Hydrocyklony

Popis

Hydrocyklonymají kuželovitý válcový tvar s tangenciálním vstupem do válcové části a výstupem v každé ose. Výstup ve válcové části se nazývá vírový filtr a zasahuje do cyklonu, aby se snížil zkratový tok přímo ze vstupu. Na kuželovém konci je druhý výstup, kohoutek. Pro separaci podle velikosti jsou oba výstupy obvykle otevřeny do atmosféry. Hydrocyklony se obvykle provozují vertikálně s kohoutkem na spodním konci, proto se hrubý produkt nazývá podtok a jemný produkt, opouštějící vírový filtr, přetok. Obrázek 1 schematicky znázorňuje hlavní proudění a konstrukční vlastnosti typického hydrocyklonu.hydrocyklón: dva víry, tangenciální vstup a axiální výstupy. S výjimkou bezprostřední oblasti tangenciálního vstupu má pohyb tekutiny v cyklonu radiální symetrii. Pokud je jeden nebo oba výstupy otevřeny do atmosféry, zóna nízkého tlaku způsobí plynové jádro podél svislé osy uvnitř vnitřního víru.

Princip fungování je jednoduchý: kapalina, která unáší suspendované částice, vstupuje do cyklonu tangenciálně, spirálovitě stoupá dolů a vytváří odstředivé pole ve volném vírovém proudění. Větší částice se pohybují kapalinou ven z cyklonu spirálovitým pohybem a vystupují přes kohoutek s částí kapaliny. Vzhledem k omezené ploše kohoutku se vytvoří vnitřní vír, který se otáčí ve stejném směru jako vnější vír, ale proudí nahoru, a opouští cyklon přes vyhledávač vírů, přičemž s sebou unáší většinu kapaliny a jemnějších částic. Pokud je překročena kapacita kohoutku, vzduchové jádro se uzavře a výtok z kohoutku se změní z deštníkovitého rozstřiku na „lano“ a ztrátu hrubého materiálu do přepadu.

Průměr válcové části je hlavní proměnnou ovlivňující velikost částic, které lze oddělit, ačkoliv průměry výstupů lze nezávisle měnit, aby se změnila dosažená separace. Zatímco první výzkumníci experimentovali s cyklony o průměru pouhých 5 mm, průměry komerčních hydrocyklonů se v současnosti pohybují od 10 mm do 2,5 m, s oddělovacími velikostmi pro částice o hustotě 2700 kg m−3 1,5–300 μm, které se s rostoucí hustotou částic snižují. Provozní tlaková ztráta se pohybuje od 10 barů pro malé průměry do 0,5 baru pro velké jednotky. Pro zvýšení kapacity se používá několik malých hydrocyklonů.hydrocyklonymůže být připojeno k rozdělovači z jediného napájecího potrubí.

Přestože je princip fungování jednoduchý, mnoho aspektů jejich fungování je stále nedostatečně pochopeno a výběr a predikce hydrocyklonů pro průmyslový provoz jsou do značné míry empirické.

Klasifikace

Barry A. Wills, James A. Finch FRSC, FCIM, P.Eng., in Wills' Mineral Processing Technology (osmé vydání), 2016

9.4.3 Hydrocyklony versus síta

Hydrocyklony se staly dominantní klasifikací při práci s jemnými částicemi v uzavřených mlecích okruzích (<200 µm). Nedávný vývoj v technologii sít (kapitola 8) však obnovil zájem o použití sít v mlecích okruzích. Síta se oddělují na základě velikosti a nejsou přímo ovlivněna rozptylem hustoty vstupních minerálů. To může být výhoda. Síta také nemají bypassový podíl a jak ukázal příklad 9.2, bypass může být poměrně velký (v tomto případě přes 30 %). Obrázek 9.8 ukazuje příklad rozdílu v rozdělovací křivce pro cyklony a síta. Data pocházejí z koncentrátoru El Brocal v Peru s hodnocením před a po nahrazení hydrocyklonů za Derrick Stack Sizer® (viz kapitola 8) v mlecím okruhu (Dündar a kol., 2014). V souladu s očekáváním mělo síto ve srovnání s cyklonem ostřejší oddělování (sklon křivky je vyšší) a malý bypass. Po zavedení síta bylo hlášeno zvýšení kapacity mlecího okruhu v důsledku vyšší míry poškození. To bylo přičítáno eliminaci obtoku, čímž se snížilo množství jemného materiálu posílaného zpět do mlýnů, což má tendenci tlumit nárazy částic na částice.

Přechod však není jednosměrný: nedávným příkladem je přechod z filtru na cyklon, aby se využilo dodatečného zmenšení velikosti hustších produktivních nerostů (Sasseville, 2015).

Metalurgický proces a konstrukce

Eoin H. Macdonald, v publikaci Handbook of Gold Exploration and Evaluation, 2007

Hydrocyklony

Hydrocyklony jsou preferovanými jednotkami pro levné třídění nebo odsliňování velkých objemů kalu, protože zabírají velmi málo podlahové plochy nebo prostoru nad hlavou. Nejefektivněji fungují při rovnoměrném průtoku a hustotě buničiny a používají se jednotlivě nebo ve skupinách k dosažení požadované celkové kapacity při požadovaných děleních. Schopnosti třídění se spoléhají na odstředivé síly generované vysokými tangenciálními rychlostmi proudění jednotkou. Primární vír vytvořený vstupující kalem působí spirálovitě dolů kolem vnitřní stěny kužele. Pevné látky jsou odstředivou silou vrhány ven, takže s pohybem buničiny směrem dolů se zvyšuje její hustota. Vertikální složky rychlosti působí dolů v blízkosti stěn kužele a nahoru v blízkosti osy. Méně hustá odstředivě oddělená frakce kalu je tlačena nahoru přes vyhledávač vírů a prochází otvorem na horním konci kužele. Mezilehlá zóna nebo obálka mezi oběma proudy má nulovou vertikální rychlost a odděluje hrubší pevné látky pohybující se dolů od jemnějších pevných látek pohybujících se nahoru. Většina proudu prochází směrem nahoru v menším vnitřním víru a vyšší odstředivé síly vrhají větší z jemnějších částic ven, čímž zajišťují účinnější separaci jemnějších částic. Tyto částice se vracejí do vnějšího víru a znovu se dostávají do dávkovacího zařízení.

Geometrie a provozní podmínky v rámci spirálového proudění typickéhohydrocyklónjsou popsány na obr. 8.13. Provozní proměnné jsou hustota buničiny, průtok vstupní směsi, charakteristiky pevných látek, tlak na vstupu vstupní směsi a pokles tlaku v cyklonu. Proměnné cyklonu jsou plocha vstupu vstupní směsi, průměr a délka vírového detektoru a průměr výstupního hrdla. Hodnota koeficientu odporu je také ovlivněna tvarem; čím více se částice liší od sféričnosti, tím menší je její tvarový faktor a tím větší je její odpor proti usazování. Zóna kritického napětí se může rozšířit až na některé částice zlata o velikosti až 200 mm, a proto je nezbytné pečlivé sledování procesu klasifikace, aby se snížilo nadměrné recyklování a následné hromadění kalů. Historicky, když se věnovala malá pozornost zpětnému získávání 150μU zrn zlata m se zdá, že přenos zlata v kalových frakcích byl z velké části zodpovědný za ztráty zlata, které v mnoha rýžovnách zlata dosahovaly až 40–60 %.

Obrázek 8.14 (Warmanův výběrový graf) je předběžným výběrem cyklonů pro separaci při různých velikostech D50 od 9–18 mikronů do 33–76 mikronů. Tento graf, stejně jako jiné podobné grafy výkonu cyklonů, je založen na pečlivě kontrolovaném přísunu specifického typu. Jako první vodítko pro výběr předpokládá obsah pevných látek ve vodě 2 700 kg/m3. Cyklony s větším průměrem se používají k hrubé separaci, ale pro správnou funkci vyžadují vysoké objemy vstupního materiálu. Jemné separace při vysokých objemech vstupního materiálu vyžadují seskupení cyklonů s malým průměrem pracujících paralelně. Konečné konstrukční parametry pro přesné dimenzování musí být stanoveny experimentálně a je důležité vybrat cyklon přibližně uprostřed rozsahu, aby bylo možné provést jakékoli drobné úpravy, které by mohly být nutné, na začátku provozu.

Uvádí se, že cyklón CBC (s cirkulujícím ložem) třídí aluviální zlato do průměru 5 mm a získává konzistentně vysoký objem vstupního materiálu z odlučovače. Separace probíhá přibližně přiD50/150 mikronů na základě oxidu křemičitého o hustotě 2,65. Uvádí se, že spodní proud cyklonu CBC je obzvláště vhodný pro jigovou separaci díky své relativně hladké křivce distribuce velikosti a téměř úplnému odstranění jemných odpadních částic. Ačkoli se u tohoto systému tvrdí, že v jednom průchodu produkuje vysoce kvalitní primární koncentrát ekvivalentních těžkých minerálů z relativně dlouhého rozsahu velikosti vstupního materiálu (např. minerálních písků), pro aluviální vstupní materiál obsahující jemné a vločkové zlato nejsou k dispozici žádné takové údaje o výkonu. Tabulka 8.5 uvádí technické údaje pro AKW.hydrocyklonypro mezní hodnoty mezi 30 a 100 mikrony.

Tabulka 8.5. Technické údaje hydrocyklonů AKW

Typ (KRS)	Průměr (mm)	Pokles tlaku	Kapacita		Hraniční bod (mikrony)
Typ (KRS)	Průměr (mm)	Pokles tlaku	Kal (m3/hod)	Pevné látky (max. t/h).	Hraniční bod (mikrony)
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

Vývoj technologií drcení a klasifikace železné rudy

A. Jankovič, v knize Železná ruda, 2015

8.3.3.1 Hydrocyklónové odlučovače

Hydrocyklon, označovaný také jako cyklón, je třídicí zařízení, které využívá odstředivou sílu k urychlení usazování částic suspenze a k oddělování částic podle velikosti, tvaru a měrné hmotnosti. Je široce používán v těžebním průmyslu, přičemž jeho hlavní využití při zpracování nerostů spočívá v jeho třídění, které se ukázalo jako mimořádně účinné při jemném oddělování částic. Hojně se používá v uzavřených mlecích operacích, ale našel mnoho dalších využití, jako je odkalování, odštěpování a zahušťování.

Typický hydrocyklon (obrázek 8.12a) se skládá z kuželovitě tvarované nádoby, otevřené na vrcholu neboli spodní části, spojené s válcovou částí s tangenciálním vstupem pro přívod. Horní část válcové části je uzavřena deskou, kterou prochází axiálně uložená přepadová trubka. Trubka je do tělesa cyklonu prodloužena krátkou, odnímatelnou částí, známou jako vírový detektor, který zabraňuje zkratu přívodu přímo do přepadu. Přívod je přiváděn pod tlakem tangenciálním vstupem, což buničině dodává vířivý pohyb. Tím se v cyklonu vytváří vír s nízkotlakou zónou podél svislé osy, jak je znázorněno na obrázku 8.12b. Podél osy se vytváří vzduchové jádro, které je obvykle spojeno s atmosférou přes vrcholový otvor, ale částečně je tvořeno rozpuštěným vzduchem vycházejícím z roztoku v zóně nízkého tlaku. Odstředivá síla urychluje rychlost usazování částic, čímž se částice oddělují podle velikosti, tvaru a měrné hmotnosti. Rychleji se usazující částice se pohybují ke stěně cyklonu, kde je rychlost nejnižší, a migrují k vrcholovému otvoru (podtoku). Působením odporové síly se pomaleji usazující částice pohybují směrem k zóně nízkého tlaku podél osy a jsou unášeny vzhůru přes vyhledávač vírů k přetoku.

Hydrocyklony se v mlecích okruzích používají téměř univerzálně díky své vysoké kapacitě a relativní účinnosti. Dokážou také třídit částice ve velmi širokém rozsahu velikostí (obvykle 5–500 μm), přičemž pro jemnější třídění se používají částice s menším průměrem. Použití cyklónů v okruzích pro mletí magnetitu však může způsobit neefektivní provoz kvůli rozdílu v hustotě mezi magnetitem a odpadními minerály (oxidem křemičitým). Magnetit má specifickou hustotu asi 5,15, zatímco oxid křemičitý má specifickou hustotu asi 2,7. Vhydrocyklony, husté minerály se oddělují při jemnější velikosti řezu než lehčí minerály. Uvolněný magnetit se proto koncentruje v proudu cyklonu, což má za následek jeho nadměrné mletí. Napier-Munn a kol. (2005) poznamenali, že vztah mezi korigovanou velikostí řezu (d50c) a hustota částic se v závislosti na podmínkách proudění a dalších faktorech vyjadřuje v následujícím tvaru:

d50c∝ρs−ρl−n

kdeρs je hustota pevných látek,ρl je hustota kapaliny anje mezi 0,5 a 1,0. To znamená, že vliv hustoty minerálů na výkon cyklonu může být poměrně významný. Například pokudd50c magnetitu je 25 μm, pakd50c částic oxidu křemičitého bude mít velikost 40–65 μm. Obrázek 8.13 ukazuje křivky účinnosti klasifikace cyklónu pro magnetit (Fe3O4) a oxid křemičitý (SiO2) získané z průzkumu průmyslového mlecího okruhu magnetitu v kulovém mlýně. Separace velikosti oxidu křemičitého je mnohem hrubší, sd50c pro Fe3O4 29 μm, zatímco pro SiO2 je to 68 μm. Kvůli tomuto jevu jsou mlýny na mletí magnetitu v uzavřených okruzích s hydrocyklony méně účinné a mají nižší kapacitu ve srovnání s jinými okruhy pro mletí rud základních kovů.

Technologie vysokotlakých procesů: Základy a aplikace

MJ Cocero PhD, v Knihovně průmyslové chemie, 2001

Zařízení pro oddělování pevných látek

•

Hydrocyklon

Toto je jeden z nejjednodušších typů odlučovačů pevných látek. Jedná se o vysoce účinné separační zařízení, které lze použít k efektivnímu odstraňování pevných látek při vysokých teplotách a tlacích. Je ekonomické, protože nemá žádné pohyblivé části a vyžaduje jen malou údržbu.

Účinnost separace pevných látek je silnou funkcí velikosti částic a teploty. Hrubé separační účinnosti blízké 80 % je možné dosáhnout pro oxid křemičitý a teploty nad 300 °C, zatímco ve stejném teplotním rozsahu je hrubá separační účinnost pro hustší částice zirkonu vyšší než 99 % [29].

Hlavní nevýhodou provozu hydrocyklonu je tendence některých solí ulpívat na stěnách cyklonu.

•

Křížová mikrofiltrace

Filtry s křížovým tokem se chovají podobně jako obvykle při filtraci s křížovým tokem za normálních podmínek: zvýšené smykové rychlosti a snížená viskozita kapaliny vedou ke zvýšenému počtu filtrátů. Křížová mikrofiltrace se používá k separaci sražených solí jako pevných látek, přičemž účinnost separace částic obvykle přesahuje 99,9 %. Goemansa kol.[30] studovali separaci dusičnanu sodného z nadkritické vody. Za podmínek studie byl dusičnan sodný přítomen jako roztavená sůl a byl schopen procházet filtrem. Byly dosaženy separační účinnosti, které se lišily s teplotou, protože rozpustnost se s rostoucí teplotou snižuje, a pohybovaly se mezi 40 % a 85 % pro 400 °C a 470 °C. Tito autoři vysvětlili separační mechanismus jako důsledek odlišné propustnosti filtračního média vůči nadkritickému roztoku na rozdíl od roztavené soli, a to na základě jejich jasně odlišných viskozit. Proto by bylo možné filtrovat nejen vysrážené soli pouze jako pevné látky, ale také filtrovat soli s nízkou teplotou tání, které jsou v roztaveném stavu.

Provozní problémy byly způsobeny hlavně korozí filtru solemi.

Papír: Recyklace a recyklované materiály

MR Doshi, JM Dyer, v Referenčním modulu v materiálové vědě a materiálovém inženýrství, 2016

3.3 Čištění

Čističe nebohydrocyklonyOdstraňují kontaminanty z buničiny na základě rozdílu hustoty mezi kontaminantem a vodou. Tato zařízení se skládají z kuželové nebo válcovito-kuželové tlakové nádoby, do které je buničina tangenciálně přiváděna na konci s větším průměrem (obrázek 6). Během průchodu čističem vytváří buničina vírový proud, podobný cyklonu. Proud se otáčí kolem centrální osy, když prochází od vstupu a směrem k vrcholu neboli spodnímu otvoru podél vnitřní strany stěny čističe. Rychlost rotačního proudění se zrychluje s klesajícím průměrem kužele. V blízkosti vrcholového konce otvor s malým průměrem brání vypouštění většiny proudu, který se místo toho otáčí ve vnitřním víru v jádru čističe. Proud ve vnitřním jádru proudí od vrcholového otvoru, dokud neprochází vyhledávačem vírů, který se nachází na konci s větším průměrem ve středu čističe. Materiál s vyšší hustotou, který byl koncentrován na stěně čističe v důsledku odstředivé síly, je vypouštěn na vrcholu kužele (Bliss, 1994, 1997).

Čističe se klasifikují jako vysoce, střední nebo nízkohustotní v závislosti na hustotě a velikosti odstraňovaných nečistot. Čistič s vysokou hustotou o průměru od 15 do 50 cm (6–20 palců) se používá k odstraňování kovových zbytků, kancelářských sponek a spon a obvykle se umisťuje bezprostředně za rozvlákňovačem. S klesajícím průměrem čističe se zvyšuje jeho účinnost při odstraňování malých nečistot. Z praktických a ekonomických důvodů je cyklon o průměru 75 mm (3 palce) obecně nejmenším čističem používaným v papírenském průmyslu.

Reverzní čističe a průtokové čističe jsou navrženy k odstraňování kontaminantů s nízkou hustotou, jako je vosk, polystyren a lepivé částice. Reverzní čističe se tak nazývají, protože proud přijatých látek se shromažďuje na vrcholu čističe, zatímco odpady vycházejí přepadem. V průtokovém čističi vycházejí příjem a odpady na stejném konci čističe, přičemž příjemy se nacházejí v blízkosti stěny čističe a jsou od odpadů odděleny centrální trubicí v blízkosti jádra čističe, jak je znázorněno na obrázku 7.

Kontinuální odstředivky používané ve 20. a 30. letech 20. století k odstraňování písku z buničiny byly po vývoji hydrocyklonů ukončeny. Gyroclean, vyvinutý v Centre Technique du Papier v Grenoblu ve Francii, se skládá z válce, který se otáčí rychlostí 1200–1500 ot/min (Bliss, 1997; Julien Saint Amand, 1998, 2002). Kombinace relativně dlouhé doby zdržení a vysoké odstředivé síly umožňuje kontaminantům s nízkou hustotou dostatek času k migraci do jádra čističe, kde jsou odváděny vírovým výbojem ve středu.

MT Thew, v Encyklopedii separační vědy, 2000

Synopse

Ačkoli pevná látka-kapalinahydrocyklónAčkoliv se po většinu 20. století etabloval systém separace kapalina-kapalina, uspokojivý výkon se nedostavil až do 80. let 20. století. Ropný průmysl na moři potřeboval kompaktní, robustní a spolehlivé zařízení pro odstraňování jemně rozptýlené kontaminující ropy z vody. Tuto potřebu uspokojil výrazně odlišný typ hydrocyklonu, který samozřejmě neměl žádné pohyblivé části.

Po podrobnějším vysvětlení této potřeby a jejím srovnání s cyklonovou separací pevných látek a kapalin při zpracování nerostných surovin jsou uvedeny výhody, které hydrocyklon poskytoval oproti typům zařízení instalovaným dříve za účelem splnění tohoto úkolu.

Kritéria pro posouzení separačního výkonu jsou uvedena před diskusí o výkonu z hlediska složení vstupního materiálu, ovládání obsluhou a požadované energie, tj. součinu tlakové ztráty a průtoku.

Prostředí pro produkci ropy klade určitá omezení na materiály, včetně problému eroze částic. Jsou zmíněny typické používané materiály. Jsou nastíněny relativní náklady na typy zařízení na separaci ropy, a to jak investičních, tak i opakovaných, ačkoli zdroje jsou omezené. Nakonec jsou popsány některé ukazatele dalšího rozvoje, jelikož ropný průmysl se zaměřuje na zařízení instalovaná na mořském dně nebo dokonce na dně vrtu.

Vzorkování, řízení a vyvažování hmotnosti

Barry A. Wills, James A. Finch FRSC, FCIM, P.Eng., in Wills' Mineral Processing Technology (osmé vydání), 2016

3.7.1 Použití velikosti částic

Mnoho jednotek, jako např.hydrocyklonya gravitační separátory zajišťují určitý stupeň separace podle velikosti a data o velikosti částic lze použít pro hmotnostní bilanci (příklad 3.15).

Příklad 3.15 je příkladem minimalizace nerovnováhy uzlů; poskytuje například počáteční hodnotu pro zobecněnou minimalizaci metodou nejmenších čtverců. Tento grafický přístup lze použít vždy, když jsou k dispozici „přebytečná“ data komponent; v příkladu 3.9 mohl být použit.

Příklad 3.15 používá jako uzel cyklon. Druhým uzlem je jímka: toto je příklad 2 vstupů (čerstvá surovina a výstup z kulového mlýna) a jednoho výstupu (vstup do cyklonu). To dává další hmotnostní bilanci (příklad 3.16).

V kapitole 9 se vracíme k tomuto příkladu mlecího obvodu s použitím upravených dat k určení rozdělovací křivky cyklonu.

Čas zveřejnění: 7. května 2019