Гідроциклон

Полезная модель относится к устройствам для разделения суспензий и может быть использовано в химической, нефтеперерабатывающей, горнорудной и других отраслях промышленности. Широкое распространение для разделения суспензий в поле центробежных сил получили гидроциклоны, содержащие обычно цилиндроконический корпус, смонтированный тангенциально к цилиндрической части корпуса входной патрубок и установленный в вершине конической части корпуса песковый патрубок [Плановский А.Н., Рамм В.М., Каган С.З. Процессы и аппараты химической технологии· Учебник для техникумов. - М.: Химия, 1968. - С. 99, рис. 4-8]. Данная конструкция отличается простотой и надежностью работы, однако обеспечивает получение лишь двух фракций выделяемой из суспензии твердой фазы и практически не позволяет регулировать их крупность. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является гидроциклон, содержащий цилиндроконический корпус, смонтированный тангенциально к цилиндрической части корпуса входной патрубок, установленный в вершине конической части корпуса песковый патрубок, крышку с центральным и дополнительным сливными патрубками, а также расположенный под крышкой поворотный диск с отверстиями различных диаметров, совмещаемыми с входным отверстием дополнительного сливного патрубка, при этом оси указанных отверстий поворотного диска расположены на равном расстоянии от оси корпуса [1]. Использование гидроциклона описанной конструкции позволяет получать твердую фазу промежуточной фракции, т.е. увеличить количество отбираемых фракций до трех. Однако, расположение центров отверстий поворотного диска на фиксированном расстоянии от оси корпуса практически не позволяет регулировать величину твердой фракции, отбираемой через дополнительный сливной патрубок. При этом изменение гранулометрического состава твердой фазы в исходной суспензии приводит не только к изменению толщины слоя, образованного частицами определенного размера, но и к его положению. Так, увеличение концентрации частиц данного размера в исходной суспензии приводит к увеличению скорости осаждения данных частиц в аппарате и соответственно смещению образованного этими частицами слоя к стенке корпуса, поэтому отбор дополнительной фракции просто через увеличенное отверстие в поворотном диске может привести к потере части продукта и снижению коэффициента полезного действия (КПД) дополнительного сливного патрубка (т.е. привести к отбору указанной части промежуточной фракции в конце концов не через дополнительный сливной, а через песковый патрубок). В основу полезной модели поставлена задача усовершенствования гидроциклона, содержащего цилиндроконический корпус, входной и песковый патрубки, а также крышку с центральным и дополнительным сливными патрубками, путем выполнения входного отверстия дополнительного сливного патрубка регулируемой формы и положения, что позволяет регулировать размер частиц отбираемой промежуточной фракции твердой фазы, т.е. расширяет технологические возможности аппарата. Предпочтительный вариант исполнения полезной модели, в котором отверстие в поворотном диске выполнено в виде выпуклой криволинейной щели (например, в виде кольцевого сектора, расположенного с эксцентриситетом по отношению к поворотному диску, или в виде спирали) обеспечивает практически стабильную прямоугольную форму входа дополнительного сливного патрубка вне зависимости от его положения относительно оси корпуса аппарата, что повышает надежность отбора промежуточной фракции. Снабжение же дополнительного сливного патрубка вблизи крышки задвижкой, установленной с возможностью перемещения вдоль его входного отверстия, обеспечивает регулирование ширины отбираемого жидкостного кольца, содержащего промежуточную фракцию твердой фазы, что позволяет гарантированно отбирать указанную фракцию независимо от ее концентрации в исходной суспензии. При работе гидроциклона частицы твердой фазы располагаются в аппарате в зависимости от их массы, а значит и цетробежной силы, возникающей при движении находящейся в аппарате разделяемой суспензии: при данной плотности твердой фазы размер частиц увеличивается от оси корпуса гидроциклона вплоть до стенок последнего. При этом регулированием положения входа дополнительного сливного патрубка и его проходным сечением можно бесступенчато регулировать размер твердых частиц фракции, промежуточной между фракциями, удаляемыми через центральный сливной и песковый патрубки. Сущность полезной модели поясняется чертежами, на которых изображено: на фиг. 1 - гидроциклон, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1, вариант; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 1, вариант по п.2 формулы; на фиг. 4 - разрез А-А на фиг. 1, вариант по п.3 формулы; на фиг. 5 - разрез А-А на фиг. 1, вариант по п.5 формулы. Гидроциклон содержит цилиндроконический корпус 1, входной патрубок 2, смонтированный тангенциально к цилиндрической части 3 корпуса, песковый патрубок 4, установленный в вершине конической части 5 корпуса и крышку 6 с центральным 7 и дополнительным 8 сливными патрубками (фиг. 1). Под крышкой 6 смонтирован поворотный диск 9 с отверстием 10, совмещаемым с входным отверстием 11 дополнительного сливного патрубка 8, выполненным в виде щели, совпадающей с радиальным направлением крышки 6. Отверстие же 10 в поворотном диске 9 выполнено в виде щели, не совпадающей с радиальным направлением крышки, при этом один конец каждой из щелей (отверстий 10 и 11) расположен у центрального сливного патрубка 7, а второй - у края поворотного диска 9 (фиг. 2-4). В предпочтительном варианте исполнения аппарата отверстие 10 в поворотном диске 9 выполнено в виде выпуклой криволинейной щели: например, в виде кольцевого сектора, расположенного с эксцентриситетом е по отношению к поворотному диску (фиг. 3) или в виде спирали (фиг. 4). Дополнительный сливной патрубок 8 вблизи крышки 6 может быть снабжен заслонкой 12, установленной с возможностью перемещения вдоль его входного отверстия 11 (фиг. 5). Гидроциклон работает следующим образом. При подаче во входной патрубок 2 разделяемой суспензии на жидкость и находящуюся в ней твердую фазу начинают действовать центробежные силы. Твердые частицы располагаются в аппарате в зависимости от их массы: при данной плотности твердой фазы размер частиц увеличивается от оси корпуса гидроциклона вплоть до стенок последнего. Наиболее крупные частицы (песок) удаляются через песковый патрубок 4, а наименьшие (шлам) - через центральный сливной патрубок 7. Промежуточный класс твердых частиц удаляется через дополнительный сливной патрубок 8. При этом регулированием положения входа дополнительного сливного патрубка (путем поворота диска 9 и относительно крышки 6) и его проходного сечения (путем перемещения задвижки 12) можно бесступенчато регулировать размер твердых частиц фракции, промежуточной между песком и шламом. При необходимости входное отверстие 11 дополнительного сливного патрубка 8 может быть перекрыто заслонкой 12. В этом случае аппарат работает как обычный гидроциклон, обеспечивающий выход двух фракций твердой фазы - шлама и песка. Поворот диска 9 может быть обеспечен электродвигателем 13, а перемещение заслонки 12 механическим, электромеханическим, пневматическим или гидравлическим приводом (не показан). Использование данного технического решения позволяет регулировать размер частиц отбираемой промежуточной фракции твердой фазы вне зависимости от ее концентрации в исходной суспензии, т.е. расширяет технологические возможности аппарата.