Диссертация (1025509), страница 5

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

Текст из файла (страница 5)

Однако такое описание движенияжидкости в гидроциклоне является приблизительным [108].Вдействительностигидродинамическаяобстановкаваппаратезначительно сложнее, так как наряду с круговыми потоками возникаюттангенциальные, радиальные, вертикальные и циркуляционные потоки, атакже вихри, совокупность которых существенно осложняет приведеннуювыше схему движения дисперсионной среды в аппарате [108,126].В настоящее время наиболее распространенными являются две точкизрения на строение потоков дисперсионной среды в гидроциклонах, которыеопределяют структурную особенность методик нахождения характеристикаппаратов и расчета параметров процессов классификации.Согласно исследованиям [1,126,173], переход жидкости из нисходящегопотока в восходящий происходит по всей высоте рабочей зоны аппарата иможет иметь при этом переменный характер по вертикали (Рисунок 1.6,а).По другим данным [89,90,96,100,116,126,181], основная часть жидкостипоступает в восходящий поток в нижней части конуса, при этом начинаяпримерно с середины конуса и выше между потоками может существоватьдополнительный циркуляционный поток, в котором жидкость одновременно30с вращением вокруг оси перемещается с наружной стороны зоны внаправлении к нижнему патрубку, а с внутренней – в направлении кверхнему патрубку (Рисунок 1.6,б).

При этом высота рабочей зоны hрз, гдеосуществляется переход нисходящего потока в восходящий, становитсянеоднозначным понятием.132а)б)Рисунок 1.6. Схема движения дисперсионной среды в цилиндроконическомгидроциклоне: а) без циркуляционных потоков [126,173]; б) приналичии циркуляционных потоков 1 – [90], 2 – [181], 3 – [126]Подобныеособенностямиразличиямогутисполнениябытьобъясненыисследуемыхаппаратовконструктивнымии,вчастности,диаметром цилиндрической части гидроциклонов, относительной длиной ихцилиндрическойиконическойчастей,угломконусности,атакжеразличными технологическими режимами работы аппаратов, которыеопределяютсятакимиихрабочимихарактеристиками,какобщаяпроизводительность, сплит-параметр и т.д.Вбольшинствеизвестныхметодикрасчетагидроциклоновзонациркуляции не учитывается при расчете аппаратов [108].

Однако с учетомтого, что поднимающийся вверх поток может частично вовлекаться в зонувторичной циркуляции, составляющую, по данным [108], около 20-30% всейобъемнойпропускнойспособностигидроциклона,впоследующихисследованиях будем рассматривать схему наиболее общего вида приналичии циркуляционных потоков и вихрей малого масштаба.31В результате при дальнейших исследованиях будем допускать, что вцилиндроконическом гидроциклоне существуют четыре зоны: нисходящийпоток, восходящий поток, зона циркуляции и воздушный столб сприсутствием в них вторичных вихрей малого масштаба, характерных дляразвитого турбулентного течения (Рисунок 1.7).3124Рисунок 1.7.

Схема потоков жидкости в цилиндроконическом гидроциклоне,принятая в данной работе: 1 – нисходящий поток, 2 –восходящий поток, 3 – зона циркуляции, 4 – воздушный столбПо мнению отдельных авторов [89,90], основное разделение твердой фазыосуществляется в центральном восходящем потоке гидроциклона, в то времякак большинство исследователей [1,81,88,108] придерживаются мнения, чтоее основное разделение осуществляется в нисходящем потоке аппарата.В настоящей работе применительно к расчету процессов классификациииспользуется допущение об определяющей роли нисходящего потока.Восходящий поток будет учитываться в качестве дополнительного средстваклассификационного воздействия. При этом также допускается, что напроцесс классификации значительное влияние оказывают его случайныесоставляющие [108].32Представленный материал позволяет сделать вывод, что, независимо отцелевого назначения аппарата, протекающие процессы классификации вгидроциклоне малого размера существенно зависят от гидродинамическойобстановки в аппарате, которая определяется не только конструктивнымиособенностями гидроциклона-классификатора, но и технологическимирежимами его работы.1.1.3.

Основные способы изменения гидродинамической обстановки вцилиндроконических гидроциклонах-классификаторахПри проведении различных технологических процессов с использованиемцилиндроконическихгидроциклонов-классификаторовмалыхразмероввозникает ряд проблем, ограничивающих возможности применения данныхаппаратов. К ним можно отнести: изменение показателей классификации приколебаниях расхода, концентрации и состава твердой фазы на входе ваппарат [4,108], невозможность получения абсолютно чистого продуктаклассификации при обработке тонких суспензий [108,143], наличие «fishhook» эффекта и ряд других [126,143]. Кроме того, для нормальной работыуказанных аппаратов необходимо производить плавный ввод суспензии навходе в гидроциклон, осуществлять снижение турбулентных пульсаций,проводитьточнуюрегулировкуобъемныхрасходовпродуктовклассификации [4,108].

Это может быть обеспечено не только разработкойоригинальныхконструкций[108],ноиспомощьюизменениягидродинамической обстановки в гидроциклоне за счет внешнего активноговоздействия [108,126,143] (Рисунок 1.8).Существует несколько подходов к изменению гидродинамическойобстановки в аппаратах и, соответственно, характеристик процессовклассификациивгидроциклонахцилиндроконическоготипа[11,14,108,126,143,166,176]. Однако многие из них из-за относительной33сложности реализации и конструктивного оформления не находят широкогопрактического применения [166,176].б)а)в)Рисунок 1.8.

Цилиндроконические гидроциклоны с различными способамирегулировки показателей классификации [108]: а) с винтовымкоробомдлявыводапромежуточногопродукта;б)с«раздвижным» конусом и эластичными элементами; в) сфильтрующими сетками в разгрузочных камерахПо мнению ряда авторов [126,134,139,143,144,149,168,188], наиболееэффективным способом активного воздействия на гидродинамическуюобстановку в гидроциклоне является формирование в аппарате некойдополнительной силы (например за счет инжекционной струи), поперечнонаправленной к основному потоку разделяемой дисперсной системы, котораяспособнапредоставитьхарактеристикиуправлениявозможностьклассификации.подобныйподходСактивноговоздействияиспользованиемпозволяетнаавтоматическоговарьироватьпараметрыинжекционной струи и добиваться требуемого классификационного эффекта.Приэтомавтоматическийконтрольпроцессауправленияможетосуществляться, например, по значению угла факела распыления сгущенногопродукта из нижнего слива аппарата [166,170].Способ подвода дополнительной струи воды (инжекции) известендостаточно давно [108,126,143,144,149,168].

Обзор патентной литературы34показал, что существуют различные варианты конструктивного оформленияданного способа [20,21,22,180], некоторые из которых показаны наРисунке 1.9.а)б)в)г)Рисунок 1.9. Конструктивное оформление гидроциклонов с инжекцией:a) гидроциклон очиститель-смеситель [20]; б) гидроциклонклассификаторпромывки[21];в)материалов,гидроциклон-дезинтеграторсодержащихглинудля[22];г) гидроциклон с инжекцией и встроенным усеченным конусом[144,188,189]Отдельные зарубежные компании [144,168,188,189], занимающиесяпроизводствомгидроциклонов-классификаторовдляпромышленности,выпускают модель с инжектором и встроенным усеченным конусом внутриаппарата (Рисунок 1.9,г).Представленные выше конструкции в целом различаются высотойрасположения инжектора для подвода воды, количеством струй, наличиемдополнительных вставок.

Это указывает на то, что проблема определениявысоты расположения инжектора относительно нижнего сливного отверстияи определения его оптимальной конструкции до настоящего времени неполучила окончательного разрешения.Исследования, представленные в работе [139], показали, что наиболеерациональнойконструкциейгидроциклонов-классификаторовмалых35размеров с инжекцией являются аппараты с размещением инжектора внизуконической части (Рисунок 1.10).21FEAABCDH44Du3Рисунок1.10.Схемагидроциклона-классификаторасинжектором,установленным внизу конической части аппарата [153]:1 – входной патрубок, 2 – верхний сливной патрубок, 3 –нижний сливной патрубок, 4 – инжектирующие соплаПо данным работы [139], эта конструкция обеспечивает максимальнуюэффективность инжекционного воздействия.

Кроме того, общая длинаконической части аппарата и всего гидроциклона-классификатора в целомостается практически неизменной. Отсутствие дополнительных встроенныхэлементов внутри аппарата позволяет сохранить внутреннюю геометриюгидроциклона, а, следовательно, сохранить подобие структуры основныхпотоков жидкости в аппарате, что является определяющим фактором приразработке методов расчета технологических характеристик подобныхаппаратов.Таким образом, можно сделать вывод, что конструктивные параметрыцилиндроконических гидроциклонов-классификаторов малых размеров синжекциейможнорассматриватьхарактеристик таких аппаратов.вкачествеоднихизосновных36Авторы [76,139] считают, что в цилиндроконических гидроциклонахклассификаторах малых размеров с инжекцией инжекционная струя,пробивая основной поток суспензии в гидроциклоне-классификаторе, будетвыносить самые мелкие фракции из пристеночной зоны к оси аппарата, гдемелкие частицы будут подхватываться восходящим потоком и выноситьсячерез верхнее сливное отверстие гидроциклона, тем самым обеспечиваяповышение качества разделения.Однако подобная гипотеза была выдвинута лишь на эвристическомуровне, поскольку механизмы влияния изменения гидродинамическойобстановки на характеристики работы аппаратов окончательно не раскрыты.Это связано с тем, что разработка данного метода находится лишь наначальном этапе практической реализации.

Характеристики

Список файлов диссертации