white line white line
Заявки на оборудование просьба присылать в технический отдел на e-mail info@ence.ch, тел. +7 (495) 225 57 86
white line

Гидроциклоны

Швейцарская производственно-инжиниринговая компания ENCE GmbH (ЭНЦЕ ГмбХ) образовалась в 1999году, имеет 16 представительств и офисов в странах СНГ, предлагает оборудование и комплектующие с производственных площадок в CША, Канады и Японии, готова разработать и поставить по Вашему индивидуальному техническому заданию различные гидроциклоны.

Общее описание. Принцип действия

Центробежная сила используется в центрифугах и гидроциклонах с целью разделения суспензий и эмульсий на отдельные составляющие. В центрифуге центробежная сила возникает в результате вращения ее корпуса. У гидроциклона происходит вращение содержимого в неподвижном корпусе. Конструктивно гидроциклон значительно проще центрифуги, так как в нем отсутствуют подвижные элементы, но по качественным характеристикам разделения суспензии на легкую (фугат) и тяжелую (осадок) фазы он уступает центрифугам.

Принцип действия гидроциклона основывается на высокой скорости суспензии, подаваемой в аппарат тангенциально. В результате вращательного движения по спирали внутри корпуса за счет закручивания потока возникает поле центробежных сил и происходит разделение суспензии на легкие и тяжелые компоненты, выводимые из гидроциклона раздельно через разные выходы. Эффективность работы аппарата оценивается величиной коэффициента материального баланса. При высокой плотности (тягучести) исходной суспензии применение гидроциклонов нецелесообразно, поскольку происходит быстрая закупорка отводящих штуцеров.

Конструкции и виды гидроциклонов

Для очистки сточных вод чаще все используются напольные гидроциклоны (однокорпусные, батарейные, многоярусные).

Напорный гидроциклон. Чертеж и описание

Напорный гидроциклон

Основными частями напольного гидроциклона являются коническая и цилиндрическая части. Сточная вода попадает в гидроциклон через тангенциальный патрубок, который находится в цилиндрической части гидроциклона. Насадок находится в конце конической части. Именно через него осуществляется вывод осадка, который выделяется из сточной воды. Через сливной патрубок выводится осветленная вода. Патрубок располагается на оси циклона в верхней его части. По тангенциально расположенному вводу в цилиндрическую часть гидроциклона поступает рабочий поток. Далее он двигается по винтовой спирали и направляется в коническую часть. Там поток на уровне 0,7D (где D является диаметром цилиндрической части) переворачивается к центральной оси, а после этого начинает двигаться по цилиндрической спирали вверх, направляясь к сливной насадке, с помощью которой он удаляется из аппарата.

Благодаря воздействию центробежных сил происходит отделение примесей даже при небольших габаритах аппарата.

Многоярусный гидроциклон с напорными патрубками

Многоярусный гидроциклон с напорными патрубками

Помимо этого, применяются также гидроциклоны с периферийным отбором осветленной.

Многоярусный гидроциклон с периферийным отбором очищенной воды

Многоярусный гидроциклон с периферийным отбором очищенной воды

В первом из вышеперечисленных гидроциклонов впуск сточной воды происходит тангенциально через общие для всех ярусов щели, расположенные через 120°. Вода распределяется на высоте в аванкамерах, снабженных распределительными лопатками. При этом рабочий поток продвигается сходящейся спиралью в ярусе, а после этого выходит в центральную часть. Осадок, который сползает в ярусе через шламовыводящую щель, направляется в коническую часть аппарата, после чего удаляется благодаря воздействию гидростатического напора. Гидроциклоны также могут снабжаться устройством для удаления всплывающих примесей. Скорость восходящего потока в аванкамере принимают равной 0,5 м/с.

Для того чтобы определить удельную гидравлическую нагрузку используется формула:

q = 3,6·k·(D2-(d+2·b)2)/D2·u0·N·η

где k – поправочный коэффициент, принимаемый равным 1;
d – диаметр центрального отверстия в диафрагме, м;
b – ширина шламовыводящей щели, м;
N – количество ярусов;
η – коэффициент, который равен 0,75, если нагрузка q находится в пределах от 2 до 2,5 м3/(м2·ч);
D – диаметр цилиндрической части гидроциклона, м.

Параметры многоярусных гидроциклонов с наклонным патрубком:

  • диаметр гидроциклона D находится в пределах от 2 до 6 метров,
  • высота яруса hяр от 100 до 250 мм,
  • число ярусов может составлять от 4 до 20,
  • диаметр отверстия в диафрагме (d) находится в пределах от 0,6 до 1,4 м,
  • ширина шламовыводящей щели b=100-150мм,
  • число впусков n1=3.

Многоярусные гидроциклоны применяются в процессе интенсификации процесса очистки. В таких гидроциклонах рабочий объем разделяется на отдельные ярусы, разделенными коническими диафрагмами. Из-за этого они имеют небольшую высоту слоя отстаивания. А благодаря вращательным движениям удается более полно использовать объем яруса. Также же это способствует агломерации взвешенных частиц. При этом каждый ярус работает автономно. В практических целях применяются гидроциклоны, оснащенные наклонными патрубками, которые используются для отвода воды после очистки.

Выбор и расчет гидроциклонов

Для того чтобы рассчитать производительность гидроциклона (л/мин), используется формула:

Q = k·dпит·dсл·√(g·∆P)

Где dпит и dсл – диаметры питающего и сливного патрубков (в мм),
k – коэффициент, который равен 5,
g – ускорение свободного падения, измеряемое в (м/с2),
ΔP – перепад давления, который существует в гидроциклоне, (Па).

Для вычисления размера частиц, которые улавливаются гидроциклоном, используется зависимость:

dт = 1,65·dвх·√μс / (υф·l·(ρтж))

Где dвх – диаметр входного патрубка, м,
l – высота сепарационной зоны, равная расстоянию между нижним загрузочным патрубком и осью питающего патрубка, м,
μс – является динамической вязкостью исходной суспензии, Па·с,
ρт и ρж – плотности дисперсионной и дисперсной сред соответственно, кг/м3.

Для определения величины тангенциальной скорости движения суспензии в гидроциклоне υф используется формула:

υф = 31,5·υвх·(dвх/D)·(L/D)-0,32

где υвх - скоростью движения суспензии во входном патрубке в момент ее входа в гидроциклон,
D и L являются диаметром и длинной цилиндрической части гидроциклона, м.

Использование гидроциклонов для разделения нестойких эмульсий и суспензий

Разделение нестойких эмульсии и суспензий с использованием центробежной силы может происходить не только в центрифугах, но и в неподвижно сосуде путем их подачи с сообщением вращательного движения. Для этих целей используется гидроциклон. Данный аппарат состоит из корпуса, который имеет цилиндроконическую форму и снабжен вверху тангенциально расположенным штуцером для ввода суспензий или нестойких эмульсий, нижним штуцером для вывода осадка, а также верхним патрубком, который необходимым для вывода фугата.

Среди достоинств данного типа аппаратов следует выделить простату устройства и обслуживания, небольшую стоимость и компактность. Основным недостатком гидроциклонов является невысокая степень разделения.

Использование гидроциклонов для разделения нестойких эмульсий и суспензий

Разделяемая суспензия с большой скоростью входит в гидроциклон и приобретает вращательное движение. По мере перемещения суспензии вниз крупные частицы концентрируются около поверхности конуса. При этом в центральной части корпуса возникает встречный восходящий поток, который содержит неотделенные мелкие твердые частицы. Потоки фугата и сгущенного осадка, выходящие из гидроциклона, имеют соотношение, зависящее от сечения штуцера для их вывода.

Если обозначить объемные расходы суспензий, осадкой и фугата через Vс, Vо и Vф, а концентрации твердой фазы в этих потоках аст, аот и афт, то уравнение материального баланса по твердой фазе будет выглядеть так: аст Vс = аот Vо + афт Vф. Следовательно, аот = аст(Vс /Vо) – афт (Vф /Vо). Опытным путем были установлены максимальные значения аот и афт примерно одинаковы и не превышают 0,4-0,5.

В том случае, если максимальная концентрация повышена, то нарушается нормальная работа гидроциклона из-за закупорки выходных штуцеров. Достижение максимальной концентрации происходит при увеличении аст или падании степени разделения. Именно из-за этого не рекомендуется использовать гидроциклоны для разделения высококонцентрированных суспензий, что связано со снижением эффективности.

Чтобы определить производительность гидроциклона, используется уравнение расхода при истечении жидкости из затопленного отверстия:

Vc = μp·(π·d2)/4·√∆p/(g·ρc)

где μр=dl2/(D2-dl2) - коэффициент расхода;
d- диаметр входного штуцера, м; D – диаметр гидроциклона, м;
d1 – диаметр выходного штуцера фильтрата, м;
Δр – gерепад давления в циклоне, Па;
рс - плотность суспензии кг/м3;
g – ускорение свободного падения, м/с2.

Гидроциклоны используются и разделения нестойких эмульсии, в которых одна из жидкостей находится в дисперсном виде (капли). В этом случае процесс сильно усложняется тем, что капли внутри гидроциклона меняют размер и форму, а также коалесцируют.


Примеры расчетов и подбора гидроциклонов

Задача №1

Условие:

Дан гидроциклон со следующими характеристиками. Диаметр питательного патрубка dпит = 0,1 м, диаметр сливного патрубка dсл = 0,03 м. В гидроциклоне создается перепад давления равный ∆P = 0,15 МПа. С его помощью требуется очищать от взвешенных частиц жидкость с расходом 20 л/мин. Требуется установить, пригоден ли данный гидроциклон для поставленной задачи.

Решение:

Определим максимальную производительность гидроциклона по следующей формуле (поправочный коэффициент k принять равным 5):

Q = k·dпит·dсл·√(g·∆P) = 5·0,1·0,03·√(9,81·150000) = 18,2 л/мин

Полученное значение максимального расхода оказалось меньше требуемого:

18,2<20 л/мин

из чего можно сделать вывод, что приведенный в условии задачи гидроциклон не применим в поставленных условиях.

Ответ: не пригоден

Задача №2

Условие:

После изменений, внесенных в технологическую схему производства, изменился состав сточных вод, подаваемых на очистку в установленный гидроциклон. Основной задачей гидроциклона является отделение не менее 60% всех твердых частиц из очищаемой воды, для нового состава суспензии это эквивалентно улавливанию частиц с диаметром не менее 1·10-6 м. Цилиндрическая часть гидроциклона имеет диаметр D = 0,5 м, длину L = 1,2 м и высоту сепарационной зоны l = 1,8 м. Диаметр входного патрубка составляет dвх = 0,08 м. Вода подается с расходом Q = 100 м3/ч. Плотности жидкой и твердой фазы равны соответственно ρж = 1000 кг/м3 и ρт = 1900 кг/м3. Вязкость очищаемой суспензии равна μ = 0,0012 Па·с. Определить, необходима ли замена гидроциклона.

Решение:

Предварительно определим скорость суспензии на входе в гидроциклон:

vвх = (Q·4)/(π·[ввх]2) = (100·4)/(3600·3,14·[0,08]2) = 5,5 м/с

Далее найдем тангенциальную скорость движения частиц:

υф = 31,5·υвх·(dвх/D) (L/D)(-0,32) = 31,5·5,5·0,08/0,5·(1,2/0,5)(-0,32) = 20,9 м/с

Определим размер частиц, улавливаемых имеющимся гидроциклоном:

dт = 1,65·dвх·√[μс/(υф·l·(ρт-ρж))] = 1,65·0,08·√[0,0012/(20,9·1,8·(1900-1000))] = 0,25·10(-6) м

Полученное значение меньше критического диаметра, указанного в условии задачи. Следовательно имеющийся гидроциклон будет гарантированно выполнять условия очистки сточной воды.

Ответ: замена не требуется


Гидроциклонное оборудование и гидроциклонные установки

Описание

Стадия 1

Предлагается 1 гидроциклон с диаметром цилиндрической части 600 мм, углом наклона конуса 20 градусов и диаметром песковой насадки 120. Циклон футерован резиной толщиной 15 мм корпус и 25 мм входной коллектор.

Технологические характеристики

Применение: циклон 1-я стадия
Граница разделения 95 микрон
Рабочее давление 50 кПа
Верхний продукт 65-75%(размером порядка 74 микрон)

Технологическая карта процесса

  Подача Верхний продукт Нижний продукт
Тонн твердого вещества в час 360,0 120,0 240,0
Метров кубических пульпы в час 291,2 157,9 133,3
Грамм твердого вещества на литр пульпы 1236,1 760,0 1800,0
Тонн воды в час 201,2 127,9 73,3
Относительная плотность 1,93 1,57 2,35

Особенности конструкции

С целью обеспечения своевременной замены футеровки, каркас снабжен специальными отверстиями, которые пропускают шлам, если резина изношена, показывая тем самым на износ футеровки. 

Стадия 2

Для решения задач второй стадии предлагается гидроциклонная установка включающая в себя: радиальный циклонный распределитель  в комплекте с 8 гидроциклонами (7 рабочих и 1 резервный)

1.Распределитель состоит из резервуаров для верхнего и нижнего продуктов, футерованных каучуком толщиной 10 мм, также распределитель снабжен 8-ю шиберными задвижками и манометром.

2.Гидроциклон

Технологические характеристики

Применение Циклон 2 стадия
Рабочее давление 60 кПа
Граница разделения 60 микрон
Верхний продукт 88-93%(размером порядка 74 микрон)

Технологическая карта процесса

  Подача Верхний продукт Нижний продукт
Тонн твердого вещества в час 1120,0 400,0 720,0
Метров кубических пульпы в час 1052,2 652,2 400,0
Грамм твердого вещества на литр пульпы 1064,2 613,3 1800,0
Тонн воды в час 772,2 552,2 220,0
Относительная плотность 1,80 1,46 2,35

Особенности конструкции

Как и у циклона для 1 стадии, каркасы циклонов 2 стадии снабжены специальными отверстиями, которые пропускают шлам, если резина изношена, показывая тем самым на износ футеровки.

Радиальный циклонный распределитель

Каждый распределитель оснащён распределителем пульпы, а также резервуарами для нижнего и верхнего продуктов. Вся проточная футерована резиной толщиной 10 мм, с твёрдостью по Шору А 40-45. кроме того, каждый распределитель имеет 5 ножевых задвижек с ручным управлением, а также диафрагменным манометром с глицериновым наполнением, рассчитанный на давление 0-160 кПа.

Предлагаемые циклоны относятся к серии высокопроизводительных циклонов, они укомплектованы входным патрубком с 25мм-вой резиновой футеровкой, установленным внутри корпуса из мягкой стали, и сменной резиновой футеровкой толщиной 15 мм, устанавливаемую внутри корпуса из волоконного усиленного композита.

Циклоны имеют следующие характеристики: диаметр 750 мм, вихревой искатель (диаметр 255 мм), угол конуса 20°, патрубок из полиуретана 110 мм. Циклоны эффективно работают при давлении 70 кПа, конечный продукт – d50, граница разделения 50 μм.

Циклоны (следующей стадии) имеют следующие характеристики: диаметр 750 мм, вихревой искатель (диаметр 255 мм), угол конуса 20°, патрубок из полиуретана 110 мм. Циклоны эффективно работают при давлении 70 кПа, конечный продукт – d50, граница разделения 46 μм.


Инженеры всегда готовы проконсультировать или предоставить дополнительную техническую информацию по предлагаемым гидроциклонам.

Гидроциклоны
Гидроциклоны

Ваши запросы на гидроциклоны просим присылать в технический департамент нашей компании на e-mail: info@ence.ch, тел. +7 (495) 225 57 86

Центральный сайт компании ENCE GmbH
Наша сервисная компания Интех ГмбХ

Головные Представительства в странах СНГ:
России
Казахстане
Украине
Туркменистане
Узбекистане
Латвии
Литве

Сообщить об ошибке на сайте ENCE GmbH, Switzerland / ENCE gmbH, Schweiz / ЭНЦЕ ГмбХ, Швейцария © ENCE GmbH