Анализ особенностей центробежного разделения суспензий в цилиндроконическом гидроциклоне

Размещено на http://www.allbest.ru/

Анализ особенностей центробежного разделения суспензий в цилиндроконическом гидроциклоне

Токмаков Евгений Александрович

Ульяновский государственный аграрный университет имени П.А. Столыпина

магистрант 2 курса инженерного факультета

Аннотация

В данной статье проанализированы особенности движения потоков обрабатываемой суспензии в цилиндроконическом гидроциклоне.

Ключевые слова: воздушный столб, дисперсная среда, дисперсная фаза, осветлённая жидкость, разделительное оборудование, суспензия, центробежная сила инерции, цилиндроконический гидроциклон

В первом случаи - под действием сил давления или центробежных сил, жидкость проходит сквозь пористую перегородку, которая способна задержать взвешенные частицы. Если же рассматривать второй случай, то в нём участвуют центробежные силы инерции или силы тяжести. При помощи данных сил, которые действуют на твердые частицы, возможен процесс отделения дисперсной фазы от дисперсионной среды. Данные процессы получили названия отстойное центрифугирование и гравитационное отстаивание, соответственно. Использование одного из методов обусловлено физико-механическими свойствами обрабатываемых суспензий, требуемых показателей разделения и ряда других факторов.

Для достижения величины фактора разделения, составляющей около сотни или даже тысяч единиц, используют силы центробежного поля, что позволяет увеличить эффективность процессов разделения суспензий. В производстве данный способ реализуется при разделительных процессах суспензий в центробежных сепараторах, центрифугах и разнотипных гидроциклонах. Величина фактора разделения в гидроциклонах колеблется обычно в пределах от 500 до 2000 [1].

Гидроциклоны имеют недостатки, в виде, невозможности выделения твердых частиц мельче 5 мкм, а так же получения абсолютно чистого, осветленного продукта. Но на фоне преимуществ, вышесказанные недостатки становятся несущественными и компенсируются использованием гидроциклонов в сочетании с другими типами разделительного оборудования. [2, 3].

Цилиндроконический гидроциклон представляет собой весьма простой по устройству аппарат, который состоит из двух основных частей: цилиндрической 1 с крышкой 2 и конической 3. В цилиндрической части имеется входной патрубок 4, по которому исходная суспензия подается тангенциально в гидроциклон. Для вывода осветленной жидкости служит сливной патрубок 5. В вершине конуса гидроциклона расположена насадка 6 для вывода сгущенного продукта. Исходная суспензия обычно подается в аппарат под избыточным давлением, которое создается питающим насосом (рисунок 1). суспензия гидроциклон центрифугирование отстаивание

Рисунок 1. Цилиндроконический гидроциклон: 1 - цилиндрический корпус; 2 - крышка; 3 - коническая часть аппарата; 4 - питающий патрубок; 5 - трубка для вывода осветленного продукта; 6 - насадка для выгрузки сгущенного продукта

Сущность метода, при котором происходит процесс разделения частиц твердой фазы различной крупности и удельного веса, заключается в различном движении этих частиц под действием центробежной силы инерции.

В процессе работы гидроциклона, внутри него образуются так называемые частицы промежуточной крупности, они не выводятся из аппарата и непрерывно циркулируют в зоне между разгрузочными отверстиями. Размер таких частиц принято называть граничной крупностью разделения [4]. Скопление данных мелких частиц в верхней части конуса мешает перемещению частиц большего размера к разгрузочной насадке, тем самым оказывает негативное влияние на процесс разделения. Частицы, которые не могут преодолеть силу сопротивления, перемещаются к оси аппарата и попадая во внутренний восходящий поток, разгружаются через сливную трубку.

На рисунке 2 показана схема движения двух основных потоков.

Рисунок 2. Схема движения двух основных потоков: 1 - внешняя зона; 2 - внутренняя зона; 3 - зона разряжения

Во время перемещения внешнего потока к вершине конуса, происходит выделение части жидкости, которая перемещается в радиальном направлении и вливается во внутренний восходящий поток.

Во время работы происходит подсасывание воздуха, через разгрузочные отверстия. Данный воздух перемешивается с газом который выделился из жидкости, образуя при этом зону разряжения, проходящую вдоль оси.

Восходящий поток, в котором происходит концентрация легких и мелких частиц обрабатываемой суспензии, ограничен с внутренней стороны зоной разряжения. Исходя из этого нужно отметить, что немаловажное значение на работу гидроциклона оказывает форма и размеры воздушного столба, а так же диаметры питающего и разгрузочных отверстий. Из литературных источников известно, что при увеличении угла конусности, возрастает диаметр воздушного столба. Но, решающее влияние на размер воздушного столба оказывает диаметр сливного патрубка. [5].

Проанализировав всё вышесказанное, нужно отметить что в аппаратах гидроциклонного типа кроме внутреннего и внешнего потоков, образуется третий в виде воздушного столба. Но это весьма грубое представление о перемещении жидкости внутри аппарата. В действительности гидродинамическая обстановка в аппарате значительно сложнее, так как наряду с круговыми потоками возникают радиальные, циркуляционные и вертикальные потоки и вихри, совокупность которых существенно осложняет приведенную выше схему движения среды в аппарате. Процесс разделения твердых частиц в цилиндрическом гидроциклоне происходит главным образом во внешнем потоке [4]. Исходя из этого наибольший интерес, при исследовании движения суспензии, представляет зона внешнего потока.

Библиографический список

1. Поваров А.И. Гидроциклоны. М.: Госгортехиздат. 1961. 266 с.

2. Мустафаев А.М., Гутман Б.М. Теория и расчет гидроциклона. Баку: Маариф, 1969. 172 с.

3. Варнаков В.В., Кундротас К.Р., Варнаков Д.В. Математическая модель процесса разделения эмульсии «дизельное топливо-вода» в цилиндроконических гидроциклонах // Международный научный журнал. ООО “Спектр”, Москва. 2013 г. 99-102 с.

4. Акопов М.Г. Основы обогащения углей в гидроциклонах. М.: Недра, 1967. 178 с.

5. Шестов Р.Н. Гидроциклоны: Л.: Машиностроение, 1964. 80 с.

Размещено на Allbest.ru