Порядок расчета гидроциклона.

Расчет производится для каждого варианта соотношения диаметров.

1. Рассчитывается диаметр при и различныхH: 0,5; 1 и 1,5 кг/см².

2. Выбирается ближайший меньший типовой диаметр гидроциклона.

3. Определяется производительность гидроциклона по формуле (4.1).

4. Определяется необходимое число гидроциклонов путем деления заданной производительности на производительность гидроциклона:

.

Для каждого варианта производится проверка гидроциклона на удельную нагрузку по пескам, которая должна быть в пределах 0,5 ÷ 2 т/ч на 1 см² площади живого сечения насадки.

4.3. Особенности применения центрифуг для сгущения суспензий

Для сгущения суспензий применяют в основном центрифуги двух типов - фильтрующая и осадительная. В первой фугат проходит через осадок и перфорированные стенки ротора центрифуги, во второй фугат отводится через центральные отверстия (рис.4.3).

В

Рис.4.3. Схемы центрифугирования: а - в фильтрующей центрифуге; б - в осадительной центрифуге; 1 - кожух; 2 - питающий диск, питающая труба; 3 - ротор; 4 - шнек

вертикальной фильтрующей центрифуге (рис.4.3,а) суспензия загружается через горловину, расположенную по центру. Фугат фильтруется через осадок и отверстия в роторе и сливается через специальные штуцеры в корпус. Осадок сползает под собственным весом в разгрузочную воронку. Для самопроизвольного сползания осадка угол конусности должен составлять не менееtgα ≥ f, где f - коэффициент трения осадка о ротор. В этом случае сила трения меньше силы веса.

В осадительной центрифуге (рис.4.3,б) выгрузка осадка осуществляется шнеком. Фильтрат удаляется через отверстия, расположенные в днище широкой части конуса. Положение отверстий можно регулировать задвижками.

Принцип удаления воды в фильтрующей центрифуге качественно аналогичен принципу фильтрации, только в данном случае давление развивается за счет центробежной силы. В осадительных центрифугах разделение суспензии аналогично отстаиванию. Поэтому процессы разделения в этих центрифугах описываются двумя различными способами.

4.4. Основные закономерности разделения суспензий в осадительных центрифугах. Индекс производительности

Скорость осаждающейся частицы под действием центробежной силы не достигает предельного значения, как это имеет место при осаждении в поле тяжести.

Дифференциальное уравнение движения частицы относительно жидкости, находящейся в поле центробежных сил, имеет вид:

, (5.2)

где m - масса частицы, кг; v - относительная скорость радиального движения частицы, м/с; d - диаметр частицы, см;  = _тв - _ж , г/см; r - радиус врвщения частицы;  - угловая скорость, рад/с;  - вязкость кг/(м∙с);  - коэффициент сопротивления.

При Re < 0,2 , когда имеем ламинарный закон движения частицы и сила сопротивления (второй член уравнения 4.2) определяется законом Ньютона:

F = 6 r v,

решение уравнения приобретает вид:

, [м/с].

Данное выражение аналогично закону Стокса, в котором g заменено на

² r.

Производительность по твердому можно приблизительно оценить по формуле:

, [м³/с],

где V - объем суспензии в роторе центрифуги; h - толщина осадка; r - радиус трубчатого ротора центрифуги.

Задавшись Q_тв из этого уравнения, можно оценить граничный диаметр частиц, уходящих в слив.

Уравнение для расхода часто записывают в виде:

Q_тв= 2 U_g , [м³/с],

где U_g - предельная скорость осаждения в поле силы тяжести, м/с;  - индекс производительности центрифуги, который показывает во сколько раз нужна большая площадь [м²] ротора в отсутствии центробежного ускорения, обеспечивающего такое же осаждение частиц, как и в центрифуге.

Индекс производительности  можно определить через фактор разделения К_р:

 = F K_p (для ламинарного движения);

 = F K_p^0,785 (в переходном режиме);

 = F K_p^0,5 (в турбулентном режиме),

где F - площадь цилиндрической поверхности осаждения.

При увеличении значения Re происходит замедление роста эффективности действия центрифуг.

Для цилиндрической центрифуги значения К_р и F можно рассчитать по формулам:

;

,

где l - длина цилиндрической части ротора; D - его диаметр; n - число оборотов ротора.

На практике жидкость находится на расстоянии, равном не диаметру центрифуги, а (D – h), где h - толщина слоя осадка. Поэтому величину фактора разделения относят к среднему диаметру (D – h), тогда выражения для К_р и F примут вид:

,

F = 2 r₀ l,

где r₀ - радиус свободной поверхности жидкости; l - длина ротора.

Подставив значение для F и К_р, получим:

,

для трубчатых роторов  = 120 ÷ 2520;

для тарельчатых  = 6300 ÷ 12400;

со шнековой выгрузкой  = 560 ÷ 600.