Гидродинамика цилиндрического гидроциклона с удлиненным верхним сливным патрубком

УДК 621.928.37

С. И. Валеев, В. А. Булкин

ГИДРОДИНАМИКА ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО ГИДРОЦИКЛОНА С УДЛИНЕННЫМ ВЕРХНИМ СЛИВНЫМ ПАТРУБКОМ

Ключевыеслова: скорость, гидроциклон, разделение, эмульсия.

Данная работа содержит результаты экспериментального анализа значения скоростей и давлений в гидроциклоне цилиндрической формы с удлинённым верхним сливным патрубком, предназначенном для разделения эмульсий, содержащих малое количество лёгких примесей.

Keywords: velocity, hydrocyclone, separation, emulsion.

This work contains the experimental analysis results of a values velocity and pressure in the cylindrical hydrocyclone with elongated an upper spout designed for the separation of emulsions, containing small quantity of light impurities.

Малая разница плотностей разделяемых компонентов служит основной причиной усложнения разделения несмешивающихся жидкостей, увеличивая время контакта фаз. Также, при разделении несмешивающихся жидкостей в гидроциклоне, направление движения дисперсной фазы может быть осуществлено как от центра к периферии, так и обратно, что накладывает дополнительные требования к конструктивному оформлению гидроциклона.

Так в гидроциклонах с верхним сливным патрубком стандартной длины наблюдается попадание в верхний слив не подвергшейся разделению жидкости, что пагубно сказывается на эффективности разделения. Чтобы устранить данный негативный эффект необходимо верхний сливной патрубок делать удлиненным, опуская его на 3/4-4/5 высоты гидроциклона. Дальнейшее увеличение длины верхнего сливного патрубка нецелесообразно ввиду разрушения стабильности гидродинамики вращающегося потока.

Необходимо также отметить, что все раннее проводимые исследования были выполнены на гидроциклонах, верхний сливной патрубок которых имеет большее сечение, нежели сечение нижнего патрубка. Исследований гидроциклонов с небольшим значением расхода жидкости по верхнему сливному патрубку практически нет.

К сточным водам промышленных объектов, которых можно приравнять по свойствам к несмешивающимся жидкостям с малым содержанием лёгких примесей, с целью их разделения возможно применить гидроциклоны. В этом случае жидкость необходимо отводить при помощи нижнего сливного патрубка. Для этого и были проведены экспериментальные исследования гидродинамики цилиндрического противоточного гидроциклона с удлиненным верхним сливным патрубком.

Выбор метода измерения полей скоростей и давлений, схема экспериментальной установки были описаны ранее [4].

Экспериментальный гидроциклон имел следующие геометрические размеры: длина гидроциклона-350 мм, диаметр верхнего сливного патрубка-4 мм, два диаметрально противоположно расположенных нижних сливныхпатрубка

диаметром-11 мм, глубина погружения верхнего сливного патрубка-300 мм.

Полученные профили статического давления и тангенциальной составляющей скорости (рис. 1,2) принципиально не отличаются от профилей данных величин в цилиндрическом гидроциклоне с верхним сливным патрубком стандартной длины [2, 3]. Статическое давление возрастает от оси к стенке гидроциклона, остается постоянным по высоте циклона, но в отличии от профиля в стандартном гидроциклоне имеет форму вогнутой кривой, а не выпуклой.

0.50 Wr.

К ГС/СМ

О 40 О 30 О 20

Р„ = ГМ

__,

л

li U LJ о о Z " ^ л л л л л z=15 ооооо z = 25 Омм Омм

;

'О 15 г.ин 25

Рис. 1 - Профили статического давления

Рис. 2 - Профили тангенциальной составляющей скорости

Тангенциальная скорость увеличивается от оси к стенке гидроциклона, а во входном участке гидроциклона происходит падение скорости, и в

дальнейшем наблюдается незначительное падение тангенциальной скорости в пристенной зоне гидроциклона. Анализ полученных результатов распределения тангенциальной составляющей скорости в цилиндрическом гидроциклоне с удлиненным верхним сливным патрубком, показывает что в отличии от гидроциклона со стандартным патрубком профиль данной скорости в средней по радиусу зоне имеет более близкий профиль к квазитвердому вращению [6], а следовательно поток будет более устойчивым при разделении жидких частиц, что положительно сказывается на эффективности разделения.

Литература

1. Терновский И.Г., Кутепов А.М. Гидроциклонирование. М.: Наука, 1994.

2. Валеев С.И., Булкин В.А. Исследование гидродинамики цилиндрического гидроциклона для очистки сточных вод с малым содержанием легких примесей // В сборнике: Перспективы развития науки и образования

Сборник научных трудов по материалам Международной научно-практической конференции в 13 томах. Тамбов. Часть 3. 2015.С.24-28.

3. Валеев С.И., Верин Д.Ю., Булкин В.А. Экспериментальное определение гидродинамики цилиндрического гидроциклона для разделения эмульсий // В сборнике: Будущее науки-2014 Сборник научных статей 2-й Международной молодежной научной конференции, в 3-х томах. Курск, 2014. Т.1, с. 52-56.

4. Валеев С.И., Верин Д.Ю., Булкин В.А. Выбор метода измерения для исследования полей скоростей и давлений гидроциклона // Вестник Казанского технологического университета. 2013. Т.16, № 15, с.292-294.

5. Лесин А.В., Валеев С.И., Булкин В.А. Перспективы развития разделения суспензий и эмульсий в гидроциклонах // Вестник Казанского технологического университета. 2015 Т.18, № 10, с.55-57.

6. Валеев С.И. Очистка сточных вод в гидроциклонах систем оборотного водоснабжения : дисс.к.т.н. / С.И. Валеев.-КГТУ. Казань. 2000. С. 106-108.

© С. И. Валеев, канд. техн. наук, доц. каф. машин и аппаратов химических производств КНИТУ, vsi73@mail.ru; В. А. Булкин, д-р техн. наук, проф. той же кафедры, bulkin_v_a@mail.ru.

© S. 1 Valeev, ph.D., Associate Professor of the department chemical productions machines and apparatuses of mechanical faculty of Kazan National Research Technological University, vsi73@mail.ru; V. А. Bulkin, doctor of Technical Sciences, Professor of the department chemical productions machines and apparatuses of mechanical faculty of Kazan National Research Technological University, bulkin_v_a@mail.ru.