Гидроциклоны

Для очистки сточных вод наиболее широкое применение получили однокорпусные напорные и открытые (безнапорные), батарейные многоярусные гидроциклоны. Открытые гидроциклоны (рис. 10.1.1) [4] применяются для отделения из сточных вод оседающих и всплывающих веществ. Скорость осаждения частиц в таких циклонах достигает 0,02м/с. Они имеют большую производительность и малые потери напора (до 500Па).

Диаметр и высота циклона составляет 2-6м. Угол конической части составляет 60°.

Рис. 10.1.1 Безнапорный гидроциклон: 1−водослив; 2−колцевой лоток; 3−отводящий патрубок воды; 4−подводящий патрубок; 5−выпускной патрубок осадка

Напорные гидроциклоны (рис. 10.1.2) [10, 4] применяют для выделения из сточных вод примесей минерального происхождения, плотность которых значительно отличается от плотности воды. Они состоят из цилиндрической части диаметром 25-500мм и конической части. Сточная вода подается под давлением 0,15-0,4МПа.

Напорный гидроциклон состоит из цилиндрической 4 и конической 2 частей (рис. 10.1.2). Исходная вода поступает в гидроциклон через тангенциальный патрубок 6, расположенный в цилиндрической части. Коническая часть гидроциклона оканчивается насадкой 1, через который отводится осадок, выделенный из сточной воды. Осветленная вода выводится через сливной пат рубок 3, расположенный по оси циклона в верхней части. Рабочий поток поступает в цилиндрическую часть гидроциклона по тангенциально расположенному вводу и, двигаясь по винтовой спирали возле стенок аппарата, направляется в его коническую часть. В конической части на уровне, соответствующем 0,71 D, поток поворачивает к центральной оси и затем движется по цилиндрической спирали вверх к сливной насадке, через которую удаляется из аппарата.

Примеси отделяются за счет действия центробежных сил, потому эффективность разделения весьма высокая при незначительных габаритах аппарата.

Рис. 10.1.2 Напорный гидроциклон: 1−насадок; 2−коническая часть; 3−сливной патрубок; 4−цилиндрическая часть; 5−сливная камера; 6−подающий патрубок

Производительность открытого гидроциклона, [4]:

(10.1.1)

где −скорость воды на входе аппарата, м/с; D−диаметр цилиндрической части, м.

Диаметр подающего патрубка: d=0,l D.

Производительность напорного гидроциклона, [4]:

(10.1.2)

где: к − коэффициент, равный 0,524 для гидроциклонов с м и углом конической части 30°; g − ускорение свободного падения, м/ ; − перепад давления в гидроциклоне, Па.

Производительность гидроциклона (в л/мин) [10]:

(10.1.3)

где к −коэффициент, равный 5; и −диаметр питающего (входного) и сливного (выходного) патрубков, мм; g − ускорение свободного падения, м// ; −перепад давления в гидроциклоне, Па.

Размер частиц, улавливаемых в гидроциклоне, может быть определен по зависимости:

(10.1.4)

где: −высота сепарационной зоны, равная расстоянию между осью пи тающего патрубка и нижним разгрузочным патрубком, м; −динамическая вязкость исходной суспензии, Па с; и −соответственно плотность дисперсной (частиц) и дисперсионной (жидкости) сред, кг/м³; −скорость тангенциального движения суспензий в гидроциклоне, м/с.

Величина тангенциальной скорости движения суспензии в гидроциклоне определяется по формуле:

(10.1.5)

где −скорость движения суспензии во входном патрубке при входе в гидроциклон; D, L −диаметр и длина цилиндрической части гидроциклона, м.

Промышленностью налажен серийный выпуск гидроциклонов из металла и пластмасс. Выбор гидроциклона может осуществляться по показателю гидравлической крупности частиц (табл. 10.1.1).

Многоярусные гидроциклоны используют для интенсификации процесса очистки. В них рабочий объем разделен на отдельные ярусы свободно вставляемыми коническими диафрагмами. Вследствие этого высота слоя отстаивания уменьшается. Вращательное движение позволяет полнее использовать объем яруса и способствует агломерации взвешенных частиц. Каждый ярус гидроциклона работает самостоятельно.

На практике используются гидроциклоны с наклонными патрубками для отвода очищенной воды и гидроциклон с периферийным отбором осветленной воды (рис. 10.1.3).

Рис.10.1.3 Многоярусный гидроциклон: 1−диафрагма; 2−перепускные трубки; 3−направляющая диафрагма; 4−аванкамера; 5−шламоотводящая шахта; 6−тангенциальный впуск

В первом из них впуск загрязненной воды осуществляется тангенциально через общие для всех ярусов щели, расположенные через 120°. Распределение воды по высоте происходит в аванкамерах с распределительными лопатками.

Рабочий поток движется в ярусе по сходящейся спирали и выходит в центральную часть. Осадок сползает в ярусе и через шламовыводящую щель попадает в коническую часть аппарата, откуда удаляется под действием гидростатического напора. Гидроциклон имеет устройство для удаления всплывающих примесей.

Скорость восходящего потока в аванкамере принимают равной 0,5 м/с.

Основные параметры многоярусного гидроциклона с наклонными патрубками следующие: диаметр гидроциклона м, высота яруса = мм, число ярусов составляет 4-20, диаметр центрального отверстия в диафрагме = м, ширина шламовыводящей щели = мм число впусков n = 3.

При большой производительности с целью сохранения высоких значений центробежного фактора разделения используют батарейные гидроциклоны (рис. 10.1.4)

Рис. Схема батарейного гидроциклона для трехступенчатой обработки воды: I, II, III−ступени обработки

Таблица10.1.1

Параметры напорных гидроциклонов

Гидравлическая крупность, мм/с, при:	D, мм	Размеры элементов в долях D	Н, м	Q, м³/ч
, г/ ; г/л	г/ г/л
1,0-1,7	0,20-0,25		0,28	0,40	0,12		10-15	3-4
1,3-2,1	0,3-0,4		0,24	0,27	0,12		15-20	5-6
2,7-3,7	0,4-0,5		0,20	0,23	0,10	0,7	15-25	46-53
3,6-4,6	0,8-1,1		0,18	0,22	0,07	0,88	20-30	75-85
4,3-4,8	1,8-2,0		0,13	0,22	0,05	0,8	25-35	85-90
Примечание: −объемная масса; с −концентрация; D−диаметр цилиндрической части; −диаметр питающего патрубка; −диаметр верхнего сливного патрубка; диаметр нижнего сливного патрубка; −высота цилиндрической части; Н−потеря напора; Q−производительность