Описание конструкции гидроциклонов

4. Описание конструкции гидроциклонов.

Гидроциклон — это аппарат, в котором под действием центробежной силы происходит классификация мелкозернистых материалов. На рис. 9 показана принципиальная схема действия гидроциклона. Через пи­тательный патрубок — насадку1, расположенную касательно к поверх­ности цилиндрической части 2 непрерывно под давлением подается пульпа со скоростью, достигающей 80 м/с. Под действием возникающей центробежной силы наиболее тяжелые частицы отбрасываются к стенке аппарата и нисходящим спиральным потоком движутся в нижнюю часть 5 конуса к разгрузочному песковому отверстию — насадке 6. Мелкие частицы материала концентрируются в центральной части аппарата, из которой вытесняются внутренним спиральным потоком (показан узкой лентой), движутся вверх, проходят через центральный патрубок 4 и по сливному патрубку 3 выходят из аппарата. Отсюда они поступают на дальнейшую переработку.

Основной параметр гидроциклона — величина внутреннего основания конуса или равный ей внутренний диаметр цилиндрической части. Все гидроциклоны характеризуются общим принципом действия, но имеют конструктивные особенности.

Различают следующие группы гидроциклонов: конические, цилинд­рические, батарейные. Наиболее ра­спространены конические (цилинд­рические) аппараты. В цветной ме­таллургии их применяют вместо ме­ханических классификаторов для разделения пульп, выдаваемых мельницами, а также для сгущения пульп. В последнее время их ис­пользуют для классификации огар­ка — продукта обжиговых пе­чей.

КП.03.1102.99ук.02.00.00.РПЗ

Лист

37

Изм

Лист

№ докум

Подп

Дата

Широкое применение гидроцик­лонов обусловлено их достоинства­ми: высокой удельной производи­тельностью, в десятки раз превыша­ющей производительность механиче­ских классификаторов вследствие интенсивного протекания процесса разделения пульпы при достаточно высокой эффективности; весьма про­стой конструкцией аппарата, не име­ющей движущихся частей; малой массой и простотой его обслужива­ния.

Рис. 10. Конусный гидроциклон

На рис. 10 показана конструкция конусного цельносварного гидро­циклона диаметром 350 мм. Внутренняя поверхность корпуса 6 защи­щена от истирания абразивными частицами плитками 7 из каменного (диабазового) литья. Футеровка 10 питающего патрубка 5 имеет пере­менную площадь жидкого сечения для создания большой начальной скорости пульпы при входе внутрь аппарата. Входное сечение распола­гают строго по касательной к внутренней стенке (футеровке) цилиндра во избежание ударного действия. Верхний продукт отводится через сливной патрубок 3, расположен­ный, как и шламовая насадка 4, по оси гидроциклона.

КП.03.1102.99ук.02.00.00.РПЗ

Лист

38

Изм

Лист

№ докум

Подп

Дата

Существуют кон­струкции, в которых верхний продукт выпускается из промежуточной сливной камеры, а также устройства с открытым верхом, в которых продукт выходит через сливной порог. Последние работают на очень низких давлениях.

В цветной металлургии распространены аппараты, выдающие два продукта: верхний и нижний. Нижний продукт (пески) выходит через песковую коническую насадку 8. Есть конструкции, выдающие три про­дукта: два верхних и один нижний — пески.

Давление (в пределах 0,05—0,5 МПа), под которым пульпа подво­дится в гидроциклон, является основным фактором, определяющим ра­боту аппарата. От него зависят производительность и скорость движе­ния пульпы внутри аппарата, а, следовательно, величина центробежнойсилы. Для нормальной устойчивой работы гидроциклона пульпа должна подаваться под определенным давлением, контролируемым манометром 2. Задвижкой 1 регулируют подачу пульпы.

Гидроциклоны, работающие при давлениях, превышающих 0,05 МПа, устанавливают, как правило, вертикально (на кронштейнах 9), так как вес частиц пульпы не оказывает заметного влияния на ка­чество классификации. В гидроциклонах низкого давления этот вес имеет существенное значение. Чтобы уменьшить влияние силы тяжести частиц устанавливают аппараты горизонтально, а в отдельных случа­ях — наклонно.

В некоторых технологических процессах для повышения эффективно­сти классификации применяют гидроциклоны малых диаметров, компо­нуют их в батареи, снабженные общими системами питания и разгруз­ки. Батареи комплектуют из гидроциклонов диаметрами 15—100 мм. Давление поступающей пульпы достигает 0,9 МПа. На обогатительных фабриках батарейные циклоны используют для контрольной очистки сливов при сверхтонкой классификации, при которой в слив выделяют­ся мельчайшие частицы размером 5—10 мкм. Батарейные циклоны ши­роко распространены в химической промышленности (вместо центри­фуг и сгустителей); их применяют для осветления промышленных вод.

Приведенная на рис. 9 схема движения потоков в гидроциклоне  дает лишь упрощенное представление о действительном движении пульпы внутри аппарата. Гидроцилиндрические условия значительно сложнее, так как одновременно с круговыми потоками возникают ра­диальные и циркуляционные.

Скорость движения пульпы в любой точке аппарата можно разло­жить на три составляющие: касательную, радиальную и осевую.

КП.03.1102.99ук.02.00.00.РПЗ

Лист

39

Изм

Лист

№ докум

Подп

Дата

Каса­тельная скорость, согласно закону гидродинамики, возрастает с умень­шением радиуса вращения. Произведение этой скорости на соответствующий радиус вращения считается теоретически постоянной величиной: v_тr=const. Но вследствие трения пульпы о стенки аппарата и внутрен­него трения в самой пульпе эта зависимость практически не соблюдается.

Учитывая возрастание касательной скорости с уменьшением радиу­са вращения, корпус гидроциклона для получения оптимальных скоро­стей делают конической формы. Угол конусности принимают в зависи­мости от свойств перерабатываемого материала в пределах 10—20°. Для классификации рудных пульп угол принимают обычно равным 20°. Производительность гидроциклона зависит от многих факторов: диа­метра цилиндрической части, давления поступающей пульпы, ее плот­ности и размера твердых частиц, а также от конструктивных размеров аппарата — верхней разгрузочной части, питающего патрубка, угла конусности, диаметра верхнего и пескового выводных отверстий. При уменьшении последних повышается сопротивление потоку пульпы к снижается производительность аппарата. С увеличением диаметра верхнего отводного отверстия производительность повышается, но одно­временно снижается качество разделения пульпы, так как сокращается время ее пребывания в аппарате. Изменение размера отводного песко­вого отверстия в оптимальных пределах практически не влияет на про­изводительность, но изменяет эффективность классификации пульпы. Учитывая это, а также возможность сравнительно быстрой и легкой за­мы песковой насадки, работу гидроциклона регулируют изменением насадки.

Определим производительность гидроциклона, м³/мин:

Q =9,5·10³ ·К₁К₂·dп·dс(gH)^0,5

где К₁и К₂ — коэффициенты,   учитывающие   влияние   соответственно диаметра и угла конусности гидроциклона:

К₁=0,8+(1,2/1+10D); К₂=0,79+(0,044/0,0379+tgα/2) (при α=20⁰ К₂=1)

Здесь D — диаметр гидроциклона, м; d_п— эквивалентный диаметр питающего отверстия, равный 4 bn/π, где b, h — ширина и высота отверстия, м; d_c — диаметр сливного патрубка, м; g — ускорение свобод­ного падения, g = 9,81 м/с²; Р — давление на входе, МПа.

Для хорошего разделения пульпы внутренняя рабочая поверхность аппарата должна быть ровной, гладкой.

КП.03.1102.99ук.02.00.00.РПЗ

Лист

40

Изм

Лист

№ докум

Подп

Дата

Металлические (нефутерованные) корпуса рационально ис­пользовать только при разделении слабоабразивных пульп. Износостой­кая резина (марки 6252) долго служит при классификации абразивных пульп с мелкими частицами твердой фракции.

В настоящее время наиболее распространена футеровка из каменных плиток, отличающаяся износостойкостью, сравнительно небольшой стоимостью и недефицитностью. Наличие швов и трещин значительно ухудшает рабочую поверхность аппарата, является причиной образова­ния завихрений, снижающих качество классификации. Цельнолитая ка­менная футеровка имеет более гладкую поверхность, но при заливке расплава происходит коробление и прогорание сварного корпуса стенки, Как показал опыт, использовать корпус можно лишь для двух переза­ливок. Применяют футеровку плитками из карборунда на бакелитовой связке. Ее недостатки: сложность изготовления, высокая стоимость и большая шероховатость рабочей поверхности.

Механобром разработаны и внедрены на обогатительных фабриках гидроциклоны диаметром 75 и 150 мм, изготовленные из полиуретана без каркаса. Износостойкость их по сравнению со стальными аппарата­ми возросла в 8—10 раз. Полиуретан — полимерный материал, в кото­ром сочетаются высокие твердость и пластичность с хорошей сопротив­ляемостью абразивному истиранию. Механобром проводятся работы по созданию бескаркасного полиуретанового гидроциклона диаметром до 500—700 мм. Механобрчерметом созданы гидроциклоны диаметром 150 и 250 мм из карбида кремния—материала высокой износостойкости.

Известны песковые насадки различных конструкций. На рис. 11 показана широко распространенная насадка 1, прикрепляемая к корпу­су аппарата фланцем 4 с болтами. Замена ее связана с остановкой ра­боты гидроциклона. На рис. 11 даны некоторые конструкции быстро­сменяемых и регулируемых насадок. В устройстве, представленном на рис. 11, а диаметр отверстия регулируется сжатием резинового кольца 3 специальной гайкой 2 с рукоятками. Для автоматического регулиро­вания гидроциклона насадку выполняют в виде резинового манжета 5 (рис. 11, 6). Манжет сжимается воздухом, подаваемым под давлением 0,4—0,6 МПа из воздухопровода через трубку 6.

КП.03.1102.99ук.02.00.00.РПЗ

Лист

41

Изм

Лист

№ докум

Подп

Дата