Гидроциклонная установка

Авторы патента:

Предлагаемое техническое решение относится к устройствам для гидромеханического разделения тонкодисперсных суспензий и эмульсий в центробежном поле и может найти применение в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, горноперерабатывающей, металлургической, машиностроительной, фармацевтической и других отраслях промышленности, а также при очистке промышленных и хозбытовых сточных вод в экологических процессах. Техническим результатом предлагаемой гидроциклонной установки является увеличение степени очистки тонкодисперсных суспензий и эмульсий за счет уменьшения времени осаждения частиц и капель дисперсной фазы в центробежном поле гидроциклона. Технический результат достигается тем, что в гидроциклонной установке, содержащей цилиндроконический циклон со сливным патрубком и входным патрубком, соединенным с насосом, камеру, установленную на сливной патрубке гидроциклона, и дроссель, при этом входной патрубок снабжен вертикальной перегородкой, разделяющей его на внешнюю зону для потока очищаемой жидкости, и внутреннюю зону для потока очищенной жидкости, подаваемой из камеры в виде рецикла, причем отношение расходов очищенной жидкости в рецикле к расходу очищаемой жидкости прямо пропорционально площадям внутренней и внешней зон где q_р и q - соответственно расходы очищенной жидкости в рецикле и очищаемой жидкости; S_в и S_н - соответственно площади внутренней и внешней зон, на которые вертикальная перегородка делит сечение входного патрубка.

Известен гидроциклон в установке для удаления и нейтрализации сероводородов и меркаптанов из продукции нефтяных скважин, содержащей линию рециркуляции, которая проходит на участке выхода продукции из резервуара, где данную продукцию направляют рециклом в гидроциклон, и линию ввода реагента, которую подают на участке между узлом учета конечной продукции и рециклом продукции, выходящей из резервуара (описание изобретения к патенту РФ 2351633, С10G 29/00, 2009).

К причинам препятствующим достижению заданного технического результата, относится невысокая степень очистки тонкодисперсных фракций из-за ее смешения с продукцией, выходящей из резервуара перед входом в гидроциклон.

Известна конструкция батарейного гидроциклона, каждый из которых состоит из цилиндрической и конической частей корпуса, тангенциально установленного к цилиндрической части корпуса входного патрубка, сливного патрубка для очищенной жидкости и насадка, установленного в нижней конической части корпуса для отвода осадка, при этом весь поток очищаемой жидкости предварительно направляется в распределительную камеру, где равномерно распределяется по входным патрубкам каждого гидроциклона, что обеспечивает высокие значения фактора разделения в каждом гидроциклоне батареи [Тимонин А.С. Инженерно-экологический справочник. Т.2 - Калуга: Издательство Н. Бочкаревой, 2003. - 884 с. С.485-493].

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточная степень очистки тонкодисперсных суспензий или эмульсий из-за малой скорости их центробежного осаждения и большого времени осаждения, превышающего время пребывания.

Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявляемому объекту и принятому за прототип является гидроциклонная установка, содержащая цилиндроконический циклон со сливным патрубком, имеющим тангенциальные каналы для отвода загрязнителя, и входным патрубком, соединенным с насосом, камеру, установленную на сливном патрубке гидроциклона, и дроссель, расположенный на всасывающем канале насоса, при этом тангенциальные каналы сливного патрубка через камеру соединены с всасывающим каналом насоса (авт. св. СССР 1228912, В04С 5/12, 1986).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточная степень очистки суспензий и эмульсий от тонкодисперсной фазы из-за малой скорости осаждения в центробежном поле гидроциклона, особенно при плотности частиц или капель дисперсной фазы близкой к плотности очищаемой жидкости.

Техническим результатом предлагаемой гидроциклонной установки является увеличение степени очистки тонкодисперсных суспензий и эмульсий за счет уменьшения времени осаждения частиц и капель дисперсной фазы в центробежном поле гидроциклона.

Поставленный технический результат достигается тем, что в гидроциклонной установке, содержащей цилиндроконический циклон со сливным патрубком и входным патрубком, соединенным с насосом, камеру, установленную на сливной патрубке гидроциклона, и дроссель, при этом входной патрубок снабжен вертикальной перегородкой, разделяющей его на внешнюю зону для потока очищаемой жидкости, и внутреннюю зону для потока очищенной жидкости, подаваемой из камеры в виде рецикла, причем отношение расходов очищенной жидкости в рецикле к расходу очищаемой жидкости прямо пропорционально площадям внутренней и внешней зон

где q_р и q - соответственно расходы очищенной жидкости в рецикле и очищаемой жидкости;

S_в и S_н - соответственно площади внутренней и внешней зон, на которые вертикальная перегородка делит сечение входного патрубка.

Снабжение входного патрубка вертикальной перегородкой, делящей его на внешнюю и внутреннюю зону позволяет подавать очищаемую жидкость во внешнюю зону, что обеспечивает ее кольцевое движение у стенки цилиндроконического гидроциклона, уменьшает путь и время центробежного осаждения частиц и капель дисперсной фазы, а значит увеличивает степень очистки суспензии или эмульсии от тонкодисперсных фракций.

Подача части очищенной жидкости в виде рецикла из камеры во внутреннюю зону, образованную вертикальной перегородкой во входном патрубке, предотвращает распределение очищаемой жидкости по всему объему гидроциклона и заставляет ее двигаться вблизи стенки сливного патрубка, что как сказано выше уменьшает путь и время центробежного осаждения частиц или капель дисперсной фазы, двигающихся во внешней зоне с очищаемой жидкостью, и значит увеличивает степень очистки.

Установка вертикальной перегородки во входном патрубке так, что отношение расхода очищаемой жидкости, подаваемой во внешнюю зону, и части расхода очищенной жидкости, подаваемой в виде рецикла во внутреннюю зону, удовлетворяет пропорции (1), позволяет предотвратить смешение обеих жидкостей в самом гидроциклоне, так как скорости обоих жидкостей при выполнении пропорции (1) будут одинаковыми, что способствует увеличению степени очистки, особенно для тонкодисперсных фракций частиц в суспензии или капель в эмульсии.

Таким образом, вертикальная перегородка, установленная во входном парубке с учетом выполнения пропорции (1), позволяет стандартный гидроциклон в гидроциклонной установке предлагаемой конструкции настраивать на заданную степень очистки конкретной суспензии или эмульсии, особенно при наличии в очищаемой жидкости тонкодисперсных фракций.

На фиг.1 представлена принципиальная схема гидроциклонной установки, на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1, на фиг.3 - вид Б на входной патрубок фиг.2.

Гидроциклонная установка состоит из цилиндроконического гидроциклона 1 с входным 2, сливным 3 и песковым 4 патрубками. На сливном патрубке 3 установлена камера 5, а входной патрубок 2 соединен с насосом 6 трубопроводом 7 с дросселем 8. Установка содержит также емкость 9 для сбора шлама и емкость 10, в которую подается извне и из которой забирается насосом 6 очищаемая жидкость.

На входном патрубке 2 установлена вертикальная перегородка 11, разделяющая его на внешнюю 12 и внутреннюю 13 зоны. Камера 5 соединена дополнительным насосом 14 через трубопровод 15 и вентиль 16 с внутренней зоной 13 входного патрубка 2, а внешняя его зона 12 - с трубопроводом 7.

Гидроциклонная установка работает следующим образом.

Очищаемую жидкость насосом 6 из емкости 10 через дроссель 8 по трубопроводу 7 подают во внешнюю зону 12 патрубка 2, а часть очищенной жидкости из камеры 5 в виде рецикла подают насосом 14 по трубопроводу 15 во внутреннюю зону 13 патрубка 2, при этом вентилем 16 устанавливают расход рецикла очищенной жидкости из камеры 5 таким образом, чтобы выполнялось условие (1).

Очищаемая жидкость из внешней зоны 12 патрубка 2 попадает в пристенную область цилиндроконического гидроциклона 1. Частицы или капельки дисперсной фазы под действием центробежной силы отбрасываются к стенке и оседают в песковом патрубке 4, откуда периодически удаляется в емкость 9 для сброса шлама.

На фиг.1 и 2 траектория движения очищаемой жидкости показана пунктирной линией, а очищенной, подаваемой на рецикл - в виде точек.

Так как толщина внешней зоны 12 от перегородки 11 до внешней стенки патрубка 2 меньше общей ширины патрубка 2, то и путь осаждения, а значит и время осаждения частиц или капель будет меньше, чем в обычном гидроциклоне. Частицы или капли находятся только в очищаемой жидкости, подаваемой во внешнюю зону 12, а во внутренней зоне 13 движется очищенная жидкость, подаваемая в виде рецикла. Уменьшение времени осаждения приводит к увеличению степени очистки очищаемой жидкости от частиц или капель дисперсной фазы.

Установка вертикальной перегородки внутри входного патрубка 2 в соответствии с формулой (1) обеспечивает равенство скоростей очищаемой жидкости и очищенной жидкости, подаваемой в виде рецикла во входной патрубок 2 и внутрь гидроциклона 1, что уменьшает вероятность их перемешивания и увеличивает степень очистки.

Таким образом, предлагаемая гидроциклонная установка позволяет увеличить степень очистки тонкодисперсных суспензий и эмульсий за счет установки вертикальной перегородки во входном патрубке 2. Чем меньше размер частиц или капель дисперсной фазы в очищаемой жидкости, тем меньше должна быть внешняя зона 12, чтобы тонкодисперсная фаза успевала в центробежном поле дойти до стенки гидроциклона. Это позволяет быстро переналаживать типовые или стандартные гидроциклоны на конкретную очищаемую жидкость - суспензию или эмульсию и обеспечивать заданную степень очистки путем перестановки вертикальной перегородки внутри входного патрубка и соответствующим пропорции (1) изменения расходов очищаемой жидкости и части очищенной жидкости в виде рецикла, подаваемых соответственно во внешнюю и внутреннюю зоны.

Гидроциклонная установка, содержащая цилиндроконический гидроциклон со сливным патрубком и входным патрубком, соединенным с насосом, камеру, установленную на сливном патрубке гидроциклона, и дроссель, отличающаяся тем, что входной патрубок снабжен вертикальной перегородкой, разделяющей его на внешнюю зону для потока очищаемой жидкости, и внутреннюю зону для потока очищенной жидкости, подаваемой из камеры в виде рецикла, при этом отношение расходов очищенной жидкости в рецикле к расходу очищаемой жидкости прямо пропорционально площадям внутренней и внешней зон:

где q_р и q - соответственно расходы очищенной жидкости в рецикле и очищаемой жидкости;