Конструктивные элементы циклонов разного типа

Наименование конструктивного элемента	Тип циклона по рисунку
	6 а	6б	6 в	7	8
1	2	3	4	5	6
Диаметр аппарата Dhc, м	2-10	2-6	2-6	2-6	2-6
Высота цилиндрической части Н, доля от Dhc	Dhc	Dhc	Dhc+ 0,5	-	-
Размер впускного патрубка, доля от Dhc	0,07	0,05	0,05	определяется по ско­рости входа
Количество впусков n, шт	2	2	2	3	3
Угол конической части α, град	60	60	60	60	60
Угол конуса диафрагм β град	-	90	90	90-60	90-60
Диаметр центрального отверстия в диафрагме dd, доля от Dhc	0	0,5	0,5	0,6-1,4 м	0,9-1,6м 0,6-1,0*
1	2	3	4	5	6
Диаметр внутреннего цилиндра Dl, доля от Dhc	-	-	0,88	-	-
Высота внутреннего цилиндра Hl, Доля от Dhc	-	-	1,0	-	-
Высота водосливной стенки над диафрагмой Н2, м	_	0,5	0,5	0,5	0,5
Диаметр водосливной стенки D2, доли от Dhc	Dhc	Dhc+0,2	Dhc+0,2	Dhc+0,2	Dhc+0,2
Диаметр полупогруженной кольцевой перегородки, доли от Dhc	Dhc-0,2	Dhc	Dhc	Dhc	Dhc
Высота ярусов hti, м	-	-	-	0,1-0,25	0,1-0,2
Число ярусов nti, шт	-	-	-	4-20	4-20
Зазор между корпусом и диафрагмой AD, м	-	0	0	0,05-0,07	0,1-0,15
Ширина шламоотводящей щели b, м	-	-	-	0,1-0,15	-
Скорость потока на входе в аппарат Uвп, м/с	0,3-0,5	0,3-0,5	0,3-0,5	0,3-0,4	0,3-0,4
Скорость потока на входе в раструб выпуска Uвыx, м/с	-	-	-	0,1	-
Количество выпусков из яруса n3, шт	-	-	-	3	-

Примечание: *Над чертой показан размер нижней диафрагмы пары ярусов, а под чертой - верхней.

Таблица7

Рекомендуемый диаметр напорного гидроциклона для выделения частиц δ
Dhc,мм	25	40 100	60	80	100	125	160	200	250	320	400	500
δ, мм 15-25 10-30 15-35 18-40 20-50	15-25	10-30	15-35	18-40	20-50	25-60	30-70 35-85	35-85	40-110	45-150	50-170	55-200

Напорные гидроциклоны. На очистных сооружениях в на­порных гидроциклонах производится сгущение сточных вод и осадков. Поскольку объем сгущенного продукта в этих аппара­тах может составлять всего 2,5 - 10% начального объема обра­батываемой суспензии, технологическая операция сгущения да­ет значительную экономию материальных затрат на строитель­ство очистных сооружений и участков обработки осадков. Про­исходит эффективная отмывка минеральных частиц от налип­ших на них органических загрязнений, например, на очистных сооружениях нефтеперерабатывающих заводов при обработке песка из песколовки или при отмывке песчаной загрузки фильт­ров при её гидроперегрузке.

Диаметр (D_hc) напорного гидроциклона определяют по табл.7.

В зависимости от расположения напорных гидроциклонов в технологическом процессе и схемы их обвязки могут иметь место несколько гидродинамических режимов работы.

- при свободном истечении верхнего и нижнего продук­ тов в атмосферу Р_ех = Р_α; Р_шл. = Р_α,

- при наличии противодавления со стороны сливного трубопровода и свободном истечении шлама Р_ех > Р_α; Р_шл⁼ Р_α,

- при противодавлении со стороны сливного и шламово­го трубопроводов Р_ех > Р_α; Р_шл> Р_α

Режимы работы гидроциклонов следует учитывать при расчете конструктивных и технологических параметров.

Одной из особенностей напорных гидроциклонов (рис.9, 10) - сильная корреляция производительности и эф­фективности разделения суспензий с основными конструктив­ными и технологическими параметрами аппаратов.

Рис.9. Напорный гидроциклон

Рис. 10. Трехпродуктовый напорный гидроциклон

Наибольшие значения коэффициентов корреляции имеют сле­дующие параметры: диаметр цилиндрической части гидроци­клона D_hc; площадь питающего патрубка F_en ; диаметры сливного и шламового патрубков d_ex, d_шл., высота цилиндрической части Н_ц; угол конусности конической части α; перепад давления в гидроциклоне АР = Р_en - Р_ех; концентрация суспензии на входе в гидроциклон С_en; размеры и плотность частиц твердой фазы суспензии d_cp , ρ_т.

Размеры напорного гидроциклона подбираются по данным заводов-изготовителей. При этом диаметр питающего (d_en) и сливного (d_ex) патрубков должен отвечать соотношениям:

d_en/d_ex = 0,5-1; d_en/D_hc = 0,12-0,4;

где ∆ - толщина стенки сливного патрубка.

Диаметр шламового патрубка d_шл. назначается из соотно­шения d_шл. / d_ex = 0,2 - 1,0. Для предупреждения засорения шла­мового патрубка его минимальный диаметр должен в 6-8 раз превышать максимальный размер частиц загрязнений. Высота цилиндрической части гидроциклонов-осветлителей равна Н_ц = (2-4) • D_hc, а для гидроциклонов-сгустителей Н_ц =(l-2)Dh_c. Угол конусности а конической части для гидроциклонов-осветлителей равен 5-15°, для гидроциклонов-сгустителей - 20 - 45°.

В зависимости от особенностей технологических задач мо­гут применяться двух- и многопродуктовые напорные гидроци­клоны (см. рис.10), последние имеют несколько сливных тру­бопроводов, отводящих целевые продукты из различных зон восходящего вихревого потока.

За последние годы в ряде отраслей промышленности ши­роко внедряются мультигидроциклоны - монолитные или сбо­рочные блочные конструкции, включающие десятки или сотни единичных напорных гидроциклонов, имеющие единые питаю­щие сливные и шламовые камеры. Мультициклоны позволяют добиваться максимальной компактности установки при обеспе­чении требуемого эффекта очистки и производительно­сти/3,4/.

Для очистки сточных вод от механических загрязнений (частиц крупностью 5 = 50-100 мкм) (табл.8) рекомендуются напорные гидроциклоны малых диаметров, выпускаемых Усолье-Сибирским заводом горного оборудования.

Для отделения мелкодисперсных механических примесей из сточных вод и сгущения осадка могут быть использованы гидроциклоны опытно-экспериментального завода Дзержинско­го филиала Ленниихиммаш. Батарейные циклоны (материал -нержавеющая сталь), состоящие из 12 аппаратов D_hc - 75 мм, имеют производительность 60-70 м³/ч. Гидроциклоны из шести и более единичных гидроциклонов (D_hc =125 мм; d_en = 25 мм, d_ex = 35 мм; d_шл. = 12 мм; а = 10°) используются для очистки сточ­ных вод литейных, стекольных, керамических производств и т.д. С целью повышения надежности батареи единичные гидроци­клоны снабжаются автопульсирующими шламовыми патрубка­ми Производительность батарейного гидроциклона при давле­нии питания 0,4 МПа составляет 120 м³/ч.

Центральным научно-исследовательским институтом крахмалопаточной промышленности (ЦНИИКПП) разработаны мультигидроциклоны. Аппараты предназначены для разделения суспензий картофеле- и кукурузокрахмального производства. Серийное производство этих аппаратов осуществляет Кореневский опытный завод. Основные геометрические размеры и тех­нологические параметры приведены в таблицах 8 и 9.

115

Рис.11. Кинетика отстаивания сточных вод фасонно-формовочного цеха ( Со = 300 мг/л, h = 200 мм)

Таблица8

Технологические параметры и размеры основных узлов и деталей гидроциклонов

Наименование узлов и деталей, технологиче­ские параметры	Размеры основных узлов и деталей
	ГЦ-150К*	ГЦ-250К*	ГЦ-360К*	Щ-500К*
Внутренний диаметр цилиндрической части Dhс, мм	150	250	350	500
Сечение вкладыша пи­тающего патрубка на входе в гидроциклон b* h, мм	15*45	30*65	40*90	55*140
Диаметр питающего патрубка d.en, мм	50	80	100	150
Насадок сливной dex, мм	40	65	90	130
Патрубок сливной dex, мм	65	100	125	150
Патрубок шламовый dшл. , мм	12, 17, 24	17, 24, 34	24, 34,48	34,48,75
Угол конусности кони­ческой части α, град	20	20	20	20
Масса гидроциклона, кг	94	209	344	605
Объемная производи­тельность Qen при Реn = 0,03-0,25 МПа, м3/г	12-35	30-85	55-160	98-281
Граничная крупность разделения δгр, мкм	28-95	37-135	44-180	52-240

Примечание: * ГЦ - сокращенное название гидроцикло­на; цифры - внутренний диаметр цилиндрической части, мм; буква К - внутренняя поверхность стенок аппарата футерована каменным литьем.

Аппараты марок ГБ рекомендуется использовать для ме­ханической очистки промстоков, содержащих минеральные час­тицы размером δ = 200 мкм и плотностью ρ_t = 2,7 г/см³. По кри­вой кинетики отстаивания (рис.11) и заданному эффекту очи­стки определяется охватывающая гидравлическая крупность U:

U = h /t, мм/с.

Из точки на оси ординат, соответствующей требуемому эффекту очистки, проводится касательная к кривой Э = f(t). Из точки касания опускается перпендикуляр на ось абсцисс и по найденному времени t_гр. определяется граничная гидравлическая крупность U_гр. задерживаемых частиц:

U_гр. = h / t_гр., мм/с.

Далее по формуле Стокса рассчитывается граничный диа­метр задерживаемых частиц

где δ _гр. - граничная крупность.

После определения граничной крупности выделяемых час­тиц подбирается диаметр гидроциклона, назначаются размеры его основных узлов d_en, d_ex, d_шл., Н_ц, α, Н_к и давление Р_en исход­ной воды, подаваемой в аппарат (см. рис. 9,10).

Таблица 9

Технические параметры и размеры основных узлов и деталей гидроциклонов
Наименование узлов и деталей, технические па­раметры	Размеры основных узлов и деталей
	ГН-25*	ГН-40	ГН-60	ГН-80	ГН-100	ГН-125
Диаметр, мм: цилиндрической части Dhc	25	40	60	80	100	125
питающего патрубка, den	4,6,8	6,8,12	8,12,16,	8,12,16,20	12,16,20, 25	16,25,32, 40
сливного патрубка dех	5,8,12	8,12,16	12,16,20	16,20,32	20,32,40	25,32,40,50
шламового патрубка dшл.	З,4,5	4,5,6	5,6,8	6,8,10,12	8,10,12,16	8,10,12, 16
Угол конусности кониче­ской части α , град	5,10,15	5,10.15	5,10,15,20	5.10,15,20	10,15,20	10.15,20
Высота цилиндрической части Нц, мм	25,50,75,100	40,80,60, 120,160	60,120, 180,240	80.160, 240,320	100,200, 300,400	125,250, 375
Глубина погружения сливного патрубка Нк, мм	10,16,25	16,25,32	25,32,40	32,40,64	40;64,80	50,64,80, 100
Объемная производи­тельность Qcn при Рсп=0,1 МПа, м3/ч	0,3-1,1	0,6-2,2	1,1-3,7	1,8-6,4	2,7-10,1	4,4-21.1
Граничная крупность раз­деления S1V, мм	2,3-64	2,3-84,9	3,4-92,9	4,3-103.0	6,1-150	6,6-311
Диаметр, мм: цилиндрической части Dhc	160	200	250	320	400	500
питающего патрубка den	20,25,32, 40,50	25,32,40, 50,60	32,40,50, 60,80	40,50,60, 60,100	50,60.80, 100,125	60,80,100, 125.160
сливного патрубка d.ex	32,40,50,60	40,50,60,80	50,60,80,100	60,80,100, 125	80,100,125, 160	100,200, 125.160
шламового патрубка dшл.	10,12,16, 20,25	12,16,20,25	16.20,25, 32,40	16,20,25, 32,40,50	20,25,32, 40,50	25,32,40, 50,60
Угол конусности кониче­ской части а, град	10,15,20	10,15,20,30	10,15,20,30.	10,15,20,30	15,20.30.45	15.20.30, 45
Высота цилиндрической части Нц, мм	160.320.480	200,400,600	250,500,750	320.500,750	400,500, 800	500,750, 1000
Глубина погружения слив­ного патрубка Нк, мм	64,80,100, 120	80.100.120, 160	120,160,200	120,160,200, 250	160,200, 250,320	200,250, 320.400
Объемная производитель­ность Qen м3/ч, при Рen=0,1 МПа,	6.7-31,8	10,2-47.4	16,3-78,7	24,05-117,3	37,67-180,3	54,6-282
Граничная крупность раз­деления δгр., МКМ	89-330,8	10.5-342	12,5-413,3	15,3-685,5	17,5-745,0	20,5-884

*ГН - гидроциклон напорный с монолитными элементами.

*ГНС - гидроциклон напорный со сборными элементами рабочей камеры.

Исходя из размеров аппарата рассчитывается граничная крупность разделения

В случае, если рассчитанная крупность δ_гр. будет больше круп­ности, определенной по формуле, подбор гидроциклона следует повторить, изменив конструктивные размеры и давление на вхо­де.

После уточнения геометрических размеров гидроциклона определяют его производительность. Для гидроциклонов, рабо­тающих без противодавления, производительность определяют по формуле

где Q'_hc - производительность напорного гидроциклона, м³/ч, g -ускорение силы тяжести, м/с², ∆Р - потери давления в гидроци­клоне, МПа.

Для получения более точных расчетов рекомендуется формула:

После определения производительности одного аппарата, исхо­дя из общего количества сточных вод, определяют число рабо­тающих аппаратов, назначают общее их количество в соответст­вии со СНиП 2.04.03-85.

Необходимо помнить, что на первой ступени очистки сле­дует использовать гидроциклоны больших размеров для задер­жания основной массы взвешенных веществ и крупных частиц взвеси, которые могут засорить циклоны малых размеров, используемых на других ступенях установки.

При очистке сточных вод и уплотнении осадков, твердая фаза которых не обладает абразивными свойствами, число ре­зервных аппаратов принимают равным 1 при числе работающих аппаратов до 10; 2 - при числе работающих аппаратов до 15; по 1 на каждые 10 при числе работающих аппаратов свыше 15; а с абразивной твердой фазой - 25% от числа рабочих аппаратов.

Потери воды с выделенным осадком, удаляемым через шламовую насадку (d_шл., л/с), определяются по уравнению

Для приближенного расчета потери воды с выделяемым осадком следует принимать: для гидроциклонов диаметром меньше 100 мм 0,07-0,08*Q_en, а более 100 мм - 0,04-0,03 Q_en

Расчет гидроциклона (пример расчета по варианту 1. табл.11).

Рассчитать открытый гидроциклон для очи­стки сточных вод, образующихся при мойке грузовых автомо­билей. Расход сточных вод Q_w (м³/ч). Гидроциклон применен на первой ступени очистки и должен задерживать частицы гидрав­лической крупностью U_o (мм/с).

1. Принимают открытый циклон с конической диафрагмой и внутренним цилиндром (см.рис.6 в). Рассчитывают удельную гидравлическую нагрузку на гидроциклон:

q_hc = 3,6 • К_hc • Uo = 3,6 * 1,98 * 0,3 = 2,14 м³(м²ч),

K_hc=l,98;

Uo = 0,3 мм/с (из условия задачи).

2. Определяют общую площадь зеркала воды в гидроци­клонах

3. Задают диаметр гидроциклона D_hc — 3 м, рассчитывают количество N (шт) аппаратов:

N = Q_w / Q_hc = F/0,785* D²_hc = 23,4 / 3² * 0,785 = 3,3 шт; где Q_hc = 0,785 * q_hc* D²_hc,

где Q_w - общее количество сточных вод; Q_hc - производительность одного гидроциклона; D - диаметр гидроциклона, м; q_hc -гидравлическая нагрузка открытого гидроциклона.

Таким образом, принимается три гидроциклона диаметром D_hc = 3 м.

4. Рассчитывают все конструктивные размеры гидроци­клона с конической диафрагмой и внутренним цилиндром (табл.10, ГБ-8**), высота цилиндрической части Н_hc = D_hc + 0,5 = Зм + 0,5м = 3,5м; диаметр впускного патрубка den = 0,05 • Dhc= 0,05 * 3,0 = 0,15м = 150 мм, количество патрубков n = 2; угол ко-нической части α = 60°, угол конуса диафрагм β = 90°; диаметр центрального отверстия в диафрагме dd - Dhc * 0,5 = 3 * 0,5 = =1,5 м, диаметр внутреннего цилиндра Dl= 0,88 • Dhc = 0,88 • 3 = 2,64м. Высота внутреннего цилиндра Hl = 1,0 • Dhc = Зм; высота водосливной стенки Н2 = 0,5 м; диаметр водосливной стенки D2 = Dhc + 0,2 = 3 + 0,2 = 3,2 м, диаметр водопогруженного щита D3=Dhc=3 м.

5. Выбирают материал для изготовления гидроциклона и I приступают к проектированию гидроциклонной установки в со­ответствии со СНиП 2.04.03-85.

Варианты расчетов представлены в табл.11.

Таблица 10

Технологические параметры и размеры основных узлов и деталей мультигидроциклонов

Наименование узлов и деталей, технологические параметры	Тип мультигидроциклонов
	ГБ-2*	ГБ-3*	ГБ-6**	ГБ-7**	ГБ-8**
Единичный гидроциклон диаметр цилиндрической части Dhc, мм:	20	20	20	20	20
диаметр питающего патрубка den	2-5	2-5	2-5	2-5	2 - 5
диаметр сливного пат­рубка dex	6	6	6	6	6
диаметр шламового патрубка dшл.	3	3	3	3	3
Угол конической части а, град	10	10	10	10	10
Число гидроциклонов в выпускаемых блоках, шт	29	48	16	24	48
Давление питания муль- ТИГИДРОЦИКЛОНОВ Pen, МПа	0,4-0,5	0,4-0,5	0,4-0,5	0,4-0,5	0,4-0,5
Объемная производи­тельность блока Qen, м3/ч	15,0	25,0	8,0	15,0	25,0
Габариты блока мульти-гидроциклона, мм: высота ширина длина	1017 475 475	1147 475 475	1243 374 400	1336 440 400	1410 477 400
Масса блока мультигид-роциклонов, кг	250	290	60	96	133

Примечание: * Мультигидроциклоны первого выпуска.

** Модернизированная конструкция мультигидроциклонов.

Таблица 11