Обработка высококонцентрированных суспензий на гидроциклонах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Обработка высококонцентрированных суспензий на гидроциклонах

Шевцов M.H., Акименко H.Ю., Медведев В.A.

ТОГУ, г. Хабаровск, Россия

Абстракт

экологический очищение суспензия гидроциклон

В статье представлены методы обработки высококонцентрированных суспензий с помощью гидроциклонов, природных и сточных вод, а также эффективность их использования. Предложенные методы и рекомендации по технологической схеме обработки суспензий в дальнейшем станут способствовать упрощению и удешевлению процесса обработки сточных вод. Метод обработки осадка является актуальной проблемой, решением которой является применение эффективных технологий. Для снижения нагрузки на окружающую среду в перспективе использовать безреагентных методов обработки высококонцентрированных суспензий.

Ключевые слова: высококонцентрированные суспензии, обработка суспензий, технология обработки осадка, гидроциклон, сепараторы, сточные воды.

Abstract

Shevtsov М. N., Akimenko N. U., Medvedev V. А.

PNU, Khabarovsk, Russia

PROCESSING HIGHLY CONCENTRATED SUSPENSION ON HYDROCYCLONES

The article presents the methods of treatment of highly concentrated suspensions using hydrocyclones, water and sewage, as well as the efficiency of their use. The proposed methods and recommendations on process slurries processing scheme in the future will help to simplify and reduce the cost of wastewater treatment process, sludge treatment method is an urgent problem, whose solution is the use of effective indicators and factors of processing technologies. To reduce the load on the environment in the long term use reagentiess processing technology highly suspensions.

Keywords: highly concentrated suspensions, suspensions of treatment, sludge treatment technology hydrocyclone separators wastewater.

Аппараты циклонного типа являются составной частью многих гидравлических машин, устройств, аппаратов и гидропневмоагрегатов, используемых при решении большого числа производственных, технических и технологических задач, включая задачи экологии, надежности и безопасности.

Разделение жидкостей с высоким содержанием взвешенных веществ с использованием центробежной силы может происходить не только в центрифугах, но и в неподвижном сосуде путем их подачи с сообщением вращательного движения. Для этих целей используется гидроциклон.

Гидроциклоны являются перспективными аппаратами для грубой очистки природных и сточных вод. В напорных гидроциклонах с малым диаметром цилиндрической части создается высокий фактор разделения, достигающий несколько тысяч единиц и, следовательно, можно предполагать высокую эффективность осветления суспензии. Практически же интенсивные пульсации скоростей не позволяют достичь ожидаемых результатов, решение таких задач возможно за счет улучшения гидродинамических характеристик путем совершенствования конструкции гидроциклонов.

Потоки внутри гидроциклона имеют сложную траекторию, наряду со спиральным движением существуют замкнутые циркуляционные токи, значительно усложняющие гидродинамическую обстановку в аппарате. Снижение турбулентности при движении жидкости внутри гидроциклона и увеличение эффективности его работы можно достичь за счет изменения формы и размеров составляющих частей, а также их оптимального соотношения [1].

Выбор конструкции гидроциклона будет зависеть от характеристики сточных вод и требований, предъявляемых к аппарату по эффекту обработки, режиму работы и условий эксплуатации.

По конструктивным признакам все гидроциклоны делятся на следующие группы: конические, цилиндрические гидроциклоны и турбоциклоны. В результате испытаний, проведенных многими исследователями, установлено, что с технологической точки зрения гидроциклоны более сложных конструкций не имеют никаких преимуществ перед обычными коническими гидроциклонами [2], поэтому мы рассмотрим самый простой вид гидроциклонов (рисунок 1.)

Одним из главных конструктивных параметров гидроциклона, влияющих на эффективность работы и производительность, является его диаметр, так как величина центробежной силы обратно пропорциональна радиусу вращения частиц, поэтому степень разделения зависит от диаметра гидроциклона.

Для очистки сточных вод могут применяться гидроциклоны и более малых размеров, диаметром 25мм и менее с разделительной способностью по крупности граничного зерна 8-25 мкм. Они объединяются в специальные батареи. Несмотря на более высокую разделительную способность, такие гидроциклоны имеют недостатки: быстрый износ, большую вероятность засорения и трудности при ремонте связанные с разборкой батарейных блоков. Поэтому выбор диаметра аппарата должен производиться на основании экспериментов и с учетом конкретных условий их применения (общий расход сточных вод, технологической схемы и др.).

Размеры входного отверстия и его форма влияет на гидродинамический режим и производительность гидроциклона. Величина скоростей тангенциальных и радиальных потоков, а, следовательно, и соотношение их расходов отводимых через отверстия зависят от величины скорости в питающем патрубке. Если диаметр гидроциклона относительно большой или размеры отводных отверстий превышают необходимые, скорости движения потоков в гидроциклоне будут относительно ниже. При большом входном отверстии скорость на входе в гидроциклон будет меньше, а количество поступающей жидкости будет значительным, что повлечет за собой перераспределение величин скоростей внутри аппарата. Для осуществления в гидроциклоне идеального винтового потока необходимы безударный вход исходной смеси и достаточный подвод энергии для создания и поддержания стабильного вихря. Потенциальная и кинетическая энергии, подводимые с продуктом, перераспределяются во вращающемся винтовом потоке, в котором тангенциальная линейная скорость в цилиндрической части и в конусе, где поток меняет направления, находится в равновесии. Величина входного отверстия рекомендуется равной (0,08-0,25) Dr. Учитывая, что форма отверстия может быть не круглой, удобнее величину входного отверстия выражать в виде площади, тогда это соотношение будет FBX=(0,03-0,06)F [5].

Для создания одинаковых условий для всех частиц, поступающих в гидроциклон, сечение входного отверстия выполнено сегментной формы. При такой форме касание поступающего потока в гидроциклоне происходит не в одной точке, как это имеет место при круглом отверстии, а на большой площади шириной равной хорде сегмента. Подающий патрубок рассечен плоской диагональной пластиной на большой длине, что обеспечивает концентрацию крупных частиц у периферийной стенки еще до входа в гидроциклон. Угол наклона подающего патрубка к оси гидроциклона принимается 5-8° [3]. Этот наклон обеспечивает направление частиц по спирали и снижает расход нежелательных нетангенциальных токов, направленных по верхнему контуру к сливному отверстию. Размещение входного отверстия производится вверху цилиндрической части гидроциклона.

Изменение параметров сливного патрубка существенно влияет на показатели работы гидроциклона. Следует различать два параметра сливного патрубка: его диаметр и диаметр диафрагмы при входе в него. Величину диаметра сливного патрубка следует принимать равной половине внутреннего диаметра циклона с учетом обеспечения оптимального расширения входящей струи. Такая величина диаметра обеспечивает сужение кольцевого пространства в зоне питания гидроциклона, что препятствует накоплению твердых частиц в этой зоне и повышает эффект работы гидроциклона. Лучшие результаты классификации получаются обычно при входном диаметре сливного патрубка в пределах 0,2 - 0,4 диаметра гидроциклона.

Рисунок 1. Гидроциклон.

Как показали наши исследования при обработке стоков с высоким содержанием мелкодисперсной взвеси лучше принимать меньшую величину отношения диаметра сливного патрубка к диаметру гидроциклона, что одновременно обеспечит устойчивую работу гидроциклона.

Увеличение высоты цилиндрической части гидроциклона, так же как и уменьшение угла конической части увеличивает время пребывания обрабатываемой жидкости и повышает эффективность разделения.

Таким образом, принята конструкция гидроциклона для дальнейшего определения оптимальных технологических параметров. Данный аппарат состоит из корпуса, который имеет цилиндроконическую форму и снабжен вверху тангенциально расположенным штуцером для ввода суспензий или нестойких эмульсий, нижним штуцером для вывода осадка, а также верхним патрубком, который необходимым для вывода фугата.

Среди достоинств данного типа аппаратов следует выделить простату устройства и обслуживания, небольшую стоимость и компактность.

Разделяемая суспензия с большой скоростью входит в гидроциклон и приобретает вращательное движение. По мере перемещения суспензии вниз крупные частицы концентрируются около внутренней поверхности конуса. При этом в центральной части корпуса возникает встречный восходящий поток, который содержит неотделенные мелкие твердые частицы. Потоки фугата и сгущенного осадка, выходящие из гидроциклона, имеют соотношение, зависящее от сечения штуцера для их вывода.

На эффективность работы гидроциклона оказывают влияние диаметры водоотводящей трубы и нижней шламоотводящей насадки, так как соотношение между ними обусловливает соотношение между расходами осветленной воды и шлама. Увеличение расхода осветленной воды сопровождается увеличением скоростей радиально направленных потоков воды, которые выносят частицы взвеси к центральной водоотводящей трубе, и этим снижается эффект осветления воды. При уменьшении диаметра нижней шламоотводящей насадки увеличивается концентрация шлама, что вызывает накопление взвеси в конической части гидроциклона; это обстоятельство также сопровождается увеличением выноса взвеси с очищенной водой.

Проведены исследования на кафедре инженерных систем и техносферной безопасности Тихоокеанского государственного университета, которые позволили предложить для доочистки сточных вод золотодобывающих обогатительных фабрик, и произвести конструкцию гидроциклона, обеспечивающую эффект, позволяющий создать внутрифабричный оборот для доочищенных сточных вод.

Заключение

Гидроциклоны успешно применяются во многих отраслях промышленности и показывают хорошие результаты. Их достоинством являются небольшие размеры, эффективность работы, несложная конструкция и возможность объединения аппаратов в один большой комплекс. Результаты выполненных исследований позволяют рекомендовать оптимальную конструкцию гидроциклона для использования в Водном хозяйстве золотоизвлекательных фабрик.

Список использованных источников и литературы

1.Ахсанов Р.Р., Данилов В.И., Нурмухаметов Н.Х. Стабилизация нефти с помощью гидроциклона. - Уфа: Изд. фонда содействия развитию научных исследований, 1996. -118 с.

2.Батуров В.И., Лейбовский М.Г. Гидроциклоны. Конструкции и применение. Обзорная информация

3.Башаров М.М., Сергеева О.А. Устройство и расчет гидроциклонов

4.Иванов М. Гидроциклоны в водоподготовке; электронная версия статьи по адресу: http://www.aqua-therm.ru/articles/articles_36.html.

5.Лаптев А.Г. , Башаров М.М., Фарахова А.И. Явления турбулентного переноса тонкодисперсных частиц в жидкой фазе динамических сепараторов// Научный журнал КубГАУ [Электронный ресурс]. Краснодар: КубГАУ, 2011. - №68 (04).- С. 1-31. http://www.ej.kubagro.ru/2011/04/pdr43.pdf.

6.Мустафаев А.М., Гутман Б.М. Гидроциклоны в нефтедобывающей промышленности. М., Недра, 1981,260 с.

7.Поваров А.И. Гидроциклоны на обогатительных фабриках. М., «Недра», 1978,232 с.

Размещено на Allbest.ru