ГИДРОЦИКЛОН

Предлагаемое техническое решение относится к комбинированным устройствам для разделения неоднородных жидких сред. Устройство может быть использовано в сельскохозяйственной мелиорации, в частности в системах, микроорошения и дождевания, а также в других областях промышленности и народного хозяйства при водоочистке или водоподготовке.
Известен гидроциклон, содержащий корпус, включающий сопряженные цилиндрическую и коническую обечайки, тангенциальный ввод для подачи исходного продукта, коаксиально расположенные сливные патрубки с образованием между ними кольцевого зазора соответственно для вывода осветленного и промежуточного продуктов, камеры для сбора осветленного и промежуточного продуктов и песковый патрубок для вывода тяжелого продукта (Шестов Р.Н. Гидроциклоны. Л.: Машиностроение, 1967. 78 с. Стр. 17, рис. 10).
Недостатком известного технического решения является отсутствие в гидроциклоне фильтрующего элемента, вследствие чего не решена задача удаления из поливной воды (осветленного продукта) тонкодисперсных примесей.
Известен гидроциклон, содержащий корпус, включающий сопряженные цилиндрическую и коническую обечайки, тангенциальный ввод для подачи исходного продукта, сливной патрубок для вывода осветленного продукта, песковый патрубок для вывода тяжелого продукта, фильтрующий элемент и шламовый сборник, причем коническая обечайка снабжена отбойным устройством, жестко закрепленным на подвижном штоке, и направляющим элементом, а фильтрующий элемент выполнен в виде полупроницаемой мембраны, закрепленной в цилиндрической обечайке (пат. на п.м. №40015, МПК В04С 5/22, опубл. 27.08.2004.).
Известен гидроциклон, содержащий корпус, включающий сопряженные цилиндрическую и коническую обечайки, тангенциальный ввод для подачи исходного продукта, сливной патрубок для вывода осветленного продукта, снабженный фильтрующим элементом различной пористости и насыпным сорбционным фильтром с цеолитовой загрузкой, а также песковый патрубок для вывода тяжелого продукта (Пат. на п.м. №158008, МПК В04С 5/12, 9/00, опубл. 20.12.2015.)
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявляемому устройству и принятому за прототип является гидроциклон, содержащий корпус, включающий сопряженные цилиндрическую и коническую обечайки, тангенциальный ввод для подачи исходного продукта, сливной патрубок для вывода осветленного продукта, снабженный фильтрующим элементом различной пористости, наружная поверхность которого снабжена сплошной ворсистой цилиндрической поверхностью, образованной игольчатыми элементами, и песковый патрубок для вывода тяжелого продукта (Пат. РФ №2180272, В04С 5/12, 9/00, опубл. 10.03.2002.)
Недостатком всех приведенных технических решений является невозможность удаления из поливной воды всплывающих примесей, т.е. с плотностью меньшей плотности осветленного продукта и фракцией больше размера ячейки фильтрующего элемента.
Зачастую вода поверхностных водоисточников, используемая для орошения, загрязнена нефтепродуктами и органическими соединениями, плотность которых меньше плотности воды, т.е. всплывающими примесями. Источники нефтяного загрязнения разнообразны: промышленные стоки, аварии судов, прорывы нефти на буровых установках и др.
Нефтепродукты и органические соединения оказывают негативное воздействие на почву, вызывая существенные изменения в ее морфологических свойствах, снижая биологическую продуктивность и фитомассу растительного покрова. Нефть и нефтепродукты, попавшие на поверхность почвы, закупоривают капилляры почвы, нарушая ее аэрацию и водопроницаемость, и как следствие, все окислительно-восстановительные реакции. С технологической, экологической и экономической точек зрения оптимальным способом извлечения из воды диспергированных и растворенных органических и токсичных примесей, является адсорбционное фильтрование.
Адсорбционная очистка от жидких углеводородов осуществляется на поверхности синтетических и природных материалов, которые связывают нефтепродукты и органические соединения, находящиеся в воде.
Основные категории сорбентов представлены в таблице.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение эффективности очистки поливной воды от всплывающих примесей без снижения производительности аппарата по осветленному продукту.
Решить поставленную задачу и устранить указанный недостаток позволяет предлагаемая полезная модель - гидроциклон, содержащий корпус, включающий сопряженные цилиндрическую и коническую обечайки, тангенциальный ввод для подачи исходного продукта, сливной патрубок для вывода осветленного продукта, снабженный фильтрующим элементом с фильтрующей боковой поверхностью, и песковый патрубок для вывода тяжелого продукта, который снабжен цилиндрическим сорбционным фильтром, нижний край которого находится на уровне верхнего края тангенциального ввода, установленным коаксиально со сливным патрубком на диске, образующим в цилиндрической обечайке дополнительную верхнюю камеру для сбора осветленного продукта с дополнительным сливным патрубком для его вывода.
Предлагаемая конструкция гидроциклона с цилиндрическим сорбционным фильтром, нижний край которого находится на уровне верхнего края тангенциального ввода, установленным коаксиально со сливным патрубком на диске, образующим дополнительную верхнюю камеру, позволяет удалять из осветленного в нижней камере продукта всплывающие примеси, в том числе токсичные, собирать этот продукт в дополнительной верхней камере и выводить потребителю через дополнительный сливной партубок.
На фиг. 1 изображен общий вид гидроциклона.
Гидроциклон содержит корпус, включающий сопряженные цилиндрическую 1 и коническую 2 обечайки, тангенциальный ввод 3 для подачи исходного продукта, сливной патрубок 4 для вывода осветленного продукта, снабженный фильтрующим элементом 5 с фильтрующей боковой поверхностью, и песковый патрубок 6 для вывода тяжелого продукта, цилиндрический сорбционный фильтр 7, нижний край которого находится на уровне верхнего края тангенциального ввода, размещенный на диске 8, образующим сверху в цилиндрической обечайке дополнительную камеру 9 для сбора осветленного продукта, снабженную дополнительным сливным патрубком 10 для его вывода.
Предлагаемая конструкция гидроциклона работаеи следующим образом:
Поступающие в гидроциклон с поливной водой всплывающие примеси (нефтепродукты и органические соединения) под действием центробежной силы движутся от периферии (стенки корпуса) к сливному патрубку 4. Часть исходного продукта, содержащая всплывающие примеси, проходит через сорбционный фильтр 7. При этом всплывающие примеси адсорбируются, а часть осветленной воды поступает в дополнительную камеру для сбора осветленного продукта, откуда отводится через дополнительный сливной патрубок потребителю.
Другая часть исходного продукта, содержащая тонкодисперсные примеси с плотностью большей плотности воды и фракцией больше размера ячейки фильтрующего элемента, проходит через сливной патрубок 4, снабженный фильтрующим элементом 5 с фильтрующей боковой поверхностью, на которой происходит осаждение этих примесей. Тяжелый продукт (грубодисперсные примеси), характеризуемый плотностью большей плотности воды, удаляется через песковый патрубок 6.
Поведение частиц различной плотности в центробежном поле гидроциклона обусловлено тем, что частицы с плотностью большей плотности воды концентрируются у стенки корпуса аппарата, с плотностью меньшей плотности воды - ближе к оси аппарата. Поскольку сливной патрубок 4 для вывода осветленного продукта снабжен фильтрующим элементом 5 с фильтрующей боковой поверхностью, то частицы всплывающих примесей фракцией больше размера ячейки фильтрующего элемента, двигаясь в центробежном потоке от стенки корпуса к оси аппарата, будут концентрироваться у фильтрующей боковой поверхности сливного патрубка 4. Под действием центробежной силы примеси с плотностью меньшей плотности осветленного продукта и фракцией больше размера ячейки фильтрующего элемента будут всплывать, а далее направляться в сорбционный фильтр 7.
Гидроциклон работает следующим образом. Исходный продукт - не осветленная поливная вода, поступает по тангенциальному вводу 3 в цилиндрическую обечайку 1 корпуса гидроциклона. Поток воды в гидроциклоне закручивается, при этом тяжелый продукт (грубодисперсные примеси) с плотностью большей плотности воды, ударяясь о стенки корпуса, по конической обечайке 2 опускается вниз и выводится через песковый патрубок 6 для вывода тяжелого продукта. Тонкодисперсные примеси плотностью большей плотности воды и фракцией больше размера ячейки фильтрующего элемента, содержащиеся в потоке воды, осаждаются на фильтрующей боковой поверхности фильтрующего элемента 5, и часть осветленной воды выводится по сливному патрубку 4.
Всплывающие примеси плотностью меньшей плотности осветленного продукта и фракцией больше размера ячейки фильтрующего элемента, содержащиеся в потоке воды, двигаясь в центробежном поле, направляются от периферии (стенки корпуса) к боковой фильтрующей поверхности фильтрующего элемента 5, смонтированного на сливном патрубке 4. Эта часть водного потока, проходя через сорбционный фильтр 7, очищается от всплывающих примесей, проходит в дополнительную камеру 9 для сбора осветленного продукта и выводятся через дополнительный сливной патрубок 10 вывода осветленного продукта.
Таким образом, используя предложенную конструкцию гидроциклона, достигается эффективная очистка поливной воды от грубодисперсных, тонкодисперсных и всплывающих примесей при минимальных ее потерях со шламами без снижения производительности аппарата по осветленному продукту.