Для разделения суспензий под действием центробежной силы применяют гидроциклоны. В гидроциклоне (как и в сухом цик­лоне) существуют два вращающихся потока: внешний и внут­ренний (рис. 3-11). Внешний поток вращается вблизи стенок конической части аппарата и направлен к нижнему выходному

РИС. 3-10. Изменение высоты границы раздела суспензии h во времени т

отверстию; он выносит из аппа­рата наиболее крупные и плот­ные частицы твердой фазы. Внут­ренний поток, имеющий цилинд­рическую форму, вращается во­круг центральной оси гидроцик­лона и направлен к верхнему сливному патрубку; он выносит из аппарата тонкодисперсные частицы. Для нормальной работы гидроциклона важным является отношение диаметров верхнего (сливного) dB и нижнего (шламового) dH патрубков. Обычно это отношение выдерживают в диапазоне dJdH=l,33—1,66 [106]. Высота цилиндрической части корпуса гидроциклона примерно равна его диаметру. Диаметр выбирают в пределах 10—700 мм, а угол конусности а — в пределах 10—20 °.

Изучению процесса разделения суспензий в гидроциклонах посвящено много работ, например '[ПО—112].

Скорость потока суспензии в гидроциклоне можно представить следую­щими составлязющими: скоростью жидкой фазы v, радиальной v. и осевой vz, значения которых являются функцией давления в аппарате р, расстояния от центра гидроциклона г и высоты г:

»i аг, vz=f(P, Г, z). (3.38)

При этом установлено, что

vrn =const, (3,39)

где п — коэффициент, зависящий от геометрии гидроциклона, может изменять­ся от —1 до +1 (рис. 3-12); на практике обычно принимают «=0,3—0,9.

Движение твердой частицы в гидроциклоне описывается по аналогии с движением частицы в обычном циклоне для обеспыливания [106] с обяза­тельным учетом действия архимедовых сил: Ол = «гжд и GA' = тжі’2/г.

Важной характеристикой процесса разделения в гидроциклоне является граничный размер частиц твердой фазы, отделяющихся в аппарате. Размер Щ. гр зависит не только от физических свойств твердой и жидкой фаз, но и от конструктивных параметров гидроциклона, определяющих гидродинамиче­скую структуру потока.

На практике для расчета d,.rр используют уравнения, полученные А. И. Поваровым [110]. Так, для суспензий с небольшим содержанием твер­дой фазы х<. 10% (масс.) можно определить

d,.rp=4,6-10-2 VDadBp, tg (a/2)/do£’o0'5a0’6^ofea(pTB — р), (3.40)

где Da — диаметр гидроциклона, см; dB — диаметр сливного патрубка, см; р,—вязкость суспензии, Па-с; а — угол, град; do — диаметр питающей на­садки, см; Р„— давление на входе в аппарат, см. вод. ст; кь и ка— коэффи­циенты, учитывающие влияние диаметра и угла конусности гидроциклона, соответственно; ртв, р — плотность твердой и жидкой фаз соответственно, г/см3. ,

При разделении плотных суспензий с большим содержанием твердой фа­зы [*>10% (масс.)] можно применять уравнение

d4.rp= 1,5 ~/dJ)BxldKkDPo0'5 (ртв — р), (3.41)

Производительность гидроциклона Vo (в л/мин) можно определить по

следующей эмпирической формуле [110]:

Уо=5,ОЬМогівУІРо, (3.42)

где kD=0,8+{l,2l(l+0,D)l =0,79+ (0,044/[0,0379+tg (а/2)]}; g — уско­

рение свободного падения; Рв — давление на входе в гидроциклон.

Уравнение (3.42) может быть представлено в более простом виде:

Vo=28,5dodByK/o0.2. (3.43)

Процесс разделения в гидроциклоне описывается с помощью так назы­ваемого критерия циклонного процесса Сц [113, 114]:

С„=/3Д>с2[(ртв— р)/р]ч2/г. (3.44)

Параметр Сц представляет собой модифицированное число Архимеда

(Аг), в котором ускорение свободного падения g заменено центробежным ускорением v'4r, т. е. Сц=Агц (здесь v—vv— тангенциальная составляющая скорости потока суспензии).

В некоторых работах [114] указывается также на необходи­мость более детального изучения распределения вертикальной и радиальной составляющих скорости жидкой фазы, влияния тур­булентных пульсаций скорости потока на процесс разделения суспензий в гидроциклонах. Изучение распределения скорости турбулентного потока жидкости в гидроциклоне показывает, что она резко возрастает у стенки аппарата.

РИС. 3-11. Схема работы гидроциклона (/, 2 — внешний и внутренний вращающиеся потоки)

РИС. 3-12. Зависимость скорости v потока в гидроциклоне от расстояний г до его центра при условии or"=const и различном п