Диссертация (1025509), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

Поэтому в настоящее время на практике используютразличные виды классификаций единичных аппаратов [4,8,107,108]. Вчастности, согласно данным [107,108], среди конструкций гидроциклоновможно выделить четыре основных типа: турбоциклоны, коническиегидроциклоны,цилиндрические(прямоточныеипротивоточные)гидроциклоны, цилиндроконические гидроциклоны.Использование турбоциклонов сдерживается целым рядом обстоятельств,детально рассмотренных в работах [90,91,108]. В связи с этим, применениеаппаратов указанного типа при решении различных технологических задач внастоящее время следует признать недостаточно обоснованным.

Коническиегидроциклоны также имеют весьма ограниченную область применения,поскольку главным образом предназначеныдляразделениягрубыхсуспензий [108]. Цилиндрические гидроциклоны используют чаще всего дляпроведенияпроцессовдвухфракционнойилимногофракционнойклассификаций, осветления и сгущения суспензий. Однако при решениисовременных технических и технологических задач они используются вкрайне ограниченном объеме, поскольку разделение по крупности твердойфазы в данных аппаратах происходит недостаточно четко [79,90,108].В23связи с этим в данной работе аппараты представленных типов детально нерассматриваются.Гидроциклоны цилиндроконического типа применяют для осветления,сгущения, обогащения и классификации разнообразных суспензий.

Этиаппараты нашли наиболее широкое применение в различных отрасляхпромышленности и экологии [9,28,81,89,92,93,108,115,123,143]. Для данноготипа оборудования в настоящее время имеется весьма обширный иразноплановый материал как теоретического, так и экспериментальногохарактера[1,2,79,81,90,99,108,121,126,143,150].Припроведениитеоретических и экспериментальных исследований в диссертационной работеуказанноеобстоятельствосущественноупрощаетнетольковыборкорректных допущений и нахождение рабочих характеристик, но и позволяетоднозначноДетальноинтерпретироватьособенностиполученныерабочегорезультатыпроцессаисследований.цилиндроконическихгидроциклонов рассмотрены ниже в разделе 1.1.2.Конструкции гидроциклонов цилиндроконического типа и методырасчета их основных характеристик достаточно подробно представлены вработахмногихотечественных[1,2,4,79,81,89,90,108]изарубежных[126,130,143,149,152,179,184] авторов, которые внесли весомый вклад втеорию и практику гидроциклонирования.С учетом особенностей применения и разработки цилиндроконическихгидроциклонов среди них обычно выделяют три размерные областиаппаратов с диаметром цилиндрической части dц  50 мм, dц=50..150 мм иdц  150 мм [108,113], каждая имеет свои специфические особенности работы,расчета и конструирования.Здесь следует особо выделить цилиндроконические гидроциклоны малогоразмера с диаметром цилиндрической части dц  50 мм [61,93,108,116,139,146,175], которые составляют основу многих мультициклонов, ступенчатых,24батарейных и многоярусных гидроциклонных установок, используемых вразличных технологических процессах.При этом эффективность и экономичность подобных процессов частоопределяются величиной вторичного уноса дисперсной фазы.

Помимоснижения производительности технологического оборудования, вторичныйунос дисперсной фазы ухудшает качество целевого продукта и снижаетэффективность работы последующих ступеней очистки, что нередкоприводит к загрязнению биосферы [10,85,108,139,142,143,162,179].Потребностисовременныхтехнологийипроизводств,включаяобеспечение их экологической безопасности, заставили специалистовобратиться к исследованию процессов классификации высокодисперсныхфракций твердых загрязнений с размером частиц дисперсной фазы менее5 мкм [22,33,73,76,85,94,116,142,163,165].

Для осуществления этих процессовнаиболее востребованными являются цилиндроконические гидроциклоныклассификаторы малых размеров с диаметром цилиндрической частиdц50 мм и углом конусности ϴ6 [61,93,108,116,139, 146,176]. Однако приреализации процессов классификации высокодисперсных систем широкоеприменениецилиндроконическихгидроциклоновмалыхразмеровограничивается целым рядом теоретических и практических проблем [108].Это связано как с незавершенностью общей теории процессов переноса вцилиндроконических гидроциклонах-классификаторах малых размеров, так ис неоднозначностью их рабочих параметров и выбора аппаратногооформления данных процессов.Современные исследования процессов классификации суспензий вцилиндроконических гидроциклонах позволили выявить в высокодисперснойобласти ряд новых особенностей и явлений в коллективном поведениичастиц дисперсной фазы [142,148,154,163,177].

Наглядным примеромявляется «fish-hook» эффект [132,140,142,143,151,155,159,174]. Данныйэффект заключается во вторичном уносе высокодисперсных частиц в25крупнодисперсный продукт классификации, что существенно снижает нетолько качество классификации, а также эффективность и безопасностьпротекающих процессов, но и может оказывать негативное влияние наокружающую среду.Одним из перспективныхпроявления«fish-hook»полидисперсныхсистемнаправленийэффектаследуетвсниженияпроцессахпризнатьнегативногоклассификацииразработкуспособов,обеспечивающих изменение гидродинамической обстановки в аппарате, вчастности, при помощи дополнительной инжекции.Однако результаты исследований, проведенных в данном направлении[85,132,139,144],носятограниченныйхарактер,преимущественнобазирующийся на эмпирических данных, и, как правило, не учитывают рядасущественныхособенностейпротекающихпроцессов,включаядоминирующее влияние случайных составляющих процессов [94,108],которые в рассматриваемых условиях могут иметь определяющее значение.Таким образом, исследование методов снижения негативного проявления«fish-hook» эффекта в процессах классификации, включая их конструктивноеоформление, следует рассматривать в качестве одной из прикладных задачнастоящего исследования.Представленные материалы позволяют сделать вывод о том, что прирешении современных задач обработки высокодисперсных суспензийприменение цилиндроконических гидроциклонов-классификаторов малыхразмеровявляетсянаиболееобоснованным.Приэтомувеличениеэффективности классификации дисперсной фазы в таких аппаратах, созданиеновых и совершенствование существующих классификационных устройств,а также разработка более точных и надежных методов расчета иххарактеристик является актуальной и практически значимой задачейсовременныхгидравлическихгидропневмоагрегатов.машин,устройств,аппаратови261.1.2.Основныеособенностиработыцилиндроконическихгидроциклонов-классификаторовУсловия движения потоков внутри гидроциклона зависят как отконструктивных, так и от технологических параметров, подлежащих расчетуАнализ[1,79,81,90,103,108,121,126,143].работ[79,99,108,126,143]показывает, что данный вопрос достаточно хорошо изучен и, как правило, невызывает трудностей при выборе оптимальных размеров многих аппаратов.Более того, методики расчета характеристик гидроциклонов применительно кочистке сточных вод представлены в СНиП 2-04-03-85 [101].Данные работ [79,99,108,126,143] свидетельствуют, что основнымгеометрическим размером аппарата, который определяет практически все егоостальныеразмеры,являетсядиаметрцилиндрическойчастицилиндроконического гидроциклона dц (Рисунок 1.5, Таблица 1).Диапазоны изменений конструктивных размеров цилиндроконическихгидроциклонов, связанных с dц, представлены в Таблице 1.

Указанныедиапазоны изменений конструктивных размеров аппаратов соответствуютосновным режимам их работы, рассчитанным на обеспечение требуемыххарактеристикгидроциклоновприминимальныхгидравлическихсопротивлениях устройства [108,126,143]. Однако при решении целого рядатехнических задач эти данные не являются однозначными и могутсущественноизменятьсявтуилиинуюсторону,особенноцилиндроконических гидроциклонов-классификаторов малых размеров.для27413hц2hк5Рисунок 1.4. Основные конструктивные параметры цилиндроконическихгидроциклонов: 1 – цилиндрический корпус; 2 – коническаячасть аппарата; 3 – входной патрубок; 4 – верхний сливнойпатрубок; 5 – нижний сливной патрубок [108]Таблица 1.Основные конструктивные размеры цилиндроконическихгидроциклонов с dц=20...500 ммОбозначениеdцdвхldвdнhкhцϴ=2γРазмерыдиаметр цилиндрической частидиаметр входного каналадлина выходного (верхнего) каналадиаметр верхнего выходного отверстиядиаметр нижнего выходного отверстиядлина конической частидлина цилиндрической частиугол конусностиОсредненныесоотношения1(0,15 – 0,3)dц(0,5 – 1)dц(0,2 – 0,4)dц0,19 – 0,38)dц(3,7 – 10) dц(0,5 – 3) dц5° – 30 °28Вданномслучаемногиеисследователивводятдополнительныевеличины, связанные с этими размерами, в частности, высоту рабочей зоныгидроциклона hрз[86,90,108].

Для аппаратов с диаметром более 50 ммвысоту рабочей зоны hрз обычно считают постоянной величиной, значениекоторойравнодлиневертикальногосечениямеждуразгрузочнымиотверстиями h (Рисунок 1.4) [90,108]. В гидроциклонах-классификаторахмалых размеров количественные данные по фактическому значению высотырабочей зоны аппарата практически отсутствуют.В настоящее время принято считать [4,79,90,108,121,126,143,180], чтопосле ввода основного потока разделяемой суспензии в аппарат (Рисунок 1.5)поток жидкости в периферийной зоне, вращаясь с большой скоростью,движется вниз к вершине конуса гидроциклона.Отвод осветленногопродуктаПодводсуспензии123Отвод сгущенногопродуктаРисунок 1.5. Общая схема движения потоков в корпусе гидроциклона: 1 –внешний поток; 2 –внутренний поток; 3 – зона разряжения[4,108]Часть сгущенной суспензии при этом выходит через нижний сливнойпатрубок, предназначенный для вывода крупнодисперсного продукта.Основное же ее количество изменяет направление движения и, образуя29внутренний восходящий поток, поднимается вверх и удаляется изгидроциклона через верхний сливной патрубок.

При движении основногопотока к вершине конуса из него выделяется часть жидкости, которая,перемещаясьврадиальномнаправлении,вливаетсявовнутреннийвосходящий поток.При выпуске в атмосферу через нижнее разгрузочное отверстие вгидроциклон поступает значительное количество воздуха, который вместе сгазом, выделившимся из жидкости, образует вдоль оси зону разряжения –воздушный столб, диаметр которого возрастает с увеличением углаконусности [108]. Таким образом, в гидроциклоне, кроме двух основныхвращающихся потоков жидкости (внутреннего и внешнего), образуетсятретий – в виде воздушного столба.

Характеристики

Список файлов диссертации