Гидроциклон – технологический аппарат, предназначенный для выделения из потока обрабатываемой жидкости частиц твердой фазы заданного размера и плотности.

Конструктивно гидроциклон представляет собой емкостной аппарат, состоящий из центральной части – цилиндрической формы и конического днища.

В центральной части гидроциклона расположен патрубок входа жидкости с тангенциальным вводом и штуцер выхода осветленной жидкости, а в нижней, штуцер отвода осадка (выделенных в ходе процесса частиц твердой фазы).

Действующей силой процесса гидроциклонирования является центробежная сила, возникающая в потоке жидкости подаваемой в гидроциклон через патрубок с тангенциальным вводом. Под воздействием центробежных сил из потока выделяются частицы заданного размера и плотности и отводятся вниз гидроциклона в его коническую часть, из которой поступают в сборочный бункер.

Скорость осаждения частиц твердой фазы под воздействием центробежных сил из потока осветляемой жидкости в гидроциклоне на несколько порядков выше скорости осаждения аналогичных частиц при гравитационном осаждении в аппаратах типа отстойников. Этим обусловлена крайне высокая эффективность и производительность гидроциклонов в сравнении с аппаратами гравитационного осаждения (отстойники и т.п.) с единицы занимаемой площади.

Основными потребительскими преимуществами гидроциклонов являются:

• Высокая производительность по обрабатываемой суспензии с единицы занимаемой площади.
• Низкие расходы монтаж и содержание установки
• Высокая надежность благодаря отсутствию вращающихся частей в аппарате
• Простота создания модульных мультициклонных систем

Благодаря высокой эффективности, простоте устройства, очень компактным размерам, дешевизне и удобстве в эксплуатации гидроциклоны широко применяются в самых разных отраслях промышленности, нефтегазовой, рудо обогатительной, горной, нефтехимической, химической, металлургической, бурении и д.р.:

Классификация в водной среде различных типов руд

Процессы обогащения руды

• Сепарация руд
• Обезвоживание шлама
• Обезвоживание продуктов обогащения руды
• Обогащение полезных ископаемых

В системах очистных сооружений для очистки сточных вод

В системах регенерации буровых растворов

Технические характеристики гидроциклонов:

Гидроциклоны широко применяют в различных отраслях промышленности для процессов сгущения, осветления, промывки твердой фазы, классификации суспензий и обогащения природных ископаемых.

Из всех аппаратов (отстойники, фильтры и центрифуги), в которых для интенсификации разделения неоднородных сред используется центробежное поле, гидроциклоны наиболее простые по устройству и эксплуатации. Фактор разделения, выражающий отношение центростремительного ускорения к ускорению силы тяжести, достигает в гидроциклонах значений 500 – 2000.
Преимущества гидроциклонов, делающие их применение более выгодным по сравнению с другими аппаратами для механического разделения неоднородных смесей:
– Компактность в сочетании с высокой удельной производительностью;
– Быстрота разделения суспензий, обеспечивающая высокую удельную производительность, эффективность и надежность в разнообразных эксплуатационных условиях (взрыво- и пожароопасные, агрессивные, абразивные среды);
– Широкий интервал рабочих температур и давлений;
– Возможность компоновки в батарейные аппараты на любую заданную производительность;
– Отсутствие вращающихся частей, исключающее необходимость применения приводных устройств;
– Возможность включения гидроциклонов в автоматические технологические линии.
НПО СФЕРА разрабатывает и изготавливает следующие типы гидроциклонов:

Материал деталей и сборочных единиц, соприкасающихся с средой – сталь 12Х18Н10Т или 10Х17Н13М2Т, сплав 06ХН28МДТ, титан ВТ1-0 для металлических и полиамид ПА-6, фторопласт Ф-4, композиционный материал на основе фторопласта Ф-4К15М5, а также полиуритан для неметаллических.

Технические данные типовых гидроциклонов

ЦИКЛОН – устройство для отделения твердых частиц от газа. Очищаемый газ, поступающий в циклон, закручивается в цилиндрической части корпуса, образующей кольцевое пространство, частицы отбрасываются к стенкам и ссыпаются в нижнюючасть циклона, имеющую форму конуса (воздух удаляется через верхнюю часть).

Циклоны предназначены для очистки воздуха и газов, выделяющихся при некоторых технологических процессах (сушка, обжиг, агломерация, сжигание топлива и т.д.), а также очистки аспирационного воздуха. Применяются на предприятиях черной и цветной металлургии, химической, нефтяной и машиностроительной промышленности, промышленности строительных материалов, в энергетике и т.д. В условиях взрывоопасных сред циклоны имеют специальный тип корпуса и бункера. Не рекомендуется их применять также для улавливания сильнослипающихся пылей, особенно при малых диаметрах циклонов.

В зависимости от производительности по газу и условий применения циклоны изготавливают одиночного исполнения (внутренний диаметр от 200 до 2000 мм) или группового исполнения – из двух, четырех, шести и восьми циклонов одинакового внутреннего диаметра (от 300 до 900 мм).
Циклоны группового исполнения изготавливают с “левым” и “правым” вращением газового потока, одиночные – только с “правым” вращением.
В зависимости от компоновки групповые циклоны могут быть с камерой очищенного газа в виде “улитки” или в виде сборника, а одиночные только с “улиткой”. Бункеры циклонов – пирамидальной формы или круглые конические. В зависимости от температуры окружающей среды циклоны изготавливают из углеродистой стали (при температуре до -40°С) и низколегированной стали (при температуре ниже -40°С).
При работе циклонов должна быть обеспечена регламентная выгрузка пыли. При этом уровень пыли в бункерах должен быть не выше плоскости, расположенной от крышки бункера на 0,5 диаметра циклона для бункеро-накопителей.

Снабжение циклона испарительным охлаждением(теплообменником) в виде рубашки с патрубками для подачи и отвода жидкого хладагента позволяет уменьшить температуру выхлопных газов или горячего воздуха в корпусе за счет передачи тепла через стенку корпуса к жидкому хладагенту, что приводит к уменьшению их вязкости и увеличению скорости центробежного осаждения частиц дисперсной фазы.

Снабжение осевой выхлопной трубы винтообразной трубкой с равномерно установленными вертикальными патрубками позволяет жидкость подавать по патрубку ввода жидкости в винтообразную трубку, которая нагревается от дымовых газов или горячего воздуха, движущихся в циклоне, и кипит с образованием пара. Пар, выходя через вертикальные патрубки, попадает внутрь корпуса и смешивается с дымовыми газами или горячим воздухом. Дымовые газы или горячий воздух, имеющие повышенное влагосодержание, опускаются в нижнюю часть корпуса и охлаждаются по вышеописанному механизму до температуры, которая ниже точки росы. Поэтому капельки жидкости конденсируются на тонких частицах дисперсной фазы и утяжеляют их, что способствует увеличению скорости центробежного осаждения и возрастанию степени очистки дымовых газов и горячего воздуха. Установка заглушки на нижнем конце винтообразной трубки препятствует вытеканию из нее жидкости в корпус циклона.

Такая конструкция циклона позволяет при незначительном увлажнении шлама увеличить степень улавливания частиц из дымовых газов или горячего воздуха, особенно тонких фракций за счет охлаждения дымовых газов или горячего воздуха и снижения их вязкости, а также за счет смачивания частиц конденсатом паров, образующихся при уменьшении температуры дымовых газов, ниже температуры точки росы. Кроме того, она позволяет утилизировать тепло дымовых газов, получая дополнительно горячую воду или другую жидкость, которые могут быть использованы в системе горячего водоснабжения, в коммунальных службах или в технологических процессах различных производств.

Так, при уменьшении температуры дымовых газов или горячего воздуха с 350 до 90oС их вязкость снижается с 3,07•10-5 до 2,19•10-5 Пас, то есть в 1,4 раза и соответственно возрастает скорость центробежного охлаждения частиц всех размеров. При конденсации паров воды на мелких частицах золы дисперсной фазы их эффективная плотность увеличивается с 1270 до 1920 кг/м3, степень очистки возрастает с 81 до 94,5% (для частиц золы с полидисперсным составом от 3 до 25 мкм).

Кроме того, при рекуперации тепла 7200 нм3/ч газов жидким хладагентом (водой) можно будет получать 4127 кг/ч горячей воды, нагреваемой от 20 до 80oС.

Таким образом, такая конструкция циклона позволяет увеличить степень улавливания тонких частиц на 10-13% за счет уменьшения температуры дымовых газов или горячего воздуха, снижения их вязкости и возрастания скорости центробежного осаждения, а также за счет увеличения массы частиц при конденсации на них пара и получать

Циклоны НИИОгаза

Наибольшее распространение  получили цилиндрические циклоны конструкции НИИ​Огаза. Отличительной их особенностью являются наклонный входной патрубок, сравнительно короткие цилиндрическая часть и выхлопная труба, а также малый угол раскрытия конической части. Наклон входного патрубка и винтообразная верхняя крышка способ​ствуют направлению вращающегося газового потока вниз, что снижает гидравлическое сопротивле​ние циклона. На выхлопной трубе циклона иногда устанавливают улитку, раскручивающую враща​ющийся газовый поток.

а — конструкции НИИОгаза; б — конструкции ЛИОТ; в — конструкции СИОТ

Под циклоном устанавливают бункер для сбора уловленной пыли. В конической части циклона ни в коем случае не должна скапливаться пыль во избежание взмучивания и вторичного уноса ее в выхлопную трубу.

Существуют три типа цилиндрических циклонов конструкции НИИОгаза основной серии ЦН, различающиеся между собой углом наклона входного патрубка к горизонту:

а) ЦН-15 с углом наклона 15°, нормальный и укороченный (ЦН-15у);

б)  ЦН-11 с углом наклона 11°, с повышенной эффективностью при большем гидравлическом со​противлении;

в)  ЦН-24 с углом наклона 24°, с повышенной пропускной способностью при меньшей эффектив​ности и сниженном гидравлическом сопротивлении.

Наибольшее распространение получили циклоны типа ЦН-15, которые обеспечивают достаточ​но высокую эффективность при умеренном гидравлическом сопротивлении.

Все циклоны конструкции НИИОгаза нормализованы. Любой из размеров каждого типа может быть выражен в долях от диаметра циклона D. Согласно ГОСТ 9617-67 для циклонов приняты сле​дующие величины диаметров, мм: 200; 300; 400; 500; 600; 700; 800; 900; 1000; 1200; 1400; 1600; 1800; 2000; 2400; 3000. Вследствие снижения эффективности с увеличением размеров применять циклоны типа ЦН диаметром более 1000 мм не рекомендуется. В этом случае устанавливают группу циклонов, работающих параллельно.
ЦН-11, 15, 15у, 24

Назначение и область применения пылеуловителей (циклонов) типа ЦН-11, 15, 15у, 24
Циклоны ЦН предназначены для сухой очистки воздуха и газов, выделяющихся при некоторых технологических процессах, связанных с сушкой, обжигом, агломерацией, сжиганием топлива и т.д. Также пылеуловители (циклоны типа ЦН) используются для очистки аспирационного воздуха и представляют собой самую многочисленную группу. Именно они чаще всего используются в промышленности.

Циклоны ЦН являются самым простым видом пылеуловителей и работают используя действие центробежной силы. Важно отметить, что циклоны могут использоваться для безотходного производства, так как некоторые виды пыли, что собраны этим пылеуловителем возможно подвергнуть переработке.

Циклон ЦН (пылеуловитель) применяется: на предприятиях черной и цветной металлургии, в химической, нефтяной, машиностроительной промышленности, а также пылеуловитель эффективен на предприятиях энергетики, при производстве строительных материалов и т.д.

Циклоны ЦН не предназначены для работы в условиях взрывоопасных сред. Степень очистки газов с помощью пылеуловителя во многом зависит от размера частиц пыли, чем больше их размеры, тем эффективней очистка. В зависимости от пропускной способности по воздуху (газу) и условий применения пылеуловители изготавливаются одиночного или группового исполнения — из двух, четырех, шести, восьми, десяти, двенадцати и четырнадцати циклонов.

Групповые циклоны ЦН (пылеуловители) могут быть с камерой очищенного воздуха в виде «улитки» или в виде сборника, а одиночные — только с улиткой. Пылеуловители в групповом исполнении способным обеспечить очистку больших объемов газов.

Условное обозначение типоразмера одиночного и группового циклона:

• ЦН — циклон НИИОГАЗа;
• 24, 15,11 — угол наклона входного патрубка
• относительно горизонтали (град.)
• число после тире — внутренний диаметр
• цилиндрической части пылеуловителя;
• У — с камерой очищенного газа в виде улитки;
• С — с камерой очищенного газа в виде сборника;
• П — пирамидальная форма бункера;цилиндрическая форма бункера.

Пример: циклон ЦН-15-300х1УП; циклон ЦН-11-800х4СП.

Циклоны батарейные 4БЦШ

Батарейные установки циклонов 4БЦШ предназначены для очистки воздуха от пыли в системах пневмотранспорта и аспирации на предприятиях по хранению и переработке зерна, предприятиях пищевой промышленности и сельского хозяйства.
Батарейные установки состоят из сборной коробки, четырёх циклонов правого и левого исполнения, общего бункера.
Могут комплектоваться опорой и шлюзовым затвором (ШУ-6 для циклонов диаметром до 275 мм и ШУ-15 для циклонов диаметром более 275 мм.).

Циклоны УЦ предназначены для очистки выбросов деревообрабатывающих производств от неслипающихся, неволокнистых пылей, а также смесей с сухими опилками и стружкой.
Циклоны изготавливаются правого и левого исполнения. При работе циклона под давлением на нем устанавливается

зонт, под разряжением — улитка.
Циклоны УЦ имеют 4 модификации (отношение выходного патрубка к диаметру) – 0,38, 0,45, 0,525, 0,6.

Самый распространённый – циклон УЦ-38. С увеличением диаметра выхлопного патрубка уменьшается

эффективность очистки, но уменьшаются и потери давления в циклоне.
Эффективность очистки запылённого воздуха циклонами УЦ составляет 91÷99%.

Если в выбросах отсутствует шлифовальная пыль, то эффективность циклонов составляет 96÷99%.

Предназначены для сухой очистки воздуха и газов, выделяющихся при некоторых технологических процессах (сушка, обжиг, агломерация, сжигание топлива и т.д.), а также очистки аспирационного воздуха. Применяются на предприятиях черной и цветной металлургии, химической, нефтяной и машиностроительной промышленности, промышленности строительных материалов, в энергетике и т.д. Применение циклонов типа ЦН-15 недопустимо в условиях взрывоопасных сред; не рекомендуется их применять также для улавливания сильно слипающихся пылей, особенно при малых диаметрах циклонов.

В зависимости от производительности по газу и условий применения циклоны ЦН-15 изготавливают одиночного исполнения (внутренний диаметр от 200 до 2000 мм) или группового исполнения – из двух, четырех, шести и восьми циклонов одинакового внутреннего диаметра (от 300 до 900 мм).
Циклоны группового исполнения изготавливают с «левым» и «правым» вращением газового потока, одиночные – только с «правым» вращением.
В зависимости от компоновки групповые циклоны могут быть с камерой очищенного газа в виде «улитки» (условное обозначение – УП) или в виде сборника (условное обозначение – СП), а одиночные – только с «улиткой».

Батарейные установки циклонов 4БЦШ предназначены для очистки воздуха от пыли в системах пневмотранспорта и аспирации на предприятиях по хранению и переработке зерна, предприятиях пищевой промышленности и сельского хозяйства.
Батарейные установки состоят из сборной коробки, четырёх циклонов правого и левого исполнения, общего бункера.
Могут комплектоваться опорой и шлюзовым затвором (ШУ-6 для циклонов диаметром до 275 мм и ШУ-15 для циклонов диаметром более 275 мм.).

Циклон УЦ-38

Циклоны УЦ предназначены для очистки выбросов деревообрабатывающих производств от неслипающихся, неволокнистыхпылей, а также смесей с сухими опилками и стружкой.
Циклоны изготавливаются правого и левого исполнения. При работе циклона под давлением на нем устанавливается зонт, под разряжением — улитка.

Циклоны УЦ имеют 4 модификации (отношение выходного патрубка к диаметру) – 0,38, 0,45, 0,525, 0,6. Самый распространённый – циклон УЦ-38. С увеличением диаметра выхлопного патрубка уменьшается эффективность очистки, но уменьшаются и потери давления в циклоне.

Эффективность очистки запылённого воздуха циклонами УЦ составляет 91÷99%. Если в выбросах отсутствует шлифовальная пыль, то эффективность циклонов составляет 96÷99%.

Циклон ЦН-15

Предназначены для сухой очистки воздуха и газов, выделяющихся при некоторых технологических процессах (сушка, обжиг, агломерация, сжигание топлива и т.д.), а также очистки аспирационного воздуха. Применяются на предприятиях черной и цветной металлургии, химической, нефтяной и машиностроительной промышленности, промышленности строительных материалов, в энергетике и т.д. Применение циклонов типа ЦН-15 недопустимо в условиях взрывоопасных сред; не рекомендуется их применять также для улавливания сильно слипающихся пылей, особенно при малых диаметрах циклонов.
В зависимости от производительности по газу и условий применения циклоны ЦН-15 изготавливают одиночного исполнения (внутренний диаметр от 200 до 2000 мм) или группового исполнения – из двух, четырех, шести и восьми циклонов одинакового внутреннего диаметра (от 300 до 900 мм).
Циклоны группового исполнения изготавливают с «левым» и «правым» вращением газового потока, одиночные – только с «правым» вращением.
В зависимости от компоновки групповые циклоны могут быть с камерой очищенного газа в виде «улитки» (условное обозначение – УП) или в виде сборника (условное обозначение – СП), а одиночные – только с «улиткой».

Циклон СЦН 40

Предназначены для высокоэффективной очистки технологических газов и вентиляционных выбросов от средне- и мелкодисперсной пыли в различных отраслях промышленности. Выпускаются групповые циклоны (по 4 в группе), а также одиночные с правым и левым вращением газового потока.

Пылеуловители ЦН

Пылеуловитель Циклон ЦН типа, имеют разную степень очистки, которая зависит от дисперсионного состава и диаметра частиц пыли. Соответственно чем меньше размер частиц газа, тем больше степень очистки. Для более эффективной очистки промышленных помещений устанавливается циклон меньшего диаметра. Пылеуловитель помогает переработать запыленный газ, поэтому применяется во всех отраслях промышленности.

Циклон Ц

Циклоны типа “Ц” служат для улавливания древесных отходов (стружки, опилок и пыли). Циклоны устанавливают только на нагнетательной стороне вентилятора, могут быть правого и левого исполнения. Коэффициент очистки воздуха находится в пределах 98-98,5 %.

Циклон ЦН-11

Предназначены для отделения от газообразной среды взвешенных частиц сухой пыли, образующейся в различных помольных и дробильных установках, при транспортировании сыпучих материалов, а также летучей золы. Для волокнистой и слипающейся пыли, для очистки газообразной среды, в которой имеются капельно-жидкая фаза или возможна конденсация паров, циклоны ЦН-11 не применяются.Циклоны следует устанавливать на всасывающей стороне вентилятора. Могут быть левого и правого исполнения, одиночные и групповые. Групповые циклоны могут быть с камерой очищенного воздуха в виде”улитки” или в виде сборника, а одиночные – только с «улиткой».

Циклоны типа К (ОЭКДМ) предназначены для систем пневмотранспорта измельченной древесины с низким содержанием пылевых частиц (щепа, дробленка, кора, витая стружка, сырая стружка, сырые опилки). Циклоны устанавливаются на нагнетательных участках систем пневмотранспорта, могут быть правого и левого исполнения.
Коэффициент очистки воздуха при работе на стружках и опилках находится в пределах 98-99 %. Оптимальный режим работы циклона – при скорости воздуха во входном патрубке 14-18 м/с.
Отнесенный к скорости движения во входном патрубке коэффициент гидравлического сопротивления циклона = 5.