабочего пространства аппарата.
Однако коническая форма вытеснителя не учитывает образования в цилиндрическом гидроциклоне пленки суспензии со свободной поверхностью криволинейной формы; таким образом, достигаемые гидродинамические режимы не являются оптимальными. Кроме того, интенсивность затухания окружной составляющей скорости течения в осевом направлении в данной конструкции гидроциклона достаточно высока, что не позволяет достигнуть высокой разделительной способности.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является гидроциклон (А.с. 1150041 СССР, МПК В04С 5/08. Опубл. 15.04.85, Б.И. №14), содержащий цилиндрический корпус с тангенциальным питающим патрубком, крышкой и вытеснителем, разгрузочное устройство, выполненное в виде концентрично установленных перегородок, образующих каналы для прохода продуктов классификации, на выходе из которых установлены регулирующие устройства, в котором питающий патрубок выполнен равным по ширине радиусу корпуса и снабжен вертикальными направляющими перегородками, повторяющими форму патрубка и корпуса и заканчивающимися в первой четверти окружности корпуса. При этом питающий патрубок оснащен спиралевидной крышкой, плавно переходящей в крышку корпуса.
Ввиду того, что ввод и вывод потока производится по всей ширине рабочего пространства гидроциклона, поток жидкой фазы в радиальном направлении полностью отсутствует. Это позволяет уменьшить нежелательные зоны турбулентного перемешивания суспензии, а также снизить гидравлическое сопротивление аппарата. Однако в данной конструкции гидроциклона вследствие того, что центробежные силы прижимают поток к стенке корпуса гидроциклона и образуется пленка суспензии со свободной поверхностью, не обеспечивается прилегание поверхности пленки к поверхности вытеснителя, что приводит к уменьшению толщины пленки и возникновению локальных зон турбулентного перемешивания. Кроме того, интенсивность затухания окружной составляющей скорости в осевом направлении довольно высока вследствие локального уменьшения толщины пленки, что не позволяет достигнуть высокого качества классификации и приводит к необходимости увеличения высоты рабочего пространства аппарата.
Задачей полезной модели является создание конструкции гидроциклона для разделения суспензий, обеспечивающей высокую степень разделения.
Техническим результатом, который может быть получен при осуществлении полезной модели, является повышение разделительной способности гидроциклона.
Указанный технический результат достигается тем, что в гидроциклоне, содержащем корпус с крышкой и питающим патрубком, снабженным вертикальными направляющими перегородками, повторяющими форму патрубка, при этом питающий патрубок выполнен аксиальным, установлен с эксцентриситетом относительно оси корпуса и снабжен направляющими лопастями, установленными на шарнирах между направляющими перегородками с возможностью независимого друг от друга поворота вокруг вертикальной и радиальной осей.
Гидроциклон характеризуется тем, что корпус выполнен цилиндроконическим.
Предложено выполнить в гидроциклоне для разделения суспензий аксиальный питающий патрубок, установленный с эксцентриситетом относительно оси корпуса, разделенный на ряд вертикальных каналов, повторяющих форму патрубка с установленными в них закрепленными на шаровых шарнирах лопастями, с возможностью независимого друг от друга поворота вокруг вертикальной и радиальной осей, причем углы поворота лопаток относительно вертикальной и радиальной осей определяются с учетом необходимости обеспечения максимальной наполненности радиального распределения окружной составляющей скорости пленки суспензии и снижения интенсивности затухания окружной составляющей скорости потока в направлении оси гидроциклона, что позволяет обеспечить оптимальный гидродинамический режим работы гидроциклона данной конструкции при заданных производительности и реологических свойствах разделяемой суспензии.
Это позволяет добиться снижения затухания окружной составляющей скорости пленки суспензии в направлении оси гидроциклона, увеличения времени пребывания суспензии в зоне разделения, вызванного увеличением толщины пленки суспензии и повышения степени разделения.
Выполнение питающего патрубка гидроциклона аксиальным, установленным с эксцентриситетом относительно оси корпуса, позволяет сделать регулирование радиального распределения окружной составляющей скорости суспензии с помощью направляющих лопаток более гибким, так как не требует полного перекрытия каналов питающего патрубка.
Установка направляющих лопастей в вертикальных каналах аксиального питающего патрубка закрепленными на шаровых шарнирах с возможностью независимого друг от друга поворота вокруг вертикальной и радиальной осей, позволяет повысить наполненность радиального распределения окружной составляющей скорости, снизить ее затухание в осевом направлении и расширить пределы регулирования наполненности радиального распределения окружной составляющей скорости в зависимости от расхода и реологических свойств разделяемой суспензии.
Таким образом, за счет снижения интенсивности затухания окружной составляющей скорости потока в направлении оси гидроциклона обеспечивается повышение его разделительной способности.
На фиг. 1 изображен гидроциклон предлагаемой конструкции, общий вид в разрезе; на фиг. 2 - разрез по А-А.
Гидроциклон содержит цилиндрический или цилиндроконический корпус 1 с крышкой 2, и аксиальным питающим патрубком 3, установленный с эксцентриситетом Е относительно оси корпуса. Питающий патрубок 3 разделен вертикальными перегородками 4 на каналы 5, повторяющие форму патрубка в которых на шаровых шарнирах установлены направляющие лопасти 6, имеющие возможность независимого друг от друга поворота относительно радиальной и вертикальной осей.
Гидроциклон работает следующим образом. Исходный поток, содержащий дисперсную фазу, под давлением поступает в корпус 1 аппарата через вертикальные каналы 5 аксиального питающего патрубка 3, установленного с эксцентриситетом относительно оси корпуса. Обтекая направляющие лопасти 6, поток разделяемой среды приобретает тангенциальную составляющую скорости. Угол поворота каждой из направляющих лопастей вокруг вертикальной и радиальной осей устанавливается в соответствии с необходимостью обеспечить определенную наполненность радиального распределения окружной составляющей скорости потока, что обеспечивает снижение ее затухания в осевом направлении и необходимую разделительную способность гидроциклона. Это дает возможность более гибкого регулирования наполненности радиального распределения окружной составляющей скорости и снижения ее затухания в направлении оси гидроциклона по сравнению с конструкциями гидроциклонов, имеющими тангенциальный питающий патрубок. Снижение затухания окружной составляющей скорости в напавлении оси гидроциклона позволит повысить его разделительную способность.
Корпус гидроциклона может быть выполнен как цилиндроконическим, так и цилиндрическим. В случае выполнения корпуса гидроциклона цилиндрическим эффект снижения затухания окружной составляющей скорости в осевом направлении становится более существенным, так как в цилиндрическом гидроциклоне окружная составляющая скорости затухает в осевом направлении сильнее, и разделительная способность гидроциклона повышается более значительно.
Таким образом, выполнение в гидроциклоне питающего патрубка аксиальным, с направляющими лопастями, установленными на шарнирах между направляющими перегородками с возможностью независимого друг от друга поворота вокруг вертикальной и радиальной осей, и установка его с эксцентриситетом относительно оси корпуса обеспечивает повышение разделительной способности гидроциклона.