При проведении различных технологических процессов в сельскохозяйственной, нефтедобывающей, химической, пищевой, металлургической, горнорудной промышленности и в множестве других отраслей, а также в технологическом процессе очистки природных и производственных сточных вод, зачастую приходится проводить обработку двухкомпонентных и многокомпонентных разбавленных и концентрированных суспензий и несмешивающихся жидкостей [1]. Обычно эта обработка сводится либо к частичному или полному выделению диспергированной фазы, либо к разделению (в случае суспензий) твердой фазы на две или несколько фракций.

Чаще всего используется гидромеханическое разделение систем жидкость – твердое тело. В промышленном производстве, как правило, используют низкопроизводительные и материалоемкие отстойные аппараты, занимающие большие производственные площади. Разделение неоднородных, нерастворимых систем в таких аппаратах происходит продолжительное время. Ускорить процесс разделения становится возможным благодаря замене гравитационного отстаивания, осаждением в центробежном поле.

Использование вращательного движения, при котором (под действием центробежной силы) происходит разделение веществ с различной плотностью, является основой гидродинамического метода разделения неоднородных, нерастворимых систем. Данный метод применяется всепараторах или  центрифугах, а также в гидроциклонах. Главное отличие последних заключается в том, что вращательное движение жидкости происходит от энергии текущего потока жидкости.

Для процессов гидродинамического разделения неоднородных, нерастворимых систем, основными методами являются центробежное фильтрование и центробежное осаждение [2]. При использовании первого метода жидкость под действием центробежных силпроходит через пористую перегородку, которая способна задерживать крупные частицы. Второй метод разъединения дисперсной фазы от дисперсионной среды обусловлен действием на более плотные частицы центробежной силы инерции. Выбор метода зависит от физико-механических свойств диспергированной системы, требуемых показателей разделения, и ряда других факторов.

Анализируя результаты промышленной эксплуатации гидроциклонов в нашей стране, можно сказать, что эти аппараты успешно работают в технологических процессах осветления, сгущения и обогащения суспензий и эмульсий, а также в процессах классификации твердой фазы суспензий по крупности.

Цилиндроконический гидроциклон состоит из двух основных частей: конической и цилиндрической (рисунок 1). В цилиндрической части имеется входной патрубок, по которому исходная суспензия подается тангенциально в гидроциклон. Для вывода осветленной жидкости служит сливной патрубок.

В вершине конуса гидроциклона расположен патрубок для вывода сгущенного продукта. Исходная суспензия обычно подается в аппарат под избыточным давлением, которое создается питающим насосом.

Рисунок 1. Цилиндроконический гидроциклон: 1 – питающий патрубок; 2 – сливной патрубок; 3 – крышка; 4 – патрубок для вывода сгущенного продукта; 5 – коническая часть; 6 – цилиндрическая часть

На рисунке 2 показана схема движения двух основных потоков. В пери­ферийной зоне поток жидкости, вращаясь с большой скоростью, движется вниз к вершине конуса гидроциклона. При этом небольшой процент жидкости выводится через патрубок сгущенных фракций 5. Основная же часть, разделяемой фракции изменяет направление своего движения и образует внутренний восходящий поток, который поднимается вверх и удаляется из гидроциклона через патрубок разгрузки осветленной жидкости 1.

Рисунок 2. Схема движения потоков в корпусе цилиндроконического гидроциклона: 1 – сливной патрубок; 2 – крышка; 3 – цилиндрическая часть; 4 – коническая часть; 5 – патрубок для вывода сгущенного продукта; 6 – питающий патрубок

Гидроциклоны обладают рядом, достоинств: малая энергоемкость, металлоёмкость, незначительные габаритные размеры, большая производительность. Тем не менее, они не лишены нескольких незначительных недостатков: зависимость чистоты разделения дисперсионной системы от колебаний концентрации и состава дисперсной фазы, в питании аппарата; эрозионный износ внутренних поверхностей при длительной эксплуатации; не способность получения абсолютно чистых продуктов, при разделении тонких суспензий и эмульсий [3, 4, 5, 6, 7, 8]. Устранение первого недостатка возможно путем введения в технологический процесс систем автоматического регулирования подачи дисперсионной системы, второй недостаток устраняется путем футеровки внутренней поверхности гидроциклона.

Использование в технологических линиях производственных процессов гидроциклонов в качестве самостоятельных единиц оборудования, а также в сочетании с фильтрами, центробежными сепараторами и центрифугами, актуально, так как позволяет в значительной степени снизить затраты на разъединения дисперсной фазы от дисперсионной среды.

1. Терновский И.Г., Кутепов А.М. Гидроциклонирование. – М:. Наука, 1994 г. – 350 с.
2. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. – М.: Химия. 1973 г. – 750 с.
3. Кундротас К.Р., Сидоров Е.А. Обоснование параметров устройства для очистки дизельного топлива от эмульсионной воды / МОЛОДЕЖЬ И НАУКА XXI ВЕКА // Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия им. П.А. Столыпина. 2010 г. 52-54 с.
4. Варнаков В.В., Кундротас К.Р., Варнаков Д.В. Математическая модель процесса разделения эмульсии «дизельное топливо-вода» в цилиндроконических гидроциклонах / Международный научный журнал. ООО “Спектр”, Москва. 2013 г. 99-102 с.
5. Сидоров Е.А., Кундротас К.Р. Расчёт рациональных конструктивных и режимных параметров при очистке дизельного топлива от эмульсионной воды в цилиндроконических гидроциклонах / В сборнике: Молодые ученые в решении актуальных проблем науки // Сборник молодых учёных. 2010 г. 38-41 с.
6. Кундротас К.Р., Сидоров Е.А. Обоснование параметров устройства для очистки дизельного топлива от эмульсионной воды / В сборнике: Молодёжь и наука 21-века // Материалы 3-й Международной научно-практической конференции. Редколлегия: А.В. Дозоров, В.А. Исайчев. 2010 г. 52-54 с.
7. Варнаков В.В., Варнаков Д.В., Кундротас К.Р. Обоснование и расчет рациональных конструкционных параметров гидроциклона для снижения загрязненности дизельного топлива / Международный технико-экономический журнал. 2011 г. № 2. 100-105 с.
8. Варнаков В.В., Кундротас К.Р., Варнаков Д.В. Математическая модель процесса разделения эмульсии «дизельное топливо-вода» в цилиндроконических гидроциклонах / Международный научный журнал. 2013 г. № 1. 99-102 с.

Все статьи автора «Токмаков Евгений Александрович»