RU229655U1 - Вихревой гидроразделитель - Google Patents
Вихревой гидроразделитель Download PDFInfo
- Publication number
- RU229655U1 RU229655U1 RU2024113589U RU2024113589U RU229655U1 RU 229655 U1 RU229655 U1 RU 229655U1 RU 2024113589 U RU2024113589 U RU 2024113589U RU 2024113589 U RU2024113589 U RU 2024113589U RU 229655 U1 RU229655 U1 RU 229655U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- diameter
- branch pipe
- pipe
- cylindrical body
- hydraulic separator
- Prior art date
Links
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 23
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 21
- 239000002612 dispersion medium Substances 0.000 claims abstract description 14
- 210000002445 nipple Anatomy 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 7
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 2
- 230000001174 ascending effect Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Abstract
Полезная модель относится к устройствам для разделения суспензий, а именно к вихревым гидроразделитлям, и может использоваться в химической, нефтехимической, пищевой промышленности, а также в других отраслях промышленности. В вихревом гидроразделителе, включающем цилиндрический корпус, верхнее и нижнее днище, трубу ввода потока, верхний входной патрубок, нижний входной патрубок, цилиндр нижнего ввода, верхний выходной патрубок, штуцер выхода сгущенного продукта, площадь поперечного сечения трубы ввода потока равна сумме площадей верхнего входного патрубка и нижнего входного парубка, диаметр верхнего выходного патрубка dв равен диаметру цилиндра нижнего ввода dцнвх, диаметр цилиндрического корпуса D, диаметр верхнего входного патрубка dввх, диаметр нижнего входного патрубка dнвх и диаметр верхнего выходного патрубка dв определяются из системы уравнений
m≤0,41
D≥0,050,
где dгр - заданное значение граничного зерна разделения, м;
μc - динамическая вязкость дисперсионной среды, Па⋅с;
Q - объёмная производительность вихревого гидроразделителя, м3/с;
L - длина цилиндрического корпуса вихревого гидроразделителя, м;
Qв - объемный расход через верхний выходной патрубок, м3/с;
ρ - плотность дисперсионной среды, кг/м3;
ρф - плотность дисперсной фазы, кг/м3;
D - диаметр цилиндрического корпуса вихревого гидроразделителя, м;
m - отношение диаметра верхнего входного патрубка dввх к диаметру цилиндрического корпуса вихревого гидроразделителя D, отношение диаметра нижнего входного патрубка dнвх к диаметру цилиндра нижнего ввода dцнвх;
n - отношение диаметра верхнего выходного патрубка dв к диаметру цилиндрического корпуса вихревого гидроразделителя D;
- потери давления в вихревом гидроразделителе, Па;
ρс - плотность разделяемой суспензии, кг/м3.
Технический результат - выполнение вихревого гидроразделителя с диаметрами цилиндрического корпуса, верхнего входного патрубка, нижнего входного патрубка и верхнего выходного патрубка определенными с помощью системы указанных уравнений обеспечит минимальные энергетические затраты для получения необходимого граничного зерна разделения при соответствующей общей производительности вихревого гидроразделителя при разделении суспензии с конкретными свойствами дисперсной фазы и дисперсионной среды.
Description
Полезная модель относится к устройствам для разделения суспензий, а именно к вихревым гидроразделитлям, и может использоваться в химической, нефтехимической, пищевой промышленности, а также в других отраслях промышленности.
Известен вихревой гидроразделитель, включающий цилиндрический корпус, верхнее и нижнее днище, трубу ввода потока, верхний входной патрубок, нижний входной патрубок, цилиндр нижнего ввода, верхний выходной патрубок, штуцер выхода сгущенного продукта, площадь поперечного сечения трубы ввода потока равна сумме площадей верхнего входного патрубка и нижнего входного парубка, диаметр верхнего выходного патрубка равен диаметру цилиндра нижнего ввода (Н.А. Атачкина, Е.Ю. Баранова, М.Г. Лагуткин. Разделение суспензий в аппарате со встречными закрученными потоками // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2021. № 2. С. 3-7).
Недостатком известного вихревого гидроразделителя является то, что не дается обоснование диаметров цилиндрического корпуса D, верхнего входного патрубка dввх, нижнего входного патрубка dнвх и верхнего выходного патрубка dв, при которых будут обеспечиваться минимальные энергетические затраты для обеспечения необходимого граничного зерна разделения при соответствующей общей производительности гидроциклона. Граничное зерно разделения - это один из основных показателей процесса разделения суспензий в аппаратах гидромеханического разделения дисперсных систем, в том числе и в вихревом гидроразделителе, под которым понимается такой диаметр частиц твердой фазы, частицы с диаметром больше которого в разделяемой суспензии будут полностью улавливаться и уноситься через штуцер выхода сгущенного продукта, а с диаметром меньше граничного зерна разделения будут уноситься через верхний выходной патрубок.
Целью полезной модели является обоснование выбора диаметров цилиндрического корпуса D, верхнего входного патрубка dввх, нижнего входного патрубка dнвх и верхнего выходного патрубка dв, при которых будут обеспечиваться минимальные энергетические затраты для обеспечения необходимого граничного зерна разделения при соответствующей общей производительности вихревого гидроразделителя при разделении суспензии с конкретными свойствами дисперсной фазы и дисперсионной среды.
Указанная цель достигается тем, что в известном вихревом гидроразделителе, включающем цилиндрический корпус, верхнее и нижнее днище, трубу ввода потока, верхний входной патрубок, нижний входной патрубок, цилиндр нижнего ввода, верхний выходной патрубок, штуцер выхода сгущенного продукта, площадь поперечного сечения трубы ввода потока равна сумме площадей верхнего входного патрубка и нижнего входного парубка, диаметр верхнего выходного патрубка равен диаметру цилиндра нижнего ввода, диаметр цилиндрического корпуса, диаметр верхнего входного патрубка, диаметр нижнего входного патрубка и диаметр верхнего выходного патрубка определяются из системы уравнений
=
≤12,974⋅
m≤0,41
D≥0,050,
где - заданное значение граничного зерна разделения, м;
- динамическая вязкость дисперсионной среды, Па⋅с;
Q - объемная производительность вихревого гидроразделителя, м3/с;
L - длина цилиндрического корпуса вихревого гидроразделителя, м;
объемный расход через верхний выходной патрубок, м3/с;
- плотность дисперсионной среды, кг/м3;
- плотность дисперсной фазы, кг/м3;
D - диаметр цилиндрического корпуса вихревого гидроразделителя, м;
m - отношение диаметра верхнего входного патрубка dввх к диаметру цилиндрического корпуса вихревого гидроразделителя D, отношение диаметра нижнего входного патрубка dнвх к диаметру цилиндра нижнего ввода dцнвх;
n - отношение диаметра верхнего выходного патрубка dв к диаметру цилиндрического корпуса вихревого гидроразделителя D;
- потери давления в вихревом гидроразделителе, Па;
- плотность разделяемой суспензии, кг/м3.
На фиг. 1 представлен общий вид вихревого гидроразделителя. Вихревой гидроразделитель включает цилиндрический корпус 1, верхнее 2 и нижнее 3 днище, трубу ввода потока 4, верхний входной патрубок 5, нижний входной патрубок 6, цилиндр нижнего ввода 7, верхний выходной патрубок 8, штуцер выхода сгущенного продукта 9, площадь поперечного сечения трубы ввода потока 4 равна сумме площадей верхнего входного патрубка 5 и нижнего входного парубка 6, диаметр верхнего выходного патрубка 8 равен диаметру цилиндра нижнего ввода 7.
Гидроциклон работает следующим образом. Разделяемая суспензия по трубе ввода потока 4 через верхний входной патрубок 5 тангенциально поступает в верхнюю часть цилиндрического корпуса 1, плавно омывает верхний выходной патрубок 8 и закручивается. Через нижний входной патрубок 6 разделяемая суспензия тангенциально поступает в цилиндр нижнего ввода 7 и тоже закручивается, причем в ту же сторону, что и суспензия, поступающая через верхний входной патрубок 5. Таким образом, в цилиндрическом корпусе 1 формируются нисходящий вблизи стенки и восходящий в центральной зоне вращающиеся в одну сторону потоки. Из-за разрыва сплошности потока вдоль оси цилиндрического корпуса 1 формируется воздушный столб. Крупные твердые частицы c диаметром больше граничного зерна разделения dгр под действием центробежной силы инерции, центростремительных силы Архимеда и силы сопротивления потока, действующих в радиальном направлении, движутся к стенке цилиндрического корпуса 1 и выводятся через штуцер выхода сгущенного продукта 9 (сгущенный продукт), а мелкие твердые частицы с диаметром меньше граничного зерна разделения dгр движутся к оси цилиндрического корпуса 1 и выводятся через верхний выходной патрубок 8 (осветленный продукт). Объемный расход осветленного продукта через выходной патрубок 8 составляет порядка 90% от общего расхода разделяемой суспензии, поступающей в вихревой гидроразделитель через трубу ввода потока 4.
Для определения граничного зерна разделения рассматривался баланс указанных сил, действующих на твердую частицу на радиусе верхнего выходного патрубка 8, диаметр которого равен диаметру цилиндра нижнего ввода 7. В результате было получено уравнение для расчета граничного зерна разделения
= .
Исходя из того, что вихревой гидроразделитель является местным сопротивлением, было получено уравнение для расчета потерь давления в нем
12,974⋅.
Чем меньше потери давления , тем меньше энергетические затраты для обеспечения необходимого граничного зерна разделения при соответствующей общей производительности вихревого гидроразделителя при разделении суспензии с конкретными свойствами дисперсной фазы и дисперсионной среды.
Вихревые гидроразделители, как и гидроциклоны, устойчиво работают при давлении в трубе ввода потока 4 не ниже 25000 Па, а при давлении выше 200000 Па существенно увеличиваются энергетические затраты на процесс разделения суспензий. Давление в трубе ввода потока 4 и является потерями давления , так как осветленный и сгущенный продукты выводятся из гидроциклона свободно в атмосферу. Минимальные энергетические затраты для обеспечения необходимого граничного зерна разделения при соответствующей общей производительности вихревого гидроразделителя будут при минимально возможных потерях давления .
При m больше 0,41 разделяемая суспензия, поступающая через верхний входной патрубок 5 тангенциально в верхнюю часть цилиндрического корпуса 1, перестает плавно омывать верхний выходной патрубок 8, гидравлическое сопротивление вихревого гидроразделителя увеличивается, граничное зерно разделения растет. Полученные расчетные зависимости дают достоверные результаты при диаметре цилиндрического корпуса вихревого гидроразделителя D больше 0,050 м, кроме того, из конструктивных соображений не целесообразно изготавливать вихревые гидроразделители с меньшим диаметром цилиндрической части.
Из системы уравнений
=
≤12,974⋅
m≤0,41
D≥0,050
в системе Mathcad с использованием команд Given и Find могут быть подобраны численными методами диаметры цилиндрического корпуса 1 - D, верхнего входного патрубка 5 - dввх, нижнего входного патрубка 6 - dнвх и верхнего выходного патрубка dв, при которых будут обеспечиваться минимальные энергетические затраты для обеспечения необходимого граничного зерна разделения при соответствующей общей производительности вихревого гидроразделителя при разделении суспензии с конкретными свойствами дисперсной фазы и дисперсионной среды. Mathcad перебирает все варианты чисел указанных параметров в указанных диапазонах пока не будут выполняться равенства уравнений. Рассмотри конкретный пример.
Заданное значение граничного зерна разделения - 2⋅10-5 м (20 мкм); динамическая вязкость дисперсионной среды =10-3 Па⋅с; объемная производительность вихревого гидроразделителя Q=5,556⋅10-4 м3/с (2 м3/ч); длина цилиндрического корпуса гидроразделителя L=5D, м; объемный расход через верхний выходной патрубок м3/с; плотность дисперсионной среды кг/м3; плотность дисперсной фазы кг/м3; плотность разделяемой суспензии кг/м3. Диаметр цилиндра нижнего ввода 7 - dцнвх равен диаметру верхнего выходного патрубка 5 - dв. Из приведенной системы уравнений в системе Mathcad, используя команды Given и Find, были определены значения D=0,069 м, m=0,225, n=0,33. Тогда dввх=mD=0,225⋅0,069=0,015 м; dв=nD=0,33⋅0,069=0,023 м; dнвх=mdцнвх=mdв=0,225⋅0,023=0,0051 м; потери давления Па.
При этих параметрах вихревого гидроразделителя будут обеспечиваться минимальные энергетические затраты для обеспечения граничного зерна разделения 10-5 м (20 мкм) при производительности по разделяемой суспензии Q=5,556⋅10-4 м3/с при разделении суспензии с плотностью кг/м3, с плотностью дисперсионной среды кг/м3; плотностью дисперсной фазы кг/м3.
Затраты энергии на перекачивание 1 м3/с суспензии равны потерянному давлению ΔР (давлению в трубе ввода потока 4), Па= Вт/(м3/с). В известном гидроциклоне m=0,25, n=0,33. По уравнению
= ,
что больше заданного значения dгр=2⋅10-5 м (20 мкм). Для обеспечения заданного значения dгр нужно увеличить объемную производительность вихревого гидроразделителя - Q, величина которой определяется из приведенного уравнения при dгр=2⋅10-5 м (20 мкм) в системе Mathcad используя команды Given и Find - Q=8,539⋅10-4 м3/с (3,074 м3/ч). Тогда потери давления в известном вихревом гидроразделителе составят (расчет удобно проводить в системе Mathcad):
12,974⋅ Па
Таким образом в рассмотренном примере при использовании известного гидроциклона энергетические затраты, приходящиеся на перекачку 1 м3/с суспензии, будут больше в 62010/32410=1,9 раз.
Выполнение вихревого гидроразделителя с диаметрами цилиндрического корпуса, верхнего входного патрубка, нижнего входного патрубка и верхнего выходного патрубка определенными с помощью системы указанных уравнений обеспечит минимальные энергетические затраты для получения необходимого граничного зерна разделения при соответствующей общей производительности вихревого гидроразделителя при разделении суспензии с конкретными свойствами дисперсной фазы и дисперсионной среды.
Claims (17)
- Вихревой гидроразделитель, включающий цилиндрический корпус, верхнее и нижнее днище, трубу ввода потока, верхний входной патрубок, нижний входной патрубок, цилиндр нижнего ввода, верхний выходной патрубок, штуцер выхода сгущенного продукта, площадь поперечного сечения трубы ввода потока равна сумме площадей верхнего входного патрубка и нижнего входного парубка, диаметр верхнего выходного патрубка dв равен диаметру цилиндра нижнего ввода dцнвх, отличающийся тем, что диаметр цилиндрического корпуса D, диаметр верхнего входного патрубка dввх, диаметр нижнего входного патрубка dнвх и диаметр верхнего выходного патрубка dв определяются из системы уравнений
-
-
- m≤0,41
- D≥0,050,
- где dгр - заданное значение граничного зерна разделения, м;
- μc - динамическая вязкость дисперсионной среды, Па⋅с;
- Q - объемная производительность вихревого гидроразделителя, м3/с;
- L - длина цилиндрического корпуса вихревого гидроразделителя, м;
- Qв - объемный расход через верхний выходной патрубок, м3/с;
- ρ - плотность дисперсионной среды, кг/м3;
- ρф - плотность дисперсной фазы, кг/м3;
- D - диаметр цилиндрического корпуса вихревого гидроразделителя, м;
- m - отношение диаметра верхнего входного патрубка dввх к диаметру цилиндрического корпуса вихревого гидроразделителя D, отношение диаметра нижнего входного патрубка dнвх к диаметру цилиндра нижнего ввода dцнвх;
- n - отношение диаметра верхнего выходного патрубка dd к диаметру цилиндрического корпуса вихревого гидроразделителя D;
- - потери давления в вихревом гидроразделителе, Па;
- ρс - плотность разделяемой суспензии, кг/м3.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU229655U1 true RU229655U1 (ru) | 2024-10-17 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3533506A (en) * | 1968-12-09 | 1970-10-13 | Wayne F Carr | Hydrocyclone |
| SU1530263A1 (ru) * | 1987-12-21 | 1989-12-23 | Криворожский горнорудный институт | Гидроциклон |
| RU2038122C1 (ru) * | 1992-02-17 | 1995-06-27 | Дальневосточный внедренческий научно-производственный центр "Минерал" | Устройство для очистки газа или жидкости |
| RU2465061C1 (ru) * | 2011-09-26 | 2012-10-27 | Закрытое Акционерное Общество Научно-Производственное Объединение "Тэн" | Гидроциклон системы фракционного разделения суспензий руд тонкого помола |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3533506A (en) * | 1968-12-09 | 1970-10-13 | Wayne F Carr | Hydrocyclone |
| SU1530263A1 (ru) * | 1987-12-21 | 1989-12-23 | Криворожский горнорудный институт | Гидроциклон |
| RU2038122C1 (ru) * | 1992-02-17 | 1995-06-27 | Дальневосточный внедренческий научно-производственный центр "Минерал" | Устройство для очистки газа или жидкости |
| RU2465061C1 (ru) * | 2011-09-26 | 2012-10-27 | Закрытое Акционерное Общество Научно-Производственное Объединение "Тэн" | Гидроциклон системы фракционного разделения суспензий руд тонкого помола |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| АТАЧКИНА Н.А. и др., Разделение суспензий в аппарате со встречными закрученными потоками, Химическое и нефтегазовое машиностроение, 2021, N 2, с.3-7. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3675401A (en) | Cyclones to lessen fouling | |
| US4378289A (en) | Method and apparatus for centrifugal separation | |
| US3391787A (en) | Porous cone cleaner | |
| US2377524A (en) | Method of and means for separating solid particles in pulp suspensions and the like | |
| US8657932B2 (en) | Cyclone separator and separation method | |
| US6190543B1 (en) | Cyclonic separator | |
| US4146468A (en) | Apparatus and method of classifying solids and liquids | |
| Zhao et al. | Development of a new type high-efficient inner-cone hydrocyclone | |
| NL2009299C2 (en) | Apparatus for cyclone separation of a fluid flow into a gas phase and a liquid phase and vessel provided with such an apparatus. | |
| US3807142A (en) | Method and apparatus for high efficiency removal of gases and particles from paper pulp suspensions and other fluids | |
| US2487633A (en) | Separator | |
| CN101983779B (zh) | 同向出流倒锥式旋流分离器 | |
| WO2008150323A1 (en) | Induced vortex particle separator | |
| US3433362A (en) | Cyclone purifier | |
| US2975896A (en) | Hydrocyclone for fibres suspension | |
| CN110538487A (zh) | 一种井下超重力聚结旋流油水分离装置 | |
| US11440028B2 (en) | Uniflow cyclone separator | |
| CN109290075B (zh) | 基于粒径选择的水力旋流分离装置 | |
| RU229655U1 (ru) | Вихревой гидроразделитель | |
| US2981413A (en) | Process for separating solids in liquid suspension | |
| US3348683A (en) | Method of separating particles in liquid suspension in a hydrocyclone for separatingarticles in liquid suspension | |
| US4097375A (en) | Hydrocyclone separator | |
| US2731147A (en) | Hydraulic classifier | |
| CN208213446U (zh) | 一种具有正弦曲线溢流结构的水力旋流器 | |
| RU221354U1 (ru) | Гидроциклон |