ГИДРОЦИКЛОН
HYDROCYCLONE

Изобретение относится к устройствам для разделения жидких неоднородных систем под действием центробежных сил и может найти применение в химической, нефтеперерабатывающей промышленности, а также для очистки нефтесодержащих жидкостей и сточных вод.
Известен гидроциклон (а.с. СССР №789403, 1981 г.), содержащий цилиндроконический корпус с тангенциальным входным, песковым и сливным патрубками, сливную камеру и размещенную в сливном патрубке осевую трубку, сообщающуюся с атмосферой.
Недостатком такой конструкции является отсутствие элементов для разделения флотопродуктов.
Известен гидроциклон - флотатор (а.с. СССР №715143, кл. В02С 1/26, В04С 9/00, 1980 г.), содержащий цилиндроконический корпус с входным и песковым патрубками, цилиндрическую флотационную камеру с воронкой для сбора флотопродуктов и элемент ввода водовоздушной смеси в виде кольцевого коллектора с соплами.
Недостатком данной конструкции является низкая эффективность флотации в цилиндрической флотационной камере вследствие неравномерного распределения пузырей в поперечном сечении камеры и значительного инерционного уноса пузырей в камеру сбора очищенной жидкости из-за закрутки жидкости.
Известен гидроциклон (свидетельство на полезную модель РФ №21360, кл. В04С 5/107, 2001 г.) - ближайший аналог, содержащий корпус с тангенциальным входным, сливным и песковым патрубками, цилиндрическую флотационную камеру и камеры сбора флотопродуктов; снабжен цилиндрическим стаканом и лопастным развихрителем, установленным во флотационной камере соосно сливному патрубку.
Недостатками такого гидроциклона являются низкая эффективность флотации, т.к. отвод очищенной жидкости неупорядочен и не обеспечивает равномерность флотации; унос мелких взвешенных частиц в сливной патрубок и невозможность регулирования расхода сгущенной суспензии из пескового патрубка.
Целью заявляемого изобретения является повышение эффективности флотации гидроциклона за счет более равномерной флотации и отвода очищенной жидкости, а также предотвращения уноса в сливной патрубок мелких взвешенных частиц и обеспечения возможности регулирования расхода сгущенной суспензии из пескового патрубка.
Поставленная цель достигается за счет того, что в предлагаемом гидроциклоне, содержащем корпус с тангенциальным входным, сливным и песковым патрубками, камеру сбора флотопродуктов, цилиндрический стакан и лопастной развихритель, установленный соосно сливному патрубку во флотационной камере, к цилиндрическому стакану с лопастным развихрителем примыкает соосно полый цилиндр, сообщенный верхним основанием с камерой сбора флотопродуктов, при этом боковая поверхность цилиндра перфорирована, образуя, таким образом, цилиндрическую решетку, причем диаметр отверстий уменьшается сверху вниз от 10 до 0,01 мм, внутренняя полость цилиндра выполняет функции флотационной камеры, в нижней конусообразной части гидроциклона установлена полая вставка каплевидной формы, закрепленная на трубе, соосной песковому патрубку, на выходе которого установлен отбойник, имеющий форму усеченного конуса, снабженного внутренней резьбой, соответствующей резьбе на конце трубы, выходящем из пескового патрубка, что обеспечивает возможность перемещения отбойника вдоль трубы.
Такая конструкция гидроциклона позволяет осуществлять более эффективную флотацию за счет использования цилиндрической решетки с уменьшающимися сверху вниз диаметрами отверстий, что обеспечивает более равномерный процесс флотации, а применение каплевидной полой вставки предотвращает унос мелких взвешенных частиц в сливной патрубок; отбойник за счет перемещения по резьбе позволяет регулировать расход сгущенной суспензии через песковой патрубок.
Таким образом, при реализации данного технического решения достигается технический результат, заключающийся в обеспечении более эффективной флотации, предотвращении уноса мелких взвешенных части в сливной патрубок и регулировании расхода сгущенной суспензии через песковой патрубок.
Анализ аналогов показал, что заявляемое техническое решение является новым. Новизна решения заключается в том, что в предлагаемой конструкции гидроциклона используется полый цилиндр, поверхность которого перфорирована с уменьшающимися сверху вниз диаметрами отверстий от 10 до 0,01 мм, примыкающий к камере сбора флотопродуктов, а также вставка каплевидной формы, установленная в конусообразной части гидроциклона, и размещенный на выходе пескового патрубка отбойник.
Таким образом, заявляемое техническое решение характеризуется новой совокупностью существенных признаков, дающих положительный эффект, и обладает признаками соответствия критерию «изобретательский уровень».
На чертеже приведен предлагаемый гидроциклон, состоящий из корпуса 1 с тангенциальным входным патрубком 2, сливным 3 и кольцевым песковым 4 патрубками; полого цилиндра 5, поверхность которого перфорирована, этот цилиндр выполняет роль флотационной камеры; камеры сбора флотопродуктов 6; в нижней части цилиндра 5 установлен стакан 8 с лопастным развихрителем 9, выполненным в виде плавно выпрямляющихся вдоль оси стакана 8 винтовых лопастей; камер сбора очищенной жидкости 7 и 10; снабженного внутренней резьбой отбойника 12 и трубы 13, на которой закреплена сообщенная с ней установленная соосно с песковым патрубком каплевидная вставка 11; нижняя часть трубы 13, выходящая из пескового патрубка 4 и закрепленная в нем, снабжена резьбой, соответствующей внутренней резьбе отбойника 12.
Гидроциклон работает следующим образом. Исходная суспензия поступает через входной патрубок 2 в корпус 1, где приобретает вращательное движение. Под действием центробежных сил происходит отделение песковых частиц, которые в виде сгущенной суспензии выводятся из гидроциклона через кольцевой песковый патрубок 4. В результате закрутки жидкости в гидроциклоне образуется осевой разрыв сплошности между полой каплевидной вставкой 11 и сливным патрубком 3. Через трубу 13 и полую вставку 11 инжектируется атмосферный воздух. Захватываясь восходящим потоком суспензии, содержащей особо мелкие частицы, воздух выносится вместе с ними через сливной патрубок в полость стакана 8, где интенсивно диспергируется с образованием развитой пузырьковой структуры. Аэрированный поток суспензии, проходя через лопастной развихритель 9, теряет закрутку и поступает в перфорированный цилиндр 5, выполняющий роль флотационной камеры, где образует всплывающие флотокомплексы «частица-пузырек», создающие в верхней части цилиндра 5 пенный слой. Флотационная пена отводится в камеру 6, а очищенная жидкость в камеру 10. Стакан 8 с лопастным развихрителем 9 обеспечивает стабилизацию восходящего потока флотационных пузырей, уменьшая инерционность проскока пузырей, и устраняет воронкообразование в зоне отбора пены, улучшая эффективность флотации. Очищенная жидкость через отверстия перфорации в цилиндре, образующем цилиндрическую решетку, отводится через камеру 10 в камеру сбора очищенной жидкости 7. Размеры отверстий перфорации подобраны в соответствии с рекомендациями, полученными на основе экспериментальных исследований при очистке сточных вод Ксенофонтовым Б.С. (патент РФ №2111170, кл. C02F 1/24, 1998 г., «Способ очистки сточных вод»), что в итоге повышает эффективность флотации. Полая каплевидная вставка 11 обеспечивает уменьшение выноса песковых частиц в сливной патрубок 3, что также улучшает эффективность флотации. Эффективность применения подобной вставки описана Рабиновичем A.M. и др. в а.с. СССР №1248668, кл. В04С 5/181, 1986 г. Отбойник 12 позволяет регулировать поток сгущенной суспензии из пескового патрубка 4 путем перемещения по резьбе вдоль оси гидроциклона.
Предлагаемое устройство является промышленно применимым, т.к. содержит применяемый по патенту РФ №21360 гидроциклон, дополненный используемыми элементами, подобными используемым по патенту РФ №2111170 и а.с. СССР №1248668.
Предлагаемый гидроциклон по принципу действия, обеспечиваемому новой совокупностью существенных признаков, позволяет повысить эффективность флотации гидроциклона за счет более равномерной флотации и отвода очищаемой жидкости, а также предотвращения уноса в сливной патрубок мелких взвешенных частиц и обеспечения возможности регулирования расхода сгущенной суспензии через песковой патрубок.