Гидроциклон – простое и эффективное устройство для очистки воды от механических примесей. В России такое оборудование используется в целом ряде отраслей промышленности. Существует несколько разновидностей очистителя.

Принцип действия гидроциклона

Гидроциклоны для очистки воды
Основным элементом системы является бак цилиндрической, конической или цилиндроконической формы.Входной патрубок ориентирован по касательной к окружности поперечного сечения емкости, так чтобы очищаемая жидкость поступала внутрь вдоль стенки (тангенциально).

Входящий поток омывает бак изнутри, совершая круговое движение, при этом центробежная сила отбрасывает механические загрязнения на внешнюю сторону вихря. Под действием силы тяжести они опускаются вниз и удаляются через отверстие воронки.

Очищенная жидкость выдавливается через центральное выходное отверстие, расположенное в верхней части устройства.

Мнение эксперта
Никита Куприянов
Эксперт в области физики и химии. Имеет большой опыт работы в лабораториях, занимающихся изучением состава воды и способов ее очистки.
Если удаляемые примеси легче основной среды, все происходит наоборот: они группируются в центре и выводятся через верхний патрубок, а очищенная жидкость – через низ воронки. Например, таким образом из воды удаляют нефтепродукты.

Устройство гидроциклона

Гидроциклоны на промышленном предприятии
В состав очистной установки входит несколько компонентов.Это:

  1. Корпус в виде конуса или цилиндра с воронкой. В целях защиты от истирания абразивными частицами внутри бак покрывают резиной, керамикой, стеклопластиком, полиуретаном и т.д. Футеровка может быть съемной.
  2. Секции с входным и выходными патрубками. Штуцер для сброса грязной воды тоже оснащают защитной насадкой для предотвращения истирания основного материала.
  3. Приспособления для вращения потока жидкости на входе. Это могут быть винтовая розетка, улитка и т.д.
  4. Грязесборник. Сюда поступает H2O с отфильтрованными механическими частицами.
  5. Задвижки с электроприводом. Последний позволяет осуществлять дистанционное управление.
  6. Система автоматизации, контроля и управления. Полный комплект предполагает наличие модуля автоматической выгрузки содержимого грязесборника (дистанционно открывает электромагнитный клапан).
  7. Силовой каркас. Представляет собой опорную раму с прикрепленными к ней лестницами и площадками для обслуживания.

Обычно выходной патрубок для чистой воды дополнительно оснащается фильтром тонкой очистки, например дисковым или сетчатым.

Если доля загрязнений в исходной среде превышает 10%, применяют каскад из нескольких аппаратов. Такую установку называют мультициклонной батареей или кластером. Она имеет высокую производительность, а также характеризуется низким гидродинамическим давлением в фильтрующем поле и малым энергопотреблением насосов.

Преимущества и недостатки

Гидроциклон красного цвета
К положительным сторонам данных устройств относятся:

  • низкая стоимость;
  • простая конструкция;
  • надежность, обусловленная отсутствием движущихся элементов;
  • способность отсеивать загрязнения с широким диапазоном дисперсности;
  • отсутствие расходников (фильтрующих загрузок, коллоидных средств и т.д.);
  • легкость объединения в мультициклонную батарею;
  • возможность автоматизации процесса очистки;
  • способность перерабатывать жидкости с большим количеством примесей (до 300 г/л).

В отличие от сетчатых, дисковых и других подобных фильтров, вихревые сепараторы не нуждаются в частом обслуживании. По скорости работы они опережают гравитационные отстойники в сотни и тысячи раз.

Недостатки гидроциклонов:

  • абразивный износ поверхностей;
  • энергозависимость (неотъемлемой частью системы являются насосы);
  • существенное падение давления, вследствие чего приходится задействовать как минимум 2 насоса;
  • узкая специализация каждого отдельно взятого циклона.

В последнем пункте имеется в виду тот факт, что вихревые сепараторы не являются универсальными. Их характеристики (форма, диаметр, угол конуса, рабочее давление) зависят от фракции и массы загрязнителей. Устройство для удаления песка будет неэффективным в отношении илистых загрязнений и наоборот. В противоположность этому, примитивный отстойник (песколовка) справится с обоими видами загрязнений, хотя для этого потребуется больше времени.

Область применения

Установленные на предприятии гидроциклоны
С помощью данного оборудования в промышленности решаются такие задачи:

  • сепарация масляных, нефтяных растворов;
  • очистка сточных и скважинных вод;
  • илоотделение, удаление флотационных и флокуляционных загрязнений;
  • получение фугата;

  • очистка бурового раствора;
  • обезвоживание шламов;
  • очистка воды для хозяйственных нужд или питья;
  • удаление газов из жидкостей.

Словарь терминов: Фугат – обезвоженная пульпа.

Перечисленные операции востребованы в следующих отраслях:

  • нефтедобыча, нефтепереработка и нефтехимия;
  • пищевая и промышленность (производство эмульсий, сиропов и суспензий);
  • обогащение руд;

  • добыча угля и минералов;
  • гидрометаллургия (осветление технической оборотной воды).

Разновидности гидроциклонов

Блок гидроциклона
Очистные установки классифицируют по разным признакам.По направлению среды они делятся на:

  • противоточные;

  • прямоточные.

У первых потоки грязной и чистой H2O двигаются в противоположных направлениях. Эта разновидность получила наибольшее распространение. В прямоточных оба потока сопутствуют друг другу.

По ориентации гидроциклоны бывают:

  1. Вертикальными (к этому типу относится большинство устройств).
  2. Горизонтальными (только в прямоточном исполнении).

В зависимости от фракционно нагрузки, выделяют следующие типы:

  • тяжелые;
  • тяжело-средние;

  • средние;
  • легкие.

Мнение эксперта
Никита Куприянов
Эксперт в области физики и химии. Имеет большой опыт работы в лабораториях, занимающихся изучением состава воды и способов ее очистки.
Первые две разновидности изготавливают из нержавеющей износоустойчивой стали. Они применяются в отраслях, связанных с недропользованием, например в углеобогатительной. Малонагруженные циклоны изготавливают из полиуретана и других стойких полимеров. Такие системы применяют в пищевой промышленности для разделения эмульсий, фильтрации и осветления воды и т.п.

От исполнения по фракционной нагрузке зависит и тип насадки для сливного патрубка. Более стойкими песковыми оснащают тяжелые и тяжело-средние циклоны, отсеивающие песок и другие тяжелые и высокоабразивные загрязнения. Струйными – средние и легкие агрегаты.

Система гидроциклонов для очистки воды

Установки бывают одинарными и многоярусными. Во втором случае внутреннее пространство разбито коническими диафрагмами на отделения, каждая из которых представляет собой самостоятельный сепаратор. Многоярусные очистители превосходят одинарные в производительности и эффективности.

Кроме того, гидроциклоны бывают напорными и безнапорными.

Напорные установки

Подача исходной среды в такой циклон осуществляется под давлением 5-15 атм. Это позволяет уменьшить габариты устройства.

Безнапорные гидроциклоны

Такие устройства имеют более крупные размеры, но зато превосходят напорные аналоги в производительности: она составляет 20 куб. м в час и более.

С помощью безнапорных гидроциклонов на промышленных предприятиях производят:

  1. Разделение смешанных жидкостей разной плотности.
  2. Первичную очистку сточных вод от тяжелых загрязнений, чья гидравлическая крупность превышает 20 мм/с.

Словарь терминов: Гидравлической крупностью называют скорость падения частицы в воде.

Исходная среда поступает в корпус самотеком, ее напор зависит от перепада высот между резервуаром-источником и очистной установкой. Патрубок для отвода загрязнений расположен тангенциально в нижней части воронки. На нем установлен насос, создающий в корпусе гидроциклона отрицательное давление и увеличивающий таким образом скорость потока и центробежную силу.

Заключение

Предназначенные для очистки воды гидроциклоны
Использование сетчатых, дисковых и им подобных фильтров является экономически целесообразным только при концентрации загрязнителей менее 80 мг/л.В остальных случаях очистку жидкости выгодно осуществлять с помощью гидроциклонов.

Эти устройства имеют простую конструкцию и не нуждаются в обслуживании, что обусловило их массовое распространение в ряде отраслей промышленности.

Интересное видео по теме:

Вопросы и ответы

Какая максимальная производительность у гидроциклона?

Самые крупные вихревые сепараторы имеют производительность до 400 куб. м/час. Имеется в виду объем исходной среды.

Какое качество очистки у гидроциклонов?

Очистители улавливают до 98% механических загрязнений. При наличии фильтра тонкой очистки эффективность повышается до максимального уровня – 100%.

Какие меры предпринимают производители вихревых сепараторов в целях защиты от статического электричества?

Гидроциклоны оснащают антистатическим покрытием. Оно отводит электрический заряд на систему заземления.

Почему выгодно использовать полиуретановые гидроциклоны?

Такие установки надежны, не уступают металлическим в износостойкости и не корродируют. В то же время они издают так же мало шума, как и резиновые аналоги.

Какая футеровка является наиболее долговечной?

Судя по отзывам, самым прочным является каменное литье. По сравнению с резиновыми, полиуретановыми и чугунными аналогами, оно увеличивает срок службы в 3-5 раз.