Хидроциклони

Описание

Хидроциклониса с конусовидно-цилиндрична форма, с тангенциален вход за подаване в цилиндричната секция и изход на всяка ос. Изходът в цилиндричната секция се нарича вихров детектор и се простира в циклона, за да намали потока от късо съединение директно от входа. В коничния край е вторият изход - кранът. За разделяне по размер и двата изхода обикновено са отворени към атмосферата. Хидроциклоните обикновено работят вертикално с кран в долния край, следователно едрият продукт се нарича долен поток, а финият продукт, напускащ вихровия детектор, - преливник. Фигура 1 показва схематично основните характеристики на потока и дизайна на типичен...хидроциклон: двата вихъра, тангенциалният вход за подаване и аксиалните изходи. С изключение на непосредствената област на тангенциалния вход, движението на флуида в циклона има радиална симетрия. Ако единият или и двата изхода са отворени към атмосферата, зона с ниско налягане причинява газово ядро по вертикалната ос, вътре във вътрешния вихър.

Принципът на действие е прост: флуидът, носещ суспендираните частици, навлиза в циклона тангенциално, движи се спираловидно надолу и създава центробежно поле в свободен вихров поток. По-големите частици се движат през флуида към външната страна на циклона по спираловидно движение и излизат през крана с част от течността. Поради ограничаващата площ на крана се установява вътрешен вихър, въртящ се в същата посока като външния вихър, но течащ нагоре, и напуска циклона през вихровия детектор, носейки със себе си по-голямата част от течността и по-фините частици. Ако капацитетът на крана бъде превишен, въздушното ядро се затваря и изпускането на крана се променя от струя с форма на чадър на „въже“ и загуба на едър материал към преливника.

Диаметърът на цилиндричната секция е основната променлива, влияеща върху размера на частиците, които могат да бъдат отделени, въпреки че диаметрите на изходните отвори могат да се променят независимо, за да се промени постигнатото разделяне. Докато ранните изследователи са експериментирали с циклони с диаметър едва 5 mm, диаметрите на търговските хидроциклони в момента варират от 10 mm до 2,5 m, с размери на разделяне за частици с плътност 2700 kg m−3 от 1,5–300 μm, намалявайки с увеличаване на плътността на частиците. Работният пад на налягането варира от 10 bar за малки диаметри до 0,5 bar за големи агрегати. За да се увеличи капацитетът, се използват множество малки...хидроциклониможе да се свърже с колектор от една захранваща линия.

Въпреки че принципът на действие е прост, много аспекти от тяхното действие все още са слабо разбрани, а изборът и прогнозирането на хидроциклони за промишлена експлоатация са до голяма степен емпирични.

Класификация

Бари А. Уилс, Джеймс А. Финч, член на FRSC, член на FCIM, член на P.Eng., в „Технология за преработка на минерали“ на Уилс (осмо издание), 2016 г.

9.4.3 Хидроциклони срещу сита

Хидроциклоните са доминирали в класификацията при работа с фини частици в затворени смилащи вериги (<200 µm). Въпреки това, последните разработки в технологията на ситата (Глава 8) подновиха интереса към използването на сита в смилащи вериги. Ситата се разделят въз основа на размера и не се влияят пряко от разпределението на плътността на захранващите минерали. Това може да бъде предимство. Ситата също така нямат байпасна фракция и както е показано в Пример 9.2, байпасът може да бъде доста голям (над 30% в този случай). Фигура 9.8 показва пример за разликата в кривата на разделяне за циклони и сита. Данните са от концентратора El Brocal в Перу с оценки преди и след като хидроциклоните бяха заменени с Derrick Stack Sizer® (вижте Глава 8) в смилащата верига (Dündar et al., 2014). В съответствие с очакванията, в сравнение с циклона, ситото имаше по-рязко разделяне (наклонът на кривата е по-висок) и малък байпас. Съобщава се за увеличение на капацитета на смилащата верига поради по-високите нива на счупване след внедряването на ситото. Това се дължи на елиминирането на байпаса, което намалява количеството фин материал, изпращан обратно към мелниците, което има тенденция да смекчава ударите между частиците.

Преходът обаче не е еднопосочен: скорошен пример е преминаването от сито към циклон, за да се възползва от допълнителното намаляване на размера на по-плътните пластови минерали (Sasseville, 2015).

Металургичен процес и дизайн

Оин Х. Макдоналд, в „Наръчник за проучване и оценка на злато“, 2007 г.

Хидроциклони

Хидроциклоните са предпочитани агрегати за оразмеряване или обезшламяване на големи обеми суспензия евтино и защото заемат много малко пространство на пода или височина. Те работят най-ефективно, когато се захранват с равномерен дебит и плътност на пулпата и се използват поотделно или в групи, за да се постигне желаният общ капацитет при необходимите разделяния. Възможностите за оразмеряване разчитат на центробежни сили, генерирани от високи тангенциални скорости на потока през агрегата. Първичният вихър, образуван от входящата суспензия, действа спирално надолу около вътрешната стена на конуса. Твърдите вещества се изхвърлят навън от центробежна сила, така че с движението на пулпата надолу плътността ѝ се увеличава. Вертикалните компоненти на скоростта действат надолу близо до стените на конуса и нагоре близо до оста. По-малко плътната центробежно отделена фракция от шлама се изтласква нагоре през вихровия детектор, за да премине през отвора в горния край на конуса. Междинна зона или обвивка между двата потока има нулева вертикална скорост и разделя по-едрите твърди вещества, движещи се надолу, от по-фините твърди вещества, движещи се нагоре. По-голямата част от потока преминава нагоре в рамките на по-малкия вътрешен вихър, а по-високите центробежни сили изхвърлят по-големите от по-фините частици навън, като по този начин осигуряват по-ефективно разделяне на по-фините частици. Тези частици се връщат във външния вихър и отново се подават към джиговата подавателна машина.

Геометрията и работните условия в рамките на спираловидния поток на типиченхидроциклонса описани на Фиг. 8.13. Оперативните променливи са плътност на пулпата, дебит на захранващия поток, характеристики на твърдите вещества, налягане на входа на захранващия поток и спад на налягането през циклона. Променливите на циклона са площ на входа на захранващия поток, диаметър и дължина на вихровия детектор и диаметър на изходния кран. Стойността на коефициента на съпротивление също се влияе от формата; колкото повече една частица се различава от сферичността си, толкова по-малък е нейният фактор на формата и толкова по-голяма е нейната устойчивост на утаяване. Зоната на критично напрежение може да се простира до някои златни частици с размер до 200 mm и следователно внимателното наблюдение на процеса на класификация е от съществено значение за намаляване на прекомерното рециклиране и произтичащото от това натрупване на шлам. В исторически план, когато се е обръщало малко внимание на възстановяването на 150μПри m златни зърна, пренасянето на злато в шламовите фракции изглежда е до голяма степен отговорно за загубите на злато, които са регистрирани на ниво от 40-60% в много златни находища.

Фигура 8.14 (Диаграма за избор на Warman) е предварителен избор на циклони за разделяне при различни размери D50 от 9–18 микрона до 33–76 микрона. Тази диаграма, както и други подобни диаграми за производителност на циклоните, се основава на внимателно контролирано подаване от специфичен тип. Тя приема съдържание на твърди вещества от 2700 kg/m3 във водата като първо ръководство за избор. Циклоните с по-голям диаметър се използват за грубо разделяне, но изискват големи обеми на подаване за правилно функциониране. Финото разделяне при големи обеми на подаване изисква клъстери от циклони с малък диаметър, работещи паралелно. Крайните конструктивни параметри за близко оразмеряване трябва да се определят експериментално и е важно да се избере циклон около средата на диапазона, така че евентуални малки корекции, които може да са необходими, да могат да се направят в началото на работата.

Твърди се, че циклонът CBC (циркулиращ слой) класифицира алувиални златни материали с диаметър до 5 мм и получава постоянно високо количество отсечена смес от долния поток. Разделянето се извършва при приблизителноD50/150 микрона на базата на силициев диоксид с плътност 2,65. Твърди се, че долният поток на циклона CBC е особено податлив на джиг сепарация поради относително гладката си крива на разпределение на размера и почти пълното отстраняване на фините отпадъчни частици. Въпреки че се твърди, че тази система произвежда висококачествен първичен концентрат от еквивалентни тежки минерали с един проход от относително голям диапазон на размерите на суровината (напр. минерални пясъци), няма такива данни за производителност за алувиален захранващ материал, съдържащ фино и люспесто злато. Таблица 8.5 дава техническите данни за AKW.хидроциклониза гранични точки между 30 и 100 микрона.

Таблица 8.5. Технически данни за хидроциклони AKW

Тип (KRS)	Диаметър (мм)	Пад на налягането	Капацитет		Точка на рязане (микрони)
Тип (KRS)	Диаметър (мм)	Пад на налягането	Суспензия (м3/час)	Твърди вещества (t/h max).	Точка на рязане (микрони)
2118	100	1–2,5	9.27	5	30–50
2515	125	1–2,5	11–30	6	25–45
4118	200	0,7–2,0	18–60	15	40–60
(RWN)6118	300	0,5–1,5	40–140	40	50–100

Развитие на технологиите за раздробяване и класифициране на желязна руда

А. Янкович, в „Желязна руда“, 2015 г.

8.3.3.1 Хидроциклонни сепаратори

Хидроциклонът, наричан още циклон, е класифициращо устройство, което използва центробежна сила, за да ускори скоростта на утаяване на частиците от суспензията и да ги раздели според размера, формата и специфичното тегло. Той се използва широко в минералната промишленост, като основното му приложение в преработката на минерали е като класификатор, който се е доказал като изключително ефективен при фини размери на разделяне. Използва се широко в затворени цикли на смилане, но е намерил и много други приложения, като например обезшламяване, обезпясняване и сгъстяване.

Типичен хидроциклон (Фигура 8.12а) се състои от конично оформен съд, отворен на върха си или долен поток, свързан с цилиндрична секция, която има тангенциален вход за захранване. Горната част на цилиндричната секция е затворена с плоча, през която преминава аксиално монтирана преливна тръба. Тръбата е удължена в тялото на циклона чрез къса, подвижна секция, известна като вихров детектор, която предотвратява късо съединение на захранването директно в преливника. Захранването се подава под налягане през тангенциалния вход, което придава вихрово движение на пулпата. Това генерира вихър в циклона, със зона с ниско налягане по вертикалната ос, както е показано на Фигура 8.12б. По оста се развива въздушно ядро, обикновено свързано с атмосферата през отвора на върха, но отчасти създадено от разтворен въздух, излизащ от разтвора в зоната с ниско налягане. Центробежната сила ускорява скоростта на утаяване на частиците, като по този начин разделя частиците според размера, формата и специфичното тегло. По-бързо утаяващите се частици се придвижват към стената на циклона, където скоростта е най-ниска, и мигрират към горния отвор (преливник). Поради действието на силата на съпротивление, по-бавно утаяващите се частици се придвижват към зоната с ниско налягане по оста и се пренасят нагоре през вихровия търсач към преливника.

Хидроциклоните се използват почти повсеместно в схемите за смилане поради високия им капацитет и относителна ефективност. Те могат също така да класифицират в много широк диапазон от размери на частиците (обикновено 5–500 μm), като за по-фина класификация се използват частици с по-малък диаметър. Приложението на циклони в схемите за смилане на магнетит обаче може да доведе до неефективна работа поради разликата в плътността между магнетита и отпадъчните минерали (силициев диоксид). Магнетитът има специфична плътност от около 5,15, докато силициевият диоксид има специфична плътност от около 2,7. Вхидроциклони, плътните минерали се отделят при по-фин размер на рязане от по-леките минерали. Следователно, освободеният магнетит се концентрира в долния поток на циклона, което води до прекомерно смилане на магнетита. Napier-Munn et al. (2005) отбелязват, че връзката между коригирания размер на рязане (d50в) и плътността на частиците следва израз от следния вид в зависимост от условията на потока и други фактори:

d50c∝ρs−ρl−n

къдетоρs е плътността на твърдите вещества,ρl е плътността на течността, аnе между 0,5 и 1,0. Това означава, че ефектът от минералната плътност върху работата на циклона може да бъде доста значителен. Например, акоd50c на магнетита е 25 μm, тогаваd50c силициеви частици ще бъдат 40–65 μm. Фигура 8.13 показва кривите на ефективност на класификацията на циклона за магнетит (Fe3O4) и силициев диоксид (SiO2), получени от изследването на веригата за смилане на магнетит в индустриална топкова мелница. Разделянето на размерите за силициев диоксид е много по-едро, с...d50c за Fe3O4 от 29 μm, докато тази за SiO2 е 68 μm. Поради това явление, мелниците за смилане на магнетит в затворени вериги с хидроциклони са по-малко ефективни и имат по-нисък капацитет в сравнение с други вериги за смилане на руди от базови метали.

Технология на процеса с високо налягане: Основи и приложения

М. Дж. Косеро, доктор, в Библиотека по индустриална химия, 2001 г.

Устройства за отделяне на твърди вещества

•

Хидроциклон

Това е един от най-простите видове сепаратори за твърди частици. Той е високоефективно устройство за разделяне и може да се използва за ефективно отстраняване на твърди частици при високи температури и налягания. Икономичен е, защото няма движещи се части и изисква малко поддръжка.

Ефективността на разделяне на твърди вещества е силна функция от размера на частиците и температурата. Брутната ефективност на разделяне близо до 80% е постижима за силициев диоксид и температури над 300°C, докато в същия температурен диапазон, брутната ефективност на разделяне за по-плътни циркониеви частици е по-голяма от 99% [29].

Основният недостатък на работата на хидроциклона е склонността на някои соли да се залепват по стените му.

•

Кръстосана микрофилтрация

Филтрите с кръстосан поток се държат по начин, подобен на този, който обикновено се наблюдава при филтриране с кръстосан поток при околни условия: повишените скорости на срязване и намаленият вискозитет на флуида водят до увеличен брой филтрати. Кръстосаната микрофилтрация е била прилагана за отделяне на утаени соли като твърди вещества, което дава ефективност на отделяне на частици, обикновено надвишаваща 99,9%. Goemansи др.[30] изследва отделянето на натриев нитрат от свръхкритична вода. При условията на изследването, натриевият нитрат е присъствал като разтопена сол и е бил способен да преминава през филтъра. Постигната е ефективност на разделяне, която варира с температурата, тъй като разтворимостта намалява с повишаване на температурата, варирайки между 40% и 85%, съответно за 400°C и 470°C. Тези изследователи обясняват механизма на разделяне като следствие от различната пропускливост на филтриращата среда към свръхкритичния разтвор, за разлика от разтопената сол, въз основа на техните ясно различни вискозитети. Следователно би било възможно не само да се филтрират утаените соли просто като твърди вещества, но и да се филтрират онези соли с ниска точка на топене, които са в разтопено състояние.

Проблемите с работата се дължат главно на корозия на филтъра от солите.

Хартия: Рециклиране и рециклирани материали

М. Р. Доши, Дж. М. Дайър, в Референтен модул по материалознание и материалознание, 2016 г.

3.3 Почистване

Почистващи машини илихидроциклониПремахват замърсители от пулпата въз основа на разликата в плътността между замърсителя и водата. Тези устройства се състоят от коничен или цилиндрично-коничен съд под налягане, в който пулпата се подава тангенциално в края с голям диаметър (Фигура 6). По време на преминаване през почистващия препарат, пулпата развива вихров поток, подобен на този на циклон. Потокът се върти около централната ос, докато се отдалечава от входа и се насочва към върха, или отвора за подпочвен поток, по вътрешната страна на стената на почистващия препарат. Скоростта на въртене на потока се ускорява с намаляването на диаметъра на конуса. Близо до върха отворът с малък диаметър предотвратява изпускането на по-голямата част от потока, който вместо това се върти във вътрешен вихър в сърцевината на почистващия препарат. Потокът във вътрешната сърцевина се оттича от отвора на върха, докато не се изпусне през вихровия детектор, разположен в края с голям диаметър в центъра на почистващия препарат. Материалът с по-висока плътност, след като е концентриран в стената на почистващия препарат поради центробежна сила, се изпуска в върха на конуса (Bliss, 1994, 1997).

Пречиствателите се класифицират като с висока, средна или ниска плътност в зависимост от плътността и размера на отстраняваните замърсители. Пречиствател с висока плътност, с диаметър от 15 до 50 см (6–20 инча), се използва за отстраняване на остатъци от метал, кламери и телбод и обикновено се разполага непосредствено след пулпера. С намаляването на диаметъра на пречиствателя, неговата ефективност при отстраняване на малки замърсители се увеличава. По практически и икономически причини, циклонът с диаметър 75 мм (3 инча) обикновено е най-малкият пречиствател, използван в хартиената промишленост.

Обратните почистващи машини и почистващите машини с директен поток са предназначени за отстраняване на замърсители с ниска плътност, като восък, полистирол и лепкави частици. Обратните почистващи машини са наречени така, защото потокът от приемани материали се събира на върха на почистващата машина, докато отхвърлените материали излизат през преливника. При почистващата машина с директен поток приеманите и отхвърлените материали излизат в един и същи край на почистващата машина, като приеманите материали са близо до стената на почистващата машина и са отделени от отхвърлените материали чрез централна тръба близо до сърцевината на почистващата машина, както е показано на Фигура 7.

Непрекъснатите центрофуги, използвани през 20-те и 30-те години на миналия век за отстраняване на пясък от пулпата, са преустановени след разработването на хидроциклони. Gyroclean, разработен в Centre Technique du Papier, Гренобъл, Франция, се състои от цилиндър, който се върти с 1200–1500 оборота в минута (Bliss, 1997; Julien Saint Amand, 1998, 2002). Комбинацията от относително дълго време на престой и висока центробежна сила позволява на замърсителите с ниска плътност достатъчно време да мигрират към сърцевината на пречиствателя, където се отстраняват през централния вихров изпускателен отвор.

М. Т. Тю, в Енциклопедия на разделителната наука, 2000 г.

Синопсис

Въпреки че твърдо-течното състояниехидроциклонВъпреки че през по-голямата част от 20-ти век е установена система за разделяне течност-течност, задоволителното ѝ представяне е постигнато едва през 80-те години на миналия век. Офшорната нефтена индустрия се нуждаеше от компактно, здраво и надеждно оборудване за отстраняване на фино диспергирано замърсяване с нефт от водата. Тази нужда беше задоволена от значително различен тип хидроциклон, който, разбира се, нямаше движещи се части.

След по-подробно обяснение на тази необходимост и сравнението ѝ с циклонното разделяне на твърдо вещество и течност при преработката на минерали, са дадени предимствата, които хидроциклонът е предоставял пред видовете оборудване, инсталирано по-рано за изпълнение на задачата.

Критериите за оценка на ефективността на разделянето са изброени преди обсъждането на производителността по отношение на състава на захранващия поток, контрола от оператора и необходимата енергия, т.е. произведението от пада на налягането и дебита.

Средата за производство на петрол поставя някои ограничения за материалите, включително проблема с ерозията на частиците. Споменати са типични използвани материали. Очертани са данни за относителните разходи за видовете инсталации за разделяне на петрол, както капиталови, така и повтарящи се, въпреки че източниците са оскъдни. Накрая са описани някои насоки за по-нататъшно развитие, тъй като петролната индустрия се насочва към оборудване, инсталирано на морското дъно или дори на дъното на сондажа.

Вземане на проби, контрол и балансиране на масата

3.7.1 Използване на размера на частиците

Много единици, като напримерхидроциклонии гравитационните сепаратори, осигуряват степен на разделяне по размер, а данните за размера на частиците могат да се използват за балансиране на масата (Пример 3.15).

Пример 3.15 е пример за минимизиране на дисбаланса на възлите; той предоставя например началната стойност за минимизиране по метода на обобщените най-малки квадрати. Този графичен подход може да се използва винаги, когато има „излишни“ данни за компонентите; в Пример 3.9 можеше да се използва.

Пример 3.15 използва циклона като възел. Втори възел е утайникът: това е пример за 2 входа (прясна храна и изход от топкова мелница) и един изход (храна от циклона). Това дава друг масов баланс (Пример 3.16).

В Глава 9 се връщаме към този пример за схема на смилане, използвайки коригирани данни, за да определим кривата на разпределение на циклона.

Време на публикуване: 07 май 2019 г.