RU189540U1

RU189540U1 - Hydrocyclone installation

Info

Publication number: RU189540U1
Application number: RU2019106200U
Authority: RU
Inventors: Михаил Андреевич Середкин; Александр Николаевич Анушенков
Priority date: 2019-03-04
Filing date: 2019-03-04
Publication date: 2019-05-28

Abstract

Заявляемая полезная модель предназначена для классификации и обогащения в водной среде тонкоизмельченных материалов по крупности, для сгущения продуктов обогащения и может быть использована в цветной, цементной и других отраслях промышленности. Технический результат в предлагаемой полезной модели заключается в предотвращении образования пробкового режима течения пульпы, снижении вязкости пульпы с большим содержанием твердых частиц (более 50%) не только за счет максимального количества растворенных в ее жидкой фазе молекул воздуха, но и преимущественно созданием повышенной концентрации механически смешанных с ней воздушных пузырьков. Достигается это тем, что гидроциклонная установка включает гидроциклон с входным патрубком, трубопровод подачи сжатого воздуха, напорный трубопровод подачи исходной пульпы и смеситель, который выполнен в виде последовательно соединенных трубопроводов с разными поперечными сечениями, при этом трубопровод исходной пульпы тангенциально присоединен к трубопроводу с большим поперечным сечением смесителя, который, в свою очередь, соединен с трубопроводом подачи сжатого воздуха с одной стороны, а с другой стороны соединен с трубопроводом меньшего поперечного сечения, соединенным с входным патрубком гидроциклона. 1 ил.The claimed utility model is intended for the classification and enrichment in the aquatic environment of finely ground materials by size, for thickening the enrichment products and can be used in color, cement and other industries. The technical result in the proposed utility model is to prevent the formation of a pulp flow regime of the pulp, reducing the viscosity of the pulp with a high content of solid particles (more than 50%) not only due to the maximum amount of air molecules dissolved in its liquid phase, but also mainly by creating an increased concentration of mechanically mixed with her air bubbles. This is achieved by the fact that a hydrocyclone unit includes a hydrocyclone with an inlet nozzle, a compressed air supply line, a discharge line supplying the original pulp and a mixer, which is made in the form of serially connected pipelines with different cross sections, while the source pulp pipeline is tangentially connected to a pipeline with a large cross section the cross section of the mixer, which, in turn, is connected to the compressed air supply pipe on the one hand, and on the other hand connected to the pipeline m A smaller cross section connected to the inlet of a hydrocyclone. 1 il.

Description

Заявляемая полезная модель предназначена для процессов разделения под действием центробежных сил гетерогенных систем. Применяется для классификации в водной среде тонкоизмельченных материалов по крупности, для сгущения продуктов обогащения и может быть использована в цветной, цементной и других отраслях промышленности.The claimed utility model is designed for separation processes under the action of centrifugal forces of heterogeneous systems. It is used for the classification in the aquatic environment of finely ground materials by size, for thickening the enrichment products and can be used in the colored, cement and other industries.

Известен стандартный гидроциклон, содержащий верхнюю цилиндрическую и нижнюю коническую часть, тангенциальный входной, сливной и песковый патрубкиKnown standard hydrocyclone containing the upper cylindrical and lower conical part, tangential inlet, drain and sand nozzles

(М.М. Башаров, О.А. Сергеева Устройство и расчет гидроциклонов: учебное пособие. Под ред. А.Г. Лаптева. - Казань: Вестфалика, 2012-92 с.)(MM Basharov, OA Sergeeva. Construction and calculation of hydrocyclones: study guide. Edited by AG Laptev. - Kazan: Westfalika, 2012-92 p.)

Недостаток известного гидроциклона заключается в том, что разделение в нем гетерогенных систем, в которых содержание твердого компонента превышает 50%, существенно снижается и, в конечном счете, становится невозможным вследствие резкого увеличения вязкости пульпы. Снижение вязкости пульпы увеличением ее влажности в ряде случаев недопустимо по технологии производства.A disadvantage of the known hydrocyclone is that the separation of heterogeneous systems in it, in which the content of the solid component exceeds 50%, is significantly reduced and, ultimately, becomes impossible due to a sharp increase in the viscosity of the pulp. Reducing the viscosity of the pulp by increasing its moisture in some cases is unacceptable by production technology.

При бурении скважин нашли промышленное применение аэрированные буровые растворы. Согласно материалам публикаций введение пузырьков воздуха в буровой раствор и их рассредоточение в нем вызывает в многофазной системе псевдоожижение твердой фазы. При этом твердая фаза бурового раствора и насыщающая ее выбуренная порода равномерно распределяются по объему, рассредоточиваясь между воздушными пузырьками. Такое разделение в дисперсии ее отдельных частиц и агрегатов воздушными пузырьками способствует снижению внутреннего трения в системе, снижая вязкость, повышая ее текучесть в динамических условиях и снижая гидравлическое сопротивление в трубах. (Псевдоожижение. Под редакцией проф. Н.М. Гальперина, М., Химия, 1974 г. ).When drilling wells, aerated drilling muds have found industrial application. According to the materials of publications, the introduction of air bubbles into the drilling fluid and their dispersal in it causes fluidization of the solid phase in a multiphase system. At the same time, the solid phase of the drilling fluid and the drill cuttings that saturate it are evenly distributed throughout the volume, spreading between air bubbles. Such a separation in the dispersion of its individual particles and aggregates by air bubbles helps to reduce internal friction in the system, reducing viscosity, increasing its fluidity under dynamic conditions, and reducing the hydraulic resistance in pipes. (Pseudo-liquefaction. Edited by prof. NM Galperin, M., Chemistry, 1974).

Наиболее близкой по технической сущности является гидроциклонная установка, для приготовления известняково-нефелиновой шихты по патенту №170230, в которой напорные трубопроводы подачи пульпы в циклоны снабжены инжекторами, соединенными с источником сжатого воздуха.The closest in technical essence is a hydrocyclone unit, for the preparation of limestone-nepheline charge according to patent No. 170230, in which the pressure pipelines for feeding pulp to cyclones are equipped with injectors connected to a source of compressed air.

Однако опытные испытания показывают, что такая аэрация потока пульпы, содержащей более 50% твердого, не дает того эффекта, который требуется для классификации пульпы в гидроциклоне.However, experimental tests show that such aeration of a pulp stream containing more than 50% solids does not give the effect required for the classification of pulp in a hydrocyclone.

Под влиянием градиента гидростатического давления в жидкой среде пузырьки воздуха преимущественно концентрируются в верхней части сечения горизонтальных участков трубопровода. При этом происходит их слияние в более крупные, схлопывание и периодическое образование воздушной пробки, которая перекрывает сечение трубы, наступает чисто пробковый режим движения воздушно-жидкостной смеси, приводящий к скачкам давления, оказывающих негативное влияние на процесс классификации пульпы в гидроциклоне.Under the influence of the hydrostatic pressure gradient in a liquid medium, air bubbles are mainly concentrated in the upper part of the cross section of horizontal pipeline sections. When this happens, they merge into larger ones, collapse and periodic formation of an airlock that overlaps the cross section of the pipe, a pure cork movement of the air-liquid mixture occurs, leading to pressure surges that have a negative impact on the classification process of the pulp in a hydrocyclone.

Образование воздушных пробок также не способствует равномерному рассредоточению мелких пузырьков воздуха в объеме пульпы.The formation of air plugs also does not contribute to the uniform dispersion of small air bubbles in the pulp volume.

Наличие пробок резко сокращает поверхность взаимодействия фаз и уменьшает возможности растворения воздуха на молекулярном уровне в жидкой фазе.The presence of plugs drastically reduces the surface interaction of the phases and reduces the possibility of air dissolving at the molecular level in the liquid phase.

В результате образования воздушных пробок, неэффективного рассредоточения мелких воздушных пузырьков воздуха в объеме пульпы и сокращения количества растворенного в жидкой фазе воздуха, не достигается тот эффект псевдоожижения и снижения вязкости пульпы, который требуется для полноценной классификации ее в гидроциклоне.As a result of the formation of air tubes, inefficient dispersal of small air bubbles in the pulp volume and a reduction in the amount of air dissolved in the liquid phase, the fluidization effect and decrease in the viscosity of the pulp, which is required to fully classify it in a hydrocyclone, is not achieved.

Основной задачей полезной модели является - снижение вязкости пульпы с большим содержанием твердых частиц (более 50%) и обеспечение полноценной классификации ее в гидроциклоне.The main task of the utility model is to reduce the viscosity of the pulp with a high content of solid particles (more than 50%) and ensure its full classification in the hydrocyclone.

Технический результат достигается тем, что в гидроциклонной установке, включающая гидроциклон с входным патрубком, трубопровод подачи сжатого воздуха, напорный трубопровод подачи исходной пульпы и смеситель, отличающаяся тем, что смеситель, выполнен в виде цилиндрических трубопроводов с переменным поперечным сечением, при этом трубопровод исходной пульпы тангенциально присоединен к боковой поверхности трубопровода с большим поперечным сечением, в одно из оснований которого введен трубопровод подачи сжатого воздуха, в другое его основание установлен трубопровод с меньшим поперечным сечением, соединенный с входным патрубком гидроциклона.The technical result is achieved by the fact that in a hydrocyclone installation, including a hydrocyclone with an inlet pipe, a compressed air supply line, a discharge line for supplying the original pulp and a mixer, characterized in that the mixer is made in the form of cylindrical pipelines with a variable cross section tangentially attached to the side surface of the pipeline with a large cross-section, in one of the bases of which a compressed air supply line is introduced, in another vanie installed conduit with smaller cross-section connected to the inlet of the hydrocyclone.

На фиг. показана схема заявляемой гидроциклонной установки. Установка имеет гидроциклон 1 с входным патрубком 2, трубопровод с большим поперечным сечением 3 и с меньшим поперечным сечением 4, трубопровод для подачи сжатого воздуха 5, трубопровод подачи исходной пульпы 6, при этом трубопровод исходной пульпы 6 тангенциально установлен в боковой поверхности трубопровода с большим поперечным сечением 3,FIG. The scheme of the inventive hydrocyclone installation is shown. The unit has a hydrocyclone 1 with an inlet pipe 2, a pipeline with a large cross section 3 and a smaller cross section 4, a pipeline for supplying compressed air 5, a pipeline supplying the original slurry 6, while the pipeline of the original slurry 6 is tangentially installed in the side surface of the pipeline with a large transverse section 3,

Установка работает следующим образом:The installation works as follows:

Смесь тонкоизмельченного материала с водой в виде пульпы с содержанием твердого более 50% по трубопроводу 6 нагнетают под давлением тангенциально в трубопровод 3. В центральную часть основания трубопровода 3 по трубопроводу 5 одновременно подают сжатый воздух. В результате тангенциального ввода пульпы воздушно-жидкостный поток в трубопроводе 3 наряду с поступательным приобретает вращательное движение.A mixture of finely ground material with water in the form of pulp with a solids content of more than 50% through pipeline 6 is injected under pressure tangentially into pipeline 3. Compressed air is simultaneously supplied to the central part of the base of pipeline 3 through pipeline 5. As a result of the tangential injection of pulp, the air-liquid flow in the pipeline 3, along with the translational, acquires a rotational motion.

Внутренняя область потока занимает меньшую часть сечения трубы и представляет собой цилиндрический вихревой канал 7 повышенной турбулентности. Воздушные пузыри из трубопровода 5 вместе с растворенными в пульпе газами увлекаются движущейся пульпой, происходит интенсивное дробление, дополнительное растворение воздуха в жидкой фазе пульпы, сравнительно равномерное рассредоточение пузырьков воздуха и преимущественное образование механической смеси воздуха с пульпой. Поэтому смесь приобретает пониженную вязкость.The internal flow area occupies a smaller part of the pipe section and is a cylindrical vortex channel 7 of increased turbulence. Air bubbles from pipeline 5 together with gases dissolved in the pulp are entrained by the moving pulp, intensive crushing occurs, additional air dissolution in the pulp liquid phase, relatively uniform dispersion of air bubbles and the predominant formation of a mechanical mixture of air with pulp. Therefore, the mixture acquires a lower viscosity.

Радиальная миграция пузырьков воздуха под действием градиента уменьшения давления в направлении центра вихревого канала 7 предотвращает образование пробок воздуха в верхней части сечения трубы. Это исключает образование пробкового режима течения пульпы и оказывает позитивное влияние на процесс последующей классификации ее в гидроциклоне.The radial migration of air bubbles under the action of a pressure decrease gradient towards the center of the vortex channel 7 prevents the formation of air plugs in the upper part of the pipe section. This eliminates the formation of a cork regime for the flow of pulp and has a positive effect on the process of its subsequent classification in a hydrocyclone.

В этой области наилучшим образом реализуются также основные условия дополнительного высокоэффективного растворения воздуха в жидкости - воздух вводится непосредственно в структуру аэрируемой области, молекулы фаз суспензии наиболее близко расположены друг к другу, и организован поток смеси с повышенной турбулентностью.In this area, the basic conditions for additional highly efficient dissolution of air in a liquid are best realized: air is introduced directly into the structure of the aerated area, the molecules of the suspension phases are most closely spaced to each other, and the flow of the mixture with increased turbulence is organized.

При входе в трубопровод 4 происходит сжатие струи, затем струя опять расширяется и при этом интенсивно перемешивается с пульпой в трубопроводе 4, окружающей струю. Из закона Бернулли следует, что при уменьшении поперечного сечения потока, из-за возрастания скорости, т.е. динамического давления, статическое давление падает. Когда в самом узком поперечном сечении трубопровода 3 вследствие больших местных скоростей давление снижается настолько, что становится меньше давления насыщения, т.е. давления, при котором начинается «кипение» жидкости, возникает кавитация, происходит бурное испарение жидкой фазы. При этом в начальной стадии паровыделения паровая фаза находится в виде мелких пузырьков, распределенных по объему движущейся жидкости, происходит увеличение объема потока преимущественно путем образования механической смеси воздуха с другими фазами пульпы, что приводит к уменьшению вязкости пульпы. А растворение воздуха в жидкой фазе пульпы на уменьшение ее вязкости оказывает незначительное влияние и имеет вспомогательный характер.At the entrance to the pipeline 4, the jet is compressed, then it expands again and at the same time intensively mixes with the slurry in the pipeline 4 surrounding the jet. It follows from Bernoulli’s law that when the flow cross section decreases, due to an increase in velocity, i.e. dynamic pressure, static pressure drops. When in the narrowest cross-section of the pipeline 3, due to high local velocities, the pressure decreases so much that it becomes less than the saturation pressure, i.e. pressure, at which the "boiling" of the liquid begins, cavitation occurs, rapid evaporation of the liquid phase occurs. At the same time, in the initial stage of vapor release, the vapor phase is in the form of small bubbles distributed over the volume of the moving fluid, an increase in the flow volume occurs predominantly by forming a mechanical mixture of air with other pulp phases, which leads to a decrease in the viscosity of the pulp. And the dissolution of air in the liquid phase of the pulp to reduce its viscosity has a slight effect and has an auxiliary character.

Так как узкий трубопровод 4 соединен с входным патрубком 2, то в гидроциклон 1 поступает преимущественно воздушно-жидкостная смесь пульпы вихревого канала с повышенной концентрацией механически смешанных с ней воздушных пузырьков и максимального количества растворенных в жидкой фазе молекул воздуха. Такая смесь обладает значительно меньшей плотностью и вязкостью, лучшей подвижностью и способностью к расслоению в сравнении с исходной пульпой.Since the narrow pipe 4 is connected to the inlet pipe 2, the air-liquid mixture of the pulp of the vortex channel with a high concentration of air bubbles mechanically mixed with it and the maximum amount of air molecules dissolved in the liquid phase enters the hydrocyclone 1. This mixture has a much lower density and viscosity, better mobility and the ability to stratify in comparison with the original pulp.

Таким образом, технический результат в предлагаемой полезной модели заключается в предотвращении образования пробкового режима течения пульпы, снижении вязкости пульпы с большим содержанием твердых частиц (более 50%) не только за счет максимального количества растворенных в ее жидкой фазе молекул воздуха, но и преимущественно созданием повышенной концентрации механически смешанных с ней воздушных пузырьков.Thus, the technical result in the proposed utility model is to prevent the formation of cork flow of the pulp, reducing the viscosity of the pulp with a high content of solid particles (more than 50%) not only due to the maximum number of air molecules dissolved in its liquid phase, but also mainly by creating increased concentrations of air bubbles mechanically mixed with it.

Достигается это тем, что гидроциклонная установка, включающая гидроциклон с входным патрубком, трубопровод подачи сжатого воздуха, напорный трубопровод подачи исходной пульпы и смеситель, который выполнен в виде последовательно соединенных трубопроводов с разными поперечными сечениями, при этом трубопровод исходной пульпы тангенциально присоединен к трубопроводу с большим поперечным сечением смесителя, который в свою очередь соединен с трубопроводом подачи сжатого воздуха с одной стороны, а с другой стороны соединен с трубопроводом меньшего поперечного сечения, соединенным с входным патрубком гидроциклона.This is achieved by the fact that a hydrocyclone unit including a hydrocyclone with an inlet nozzle, a compressed air supply line, a discharge line supplying the original pulp and a mixer that is made in the form of serially connected pipelines with different cross sections, while the original pulp pipeline is tangentially connected to the pipeline with a large the cross section of the mixer, which in turn is connected to the compressed air supply pipe on the one hand, and on the other hand connected to the pipeline smaller cross-section connected to the inlet pipe of a hydrocyclone.

Такое конструктивное исполнение установки обеспечивает формирование вращающегося потока исходной пульпы и структурирование его так, что внутренняя его область занимает меньшую часть сечения трубы и представляет собой цилиндрический вихревой канал повышенной турбулентности с воздушными пузырями воздуха, тесно соприкасающимися со струями пульпы. Воздушные пузыри вместе с растворенными в пульпе газами увлекаются движущейся пульпой, тесно контактируют с ней, происходит интенсивное дробление, дополнительное растворение воздуха в жидкой фазе пульпы, сравнительно равномерное рассредоточение пузырьков воздуха и преимущественное образование механической смеси воздуха с пульпой. Радиальная миграция пузырьков воздуха под влиянием уменьшения давления в направлении центра вихревого канала предотвращает образование пробок воздуха в верхней части сечения трубы.Such a design of the installation ensures the formation of a rotating flow of the original pulp and its structuring so that its internal area occupies a smaller part of the pipe section and is a cylindrical vortex channel of increased turbulence with air air bubbles closely adjoining the pulp jets. Air bubbles along with gases dissolved in the pulp are carried away by the moving pulp, closely contact with it, intensive crushing occurs, additional air dissolution in the liquid phase of the pulp, relatively uniform dispersion of air bubbles and the predominant formation of a mechanical mixture of air with pulp. Radial migration of air bubbles under the influence of pressure reduction in the direction of the center of the vortex channel prevents the formation of air plugs in the upper part of the pipe section.

Таким образом, максимальное насыщение пульпы воздухом и уменьшение ее вязкости достигается благодаря использованию кинетической энергии ее потока, рациональному сочетанию процессов подачи воздуха и пульпы, интенсивному дополнительному растворению воздуха под избыточным давлением в жидкой фазе, но главным образом преимущественному интенсивному образованию механической смеси воздуха с пульпой.. В результате такая смесь обладает значительно меньшей плотностью и вязкостью, лучшей подвижностью и способностью к расслоению в гидроциклоне в сравнении с исходной пульпой.Thus, the maximum saturation of the pulp with air and the reduction of its viscosity is achieved through the use of the kinetic energy of its flow, a rational combination of air supply and pulp, intensive additional dissolution of air under pressure in the liquid phase, but mainly the predominant intensive formation of a mechanical mixture of air with pulp. As a result, such a mixture has a much lower density and viscosity, better mobility and the ability to delaminate into a hydrocyclical. ie in comparison with the original pulp.

Claims

Hydrocyclone installation including a hydrocyclone with an inlet nozzle, a compressed air supply pipeline, a pressure feed line for supplying the original pulp and a mixer, characterized in that the mixer is made in the form of serially connected pipelines with different cross sections, while the pipeline of the original pulp is tangentially connected to a pipeline with a large cross section the cross section of the mixer, which in turn is connected to the pipeline for supplying compressed air on the one hand, and on the other hand connected to the pipeline smaller cross-section connected to the inlet pipe of a hydrocyclone.