Разделяющая способность гидроциклона (увеличение концентрации твердой фазы в сгущенном продукте и уменьшение концентрации в осветленном продукте) увеличивается с уменьшением типоразмера (диаметра цилиндрической части гидроциклона). Однако при этом уменьшается производительность гидроциклона, для обеспечения заданной производительности гидроциклоны приходится компоновать в батареи.
Производительность и разделяющая способность гидроциклона увеличиваются с увеличением давления на входе в аппарат. Но при этом растут энергозатраты и капитальные затраты на нагнетательное оборудование. Так как гидроциклон обычно работает со свободным выходом продуктов разделения, то можно считать, что статический напор на входе в гидроциклон полностью теряется на трение и местные сопротивления. В этом случае энергозатраты в Вт равны произведению давления на входе в гидроциклон в Па, умноженному на производительность гидроциклона или батареи гидроциклонов по разделяемой суспензии в м3/с.
Будем считать, что себестоимости изготовления гидроциклона с большим диаметром цилиндрической части и батареи гидроциклонов малого диаметра соизмеримы. Себестоимость нагнетательного оборудования, при одинаковой заданной общей производительности по разделяемой суспензии, будет уменьшаться с уменьшением давления на входе в гидроциклон. Таким образом, целесообразно стремиться снизить давление на входе в гидроциклон при обеспечении заданных показателей разделения гидроциклона или батареи гидроциклонов, что при соизмеримых капитальных затратах на оборудование и даже меньших позволит снизить энергозатраты при эксплуатации установки гидроциклонов.
Цель работы заключается в разработке методики оптимального выбора типоразмера гидроциклона, обеспечивающего минимальные энергозатраты, при заданной степени извлечения твердой фазы.
Для расчета разделяющей способности гидроциклона используем подход на основе понятия граничного зерна разделения. Рассмотрим условие равновесия частицы при движении в радиальном направлении на радиусе верхнего сливного патрубка (рисунок 1).
Как видно из рисунка 3, при минимальном давлении питания 0.025 МПа граничное зерно разделения 10.10-6 м будет обеспечиваться в гидроциклоне с диаметром цилиндрической части D=25 мм, dгр2=15.10-6 м – в гидроциклоне с D=90 мм, dгр3=20.10-6 м – в гидроциклоне с D=150 мм и dгр4=25.10-6 м – в гидроциклоне с D=220 мм.
Рассмотри, например, насколько увеличатся энергозатраты, если мы для заданного значения dгр2=15.10-6 м выберем не гидроциклон с D=90 мм, а с D=150 мм. Из рисунка 3 следует, что для обеспечения заданного значения dгр давление во входном патрубке Рвх надо будет увеличить с 0,025 МПа до 0,08 МПа. При общей производительности в 20 м3/ч (5,556.10-3 м3/с) энергозатраты составят соответственно 0,025*106Па х 5,556*10-3м3/с = 138,9 Вт и
0,08*106 Па х 5,556*10-3 м3/с = 444,48 Вт, то есть возрастут в 3,2 раза.
Таким образом, используя полученную зависимость (8) мы можем подобрать типоразмер гидроциклона, в котором будет обеспечиваться заданная степень извлечения твердой фазы в продукты разделения при минимально возможных энергозатратах.
Список литературы:
- 1. Терновский И. Г., Кутепов А. М. Гидроциклонирование. – М.: Наука, 1994. – 350 с.
- Лагуткин М.Г., Баранов Д.А. Выбор оптимальных конструктивных и режимных параметров работы гидроциклонов // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 1998. №2. С. 3-5.[schema type=»book» name=»ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ТИПОРАЗМЕРА И КОЛИЧЕСТВА ГИДРОЦИКЛОНОВ» author=»Темиров Баходур Музафарович, Лагуткин Михаил Георгиевич, Баранова Елена Юрьевна» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-05-26″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_ 30.01.2015_01(10)» ebook=»yes» ]