Υδροκυκλώνες

Περιγραφή

Υδροκυκλώνεςέχουν κωνοκυλινδρικό σχήμα, με εφαπτομενική είσοδο τροφοδοσίας στο κυλινδρικό τμήμα και έξοδο σε κάθε άξονα. Η έξοδος στο κυλινδρικό τμήμα ονομάζεται ανιχνευτής στροβίλου και εκτείνεται στον κυκλώνα για να μειώσει τη ροή βραχυκυκλώματος απευθείας από την είσοδο. Στο κωνικό άκρο βρίσκεται η δεύτερη έξοδος, η στρόφιγγα. Για τον διαχωρισμό μεγέθους, και οι δύο έξοδοι είναι γενικά ανοιχτές στην ατμόσφαιρα. Οι υδροκυκλώνες λειτουργούν γενικά κάθετα με την στρόφιγγα στο κάτω άκρο, επομένως το χονδρό προϊόν ονομάζεται υπορροή και το λεπτό προϊόν, αφήνοντας τον ανιχνευτή στροβίλου, την υπερχείλιση. Το Σχήμα 1 δείχνει σχηματικά τα κύρια χαρακτηριστικά ροής και σχεδιασμού ενός τυπικούυδροκυκλώνας: οι δύο δίνες, η εφαπτομενική είσοδος τροφοδοσίας και οι αξονικές έξοδοι. Εκτός από την άμεση περιοχή της εφαπτομενικής εισόδου, η κίνηση του ρευστού μέσα στον κυκλώνα έχει ακτινική συμμετρία. Εάν μία ή και οι δύο έξοδοι είναι ανοιχτές στην ατμόσφαιρα, μια ζώνη χαμηλής πίεσης προκαλεί έναν πυρήνα αερίου κατά μήκος του κατακόρυφου άξονα, μέσα στην εσωτερική δίνη.

Η αρχή λειτουργίας είναι απλή: το ρευστό, που μεταφέρει τα αιωρούμενα σωματίδια, εισέρχεται στον κυκλώνα εφαπτομενικά, κινείται σπειροειδώς προς τα κάτω και παράγει ένα φυγοκεντρικό πεδίο σε ελεύθερη ροή στροβίλου. Μεγαλύτερα σωματίδια κινούνται μέσω του ρευστού προς το εξωτερικό του κυκλώνα με σπειροειδή κίνηση και εξέρχονται μέσω του κρουνού με ένα κλάσμα του υγρού. Λόγω της περιοριστικής επιφάνειας του κρουνού, δημιουργείται ένας εσωτερικός στρόβιλος, που περιστρέφεται προς την ίδια κατεύθυνση με τον εξωτερικό στρόβιλο αλλά ρέει προς τα πάνω, και εξέρχεται από τον κυκλώνα μέσω του ανιχνευτή στροβίλου, μεταφέροντας μαζί του το μεγαλύτερο μέρος του υγρού και τα λεπτότερα σωματίδια. Εάν ξεπεραστεί η χωρητικότητα του κρουνού, ο πυρήνας αέρα κλείνει και η εκροή του κρουνού αλλάζει από ψεκασμό σε σχήμα ομπρέλας σε «σχοινί» και απώλεια χονδροειδούς υλικού στην υπερχείλιση.

Η διάμετρος της κυλινδρικής διατομής είναι η κύρια μεταβλητή που επηρεάζει το μέγεθος των σωματιδίων που μπορούν να διαχωριστούν, αν και οι διάμετροι εξόδου μπορούν να αλλάξουν ανεξάρτητα για να μεταβληθεί ο διαχωρισμός που επιτυγχάνεται. Ενώ οι πρώτοι ερευνητές πειραματίστηκαν με κυκλώνες με διάμετρο μόλις 5 mm, οι εμπορικές διάμετροι υδροκυκλώνων κυμαίνονται σήμερα από 10 mm έως 2,5 m, με μεγέθη διαχωρισμού για σωματίδια πυκνότητας 2700 kg m−3 1,5–300 μm, τα οποία μειώνονται με την αύξηση της πυκνότητας των σωματιδίων. Η πτώση πίεσης λειτουργίας κυμαίνεται από 10 bar για μικρές διαμέτρους έως 0,5 bar για μεγάλες μονάδες. Για την αύξηση της χωρητικότητας, πολλαπλές μικρέςυδροκυκλώνεςμπορεί να τροφοδοτείται με πολλαπλή εισαγωγή από μία μόνο γραμμή τροφοδοσίας.

Αν και η αρχή λειτουργίας τους είναι απλή, πολλές πτυχές της λειτουργίας τους εξακολουθούν να είναι ελάχιστα κατανοητές και η επιλογή και η πρόβλεψη υδροκυκλώνων για βιομηχανική λειτουργία είναι σε μεγάλο βαθμό εμπειρικές.

Ταξινόμηση

Barry A. Wills, James A. Finch FRSC, FCIM, P.Eng., στο Wills' Mineral Processing Technology (Όγδοη Έκδοση), 2016

9.4.3 Υδροκυκλώνες έναντι οθονών

Οι υδροκυκλώνες έχουν κυριαρχήσει στην ταξινόμηση όταν πρόκειται για μεγέθη λεπτών σωματιδίων σε κλειστά κυκλώματα άλεσης (<200 µm). Ωστόσο, οι πρόσφατες εξελίξεις στην τεχνολογία κόσκινων (Κεφάλαιο 8) έχουν ανανεώσει το ενδιαφέρον για τη χρήση κόσκινων σε κυκλώματα άλεσης. Τα κόσκινα διαχωρίζονται με βάση το μέγεθος και δεν επηρεάζονται άμεσα από την κατανομή πυκνότητας στα ορυκτά τροφοδοσίας. Αυτό μπορεί να είναι ένα πλεονέκτημα. Τα κόσκινα επίσης δεν έχουν κλάσμα παράκαμψης και, όπως έδειξε το Παράδειγμα 9.2, η παράκαμψη μπορεί να είναι αρκετά μεγάλη (πάνω από 30% σε αυτήν την περίπτωση). Το Σχήμα 9.8 δείχνει ένα παράδειγμα της διαφοράς στην καμπύλη κατανομής για κυκλώνες και κόσκινα. Τα δεδομένα προέρχονται από τον συμπυκνωτή El Brocal στο Περού με αξιολογήσεις πριν και μετά την αντικατάσταση των υδροκυκλώνων με ένα Derrick Stack Sizer® (βλ. Κεφάλαιο 8) στο κύκλωμα άλεσης (Dündar et al., 2014). Σύμφωνα με τις προσδοκίες, σε σύγκριση με τον κυκλώνα, το κόσκινο είχε πιο έντονο διαχωρισμό (η κλίση της καμπύλης είναι υψηλότερη) και μικρή παράκαμψη. Αναφέρθηκε αύξηση στην χωρητικότητα του κυκλώματος άλεσης λόγω υψηλότερων ποσοστών θραύσης μετά την εφαρμογή του κόσκινου. Αυτό αποδόθηκε στην εξάλειψη της παράκαμψης, μειώνοντας την ποσότητα του λεπτού υλικού που επιστρέφει στους μύλους άλεσης, γεγονός που τείνει να απορροφά τις κρούσεις σωματιδίων-σωματιδίων.

Η μετάβαση δεν είναι μονόδρομος, ωστόσο: ένα πρόσφατο παράδειγμα είναι η μετάβαση από οθόνη σε κυκλώνα, για να επωφεληθεί η πρόσθετη μείωση μεγέθους των πυκνότερων ορυκτών (Sasseville, 2015).

Μεταλλουργική διαδικασία και σχεδιασμός

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

Υδροκυκλώνες

Οι υδροκυκλώνες είναι προτιμώμενες μονάδες για τον οικονομικό προσδιορισμό μεγέθους ή την αποασβέστωση μεγάλων όγκων πολτού και επειδή καταλαμβάνουν πολύ λίγο χώρο στο δάπεδο ή ύψος. Λειτουργούν πιο αποτελεσματικά όταν τροφοδοτούνται με ομοιόμορφο ρυθμό ροής και πυκνότητα πολτού και χρησιμοποιούνται μεμονωμένα ή σε συστάδες για την επίτευξη των επιθυμητών συνολικών χωρητικοτήτων στις απαιτούμενες διασπάσεις. Οι δυνατότητες προσδιορισμού μεγέθους βασίζονται σε φυγοκεντρικές δυνάμεις που παράγονται από υψηλές εφαπτομενικές ταχύτητες ροής μέσω της μονάδας. Ο κύριος στρόβιλος που σχηματίζεται από τον εισερχόμενο πολτό δρα σπειροειδώς προς τα κάτω γύρω από το εσωτερικό τοίχωμα του κώνου. Τα στερεά εκτοξεύονται προς τα έξω με φυγοκεντρική δύναμη, έτσι ώστε καθώς ο πολτός κινείται προς τα κάτω, η πυκνότητά του να αυξάνεται. Οι κάθετες συνιστώσες της ταχύτητας δρουν προς τα κάτω κοντά στα τοιχώματα του κώνου και προς τα πάνω κοντά στον άξονα. Το λιγότερο πυκνό φυγοκεντρικά διαχωρισμένο κλάσμα λάσπης ωθείται προς τα πάνω μέσω του ανιχνευτή στροβίλου για να περάσει έξω από το άνοιγμα στο άνω άκρο του κώνου. Μια ενδιάμεση ζώνη ή περίβλημα μεταξύ των δύο ροών έχει μηδενική κάθετη ταχύτητα και διαχωρίζει τα πιο χονδρά στερεά που κινούνται προς τα κάτω από τα πιο λεπτά στερεά που κινούνται προς τα πάνω. Το μεγαλύτερο μέρος της ροής διέρχεται προς τα πάνω μέσα στον μικρότερο εσωτερικό στρόβιλο και οι υψηλότερες φυγοκεντρικές δυνάμεις εκτοξεύουν τα μεγαλύτερα από τα λεπτότερα σωματίδια προς τα έξω, παρέχοντας έτσι έναν πιο αποτελεσματικό διαχωρισμό στις λεπτότερες διαστάσεις. Αυτά τα σωματίδια επιστρέφουν στον εξωτερικό στρόβιλο και αναφέρουν ξανά στην τροφοδοσία του jig.

Η γεωμετρία και οι συνθήκες λειτουργίας εντός του σπειροειδούς μοτίβου ροής ενός τυπικούυδροκυκλώναςπεριγράφονται στο Σχήμα 8.13. Λειτουργικές μεταβλητές είναι η πυκνότητα του πολτού, ο ρυθμός ροής της τροφοδοσίας, τα χαρακτηριστικά των στερεών, η πίεση εισόδου τροφοδοσίας και η πτώση πίεσης μέσω του κυκλώνα. Οι μεταβλητές του κυκλώνα είναι η περιοχή εισόδου τροφοδοσίας, η διάμετρος και το μήκος του ανιχνευτή στροβίλου, και η διάμετρος της εκκένωσης του κρουνού. Η τιμή του συντελεστή οπισθέλκουσας επηρεάζεται επίσης από το σχήμα. Όσο περισσότερο ένα σωματίδιο αποκλίνει από τη σφαιρικότητά του, τόσο μικρότερος είναι ο συντελεστής σχήματός του και τόσο μεγαλύτερη είναι η αντίσταση καθίζησής του. Η κρίσιμη ζώνη τάσης μπορεί να εκτείνεται σε ορισμένα σωματίδια χρυσού μεγέθους έως και 200 mm και η προσεκτική παρακολούθηση της διαδικασίας ταξινόμησης είναι επομένως απαραίτητη για τη μείωση της υπερβολικής ανακύκλωσης και της επακόλουθης συσσώρευσης λάσπης. Ιστορικά, όταν δόθηκε μικρή προσοχή στην ανάκτηση 150μm κόκκοι χρυσού, η μεταφορά χρυσού στα κλάσματα λάσπης φαίνεται να ευθύνεται σε μεγάλο βαθμό για τις απώλειες χρυσού που καταγράφηκαν ότι έφτασαν έως και 40-60% σε πολλές εργασίες εξόρυξης χρυσού.

Το Σχήμα 8.14 (Διάγραμμα Επιλογής Warman) είναι μια προκαταρκτική επιλογή κυκλώνων για διαχωρισμό σε διάφορα μεγέθη D50 από 9–18 μικρά έως 33–76 μικρά. Αυτό το διάγραμμα, όπως και άλλα παρόμοια διαγράμματα απόδοσης κυκλώνων, βασίζεται σε μια προσεκτικά ελεγχόμενη τροφοδοσία ενός συγκεκριμένου τύπου. Υποθέτει περιεκτικότητα σε στερεά 2.700 kg/m3 σε νερό ως πρώτο οδηγό για την επιλογή. Οι κυκλώνες μεγαλύτερης διαμέτρου χρησιμοποιούνται για την παραγωγή χονδροειδών διαχωρισμών, αλλά απαιτούν μεγάλους όγκους τροφοδοσίας για σωστή λειτουργία. Οι λεπτοί διαχωρισμοί σε μεγάλους όγκους τροφοδοσίας απαιτούν συστάδες κυκλώνων μικρής διαμέτρου που λειτουργούν παράλληλα. Οι τελικές παράμετροι σχεδιασμού για στενή διαστασιολόγηση πρέπει να προσδιοριστούν πειραματικά και είναι σημαντικό να επιλεγεί ένας κυκλώνας γύρω από τη μέση του εύρους, ώστε να μπορούν να γίνουν τυχόν μικρές προσαρμογές που ενδέχεται να απαιτούνται κατά την έναρξη των εργασιών.

Ο κυκλώνας CBC (κυκλοφορούσα κλίνη) φέρεται να ταξινομεί προσχωσιγενή υλικά τροφοδοσίας χρυσού με διάμετρο έως 5 mm και να επιτυγχάνει σταθερά υψηλή τροφοδοσία από την υπορροή. Ο διαχωρισμός λαμβάνει χώρα περίπου σεD50/150 μικρά με βάση το πυρίτιο πυκνότητας 2,65. Η υποροή κυκλώνα CBC λέγεται ότι είναι ιδιαίτερα ευαίσθητη στον διαχωρισμό με τσιμέντο λόγω της σχετικά ομαλής καμπύλης κατανομής μεγέθους και της σχεδόν πλήρους απομάκρυνσης των λεπτών σωματιδίων αποβλήτων. Ωστόσο, παρόλο που αυτό το σύστημα λέγεται ότι παράγει ένα πρωτογενές συμπύκνωμα υψηλής ποιότητας ίσων βαρέων ορυκτών σε ένα πέρασμα από μια τροφοδοσία σχετικά μεγάλου εύρους μεγέθους (π.χ. ορυκτή άμμος), δεν υπάρχουν διαθέσιμα τέτοια στοιχεία απόδοσης για υλικό τροφοδοσίας προσχωσιγενών υλικών που περιέχουν λεπτό και φυλλώδες χρυσό. Ο Πίνακας 8.5 δίνει τα τεχνικά δεδομένα για το AKW.υδροκυκλώνεςγια σημεία αποκοπής μεταξύ 30 και 100 μικρών.

Πίνακας 8.5. Τεχνικά δεδομένα για υδροκυκλώνες AKW

Τύπος (KRS)	Διάμετρος (mm)	Πτώση πίεσης	Ικανότητα		Σημείο κοπής (μικρά)
Τύπος (KRS)	Διάμετρος (mm)	Πτώση πίεσης	Υγρό (m3/ώρα)	Στερεά (t/h μέγ.).	Σημείο κοπής (μικρά)
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

Εξελίξεις στις τεχνολογίες κονιοποίησης και ταξινόμησης σιδηρομεταλλεύματος

Α. Γιάνκοβιτς, στο Iron Ore, 2015

8.3.3.1 Υδροκυκλωνικοί διαχωριστές

Ο υδροκυκλώνας, που αναφέρεται επίσης ως κυκλώνας, είναι μια συσκευή ταξινόμησης που χρησιμοποιεί φυγοκεντρική δύναμη για να επιταχύνει τον ρυθμό καθίζησης των σωματιδίων πολτού και να διαχωρίσει τα σωματίδια ανάλογα με το μέγεθος, το σχήμα και το ειδικό βάρος. Χρησιμοποιείται ευρέως στη βιομηχανία ορυκτών, με κύρια χρήση του στην επεξεργασία ορυκτών ως ταξινομητής, ο οποίος έχει αποδειχθεί εξαιρετικά αποτελεσματικός σε λεπτούς διαχωρισμούς μεγεθών. Χρησιμοποιείται εκτενώς σε εργασίες άλεσης κλειστού κυκλώματος, αλλά έχει βρει πολλές άλλες χρήσεις, όπως η αποασβέστωση, η αποκόκκιση και η πάχυνση.

Ένας τυπικός υδροκυκλώνας (Σχήμα 8.12α) αποτελείται από ένα κωνικό δοχείο, ανοιχτό στην κορυφή του ή υπορροή του, που συνδέεται με ένα κυλινδρικό τμήμα, το οποίο έχει μια εφαπτομενική είσοδο τροφοδοσίας. Η κορυφή του κυλινδρικού τμήματος είναι κλειστή με μια πλάκα μέσω της οποίας διέρχεται ένας αξονικά τοποθετημένος σωλήνας υπερχείλισης. Ο σωλήνας εκτείνεται στο σώμα του κυκλώνα από ένα κοντό, αφαιρούμενο τμήμα γνωστό ως ανιχνευτής στροβίλου, το οποίο αποτρέπει το βραχυκύκλωμα της τροφοδοσίας απευθείας στην υπερχείλιση. Η τροφοδοσία εισάγεται υπό πίεση μέσω της εφαπτομενικής εισόδου, η οποία προσδίδει μια στροβιλιστική κίνηση στον πολτό. Αυτό δημιουργεί μια δίνη στον κυκλώνα, με μια ζώνη χαμηλής πίεσης κατά μήκος του κατακόρυφου άξονα, όπως φαίνεται στο Σχήμα 8.12β. Ένας πυρήνας αέρα αναπτύσσεται κατά μήκος του άξονα, κανονικά συνδεδεμένος με την ατμόσφαιρα μέσω του ανοίγματος της κορυφής, αλλά εν μέρει δημιουργείται από διαλυμένο αέρα που εξέρχεται από το διάλυμα στη ζώνη χαμηλής πίεσης. Η φυγόκεντρος δύναμη επιταχύνει τον ρυθμό καθίζησης των σωματιδίων, διαχωρίζοντας έτσι τα σωματίδια ανάλογα με το μέγεθος, το σχήμα και το ειδικό βάρος. Τα σωματίδια που καθιζάνουν ταχύτερα κινούνται προς το τοίχωμα του κυκλώνα, όπου η ταχύτητα είναι η χαμηλότερη, και μεταναστεύουν προς το άνοιγμα της κορυφής (υπορροή). Λόγω της δράσης της δύναμης οπισθέλκουσας, τα σωματίδια που καθιζάνουν πιο αργά κινούνται προς τη ζώνη χαμηλής πίεσης κατά μήκος του άξονα και μεταφέρονται προς τα πάνω μέσω του ανιχνευτή στροβίλου προς την υπερχείλιση.

Οι υδροκυκλώνες χρησιμοποιούνται σχεδόν καθολικά σε κυκλώματα λείανσης λόγω της υψηλής χωρητικότητας και της σχετικής τους απόδοσης. Μπορούν επίσης να ταξινομηθούν σε ένα πολύ ευρύ φάσμα μεγεθών σωματιδίων (συνήθως 5-500 μm), με μονάδες μικρότερης διαμέτρου να χρησιμοποιούνται για λεπτότερη ταξινόμηση. Ωστόσο, η εφαρμογή κυκλώνων σε κυκλώματα λείανσης μαγνητίτη μπορεί να προκαλέσει αναποτελεσματική λειτουργία λόγω της διαφοράς πυκνότητας μεταξύ μαγνητίτη και αποβλήτων ορυκτών (πυριτίου). Ο μαγνητίτης έχει ειδική πυκνότητα περίπου 5,15, ενώ το πυρίτιο έχει ειδική πυκνότητα περίπου 2,7. Στουδροκυκλώνες, τα πυκνά ορυκτά διαχωρίζονται σε λεπτότερο μέγεθος κοπής από τα ελαφρύτερα ορυκτά. Επομένως, ο απελευθερωμένος μαγνητίτης συγκεντρώνεται στην υπορροή του κυκλώνα, με επακόλουθη υπεράλεση του μαγνητίτη. Οι Napier-Munn et al. (2005) σημείωσαν ότι η σχέση μεταξύ του διορθωμένου μεγέθους κοπής (d50γ) και η πυκνότητα των σωματιδίων ακολουθεί μια έκφραση της ακόλουθης μορφής ανάλογα με τις συνθήκες ροής και άλλους παράγοντες:

d50c∝ρs−ρl−n

όπουρs είναι η πυκνότητα των στερεών,ρl είναι η πυκνότητα του υγρού, καιnείναι μεταξύ 0,5 και 1,0. Αυτό σημαίνει ότι η επίδραση της πυκνότητας ορυκτών στην απόδοση του κυκλώνα μπορεί να είναι αρκετά σημαντική. Για παράδειγμα, εάν τοd50c του μαγνητίτη είναι 25 μm, τότε τοd50c σωματιδίων πυριτίας θα έχουν μέγεθος 40–65 μm. Το Σχήμα 8.13 δείχνει τις καμπύλες απόδοσης ταξινόμησης κυκλώνων για μαγνητίτη (Fe3O4) και πυριτία (SiO2) που ελήφθησαν από την έρευνα ενός βιομηχανικού κυκλώματος άλεσης μαγνητίτη με σφαιρόμυλο. Ο διαχωρισμός μεγέθους για το πυρίτιο είναι πολύ πιο χονδροειδής, μεd50c για Fe3O4 29 μm, ενώ για SiO2 68 μm. Λόγω αυτού του φαινομένου, οι μύλοι άλεσης μαγνητίτη σε κλειστά κυκλώματα με υδροκυκλώνες είναι λιγότερο αποδοτικοί και έχουν χαμηλότερη χωρητικότητα σε σύγκριση με άλλα κυκλώματα άλεσης βασικών μετάλλων.

Τεχνολογία Διεργασιών Υψηλής Πίεσης: Βασικές Αρχές και Εφαρμογές

MJ Cocero Διδάκτωρ, Βιβλιοθήκη Βιομηχανικής Χημείας, 2001

Συσκευές διαχωρισμού στερεών

•

Υδροκυκλώνας

Αυτός είναι ένας από τους απλούστερους τύπους διαχωριστών στερεών. Είναι μια συσκευή διαχωρισμού υψηλής απόδοσης και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αποτελεσματική απομάκρυνση στερεών σε υψηλές θερμοκρασίες και πιέσεις. Είναι οικονομικός επειδή δεν έχει κινούμενα μέρη και απαιτεί ελάχιστη συντήρηση.

Η απόδοση διαχωρισμού για τα στερεά είναι μια ισχυρή συνάρτηση του μεγέθους των σωματιδίων και της θερμοκρασίας. Ακαθάριστες αποδόσεις διαχωρισμού κοντά στο 80% είναι εφικτές για το πυρίτιο και σε θερμοκρασίες άνω των 300°C, ενώ στο ίδιο εύρος θερμοκρασιών, οι ακαθάριστες αποδόσεις διαχωρισμού για πυκνότερα σωματίδια ζιρκονίου είναι μεγαλύτερες από 99% [29].

Το κύριο μειονέκτημα της λειτουργίας του υδροκυκλώνα είναι η τάση ορισμένων αλάτων να προσκολλώνται στα τοιχώματα του κυκλώνα.

•

Διασταυρούμενη μικροδιήθηση

Τα φίλτρα διασταυρούμενης ροής συμπεριφέρονται με τρόπο παρόμοιο με αυτόν που παρατηρείται συνήθως στη διήθηση διασταυρούμενης ροής υπό συνθήκες περιβάλλοντος: οι αυξημένοι ρυθμοί διάτμησης και το μειωμένο ιξώδες του ρευστού έχουν ως αποτέλεσμα αυξημένο αριθμό διηθημάτων. Η διασταυρούμενη μικροδιήθηση έχει εφαρμοστεί για τον διαχωρισμό των καθιζάνοντων αλάτων ως στερεών, δίνοντας αποδόσεις διαχωρισμού σωματιδίων που συνήθως υπερβαίνουν το 99,9%. Goemansκ.ά.[30] μελέτησαν τον διαχωρισμό νιτρικού νατρίου από υπερκρίσιμο νερό. Υπό τις συνθήκες της μελέτης, το νιτρικό νάτριο υπήρχε ως τηγμένο άλας και ήταν ικανό να διαπεράσει το φίλτρο. Επιτεύχθηκαν αποδόσεις διαχωρισμού που ποικίλλουν με τη θερμοκρασία, καθώς η διαλυτότητα μειώνεται καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία, κυμαινόμενη μεταξύ 40% και 85%, για 400 °C και 470 °C, αντίστοιχα. Αυτοί οι ερευνητές εξήγησαν τον μηχανισμό διαχωρισμού ως συνέπεια μιας ξεχωριστής διαπερατότητας του μέσου φιλτραρίσματος προς το υπερκρίσιμο διάλυμα, σε αντίθεση με το τηγμένο άλας, με βάση τα σαφώς διακριτά ιξώδη τους. Επομένως, θα ήταν δυνατό όχι μόνο να φιλτραριστούν τα ιζηματοποιημένα άλατα απλώς ως στερεά, αλλά και να φιλτραριστούν εκείνα τα άλατα χαμηλού σημείου τήξης που βρίσκονται σε τηγμένη κατάσταση.

Τα λειτουργικά προβλήματα οφείλονταν κυρίως στη διάβρωση του φίλτρου από τα άλατα.

Χαρτί: Ανακύκλωση και ανακυκλωμένα υλικά

MR Doshi, JM Dyer, στο μάθημα Αναφοράς στην Επιστήμη και Μηχανική Υλικών, 2016

3.3 Καθαρισμός

Καθαριστές ήυδροκυκλώνεςΑφαιρούν τους ρύπους από τον πολτό με βάση τη διαφορά πυκνότητας μεταξύ του ρύπου και του νερού. Αυτές οι συσκευές αποτελούνται από κωνικό ή κυλινδρικό-κωνικό δοχείο πίεσης στο οποίο τροφοδοτείται πολτός εφαπτομενικά στο άκρο μεγάλης διαμέτρου (Σχήμα 6). Κατά τη διέλευσή του από το καθαριστικό, ο πολτός αναπτύσσει ένα μοτίβο ροής στροβίλου, παρόμοιο με αυτό ενός κυκλώνα. Η ροή περιστρέφεται γύρω από τον κεντρικό άξονα καθώς απομακρύνεται από την είσοδο και προς την κορυφή ή το άνοιγμα υπορροής, κατά μήκος του εσωτερικού του τοιχώματος του καθαριστικού. Η περιστροφική ταχύτητα ροής επιταχύνεται καθώς μειώνεται η διάμετρος του κώνου. Κοντά στο άκρο κορυφής, το άνοιγμα μικρής διαμέτρου εμποδίζει την εκκένωση του μεγαλύτερου μέρους της ροής, η οποία αντίθετα περιστρέφεται σε μια εσωτερική δίνη στον πυρήνα του καθαριστικού. Η ροή στον εσωτερικό πυρήνα ρέει μακριά από το άνοιγμα κορυφής μέχρι να εκκενωθεί μέσω του ανιχνευτή στροβίλου, που βρίσκεται στο άκρο μεγάλης διαμέτρου στο κέντρο του καθαριστικού. Το υλικό υψηλότερης πυκνότητας, έχοντας συγκεντρωθεί στο τοίχωμα του καθαριστικού λόγω φυγοκεντρικής δύναμης, εκκενώνεται στην κορυφή του κώνου (Bliss, 1994, 1997).

Τα καθαριστικά ταξινομούνται ως υψηλής, μεσαίας ή χαμηλής πυκνότητας ανάλογα με την πυκνότητα και το μέγεθος των ρύπων που αφαιρούνται. Ένα καθαριστικό υψηλής πυκνότητας, με διάμετρο που κυμαίνεται από 15 έως 50 cm (6-20 ίντσες), χρησιμοποιείται για την αφαίρεση παλιού μετάλλου, συνδετήρων και συρραπτικών και συνήθως τοποθετείται αμέσως μετά τον πολτοποιητή. Καθώς η διάμετρος του καθαριστικού μειώνεται, η αποτελεσματικότητά του στην αφαίρεση μικρών ρύπων αυξάνεται. Για πρακτικούς και οικονομικούς λόγους, ο κυκλώνας διαμέτρου 75 mm (3 ίντσες) είναι γενικά ο μικρότερος καθαριστικός που χρησιμοποιείται στη χαρτοβιομηχανία.

Τα αντίστροφα καθαριστικά και τα καθαριστικά διαμπερούς ροής έχουν σχεδιαστεί για την αφαίρεση ρύπων χαμηλής πυκνότητας, όπως κερί, πολυστυρένιο και κολλώδη υλικά. Τα αντίστροφα καθαριστικά ονομάζονται έτσι επειδή το ρεύμα αποδοχής συλλέγεται στην κορυφή του καθαριστικού, ενώ τα απορρίμματα εξέρχονται από την υπερχείλιση. Στο καθαριστικό διαμπερούς ροής, τα υγρά αποδοχής και τα απορρίμματα εξέρχονται από το ίδιο άκρο του καθαριστικού, με τα υγρά αποδοχής κοντά στο τοίχωμα του καθαριστικού να διαχωρίζονται από τα απορρίμματα με έναν κεντρικό σωλήνα κοντά στον πυρήνα του καθαριστικού, όπως φαίνεται στο Σχήμα 7.

Οι συνεχείς φυγοκεντρητές που χρησιμοποιούνταν στις δεκαετίες του 1920 και του 1930 για την αφαίρεση άμμου από τον πολτό σταμάτησαν να χρησιμοποιούνται μετά την ανάπτυξη των υδροκυκλώνων. Το Gyroclean, που αναπτύχθηκε στο Centre Technique du Papier, στη Γκρενόμπλ της Γαλλίας, αποτελείται από έναν κύλινδρο που περιστρέφεται στις 1200–1500 στροφές/λεπτό (Bliss, 1997; Julien Saint Amand, 1998, 2002). Ο συνδυασμός σχετικά μεγάλου χρόνου παραμονής και υψηλής φυγοκεντρικής δύναμης επιτρέπει στους ρύπους χαμηλής πυκνότητας να έχουν επαρκή χρόνο για να μεταναστεύσουν στον πυρήνα του καθαριστήρα, όπου απορρίπτονται μέσω της κεντρικής στροβίλου εκκένωσης.

MT Thew, στην Εγκυκλοπαίδεια της Επιστήμης του Διαχωρισμού, 2000

Σύνοψη

Αν και το στερεό-υγρόυδροκυκλώναςέχει καθιερωθεί για το μεγαλύτερο μέρος του 20ού αιώνα, η ικανοποιητική απόδοση διαχωρισμού υγρού-υγρού δεν επιτεύχθηκε μέχρι τη δεκαετία του 1980. Η υπεράκτια πετρελαϊκή βιομηχανία είχε ανάγκη από συμπαγή, στιβαρό και αξιόπιστο εξοπλισμό για την απομάκρυνση λεπτοδιαμερισμένου ρύπου πετρελαίου από το νερό. Αυτή η ανάγκη ικανοποιήθηκε από έναν σημαντικά διαφορετικό τύπο υδροκυκλώνα, ο οποίος φυσικά δεν είχε κινούμενα μέρη.

Αφού εξηγηθεί πληρέστερα αυτή η ανάγκη και συγκριθεί με τον κυκλωνικό διαχωρισμό στερεών-υγρών στην επεξεργασία ορυκτών, δίνονται τα πλεονεκτήματα που προσφέρει ο υδροκυκλώνας σε σχέση με τους τύπους εξοπλισμού που είχαν εγκατασταθεί νωρίτερα για την εκπλήρωση της υποχρέωσης.

Τα κριτήρια αξιολόγησης της απόδοσης διαχωρισμού παρατίθενται πριν από τη συζήτηση της απόδοσης όσον αφορά τη σύσταση της τροφοδοσίας, τον έλεγχο του χειριστή και την απαιτούμενη ενέργεια, δηλαδή το γινόμενο της πτώσης πίεσης και του ρυθμού ροής.

Το περιβάλλον παραγωγής πετρελαίου θέτει ορισμένους περιορισμούς για τα υλικά και αυτό περιλαμβάνει το πρόβλημα της διάβρωσης από σωματίδια. Αναφέρονται τα τυπικά υλικά που χρησιμοποιούνται. Περιγράφονται τα σχετικά δεδομένα κόστους για τους τύπους μονάδων διαχωρισμού πετρελαίου, τόσο κεφαλαιουχικών όσο και επαναλαμβανόμενων, αν και οι πηγές είναι περιορισμένες. Τέλος, περιγράφονται ορισμένες ενδείξεις για περαιτέρω ανάπτυξη, καθώς η πετρελαϊκή βιομηχανία εξετάζει τον εξοπλισμό που εγκαθίσταται στον πυθμένα της θάλασσας ή ακόμα και στον πυθμένα της γεώτρησης.

Δειγματοληψία, Έλεγχος και Ισορροπία Μάζας

Barry A. Wills, James A. Finch FRSC, FCIM, P.Eng., στο Wills' Mineral Processing Technology (Όγδοη Έκδοση), 2016

3.7.1 Χρήση μεγέθους σωματιδίων

Πολλές μονάδες, όπως π.χ.υδροκυκλώνεςκαι οι διαχωριστές βαρύτητας, παράγουν έναν βαθμό διαχωρισμού μεγέθους και τα δεδομένα μεγέθους σωματιδίων μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την εξισορρόπηση μάζας (Παράδειγμα 3.15).

Το Παράδειγμα 3.15 είναι ένα παράδειγμα ελαχιστοποίησης ανισορροπίας κόμβων. Παρέχει, για παράδειγμα, την αρχική τιμή για την γενικευμένη ελαχιστοποίηση ελαχίστων τετραγώνων. Αυτή η γραφική προσέγγιση μπορεί να χρησιμοποιηθεί κάθε φορά που υπάρχουν «πλεονάζοντα» δεδομένα συνιστωσών. Στο Παράδειγμα 3.9 θα μπορούσε να είχε χρησιμοποιηθεί.

Το Παράδειγμα 3.15 χρησιμοποιεί τον κυκλώνα ως κόμβο. Ένας δεύτερος κόμβος είναι το φρεάτιο: αυτό είναι ένα παράδειγμα 2 εισόδων (φρέσκια τροφοδοσία και εκκένωση σφαιρικού μύλου) και μίας εξόδου (τροφοδοσία κυκλώνα). Αυτό δίνει ένα άλλο ισοζύγιο μάζας (Παράδειγμα 3.16).

Στο Κεφάλαιο 9 επιστρέφουμε σε αυτό το παράδειγμα κυκλώματος λείανσης χρησιμοποιώντας προσαρμοσμένα δεδομένα για να προσδιορίσουμε την καμπύλη κατανομής κυκλώνα.

Ώρα δημοσίευσης: 7 Μαΐου 2019