Введение к работе
Актуальность темы. Разделение жидкостей эмульсионного типа на практике встречается часто, практически все промышленные предприятия имеют сточные воды, содержащие нефтяные примеси. В настоящее время это разделение производят в основном длительным отстаиванием в резервуарах-отстойниках большого объёма. В отстойниках работающим фактором является разность в плотностях разделяемых фаз. Использовать эту разницу в плотностях целесообразней в центробежном поле, где величину фактора разделения можно получить на несколько порядков выше, чем в поле гравитации.
Наиболее простым в изготовлении и экономичным в эксплуатации при реализации данного метода, является использование гидроциклонов.
Как в России, так и за рубежом проведено большое количество теоретических и экспериментальных исследований, посвященных различным аспектам гидроциклонирования. Среди этих работ необходимо выделить исследования М.Дриссена, Д.Келсалла, Г.Тарьяна, В.В.Наиденко. К фундаментальным исследованиям последних лет можно отнести труды Московской Академии Химического Машиностроения под руководством академика А.М.Кутепова. Но, следует отметить, что все эти исследования проводились при большем расходе через верхний сливной патрубок.
Для получения максимальной селективности конструктивно гидроциклон должен быть выполнен таким образом, чтобы соотношение расходов по сливам соответствовало концентрациям разделяемых фаз.
Для разделения эмульсий с малым содержанием лёгких примесей, к которым относятся нефтесодержащие сточные воды промышленных предприятий, через верхний слив должна отводиться лишь небольшая часть потока, а основная часть должна отводиться через нижний слив. Такое перераспределение потоков существенно сказывается на формировании полей скоростей и давления. Рассматривая осевую составляющую движения потока, можно отметить, что на стенке аппарата она направлена вниз. По мере уменьшения радиуса величина данной составляющей' начинает уменьшаться и на некотором радиусе ее значение будет равняться нулю. По мере дальнейшего уменьшения радиуса осевая составляющая меняет знак и поток движется к верхнему сливу. Таким образом, внутри циклона можно описать коническую поверхность, где осевая составляющая скорости движения потока равна нулю. На некотором сечении есть зона примыкания этой поверхности к границе воздушного шнура в приосевои зоне. Данную зону В.В.Наиденко обозначил как точка j, целесообразней, видимо данную зону обозначить как точка инверсии аксиальной составляющей скорости
движения жидкости на границе воздушного шнура, а расстояние от верхней крышки циклона до точки инверсии можно обозначить как зону разделения потоков, так как до данной точки происходит распределение потоков по сливам, а ниже данного сечения вся жидкость направлена вниз. В.В.Наиденко утверждает, что точка инверсии находится на нижней кромке нижнего сливного патрубка, а при наличии шламовой камеры она может располагаться и ниже сливного патрубка. Многие исследователи придерживаются данного мнения. Есть исследования казахстанских учёных Абдураманова и Жангужинова, где они приходят к выводу, что точка инверсии может мигрировать по высоте аппарата. И действительно, при замыкании верхнего слива весь поток устремится вниз, и точка инверсии будет находиться наверху.
Положение точки инверсии определяет время нахождения жидкости в зоне разделения потоков. Это особенно важно при разделении эмульсии, когда разность в плотностях разделяемых фаз небольшая, и для достижения требуемой эффективности нужно большее время пребывания жидкости в зоне разделения потоков.
Исследования гидродинамики гидроциклонов с небольшим расходом жидкости через верхний сливной патрубок практически отсутствуют, а применение расчётов для других типов гидроциклонов -приводит к неправильной оценке возможностей аппарата.
Цель работы. На основе аналитических и экспериментальных исследований определить структуру течения жидкости в гидроциклоне, предназначенном для разделения эмульсий с малым содержанием лёгкой фазы, и разработать рекомендации для проектирования таких аппаратов.
Научная новизна. Получена теоретическая модель, описывающая основные гидродинамические характеристики и позволяющая определять положение зоны инверсии аксиальной составляющей скорости движения жидкости в приосевой зоне гидроциклона (точки инверсии). Экспериментальным путём определено положение точки инверсии от геометрических и режимных параметров. Получена картина распределения статического давления и тангенциальной составляющей скорости движения жидкости в цилиндрическом и цилиндроконичеСком гидроциклонах с малым выходным сечением верхнего сливного патрубка.
Практическая ценность. Полученные результаты проведённых исследований возможно использовать при проектировании и разработке перспективных способов очистки нефтесодержащих сточных вод промышленных, автотранспортных предприятий, автомоечных станций и нефтедобывающих и нефтеперерабатывающих хозяйств.
Результаты диссертационной работы использованы в отделе охраны окружающей среды НИИнефтепромхим (г. Казань) в комплексе
работ по разработке техники и технологии очистки нефтесодержащих сточных вод промышленных предприятий и з НГДУ "Чернушканефть" в системе очистки поверхностных сточных зод.
Апробация. Основные положения диссертационной работы были
обсуждены и получили одобрение на научно-технических
конференциях Казанского ВАКИУ им.М.Н.Чистякова (1993 - 1996 гг) ,
на научных семинарах акустической лаборатории КВАКИУ им.
М.Н.Чистякова (1994-1996 гг), на восьмой международной
конференции молодых ученых "Синтез, исследование свойств,
модификация и переработка высокомолекулярных соединений"
(1996г., т.Казань), на научно-технической конференции
Пензенского ВАКИУ 1997 года, на научной сессии КГТУ (г.Казань) 7-8 февраля 1997г.
Публикации. Содержание работы изложено з 14 публикациях.
Структура и объём работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 128 страницах машинописного текста, содержит 16 рисунков, 1 таблицу, 104 наименований используемой литературы и 3 страницы приложений.