4.4. Гидроциклонирование
Отделение механических примесей в поле действия центробежных сил осуществляется в открытых или напорных гидроциклонах, многоярусных гидроциклонах и центрифугах.
Принцип действия гидроциклонов основан на сепарации частиц твердой фазы во вращающемся потоке жидкости. Величина скорости сепарирования частицы в поле гидроциклона может превышать скорость оседания эквивалентных частиц в поле гравитации в сотни раз.
К основным преимуществам гидроциклонов следует отнести:
- высокую удельную производительность по обрабатываемой суспензии;
- сравнительно низкие расходы на строительство и эксплуатацию установок;
- отсутствие вращающихся механизмов, предназначенных для генерирования центробежной силы; центробежное поле создается за счет тангенциального ввода сточных вод;
- возможность создания компактных автоматизированных установок.
Открытые гидроциклоны применяют для отделения из сточных вод крупных механических частиц со скоростью оседания 0,02 м/с. Преимущества открытых гидроциклонов перед напорными – большая производительность и малые потери напора, не превышающие 0,5 Па. Эффективность очистки сточных вод от механических примесей в гидроциклонах зависит от характеристик загрязнений (вида материала, размеров и форм частиц и др.), а также от конструктивных и геометрических характеристик самого гидроциклона.
На рис. 3.15 представлена схема открытого гидроциклона, состоящего из входного патрубка 1, кольцевого водослива 2, трубы для отвода очищенной воды 3 и шламоотводящей трубы.
Рис. 3.15. Схема открытого гидроциклона
1 – входной патрубок; 2 – кольцевой водослив; 3 – труба для отвода очищенной воды; 4 – шламоотводящая труба
Производительность открытого гидроциклона рассчитывается по формуле
Q = 0,785qD, (3.15)
где D – диаметр цилиндрической части гидроциклона,
q – удельный расход воды, определяемый по формуле
q = 4,32 U, (3.16)
где U – гидравлическая крупность загрязняющего воду материала.
При проектировании открытых гидроциклонов рекомендуются следующие значения геометрических характеристик: D = 2-10 м; высота цилиндрической части H=D, диаметр входного отверстия d=0,1D. Угол конической части α = 60о.
Напорные гидроциклоны (рис. 3.16) применяют для выделения из сточных вод механических частиц со скоростью осаждения менее 0,02 м/с. Производительность напорных циклонов определяется по формуле
(3.16)
где ρ – плотность очищаемой сточной воды,
k – опытный коэффициент, равный 0,524 для гидроциклонов с диаметром цилиндрической части D = 0,125-0,6 м и углом конической части 30о,
d – диаметр входного отверстия.
Рис. 3.16. Схема напорного гидроциклона
1 – входной патрубок; 2 – труба для отвода воды; 3 – труба для отвода шлама
Многоярусные гидроциклоны по принципу выделения механических частиц из жидкости аналогичны напорным гидроциклонам. В камере гидроциклона устанавливают нескольких секций (ярусов), через которые последовательно проходит очищаемая вода. Это позволит более полно использовать объем гидроциклона и уменьшить время пребывания жидкости в циклоне.