Тема 11. Гидроциклоны

Гидроциклонами называются аппараты для осветления воды, в которых выделение взвешенных частиц из воды происходит под действием центробежных сил, создаваемых закрученным потоком осветляемой воды.

Гидроциклоны бывают:

- напорные (закрытые);

- низконапорные (открытые).

11.1. Напорные гидроциклоны.

Напорный гидроциклон (рис.11.1.) представляет собой цилиндрический корпус 1 с коническим днищем 2. Вода подается через тангенциально расположенный патрубок 3. При вращении воды частицы взвеси отбрасываются к цилиндрической стенке корпуса и сползают по ней в конусное днище, из которого удаляются через выпуск 4. Осветленная вода отводится из центра корпуса через патрубок 5.

Движение твердых частиц к стенке гидроциклона происходит под действием силы Р, которая равна разности центробежных сил твердой и жидкой фаз:

где V - скорость воды на входе в гидроциклон;

R - радиус цилиндрической части гидроциклона;

r и r₀- плотность частицы и воды.

Из формулы видно, что эффективность гидроциклона тем выше, чем крупнее взвешенные частицы, больше их плотность, выше скорость воды на входе в гидроциклон и чем меньше радиус гидроциклона. При прочих равных аппараты малого размера более эффективны и менее энергоемки (меньше величина потери напора). Но они менее производительны. Для очистки большого количества воды малые гидроциклоны объединяют в батареи по несколько десятков штук.

Расчет напорного гидроциклона.

Заключается в выборе диаметра и определении производительности по воде.

Производительность гидроциклона Wг.ц:

где a=0,85-0,9 - коэффициент, учитывающий потери воды с осадком;

m_Г - коэффициент расхода гидроциклона, отнесенный к живому сечению питающего отверстия m_Г =0,24(d/dп);

d - диаметр сливного патрубка;

dп- эквивалентный диаметр питающего отверстия (диаметр круга, равновеликий площади питающего отверстия);

w - площадь сечения подающего патрубка;

∆H - потери напора в гидроциклоне, определяемые по графикам по расчетной гидравлической крупности улавливаемых частиц.

11.2. Низконапорные (открытые) гидроциклоны.

По принципу действия находятся между отстойниками и напорными гидроциклонами. По конструкции открытый гидроциклон похож на вертикальный отстойник. В нем лишь отсутствует центральная труба, а подвод воды осуществляется тангенциально в нижней части цилиндрического корпуса. Осветленная вода удаляется через кольцевой водосброс в верхней части аппарата.

Роль центробежных сил в безнапорном гидроциклоне благодаря значительному диаметру и малой скорости незначительна. Вода вначале движется в узком пристенном слое, затем постепенно поток расширяется. Этому способствует наличие конической диафрагмы в верхней части гидроциклона под переливной крышкой, снижающей вертикальную скорость, благодаря чему повышается эффективность осветления. Наличие вращательного движения воды снижает турбулентность, характерную почти для всех видов отстойников. Это улучшает качество воды, так как уменьшается захват выпавших частиц из нижних слоев и перенос их в верхние.

Высота цилиндрической части гидроциколона равна его диаметру, а диаметр отверстия диафрагмы равен половине диаметра гидроциклона.