ГИДРОЦИКЛОН

Предлагаемое техническое решение относится к технике разделения тонкодисперсных суспензий и эмульсий под действием центробежных сил и принципа электрофлотационного извлечения дисперсной фазы твердых частиц и капель и может найти применение в горноперерабатываюшей, химической, нефтехимической, медицинской и других отраслях промышленности, а также в экологических процессах очистки промышленных и бытовых стоков.
Известна фильтрующая центрифуга, включающая вертикальный корпус и соосно установленная пара электродов, использующая центробежный принцип концентрации твердого материала в пристеночном слое, а также электрофлотационный метод извлечения флотационной фазы (авт.св. СССР №1007740 В04В 3/00, 1982).
К причинам, препятствующим достижению технического результата относятся недостаточная степень очистки от тонкодисперсных примесей, кроме того наличие скользящих контактов, подводящих ток к вращающемуся ротору, а также необходимость установки редуктора и электродвигателя для вращения ротора повышает сложность и стоимость устройства.
Известна конструкция гидроциклона, содержащая вертикальный корпус с тангенциальным входным патрубком, патрубки отвода фугата и шлама, соосный корпусу полый цилиндр, снабженный по наружной поверхности фильтровальной сеткой (авт св. СССР №1398918, BO4C 9/00, 1988).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относятся снижение центробежной силы на периферийном участке в результате трения потока о стенки корпуса, приводящее к ослаблению эффективности разделения, а также повышенное гидравлическое сопротивление аппарата от установки в нем фильтровального элемента, также снижающее результативность процесса.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту и принятому за прототип относится гидроциклон, включающий вертикальный цилиндрический корпус с патрубками тангенциального ввода суспензии. вывода фугата и шлама, соосный корпусу полый цилиндр, который снабжен двумя цилиндрическими перфорированными электродами, установленными между корпусом и полым цилиндром и выполненным с открытым нижним торцом, при этом цилиндр образует канал флотации шлама в пену (авт.св. СССР №1787564, В04С 5/103, 1991).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточная эффективность очистки суспензии от тонкодисперсной фазы из-за того, что часть суспензии, движущаяся в кольцевом зазоре между корпусом и ближним к нему цилиндрическим перфорированным электродом не флотируется из-за отсутствия в этом зазоре пузырьков электролитических газов, которые образуются в зазоре между электродами и под действием центробежной силы движутся к полому цилиндру в пену.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является увеличение степени разделения тонкодисперсных суспензий и эмульсий за счет образования пузырьков электролитических газов в зазоре между корпусом и электродом.
Поставленный технический результат достигается тем, что в гидроциклоне, включающем вертикальный корпус с тангенциальным входным патрубком, патрубками отвода фугата и шлама, соосный корпусу полый цилиндр, выполненный с открытым нижним торцом и образующий канал флотации шлама в пену, и цилиндрический перфорированный электрод, при этом корпус выполнен из электропроводного материала и заземлен, а электрод присоединен к положительному полюсу источника постоянного тока.
Выполнение корпуса из электропроводного материала и его заземление позволяет его использовать в качестве кольцевого электрода, а присоединение цилиндрического перфорированного электрода к положительному полюсу источника постоянного тока позволяет проводить электролиз водной фазы суспензии или эмульсии с образованием пузырьков электролитических газов в кольцевом зазоре между корпусом и этим электродом, то есть обеспечивать флотацию всего объема суспензии или эмульсии в центробежном поле гидроциклона.
Нa фиг.1 изображен общий вид предлагаемой конструкции гидроциклона, на фиг.2 - его поперечный разрез.
Он состоит из вертикального цилиндрического корпуса 1, выполненного из электропроводного материала, с патрубком 2 тангенциального ввода суспензии или эмульсии, конического днища 3 с патрубком 4 выводе фугата, полого цилиндра 5 с открытым нижним торцом в образующем канал флотации шлама в пену, и цилиндрического перфорированного электрода 6, присоединенного к положительному полюсу источника постоянного тока, при этом корпус 1 соединен шиной 7 с заземлением.
Устройство работает следующим образом. Разделяемая суспензия или эмульсия поступает в корпус 1 через патрубок тангенциального ввода 2 и, закручиваясь, отбрасывается центробежными силами к периферии. При этом в пристенном слое происходит концентрация дисперсной фазы. Нa электрод 6 подастся потенциал постоянного тока от положительного полюса, достаточный для электролиза водной фазы, в результате чего образующиеся пузырьки захватывают твердые частицы или капельки эмульсии, сконцентрированные здесь же в пристенном слое, и выносят их сначала в коническую зону 3, а затем в режиме всплывания внутри полого цилиндра 5 вверх, образуя на поверхности пенный слой. Очищенная от твердых частиц или капелек эмульсии жидкость сливается через выходной патрубок 4 в коническом днище 3.
Установка электрода 6 в зоне максимальной концентрации дисперсной фазы позволяет создать благоприятные условия для обеспечения всех частиц твердого материала пузырьками электролизных газов, образующихся в кольцевом зазоре между стенкой корпуса 1 и электродом 6, с образованием комплекса "частица-пузырек" или "капля-пузырек", а разделение объема гидроциклона на зону концентрации дисперсной фазы и зону ее выделения из жидкости в цилиндре позволяет создать спокойную гидродинамическую обстановку для подъема комплексов "частица-пузырек" или "капля-пузырек" вверх в пену без разрушения. При этом положительным является то, что пузырьки связывают в комплексы практически все фракции дисперсной твердой фазы, вплоть до единиц микронов, обеспечивая высокую степень разделения суспензий или эмульсий. Флотационное выделение из жидкости дисперсной фазы в значительной мере предотвращает унос ее потоком фугата, так как вектор скорости электролизных газов, образующихся в пристенной зоне, направлен от периферии к центру, что значительно снижает трение потока суспензии или эмульсии о стенку корпуса 1, в результате чего эффект центробежного разделения усиливается.
Таким образом, выполнение корпуса 1 гидроциклона из электропроводного материала и присоединению его к заземлению, а цилиндрического перфорированного электрода 6 к положительному полюсу источника постоянного тока позволяет охватывать электролизом с выделением пузырьков электролитических газов всю суспензию или эмульсию, находящуюся в корпусе, а значит увеличить вероятность их столкновения с частицами или каплями дисперсной фазы и степень их улавливания. Кроме того, отказ от сетки-катода уменьшает гидравлическое сопротивление и увеличивает скорость вращения потока суспензии или эмульсии, что также способствует увеличению центробежных сил и степени очистки жидкости от тонкодисперсной фазы.