ГИДРОЦИКЛОН

Предлагаемое техническое решение относится к устройствам для разделения неоднородных жидкостных систем под действием центробежных сил и может быть использовано в системах водоподготовки, процессах гидромелиорации, химической, нефтехимической, металлургической и других отраслях промышленности.
Известен гидроциклон, содержащий цилиндроконический корпус, включающий питающий патрубок для тангенциального ввода неоднородной жидкостной системы, песковый и сливной патрубки для отвода продуктов разделения, при этом сливной патрубок в нижней части снабжен фильтрующим элементом различной пористости. Наружная поверхность фильтрующего элемента снабжена сплошной ворсистой цилиндрической поверхностью образованной игольчатыми элементами. Сверху в цилиндрическую часть корпуса установлена втулка с симметричными сквозными соплами, расположенными под острыми углами наклона между собой их осей. Между втулкой и цилиндрической частью корпуса образована напорная камера в виде кольцевой полости (патент на п.м. №64102 РФ, МПК В04С 5/12, опубл. 27.06.2007).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточно высокая эффективность разделения неоднородных жидкостных систем от тонкодисперсных примесей из-за забивания фильтрующего элемента высоковязкими частицами, и невозможность удаления токсичных примесей из-за отсутствия в конструкции аппарата элементов сорбционной очистки.
Известен гидроциклон, содержащий цилиндроконический корпус, включающий питающий патрубок для тангенциального ввода неоднородной жидкостной системы, песковый и сливной патрубки для отвода продуктов разделения, фильтрующий элемент, выполненный в виде полупроницаемой мембраны и закрепленный в цилиндрической части корпуса, и сборник шлама. Коническая часть корпуса снабжена отбойным устройством, жестко закрепленным на подвижном штоке, и направляющим элементом (патент на п. м. №40015 РФ, МПК В04С 5/22, опубл. 27.08.2004).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточно высокая эффективность разделения неоднородных жидкостных систем от тонкодисперсных примесей из-за забивания и повреждения микропор мембраны крупнодисперсными частицами, и невозможность удаления токсичных примесей из-за отсутствия в конструкции аппарата элементов сорбционной очистки.
Известен гидроциклон, содержащий цилиндроконический корпус, включающий питающий патрубок для тангенциального ввода неоднородной жидкостной системы, песковый и сливной патрубки для отвода продуктов разделения, при этом сливной патрубок в нижней части снабжен фильтрующим элементом различной пористости. Наружная поверхность фильтрующего элемента снабжена сплошной ворсистой цилиндрической поверхностью образованной игольчатыми элементами (патент №2180272 РФ, МПК В04С 5/12, В04С 9/00, опубл. 10.03.2002).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточно высокая эффективность разделения неоднородных жидкостных систем от тонкодисперсных примесей из-за закупоривания пор фильтрующего элемента высоковязкими частицами, и невозможность удаления токсичных примесей из-за отсутствия в конструкции аппарата элементов сорбционной очистки.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявляемому устройству и принятому за прототип, является гидроциклон, содержащий цилиндроконический корпус, включающий питающий патрубок для тангенциального ввода неоднородной жидкостной системы, песковый и сливной патрубки для отвода продуктов разделения, при этом сливной патрубок в нижней части снабжен фильтрующим элементом, а в верхней части - насыпным фильтром с сорбционной загрузкой. Фильтрующий элемент содержит внутренний и наружный слои сетчатого опорного каркаса, между которыми размещена, по меньшей мере, одна фильтровальная перегородка (патент на п. м. №158008, МПК В04С 5/12, опубл.20.12.2015)
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточно высокая эффективность разделения неоднородных жидкостных систем от тонкодисперсных и токсичных примесей из-за короткого фильтрационного пути в насыпном фильтре и отсутствия возможности использования сорбционной загрузки из нескольких сорбентов и/или разного фракционного состава при условии сохранения их слоев.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является увеличение фильтрационного пути в насыпном фильтре и функциональная возможность использования сорбционной загрузки из нескольких сорбентов и/или разного фракционного состава.
Результатом предлагаемого технического решения является повышение эффективности разделения неоднородных жидкостных систем от тонкодисперсных и токсичных примесей.
Поставленный технический результат достигается тем, что гидроциклон, содержащий цилиндроконический корпус, включающий питающий патрубок для тангенциального ввода неоднородной жидкостной системы, песковый и сливной патрубки для отвода продуктов разделения, при этом сливной патрубок в нижней части снабжен фильтрующим элементом, а в верхней части - насыпным фильтром с сорбционной загрузкой, согласно полезной модели насыпной фильтр содержит две цилиндрические перегородки расположенные коаксиально, и соосно с насыпным фильтром, образующие блоки для сорбционной загрузки, выполненные с образованием последовательного перетока жидкостной системы из блока в блок.
Оснащение насыпного фильтра цилиндрическими перегородками, расположенными коаксиально, и соосно с насыпным фильтром, образующими блоки для сорбционной загрузки, способствует повышению эффективности разделения неоднородных жидкостных систем за счет функциональной возможности использования сорбционной загрузки из нескольких сорбентов и/или разного фракционного состава. Причем конструкция насыпного фильтра, оснащенного цилиндрическими перегородками, исключает смешивание сорбентов и/или их фракций.
В зависимости от вида и концентраций токсичных примесей (тяжелых металлов, радионуклидов, органических и прочих веществ) в предлагаемом техническом решение возможны, например, варианты сорбционной загрузки:
1) сорбент с одинаковым фракционным составом;
2) сорбент с различным фракционным составом;
3) разные сорбенты с одинаковым фракционным составом;
4) разные сорбенты с различным фракционным составом.
Выбор сорбентов определяется их селективностью, способностью к регенерации, физико-механическими и фильтрационными свойствами, а также обменной емкостью.
При использовании сорбентов с разным фракционным составом загрузка в блоки производится в последовательности от большего диаметра частиц к меньшему диаметру, что предусмотрено конструкцией насыпного фильтра. Этим достигается более эффективное использование сорбента: первый блок выполняет очистку от тонкодисперсных примесей, не уловленных фильтрующим элементом, а последующие блоки удаляют токсичные примеси различного состава и концентраций за счет более развитой удельной поверхности.
Выполнение блоков с образованием последовательного перетока жидкостной системы из блока в блок способствует повышению эффективности разделения неоднородных жидкостных систем за счет увеличения фильтрационного пути в насыпном фильтре.
Количество цилиндрических перегородок определяется такими показателями, как гидравлическое сопротивление, длина фильтрационного пути и режим движения разделяемой неоднородной жидкостной системы.
Из опыта эксплуатации аппаратов для разделения неоднородных жидкостных систем, работающих под высоким давлением, установлено, что при установке двух цилиндрических перегородок в насыпном фильтре достигается оптимальная длина фильтрационного пути, при этом гидравлическое сопротивление возрастает незначительно, а надежность работы аппарата сохраняется.
Гидроциклон поясняется чертежами: фиг. 1 - общий вид гидроциклона; фиг. 2 - общий вид насыпного фильтра; фиг.3 - схема движения жидкостной системы в насыпном фильтре.
Гидроциклон содержит цилиндроконический корпус 1, который включает питающий патрубок 2 для тангенциального ввода неоднородной жидкостной системы, песковый 3 и сливной 4 патрубки для отвода продуктов разделения, фильтрующий элемент 5, насыпной фильтр с сорбционной загрузкой 6, цилиндрические перегородки 7 и 8, блоки 9, 10 и 11, образованные цилиндрическими перегородками 7 и 8.
Гидроциклон работает следующим образом: неоднородная жидкостная система под избыточным давлением поступает в цилиндроконический корпус 1 через тангенциально расположенный питающий патрубок 2. Поток закручивается и по нисходящей внешней траектории движется к вершине конической части корпуса, при этом возникают центробежные силы, значительно превышающие силу тяжести. Здесь тяжелая фаза отводится через песковый патрубок 3, а поток изменяет направление своего движения в противоположную сторону, т.е. начинает двигаться по закрученной восходящей внутренней траектории.
Во время работы гидроциклона через песковый патрубок 3 подсасывается воздух, который вместе с газом, выделившимся из жидкостной системы, образуют вдоль оси аппарата воздушный столб (зону разряжения), который ограничивает восходящий поток с внутренней стороны.
Восходящий поток, в котором сконцентрированы тонкодисперсные и токсичные примеси, достигнув фильтрующего элемента 5, смонтированного в нижней части сливного патрубка 4, проходит через его боковые поверхности, при этом происходит очищение от тонкодисперсных примесей.
Затем поток поступает в цилиндрические блоки 9, 10 и 11 насыпного фильтра 6, смонтированного в верхней части сливного патрубка 4, где при последовательном движении потока из блока в блок происходит очищение от токсичных примесей. Поток сначала движется по восходящей траектории в блоке 9, переливаясь через верхнюю кромку цилиндрической перегородки 7, поток далее попадает в цилиндрический блок 10, где движется уже по нисходящей траектории. Достигнув нижней кромки цилиндрической перегородки 8, поток снова приобретает восходящую траекторию движения. Здесь осветленная фаза отводится из сливного патрубка 4.
Таким образом, повышение эффективности разделения неоднородных жидкостных систем от тонкодисперсных и токсичных примесей достигается за счет снабжения насыпного фильтра двумя цилиндрическими перегородками расположенных коаксиально, и соосно с насыпным фильтром, образующих блоки для сорбционной загрузки, выполненных с образованием последовательного перетока жидкостной системы из блока в блок.
Данное техническое решение позволяет увеличить фильтрационный путь в насыпном фильтре и делает возможным использование сорбционной загрузки из нескольких сорбентов и/или разного фракционного состава в зависимости от вида и концентраций токсичных примесей (тяжелых металлов, радионуклидов, органических и прочих веществ).