Гидроциклон

Одна из распространённых проблем в некоторых отраслях промышленности — наличие взвешенных частиц в жидкости. Для отраслей, работающих с жидкостями, абразивные частицы могут вызывать серьёзные повреждения. В частности, твёрдые частицы в воде промышленных предприятий могут вызывать износ и повреждения насосов, засоры трубопроводов, повреждения систем трубопроводов и другие проблемы.

Гидроциклон — это простое и эффективное устройство для удаления взвешенных и твёрдых частиц из воды. Благодаря удобству использования и высокой точности он является одним из популярных методов предварительной очистки. Высокая эффективность удаления частиц, лёгкость установки и эксплуатации, а также доступная цена обеспечивают гидроциклону важное место в системах водоочистки и водоснабжения. Ещё одно преимущество — отсутствие необходимости в электричестве, минимальное падение давления и простота эксплуатации позволяют использовать его для удаления и разделения твёрдых частиц из обратного потока воды промышленных предприятий.

Гидроциклон также используется для очистки сельскохозяйственной воды. Поскольку колодцы содержат множество твёрдых частиц, которые могут засорять трубы и распылители на полях, гидроциклон необходим для защиты насосов. Рекомендуется устанавливать резервуар гидроциклона у колодца, а для лучшей работы системы использовать два гидроциклона параллельно. Это обеспечивает эффективное удаление частиц без значительного падения давления. В северных регионах с мутной водой гидроциклон является оптимальным методом очистки. В целом, гидроциклоны имеют широкий диапазон проектирования и применения и могут устанавливаться параллельно или последовательно для оптимального разделения.

Гидроциклон имеет коническое тело с цилиндрической верхней частью. Работа основана на центробежной силе: вода под давлением насоса через боковой вход поступает в цилиндрическую часть и вращается вокруг центральной оси. Под действием центробежной силы тяжёлые частицы перемещаются к стенкам, а благодаря разности плотностей чистая вода выходит сверху, а твёрдые частицы извлекаются снизу. Для улучшения обслуживания гидроциклона рекомендуется периодически промывать резервуар в зависимости от количества частиц в воде.

Обычный гидроциклон состоит из цилиндрического корпуса, соединённого с коническим дном, ведущим к нижнему выпускному отверстию. Поток снизу выводится через это отверстие. Обратный поток выводится через верхнюю часть, называемую «вихревой камерой», через «перелив». Верх и низ используются только для упрощения описания. Гидроциклон может работать в перевёрнутом положении или с наклонной/горизонтальной осью.

Наличие обоих потоков создаёт вертикальную зону со скоростью почти ноль и тангенциальное движение, которое уменьшается по мере увеличения радиуса во внешнем кольце и по мере уменьшения радиуса во внутреннем кольце. Скорости можно описать уравнением: urn = const, где n=-1 во внутреннем кольце и 0,5–0,8 во внешнем кольце.

Внешняя жидкость приближается к свободному вихрю, испытывая сдвиг, тогда как внутренняя жидкость вращается как твёрдое тело с постоянной угловой скоростью. Тангенциальная скорость на вершине не обязательно совпадает с зоной нулевой вертикальной скорости. Эти модели и зависимости были экспериментально установлены Кэлсалем (1952) и Брэдли (1965) и подтверждены с помощью вычислительной гидродинамики.

Центробежная сила позволяет отделять частицы размером примерно 5–10 микрон. Чем меньше диаметр циклона, тем выше сила и эффективность разделения мелких частиц. Длинные конические конструкции позволяют отделять частицы меньше 5 микрон, но при этом имеют низкую производительность, поэтому такие гидроциклоны часто соединяют параллельно для промышленного применения.

Изначально гидроциклоны применялись в горной промышленности для разделения твёрдой и жидкой фаз. Эффективность зависит от плотности частиц, жидкости и размера частиц (см. закон Стокса).

Гидроциклон позволяет отделять абразивные частицы и песок из воды колодцев и рек. В оптимальных условиях он удаляет частицы до 75 микрон. Гидроциклон не влияет на солёность воды. Его можно использовать для предварительной очистки воды для обратного осмоса, очистки воды из колодцев, водоснабжения песчаных и мукомольных заводов, а также производства керамической плитки.