Принципы расчета и конструирования гидроциклонов для разделения эмульсий

• Автор: Баранов, Дмитрий Анатольевич
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1996
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 359 с.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. НЕКОТОРЫЕ АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ГИДРОЦИКЛОНИРОВАНИЯ.

1.1. Гидроциклоны в химической промышленности.

1.2. Использование гидроциклонов для разделения эмульсий

1.3. Конструкции гидроциклонных аппаратов для разделения несмешивающихся жидкостей.

1.4. Поле скоростей в гидроциклонах.

1.4.1. Тангенциальная скорость.

1.4.2. Радиальная и осевая скорости

1.5. Влияние степени турбулентности потока на эффективность работы гидроциклона.

1.6. Расходные характеристики гидроциклонных аппаратов

1.7. Расчет разделяющей способности гидроциклонов.

1.8. Выводы по состоянию вопроса и постановка задачи исследования
ГЛАВА 2. ОЦЕНКАЭФФЕКТИВНОСТИ СЕПАРАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ В АППАРАТАХ ГИДРОЦИКЛОННОГО ТИПА
2.1. Классификация гидроциклонных аппаратов.
2.2. Эффективность процессов разделения в аппаратах гидроциклонного типа.
2.3. Сопоставление вариантов разделения гетерогенных систем
в гидроциклонах на основе энтропийного подхода.
ГЛАВА 3. МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ И ГИДРОДИНАМИКА ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО ПРО
ТИВОТОЧНОГО ГИДРОЦИКЛОНА.
3.1. Основы электродиффузионного метода диагностики турбулентных потоков.
3.2. Измерение касательных напряжений Рейнольдса электродиффузионным методом. .
3.3. Экспериментальная установка. Методика проведения эксперимента
3.4. Распределение тангенциальной составляющей скорости потока в объеме цилиндрического противоточного гидроциклона.
3.5. Степень турбулентности потока в объеме цилиндрического противоточного гидроциклона
ГЛАВА 4. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА РАЗДЕЛЕНИЯ НЕОДНОРОДНЫХ
ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ В ГИДРОЦИКЛОНАХ
4.1. Цилиндрический прямоточный гидроциклон.
4.2. Цилиндроконический гидроциклон.
4.3. Цилиндрический противоточный гидроциклон.
ГЛАВА 5. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ РАЗДЕЛЕНИЯ ЭМУЛЬСИЙ В ГИДРОЦИКЛОНАХ.
5.1. Устойчивость дисперсной фазы эмульсий при разделении в гидроциклонах.
5.2. Особенности разделения несмешивающихся жидкостей эмульсий в гидроциклонах
5.3. Определение размеров дисперсной фазы эмульсий, подаваемой на разделение в гидроциклон.
ГЛАВА 6. ОСОБЕННОСТИ РАЗДЕЛЕНИЯ ЭМУЛЬСИЙ В ГИДРОЦИКЛОНАХ
6.1. К расчету сложных схем соединения гидроциклонов
6.2. Определение критической скорости разделения несмешивающихся жидкостей в гидроциклонах.
6.3. Исследование осевой зоны разрежения в гидроциклонах
ГЛАВА 7. ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ И РЕЖИМНЫХ ПАРАМЕТРОВ НА ПОКАЗАТЕЛИ РАЗДЕЛЕНИЯ ЭМУЛЬСИЙ В ГИДРОЦИКЛОНАХ.
7.1. Описание экспериментальной установки. Методика проведения экспериментов.
7.2. Экспериментальное определение основных показателей разделения эмульсий в гидроциклонных аппаратах различных конструкций
7.2.1. Разделение несмешивающихся жидкостей эмульсий с легкой дисперсной фазой в гидроциклонных аппаратах.
7.2.2. Разделение несмешивающихся жидкостей эмульсий с тяжелой дисперсной фазой в гидроциклонных аппаратах.
7.3. Влияние материала конструкции на разделяющую способность гидроциклона.
7.4. Расходные характеристики гидроциклонов
7.4.1. Общая производительность и распределение потоков
в цилиндрическом противоточном гидроциклоне.
7.4.2. Общая производительность и распределение потоков
в цилиндроконическом гидроциклоне.
ГЛАВА 8. ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ
3.1. Разработка новых конструкций гидроциклонных аппаратов
3.2. Использование гидроциклонов в технологических процессах .
8.3. Расчет показателей разделения несмешивающихся жидкостей
в гидроциклонах
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ.
ЛИТЕРАТУРА


С увеличением содержания тяжелого компонента в исходной смеси
увеличивается расход жидкости через нижний слив, что приводит к нарушению структуры потоков и снижению эффективности разделения. В этом случае наиболее приемлемой конструкцией является цилиндрические гидроциклоны с тангенциальной выгрузкой тяжелого продукта Рис. Один из первых таких аппаратов предложил Л. Брэдли . Этот аппарат включает цилиндрический корпус с тангенциальным подводом разделяемой смеси и центральным полым вытеснителем с вертикальными щелями для отвода легкой фазы. На вытеснителе установлена кольцевая пластина меньшего диаметра, чем внутренний диаметр аппарата Рис. Регулируя размер зазора между стенкой корпуса и пластиной, можно менять соотношение потоков в аппарате в зависимости от состава исходной смеси и требуемого качества конечных продуктов. На Рис. В первом случае выбор конструкции обусловлен возможностью качественного разделения исходной смеси за один проход жидкости через аппарат. Во втором тем, что во внутреннем пространстве гидроциклона даже при оптимальных режимах работы, не образуется четкой поверхности раздела между обоими компонентами. Поэтому центральное кольцо жидкости, представляющее собой смесь фаз, близкую по составу к исходной, сохраняется и ее необходимо выводить из аппарата и направлять на повторное разделение. Очевидно, что при разработке конструкций гидроциклонов для разделения несмешивающихся жидкостей необходимо учитывать специфические физикохимические свойства разделяемых систем, использовать комбинации центробежного, электрического и гравитационного полей . Цилиндрические прямоточные гидроциклоны
Так, б гидроциклоне для очистки воды от нефти, нефтепродуктов и механических примесей повышение эффективности разделения происходит за счет увеличения времени пребывания жидкости в поле действия центробежных сил. С этой целью верхний разгрузочный патрубок значительно удлинен, чтобы мелкие частицы нефти успели сконцентрироваться в приосевой зоне восходящего вращающегося потока Рис. На Рис. В этой конструкции нефтеотводящий патрубок и корпус аппарата присоединены соответственно к положительному и отрицательному полюсам источника постоянного тока, а в центральную часть гидроциклона через перфорированную стенку подается инертный газ. Для очистки нефтесодержащих сточных вод, включающих наряду с относительно тяжелыми загрязнениями эмульгированные нефтепродукты, имеющие тонкую дисперсность размер частиц менее 1 мкм, предложен гидроциклон с коалесцирующей загрузкой, представляющей собой фторопластовые зерна Рис. Мелкие капли прилипают к хорошо смачиваемой нефтепродуктами поверхности загрузки, укрупняются, всплывают и выводятся из аппарата. Для очистки воды от тонкодисперсных глобул, близких по размеру к коллоидным, напряженность электрического поля, при наложении его на обычный гидроциклонный аппарат, должна быть достаточно велика, что приводит к значительным энергетическим затратам. В связи с этим для очистки систем жидкостьжидкость предложен аппарат гидроциклонного типа Рис. Рис. В конструкции гидроциклона, представленного на Рис. Этот эффект достигается за счет установки в нем тарельчатого устройства для увеличения времени воздействия центробежного поля на обрабатываемую двухкомпонентную смесь по аналогии с тарельчатыми центробежными сепараторами . В трехпродуктовом гидроциклоне Рис. Сливной патрубок установлен на подшипниках и снабжен наружными лопастями и внутренними ребрами, что позволяет выделить легкую фазу, концентрирующуюся по оси быстровращающегося патрубка. Аналогичные конструкции, основанные на совместном воздействии разнородных физических полей, разработаны некоторыми иностранными фирмами ,3. Гидроциклоны, несмотря на конструктивную простоту, отличаются сложной гидродинамикой, обусловленной тем, что наряду с основными вращающимися потоками в них возникают радиальные и циркуляционные токи, оказывающие значительное влияние на эффективность сепарации 5,3. Ввиду этого точный расчет характеристик движения жидкости в гидроциклоне представляет большую трудность. Однако многими исследователями был выполнен ряд теоретических 3 и экспериментальных 5,6,3 работ по описанию поля скоростей жидкости в гидроциклонах .