RU2168373C1

RU2168373C1 - Binary hydrocyclone

Info

Publication number: RU2168373C1
Application number: RU2000116402A
Authority: RU
Inventors: В.О. Яблонский
Original assignee: Волгоградский государственный технический университет
Priority date: 2000-06-21
Filing date: 2000-06-21
Publication date: 2001-06-10

Abstract

FIELD: separation of liquid heterogeneous systems, separation of suspensions in particular; chemical, food-processing, medical and other industries. SUBSTANCE: binary hydrocyclone for separation of suspensions has two cylindroconical housings, inlet, drain and sand branch pipes, overflow chamber with branch pipe for discharge of clarified liquid, preliminary inertial separation chamber located symmetrically relative to axis of inlet branch pipe whose side walls are engageable with walls f inlet branch pipe and are provided with curvilinear profile with convexity directed towards axis of symmetry of chamber; they are mounted at spaced relation to flat wall located in inlet branch pipe perpendicularly relative to direction of motion of flow and engageable with cylindrical parts of surfaces of housing. EFFECT: intensification of settling of solid phase particles due to increase of centrifugal force acting on particles due to change in shape of radial profile of peripheral component of speed in housing of binary hydrocyclone and redistribution of solid phase particles in radial direction due to preliminary inertial separation in chamber before admitting flows into housings and due to reduced path and time of settling because of reduced thickness of film of suspension being separated, thus enhancing separating ability of binary hydrocyclone. 2 dwg

Description

Изобретение относится к области разделения жидких гетерогенных систем, в частности к гидроциклонам для разделения суспензий, и может быть использовано в химической, пищевой, медицинской и других отраслях промышленности. The invention relates to the field of separation of liquid heterogeneous systems, in particular to hydrocyclones for the separation of suspensions, and can be used in chemical, food, medical and other industries.

Известен гидроциклон с экраном, гасящим турбулентность (патент 5133861 США, МКП В 04 С 3/00. Опубл. 28.07.92), содержащий цилиндрическую камеру и конический участок. В цилиндрической камере закрученный поток обтекает цилиндрический экран, который гасит турбулентные пульсации в потоке, благодаря чему повышается степень разделения. Known hydrocyclone with a screen that extinguishes turbulence (US patent 5133861, MCP B 04 C 3/00. Publ. 28.07.92) containing a cylindrical chamber and a conical section. In a cylindrical chamber, a swirling flow flows around a cylindrical screen, which dampens turbulent pulsations in the flow, thereby increasing the degree of separation.

Однако разделительная способность такого гидроциклона невысока, так как при установке в камере цилиндрического экрана снижается скорость на поверхности пленки суспензии, что уменьшает центробежную силу, действующую на поток. However, the separation ability of such a hydrocyclone is low, since when a cylindrical screen is installed in the chamber, the velocity on the surface of the suspension film decreases, which reduces the centrifugal force acting on the flow.

Известен гидроциклон (а. с. 1150041 СССР, МКП В 04 С 5/08. Опубл. 15.04.85, Б. И. N 14), содержащий цилиндрический корпус с тангенциальным питающим патрубком и разгрузочное устройство, выполненное в виде концентрично установленных перегородок, образующих каналы для прохода продуктов классификации, на выходе из которых установлены регулирующие устройства, в котором с целью повышения эффективности разделения и классификации суспензий и эмульсий и снижения гидравлического сопротивления питающий патрубок выполнен равным по ширине радиусу корпуса и снабжен вертикальными направляющими перегородками, повторяющими форму патрубка и корпуса. Known hydrocyclone (and.with. 1150041 USSR, MKP B 04 C 5/08. Publ. 15.04.85, B. I. N 14), containing a cylindrical body with a tangential feed pipe and an unloading device made in the form of concentrically mounted partitions, forming channels for the passage of classification products, at the outlet of which control devices are installed, in which, in order to increase the efficiency of separation and classification of suspensions and emulsions and reduce hydraulic resistance, the supply pipe is made equal in width to the radius of the housing and is equipped with with vertical guiding partitions, repeating the shape of the pipe and housing.

В данной конструкции гидроциклона увеличение толщины пленки разделяемой суспензии, вызванное изменением конструкции и размеров входного патрубка, может существенно понизить его разделительную способность. In this design of the hydrocyclone, an increase in the film thickness of the shared suspension caused by a change in the design and size of the inlet pipe can significantly reduce its separation ability.

Известен также гидроциклон (а.с. 598651 СССР, МКП В 04 С 3/06. Опубл. 25.03.78, Б.И. N 11), включающий цилиндроконический корпус с тангенциальным входным патрубком исходной суспензии, патрубками отвода осветленной фракции и сгущенного осадка, отбойный элемент, установленный во входном патрубке гидроциклона, в котором с целью повышения надежности работы путем предварительного отделения крупных частиц и снижения гидравлического сопротивления на входе, отбойный элемент выполнен в виде шламоотделительной камеры с установленным внутри нее конусообразным обтекателем, направленным вершиной навстречу потоку. Also known is a hydrocyclone (AS 598651 USSR, MKP B 04 C 3/06. Publ. 25.03.78, B.I. N 11), which includes a cylindrical conical housing with a tangential inlet pipe for the initial suspension, pipes for removing the clarified fraction and condensed sediment , a baffle element installed in the inlet of a hydrocyclone, in which, in order to increase the reliability of operation by preliminary separation of large particles and reduce hydraulic resistance at the inlet, the baffle element is made in the form of a sludge separation chamber with cones installed inside it fairing directed apex facing upstream.

Разделительная способность такого гидроциклона не может быть высокой, так как в шламоотделительной камере с установленным внутри нее конусообразным обтекателем не происходит перераспределения частиц дисперсной фазы по радиусу гидроциклона. The separation ability of such a hydrocyclone cannot be high, since in the sludge separation chamber with a cone-shaped fairing installed inside it, redistribution of the particles of the dispersed phase along the radius of the hydrocyclone does not occur.

Известен гидроциклон (а. с. 331818 СССР, МКП В 03 B 3/44. Опубл. 14.03.72, Б. И. N 10), содержащий корпус с патрубком для подачи исходной суспензии и цилиндроконическую камеру с песковым патрубком и патрубком для слива осветленной фракции. Для повышения разделительной способности гидроциклон снабжен дополнительной цилиндрической камерой с конусообразным днищем, примыкающим к основной камере по образующей цилиндра, причем линия примыкания пересекает ось патрубка для исходной суспензии. Known hydrocyclone (a. S. 331818 USSR, MKP B 03 B 3/44. Publ. 14.03.72, B. I. N 10), comprising a housing with a pipe for supplying the initial suspension and a cylinder-conical chamber with a sand pipe and a pipe for draining clarified fraction. To increase the separation ability, the hydrocyclone is equipped with an additional cylindrical chamber with a cone-shaped bottom adjacent to the main chamber along the generatrix of the cylinder, and the contact line intersects the axis of the pipe for the initial suspension.

Основным недостатком гидроциклонов описанной конструкции является недостаточно высокая разделительная способность, обусловленная тем, что мелкодисперсная фракция уносится в слив. The main disadvantage of the hydrocyclones of the described construction is the insufficient separation capacity due to the fact that the finely dispersed fraction is carried off to the drain.

Известен бинарный гидроциклон (Батуров В.И., Лейбовский М.Г. Гидроциклоны. Конструкции и применение. Обзорная информация, серия ХМ-1, М., ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1973, с. 14), содержащий два сопряженных цилиндроконических корпуса, входной патрубок, расположенный в зоне сопряжения корпусов, рассекатель, установленный с противоположной входному патрубку стороны, сливные и песковые патрубки, сливную камеру с патрубком для отвода осветленной жидкости. Known binary hydrocyclone (Baturov V.I., Leibovsky MG. Hydrocyclones. Design and application. Overview, XM-1 series, M., TSINTIHIMNEFTEMASH, 1973, p. 14), containing two paired cylindrical-conical bodies, inlet pipe, located in the interface zone of the housings, a divider mounted on the opposite side of the inlet pipe, drain and sand pipes, a drain chamber with a pipe for draining clarified liquid.

Недостаток данного гидроциклона - недостаточно высокая разделительная способность, обусловленная тем, что мелкодисперсная фракция 10 мкм и ниже уносится в сливной поток. The disadvantage of this hydrocyclone is the insufficient separation capacity, due to the fact that a finely dispersed fraction of 10 μm and below is carried away into the drain stream.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является бинарный гидроциклон (а.с. 822909 СССР, МКП В 04 С 5/02. Опубл. 23.04.81, Б.И. N 15), содержащий два сопряженных цилиндроконических корпуса, входной патрубок, расположенный в зоне сопряжения корпусов, рассекатель, установленный с противоположной входному патрубку стороны, сливные и песковые патрубки, сливную камеру с патрубком для отвода осветленной жидкости, в котором с целью повышения эффективности разделения за счет более полного выделения мелкодисперсной твердой фазы, входной патрубок снабжен концентрично установленной внутри него трубкой и винтообразной вставкой, примыкающей к внутренней поверхности входного патрубка, при этом винтообразная вставка размещена перед трубкой, а трубка жестко связана с рассекателем. The closest to the proposed technical essence and the achieved result is a binary hydrocyclone (AS 822909 USSR, MKP V 04 C 5/02. Publ. 23.04.81, B.I. N 15), containing two paired cylindrical-conical bodies, input a nozzle located in the interface zone of the housings, a divider mounted on the opposite side of the inlet nozzle, drain and sand nozzles, a drain chamber with a nozzle for draining clarified liquid, in which, in order to increase the separation efficiency due to more complete separation of finely divided Verdi phase inlet is provided with a concentrically installed inside the tube and the helical insert abutting the inner surface of the inlet pipe, wherein the helical insert is placed in front of the tube, and the tube is rigidly connected to the divider.

Недостаток известного бинарного гидроциклона - недостаточно высокая разделительная способность, ввиду того, что при прохождении разделяемой суспензии через винтообразную вставку и трубку, установленные во входном патрубке, наиболее крупные частицы твердой фазы перемещаются по направлению к оси корпуса бинарного гидроциклона, что увеличивает их время осаждения и снижает разделительную способность аппарата. Кроме того, за счет закрутки потока во входном патрубке винтообразной вставкой и действия, вследствие этого, центробежных сил, направленных к осям корпусов бинарного гидроциклона на потоки в местах их ввода в корпуса, приводит к возрастанию толщины пленки разделяемой суспензии и соответствующему увеличению пути и времени осаждения частиц твердой фазы на стенки аппарата, что снижает его разделительную способность. A disadvantage of the known binary hydrocyclone is the lack of separation ability, due to the fact that when the shared suspension passes through a screw-shaped insert and a tube installed in the inlet pipe, the largest particles of the solid phase move towards the axis of the binary hydrocyclone body, which increases their deposition time and reduces separation ability of the apparatus. In addition, due to the swirling of the flow in the inlet pipe with a screw-shaped insert and the action of the centrifugal forces directed to the axes of the binary hydrocyclone bodies on the flows at the points of their entry into the bodies, this leads to an increase in the film thickness of the separated suspension and a corresponding increase in the deposition path and time particles of the solid phase on the walls of the apparatus, which reduces its separation ability.

Задачей изобретения является создание конструкции бинарного гидроциклона для разделения суспензий, обеспечивающего высокую разделительную способность. The objective of the invention is to create a binary hydrocyclone design for the separation of suspensions, providing high separation capacity.

Техническим результатом, который может быть получен при осуществлении изобретения, является интенсификация осаждения частиц твердой фазы за счет увеличения центробежной силы, действующей на частицы вследствие изменения формы радиального профиля окружной составляющей скорости в корпусах бинарного гидроциклона и перераспределения частиц твердой фазы в радиальном направлении вследствие предварительной инерционной сепарации в камере перед вводом потоков в корпуса, а также за счет уменьшения пути и времени осаждения частиц вследствие уменьшения толщины пленки разделяемой суспензии, что приводит к повышению разделительной способности бинарного гидроциклона. The technical result that can be obtained by carrying out the invention is to intensify the deposition of particles of the solid phase by increasing the centrifugal force acting on the particles due to a change in the shape of the radial profile of the peripheral velocity component in the bodies of the binary hydrocyclone and redistribution of particles of the solid phase in the radial direction due to preliminary inertial separation in the chamber before introducing flows into the housing, as well as by reducing the path and time of particle deposition due to reducing the film thickness of the shared suspension, which leads to an increase in the separation ability of the binary hydrocyclone.

Указанный технический результат достигается тем, что бинарный гидроциклон для разделения суспензий, содержащий два цилиндроконических корпуса, входной, сливные и песковые патрубки, сливную камеру с патрубком для отвода осветленной жидкости, снабжен камерой предварительной инерционной сепарации, расположенной симметрично относительно оси входного патрубка, боковые стенки которой, сопряженные со стенками входного патрубка, имеют криволинейный профиль с выпуклостью по направлению к оси симметрии камеры и установлены с зазорами по отношению к плоской стенке, расположенной перпендикулярно направлению движения потока во входном патрубке и сопряженной с цилиндрическими частями поверхностей корпусов. The specified technical result is achieved in that the binary hydrocyclone for separating suspensions, containing two cylinder-conical bodies, inlet, drain and sand nozzles, a drain chamber with a nozzle for draining clarified liquid, is equipped with a preliminary inertial separation chamber located symmetrically with respect to the axis of the inlet nozzle, the side walls of which mated to the walls of the inlet pipe have a curved profile with a bulge towards the axis of symmetry of the chamber and are installed with gaps relative to sheniyu to the flat wall, positioned perpendicular to the direction of flow in the inlet nozzle and the associated cylindrical surfaces of the housing parts.

Предложено выполнить в бинарном гидроциклоне камеру предварительной инерционной сепарации, в результате чего происходит интенсификация осаждения частиц твердой фазы за счет увеличения центробежной силы, действующей на частицы вследствие изменения формы радиального профиля окружной составляющей скорости в корпусах бинарного гидроциклона под действием избыточного давления, создаваемого при натекании потока суспензии на плоскую стенку в камере предварительной инерционной сепарации и перераспределения частиц твердой фазы по толщине пленки вследствие предварительной инерционной сепарации при натекании струи на плоскую стенку камеры, а также за счет уменьшения пути и времени осаждения частиц вследствие уменьшения толщины пленки разделяемой суспензии. Выполнение боковых стенок камеры предварительной инерционной сепарации криволинейного профиля с выпуклостью по направлению к оси симметрии камеры обеспечивает практически полное гашение турбулентных пульсаций потоков, возникших при натекании струи суспензии на плоскую стенку, что также приводит к повышению разделительной способности бинарного гидроциклона вследствие снижения турбулентного перемешивания. Симметричное расположение камеры предварительной инерционной сепарации относительно оси входного патрубка обеспечивает равномерное распределение потока по корпусам бинарного гидроциклона. It is proposed to perform a preliminary inertial separation chamber in a binary hydrocyclone, as a result of which the deposition of particles of the solid phase is intensified due to an increase in the centrifugal force acting on the particles due to a change in the shape of the radial profile of the peripheral velocity component in the bodies of the binary hydrocyclone under the influence of excess pressure created by the flow of the suspension on a flat wall in the chamber of preliminary inertial separation and redistribution of solid phase particles by thickness e films due to preliminary inertial separation when the jet flows onto a flat chamber wall, and also due to a decrease in the path and time of particle deposition due to a decrease in the film thickness of the suspension being separated. Performing the side walls of the preliminary inertial separation chamber of the curvilinear profile with a bulge towards the axis of symmetry of the chamber ensures almost complete damping of the turbulent pulsations of the flows that occurred when the slurry stream flows onto a flat wall, which also leads to an increase in the separation ability of the binary hydrocyclone due to a decrease in turbulent mixing. The symmetric location of the preliminary inertial separation chamber relative to the axis of the inlet nozzle ensures uniform flow distribution over the bodies of the binary hydrocyclone.

На фиг.1 изображен бинарный гидроциклон предлагаемой конструкции, общий вид; на фиг. 2 - разрез по А-А. Figure 1 shows a binary hydrocyclone of the proposed design, a General view; in FIG. 2 - section along aa.

Бинарный гидроциклон содержит два цилиндроконических корпуса 1 и 2, сливные патрубки 3 и 4, сливную камеру 5 с патрубком для отвода осветленной суспензии 6. Корпуса снабжены песковыми патрубками 7 и 8 для отвода сгущенного продукта. Бинарный гидроциклон снабжен камерой предварительной инерционной сепарации 9, расположенной симметрично относительно оси входного патрубка 10, боковые стенки 11 и 12 которой сопряжены с боковыми стенками входного патрубка 10 и установлены по отношению к плоской стенке 13 с зазорами 14 и 15 для ввода суспензии в корпуса. Плоская стенка 13 расположена перпендикулярно направлению движения потока во входном патрубке 10 и сопряжена с цилиндрическими частями поверхностей корпусов 1 и 2. Камера 9 содержит также крышку 16 и днище 17. The binary hydrocyclone contains two cylinder-conical bodies 1 and 2, drain pipes 3 and 4, a drain chamber 5 with a pipe for removing the clarified suspension 6. The bodies are equipped with sand pipes 7 and 8 for removing the condensed product. The binary hydrocyclone is equipped with a preliminary inertial separation chamber 9 located symmetrically relative to the axis of the inlet pipe 10, the side walls 11 and 12 of which are associated with the side walls of the inlet pipe 10 and are installed with respect to the flat wall 13 with gaps 14 and 15 for introducing the suspension into the bodies. The flat wall 13 is perpendicular to the direction of flow in the inlet pipe 10 and is associated with the cylindrical parts of the surfaces of the housings 1 and 2. The chamber 9 also includes a cover 16 and a bottom 17.

Бинарный гидроциклон работает следующим образом. Разделяемая суспензия подается по входному патрубку 10 в камеру предварительной инерционной сепарации 9, где происходит натекание струи разделяемой суспензии на плоскую стенку 13 и симметричное растекание в направлениях корпусов 1 и 2. Криволинейные боковые стенки 11 и 12 служат направляющими для потока растекающейся по плоской стенке 13 суспензии. Их форма должна обеспечивать снижение гидравлического сопротивления камеры предварительной инерционной сепарации 9 вследствие уменьшения завихрений потока, а также практически полное гашение турбулентных пульсаций потоков, возникших при натекании струи суспензии на плоскую стенку 13 и равномерное распределение суспензии по корпусам через зазоры 14 и 15. Binary hydrocyclone works as follows. The separated suspension is fed through the inlet pipe 10 to the preliminary inertial separation chamber 9, where the jet of the divided suspension flows onto the flat wall 13 and flows symmetrically in the directions of the housings 1 and 2. Curved side walls 11 and 12 serve as guides for the flow of the suspension spreading along the flat wall 13 . Their shape should provide a decrease in the hydraulic resistance of the preliminary inertial separation chamber 9 due to a decrease in the flow turbulence, as well as almost complete damping of the turbulent pulsations of the flows that occurred when the slurry flowed onto the flat wall 13 and the suspension was evenly distributed across the bodies through the gaps 14 and 15.

При натекании струи разделяемой суспензии на плоскую стенку 13 происходит изменение направления движения потока и перераспределение частиц твердой фазы по толщине пленки под действием инерционных сил, в результате чего осуществляется предварительная инерционная сепарация. Вследствие этого, концентрация частиц твердой фазы в потоке суспензии при вводе в корпуса бинарного гидроциклона будет возрастать по направлению от свободной поверхности потока к стенке корпуса. В результате натекания струи суспензии на стенку 13 в камере предварительной инерционной сепарации, создается избыточное давление, резко возрастающее по направлению к поверхности стенки 13, поэтому при входе разделяемой суспензии в корпуса гидроциклона 1 и 2 через зазоры 14 и 15 скорость жидкости возрастает в областях потока, прилежащих к стенкам корпусов 1 и 2, по сравнению с традиционными способами ввода потока в корпус гидроциклона и несколько снижается в областях вблизи свободной поверхности вследствие соблюдения условия постоянства расхода суспензии. Такое изменение радиального профиля окружной составляющей скорости при вводе суспензии в корпуса бинарного гидроциклона приводит к возрастанию окружной составляющей скорости основной массы частиц твердой фазы суспензии, перемещенных в результате предварительной инерционной сепарации по направлению к стенкам корпусов бинарного гидроциклона, что вызывает возрастание действующей на них центробежной силы и скорости их осаждения и соответствующее возрастание разделительной способности бинарного гидроциклона. When the jet of the separable suspension flows onto the flat wall 13, the direction of the flow and the redistribution of the particles of the solid phase over the thickness of the film under the influence of inertial forces occur, as a result of which preliminary inertial separation occurs. As a result, the concentration of particles of the solid phase in the stream of the suspension when introduced into the housing of a binary hydrocyclone will increase in the direction from the free surface of the stream to the wall of the housing. As a result of the flow of the suspension stream of the suspension onto the wall 13 in the preliminary inertial separation chamber, an excess pressure is created that increases sharply towards the surface of the wall 13, therefore, when the shared suspension enters the hydrocyclone bodies 1 and 2 through the gaps 14 and 15, the fluid velocity increases in the flow regions, in comparison with traditional methods of introducing the flow into the body of the hydrocyclone adjacent to the walls of bodies 1 and 2 and decreases somewhat in areas near the free surface due to the condition of constant races the course of the suspension. Such a change in the radial profile of the peripheral velocity component when the suspension is introduced into the bodies of the binary hydrocyclone leads to an increase in the peripheral component of the velocity of the bulk of the particles of the solid phase of the suspension, displaced as a result of preliminary inertial separation towards the walls of the bodies of the binary hydrocyclone, which causes an increase in the centrifugal force acting on them and their deposition rates and a corresponding increase in the separation ability of a binary hydrocyclone.

Возникающее в камере предварительной инерционной сепарации 9 вследствие натекания струи разделяемой суспензии на стенку 13 избыточное давление приводит к возрастанию средней скорости течения при растекании струи по стенке 13 в противоположные стороны, что, вследствие соблюдения условия постоянства расхода суспензии, вызывает уменьшение толщины пленки суспензии, текущей по стенкам корпусов бинарного гидроциклона, и, вследствие уменьшения пути и времени осаждения частиц твердой фазы на стенки аппарата, вызывает соответствующее повышение его разделительной способности. The overpressure arising in the preliminary inertial separation chamber 9 due to leakage of the jet of the suspension being separated onto the wall 13 leads to an increase in the average flow velocity when the jet spreads along the wall 13 in opposite directions, which, due to the condition of constant flow rate of the suspension, causes a decrease in the thickness of the suspension film flowing over the walls of the bodies of the binary hydrocyclone, and, due to the reduction of the path and time of deposition of solid particles on the walls of the apparatus, causes a corresponding increase e its separation capacity.

Кроме того, осуществление предварительной инерционной сепарации в камере 9 также приводит к возрастанию разделительной способности бинарного гидроциклона. In addition, the implementation of the preliminary inertial separation in the chamber 9 also leads to an increase in the separation ability of the binary hydrocyclone.

Таким образом, в результате того, что бинарный гидроциклон снабжен камерой предварительной инерционной сепарации, существенно интенсифицируется процесс осаждения частиц твердой фазы на стенки гидроциклона, уменьшается толщина пленки разделяемой в гидроциклоне суспензии, что приводит к уменьшению пути и времени осаждения частиц, и в сочетании с эффектом предварительной инерционной сепарации обеспечивает значительное повышение разделительной способности бинарного гидроциклона предлагаемой конструкции. Thus, as a result of the fact that the binary hydrocyclone is equipped with a preliminary inertial separation chamber, the process of deposition of particles of the solid phase on the walls of the hydrocyclone is significantly intensified, the film thickness of the suspension separated in the hydrocyclone decreases, which reduces the particle deposition path and time, and in combination with the effect preliminary inertial separation provides a significant increase in the separation ability of the binary hydrocyclone of the proposed design.

Claims

A binary hydrocyclone for separating suspensions, containing two cylinder-conical bodies, inlet, drain and sand nozzles, a drain chamber with a nozzle for draining clarified liquid, characterized in that it is equipped with a preliminary inertial separation chamber located symmetrically with respect to the axis of the inlet nozzle, the side walls of which are conjugated with the walls of the inlet pipe, have a curved profile with a bulge towards the axis of symmetry of the chamber, and are installed with gaps with respect to the flat wall, Proposition perpendicular to the direction of flow in the inlet nozzle and the associated cylindrical surfaces of the housing parts.