Hüdrotsüklonid

Kirjeldus

Hüdrotsüklonidon koonussilindrilise kujuga, millel on silindrilisse ossa tangentsiaalne sisselaskeava ja mõlemal teljel väljalaskeava. Silindrilise sektsiooni väljalaskeava nimetatakse keeriseotsijaks ja see ulatub tsüklonisse, et vähendada lühisvoolu otse sisselaskest. Koonilises otsas on teine väljalaskeava, ühendusots. Suuruse järgi eraldamiseks on mõlemad väljalaskeavad üldiselt atmosfäärile avatud. Hüdrotsükloneid käitatakse üldiselt vertikaalselt, ühendusotsaga alumises otsas, seega nimetatakse jämedat produkti alavooluks ja peent produkti, mis jääb keeriseotsijast välja, ülevooluks. Joonis 1 näitab skemaatiliselt tüüpilise hüdrotsükloni peamist voolu ja konstruktsiooniomadusi.hüdrotsüklonKaks keerist, tangentsiaalne söötmississelaskeava ja aksiaalsed väljundid. Välja arvatud tangentsiaalse sisselaskeava vahetu piirkond, on vedeliku liikumine tsüklonis radiaalsümmeetriline. Kui üks või mõlemad väljundid on atmosfäärile avatud, tekitab madalrõhutsoon vertikaalteljel sisemise keerise sees gaasituuma.

Tööpõhimõte on lihtne: hõljuvaid osakesi kandev vedelik siseneb tsüklonisse tangentsiaalselt, liigub spiraalselt allapoole ja tekitab vabas keerises tsentrifugaalvälja. Suuremad osakesed liiguvad spiraalselt läbi vedeliku tsüklonist väljapoole ja väljuvad läbi kraani koos osa vedelikuga. Kraani piiratud ala tõttu tekib sisemine keeris, mis pöörleb samas suunas kui välimine keeris, kuid voolab ülespoole, ja lahkub tsüklonist läbi keeriseotsija, kandes endaga kaasa suurema osa vedelikust ja peenemad osakesed. Kui kraani mahutavus ületatakse, suletakse õhusüdamik ja kraani väljavool muutub vihmavarjukujulisest pihust "köieks" ja jämedama materjali kadu ülevoolu.

Silindrilise sektsiooni läbimõõt on peamine muutuja, mis mõjutab eraldatavate osakeste suurust, kuigi väljalaskeava läbimõõtu saab saavutatava eralduse muutmiseks sõltumatult muuta. Kuigi varased töötajad katsetasid tsüklonitega, mille läbimõõt oli kuni 5 mm, on kaubanduslike hüdrotsüklonite läbimõõdud praegu vahemikus 10 mm kuni 2,5 m, kusjuures osakeste tihedusega 2700 kg m−3 eraldussuurused on 1,5–300 μm, vähenedes osakeste tiheduse suurenedes. Töörõhu langus jääb vahemikku 10 baari väikeste läbimõõtude puhul kuni 0,5 baari suurte seadmete puhul. Tootlikkuse suurendamiseks kasutatakse mitut väikest...hüdrotsüklonidvõib olla ühendatud ühest toiteliinist.

Kuigi tööpõhimõte on lihtne, on paljud nende toimimise aspektid endiselt halvasti mõistetavad ning hüdrotsüklonite valik ja prognoosimine tööstuslikuks kasutamiseks on suures osas empiiriline.

Klassifikatsioon

Barry A. Wills, James A. Finch FRSC, FCIM, P.Eng., teoses Willsi mineraalide töötlemise tehnoloogia (kaheksas trükk), 2016

9.4.3 Hüdrotsüklonid versus sõelad

Hüdrotsüklonid on muutunud domineerivaks klassifitseerimisel peenosakeste suurusega suletud jahvatusringlustes (<200 µm) käsitlemisel. Sõelatehnoloogia hiljutised arengud (8. peatükk) on aga taas äratanud huvi sõelte kasutamise vastu jahvatusringlustes. Sõelad eraldavad suuruse alusel ja neid ei mõjuta otseselt söötmismineraalide tiheduse jaotus. See võib olla eeliseks. Sõeltel puudub ka möödavoolufraktsioon ja nagu näide 9.2 on näidanud, võib möödavool olla üsna suur (sel juhul üle 30%). Joonis 9.8 näitab näidet tsüklonite ja sõelte jaotuskõvera erinevusest. Andmed pärinevad Peruu El Brocali kontsentraatorist, kus on hinnangud tehtud enne ja pärast hüdrotsüklonite asendamist Derrick Stack Sizer®-iga (vt 8. peatükk) jahvatusringluses (Dündar jt, 2014). Nagu oodatud, oli sõelal tsükloniga võrreldes teravam eraldus (kõvera kalle on suurem) ja väike möödavool. Pärast sõela rakendamist teatati jahvatusringluse võimsuse suurenemisest tänu suuremale purunemismäärale. Seda omistati möödaviigu kõrvaldamisele, mis vähendas jahvatusveskitesse tagasi saadetava peene materjali hulka, mis kipub osakeste omavahelisi lööke pehmendama.

Üleminek ei ole siiski ühesuunaline: hiljutine näide on üleminek sõelt tsüklonile, et ära kasutada tihedamate mineraalide täiendavat suuruse vähenemist (Sasseville, 2015).

Metallurgiline protsess ja disain

Eoin H. Macdonald, teoses „Kulla uurimise ja hindamise käsiraamat”, 2007

Hüdrotsüklonid

Hüdrotsüklonid on eelistatud seadmed suurte suspensioonimahtude kruntimiseks või lima eemaldamiseks, kuna need võtavad väga vähe põrandapinda või kõrgusruumi. Need töötavad kõige tõhusamalt ühtlase voolukiiruse ja tselluloosi tihedusega söötmisel ning neid kasutatakse üksikult või klastrites, et saavutada soovitud koguvõimsus nõutavate jaotuste korral. Kruntimisvõime tugineb tsentrifugaaljõududele, mis tekivad seadmes liikuvate suurte tangentsiaalsete voolukiiruste poolt. Sissetuleva suspensiooni moodustatud primaarne keeris toimib spiraalselt allapoole koonuse sisemise seina ümber. Tsentrifugaaljõud paiskab tahked ained väljapoole, nii et tselluloosi allapoole liikudes suureneb selle tihedus. Kiiruse vertikaalsed komponendid toimivad koonuse seinte lähedal allapoole ja telje lähedal ülespoole. Tsentrifugaalselt eraldatud vähem tihe limafraktsioon surutakse keeriseotsija kaudu ülespoole, et see läbiks koonuse ülemise otsa ava. Kahe voolu vahelisel vahepealsel tsoonil või ümbrikul on vertikaalne kiirus null ja see eraldab allapoole liikuvad jämedamad tahked ained ülespoole liikuvatest peenematest tahketest ainetest. Suurem osa voolust liigub ülespoole väiksemas sisemises keerises ja suuremad tsentrifugaaljõud paiskavad suuremad peenemad osakesed väljapoole, tagades seega peenemate osakeste tõhusama eraldamise. Need osakesed naasevad välimisse keerisesse ja suunatakse taas šablooni etteandele.

Tüüpilise spiraalse voolumustri geomeetria ja töötingimusedhüdrotsüklonon kirjeldatud joonisel 8.13. Töömuutujad on tselluloosi tihedus, söötmisvoolu kiirus, tahkete ainete omadused, söötmissisendrõhk ja rõhulangus tsüklonis. Tsükloni muutujad on söötmissisendpindala, keeriseotsija läbimõõt ja pikkus ning väljalasketoru läbimõõt. Takistusteguri väärtust mõjutab ka kuju; mida rohkem osake erineb sfäärilisusest, seda väiksem on selle kujutegur ja seda suurem on selle settimiskindlus. Kriitiline pingetsoon võib ulatuda mõnedele kuni 200 mm suurustele kullaosakestele ja seetõttu on klassifitseerimisprotsessi hoolikas jälgimine oluline, et vähendada liigset ringlussevõttu ja sellest tulenevat lima kogunemist. Ajalooliselt, kui 150 taaskasutamisele pöörati vähe tähelepanuμm kullaterakesi, näib kulla ülekandumine limafraktsioonidesse olevat suuresti vastutav kulla kadude eest, mis paljudes kulla kaevandamise operatsioonides registreeriti koguni 40–60%.

Joonis 8.14 (Warmani valiku diagramm) on tsüklonite esialgne valik erinevate D50 suuruste eraldamiseks alates 9–18 mikronist kuni 33–76 mikronini. See diagramm, nagu ka teised sarnased tsükloni jõudluse diagrammid, põhineb hoolikalt kontrollitud kindlat tüüpi etteandel. See eeldab esimese valiku juhisena vee tahkete ainete sisaldust 2700 kg/m3. Suurema läbimõõduga tsükloneid kasutatakse jämedate eralduste tekitamiseks, kuid nõuetekohaseks toimimiseks on vaja suuri etteandekoguseid. Peenete eralduste tegemiseks suurte etteandekoguste juures on vaja paralleelselt töötavaid väikese läbimõõduga tsüklonite klastreid. Tiheda eralduse lõplikud projekteerimisparameetrid tuleb määrata katseliselt ja oluline on valida tsüklon vahemiku keskelt, et kõik vajalikud väiksemad kohandused saaks töö alguses teha.

Väidetavalt on CBC (tsirkulatsioonikihiga) tsüklon võimeline klassifitseerima kuni 5 mm läbimõõduga alluviaalseid kulla söödamaterjale ja saavutama alumisest voolust ühtlaselt suure söötekoguse. Eraldamine toimub umbesD50/150 mikronit, mis põhineb ränidioksiidil tihedusega 2,65. Väidetavalt sobib CBC tsükloni alumine osa eriti hästi šahti abil eraldamiseks tänu oma suhteliselt sujuvale suurusjaotuse kõverale ja peente jäätmeosakeste peaaegu täielikule eemaldamisele. Kuigi see süsteem väidetavalt toodab suhteliselt pika suurusvahemikuga söötmest (nt mineraalliivad) ühe läbimisega võrdväärsete raskete mineraalide kõrgekvaliteedilist primaarset kontsentraati, ei ole peent ja helbelist kulda sisaldava alluviaalse söötmematerjali kohta selliseid jõudlusnäitajaid saadaval. Tabel 8.5 annab AKW tehnilised andmed.hüdrotsüklonidpiirväärtuste puhul vahemikus 30 kuni 100 mikronit.

Tabel 8.5. AKW hüdrotsüklonite tehnilised andmed

Tüüp (KRS)	Läbimõõt (mm)	Rõhulangus	Mahutavus		Lõikepunkt (mikronites)
Tüüp (KRS)	Läbimõõt (mm)	Rõhulangus	Suspensioon (m3/h)	Tahked ained (t/h max).	Lõikepunkt (mikronites)
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

Rauamaagi peenestamise ja klassifitseerimise tehnoloogiate areng

A. Jankovic, teoses Raudmaagi, 2015

8.3.3.1 Hüdrotsüklonseparaatorid

Hüdrotsüklon, mida nimetatakse ka tsükloniks, on klassifitseerimisseade, mis kasutab tsentrifugaaljõudu suspensiooniosakeste settimiskiiruse kiirendamiseks ja osakeste eraldamiseks vastavalt suurusele, kujule ja erikaalule. Seda kasutatakse laialdaselt mineraalide tööstuses, kusjuures selle peamine kasutusala mineraalide töötlemisel on klassifitseerija, mis on osutunud äärmiselt tõhusaks peeneraldussuuruste puhul. Seda kasutatakse laialdaselt suletud ahelaga jahvatusprotsessides, kuid sellel on palju muid kasutusvõimalusi, näiteks lima eemaldamine, liivast puhastamine ja paksendamine.

Tüüpiline hüdrotsüklon (joonis 8.12a) koosneb koonilise kujuga anumast, mis on tipust ehk alumisest osast avatud ja ühendatud silindrilise sektsiooniga, millel on tangentsiaalne sisselaskeava. Silindrilise sektsiooni ülaosa on suletud plaadiga, mille kaudu läbib aksiaalselt paigaldatud ülevoolutoru. Toru pikendatakse tsükloni korpusesse lühikese, eemaldatava osaga, mida nimetatakse keeriseotsijaks, mis hoiab ära söötme lühistumise otse ülevoolu. Söötme juhitakse rõhu all läbi tangentsiaalse sisselaskeava, mis annab tselluloosile keerleva liikumise. See tekitab tsüklonis keerise, mille vertikaalteljel on madalrõhutsoon, nagu on näidatud joonisel 8.12b. Piki telge tekib õhusüdamik, mis on tavaliselt atmosfääriga ühendatud tipuava kaudu, kuid osaliselt tekib madalrõhutsoonis lahusest väljuva lahustunud õhu poolt. Tsentrifugaaljõud kiirendab osakeste settimiskiirust, eraldades seeläbi osakesed suuruse, kuju ja erikaalu järgi. Kiiremini settivad osakesed liiguvad tsükloni seina poole, kus kiirus on madalaim, ja migreeruvad tipuavasse (alavoolu). Takistusjõu mõjul liiguvad aeglasemalt settivad osakesed piki telge madalrõhutsooni poole ja kanduvad keeriseotsija kaudu ülespoole ülevooluni.

Hüdrotsükloneid kasutatakse jahvatusringlustes peaaegu kõikjal tänu nende suurele mahutavusele ja suhtelisele efektiivsusele. Samuti suudavad nad klassifitseerida väga laias osakeste suuruste vahemikus (tavaliselt 5–500 μm), kusjuures peenemaks klassifitseerimiseks kasutatakse väiksema läbimõõduga seadmeid. Tsükloni kasutamine magnetiidi jahvatusringlustes võib aga põhjustada ebaefektiivset tööd magnetiidi ja jäätmemineraalide (ränidioksiidi) tiheduse erinevuse tõttu. Magnetiidi eritihedus on umbes 5,15, ränidioksiidi oma aga umbes 2,7.hüdrotsüklonidtihedad mineraalid eralduvad peenema lõikesuuruse järgi kui kergemad mineraalid. Seetõttu kontsentreerub vabanenud magnetiit tsükloni alumises voolus, mille tagajärjel magnetiit üle jahvatatakse. Napier-Munn jt (2005) märkisid, et korrigeeritud lõikesuuruse (d50c) ja osakeste tihedus järgib voolutingimustest ja muudest teguritest olenevalt järgmist avaldist:

d50c∝ρs−ρl−n

kusρs on tahke aine tihedus,ρl on vedeliku tihedus janon vahemikus 0,5 kuni 1,0. See tähendab, et mineraaltiheduse mõju tsükloni jõudlusele võib olla üsna märkimisväärne. Näiteks kuidMagnetiidi 50c on 25 μm, siisd50c ränidioksiidi osakeste suurus on 40–65 μm. Joonis 8.13 näitab magnetiidi (Fe3O4) ja ränidioksiidi (SiO2) tsükloni klassifitseerimise efektiivsuskõveraid, mis on saadud tööstusliku kuulveski magnetiidi jahvatusahela uuringust. Ränidioksiidi suurusjaotus on palju jämedam, kusjuuresdFe3O4 puhul on 50c temperatuur 29 μm, samas kui SiO2 puhul on see 68 μm. Selle nähtuse tõttu on hüdrotsüklonitega suletud ahelates olevad magnetiidi jahvatusveskid vähem efektiivsed ja väiksema võimsusega võrreldes teiste mitteväärismetallide jahvatusahelatega.

Kõrgsurveprotsesside tehnoloogia: alused ja rakendused

MJ Cocero, PhD, tööstuskeemia raamatukogus, 2001

Tahkete ainete eraldamise seadmed

•

Hüdrotsüklon

See on üks lihtsamaid tahkete ainete separaatorite tüüpe. See on suure tõhususega eraldusseade ja seda saab kasutada tahkete ainete tõhusaks eemaldamiseks kõrgetel temperatuuridel ja rõhkudel. See on ökonoomne, kuna sellel pole liikuvaid osi ja see vajab vähe hooldust.

Tahkete ainete eraldamise efektiivsus sõltub tugevalt osakeste suurusest ja temperatuurist. Ränidioksiidi ja temperatuuride üle 300 °C puhul on saavutatav ligi 80% suurune eraldamise efektiivsus, samas temperatuurivahemikus on tihedamate tsirkooniosakeste eraldamise efektiivsus üle 99% [29].

Hüdrotsükloni peamiseks puuduseks on mõnede soolade kalduvus tsükloni seintele kleepuda.

•

Ristmikrofiltreerimine

Ristvoolufiltrid käituvad sarnaselt sellele, mida tavaliselt täheldatakse ristvoolufiltreerimisel ümbritseva keskkonna tingimustes: suurenenud nihkekiirus ja vähenenud vedeliku viskoossus põhjustavad filtraatide arvu suurenemist. Ristmikrofiltreerimist on rakendatud sadestunud soolade eraldamiseks tahkete ainetena, andes osakeste eraldamise efektiivsuseks tavaliselt üle 99,9%. Goemansjt.[30] uuris naatriumnitraadi eraldamist ülikriitilises vees. Uuringu tingimustes oli naatriumnitraat sula soolana ja suutis filtrit läbida. Saadud eraldustõhusus varieerus temperatuurist sõltuvalt, kuna lahustuvus väheneb temperatuuri tõustes, jäädes vahemikku 40% kuni 85% vastavalt 400 °C ja 470 °C juures. Need töötajad selgitasid eraldusmehhanismi filtreerimiskeskkonna erineva läbilaskvuse tagajärjena ülikriitilise lahuse suhtes, erinevalt sula soolast, tuginedes nende selgelt erinevale viskoossusele. Seega oleks võimalik mitte ainult sadenenud sooli filtreerida tahkete ainetena, vaid ka filtreerida neid madala sulamistemperatuuriga sooli, mis on sulas olekus.

Tööprobleemid olid peamiselt tingitud soolade põhjustatud filtri korrosioonist.

Paber: ringlussevõtt ja ringlussevõetud materjalid

MR Doshi, JM Dyer, materjaliteaduse ja materjalitehnika referentsmoodulis, 2016

3.3 Puhastamine

Koristajad võihüdrotsüklonidEemaldavad tselluloosist saasteained saasteaine ja vee tiheduse erinevuse põhjal. Need seadmed koosnevad koonilisest või silindrilis-koonilisest surveanumast, kuhu tselluloos suunatakse tangentsiaalselt suurema läbimõõduga otsast (joonis 6). Puhastist läbimisel tekitab tselluloos keerisvoolumustri, mis sarnaneb tsükloni omaga. Vool pöörleb ümber kesktelje, liikudes sisselaskeavast eemale ja tipu ehk alumise vooluava poole mööda puhasti seina sisekülge. Pöörlemisvoolu kiirus kiireneb koonuse läbimõõdu vähenedes. Tipu otsa lähedal takistab väikese läbimõõduga ava suurema osa voolust väljavoolu, mis selle asemel pöörleb sisemises keerises puhasti südamikus. Sisemise südamiku vool voolab tipuavast eemale, kuni see väljub läbi keeriseotsija, mis asub puhasti keskel suurema läbimõõduga otsas. Suurema tihedusega materjal, mis on tsentrifugaaljõu tõttu puhasti seinale koondunud, väljub koonuse tipus (Bliss, 1994, 1997).

Puhastid liigitatakse suure, keskmise või väikese tihedusega puhastiteks, olenevalt eemaldatavate saasteainete tihedusest ja suurusest. Suure tihedusega puhastit, mille läbimõõt jääb vahemikku 15–50 cm (6–20 tolli), kasutatakse metallijäätmete, kirjaklambrite ja klambrite eemaldamiseks ning see paigutatakse tavaliselt vahetult pulbripurustaja järele. Puhasti läbimõõdu vähenedes suureneb selle efektiivsus väikeste saasteainete eemaldamisel. Praktilistel ja majanduslikel põhjustel on 75 mm (3 tolli) läbimõõduga tsüklon üldiselt paberitööstuses kasutatav väikseim puhasti.

Pöördpuhastid ja läbivoolupuhastid on loodud madala tihedusega saasteainete, näiteks vaha, polüstüreeni ja kleepuvate ainete eemaldamiseks. Pöördpuhastid on oma nime saanud seetõttu, et aktseptivool kogutakse puhasti tippu, samal ajal kui praakmaterjal väljub ülevoolust. Läbivoolupuhastites väljuvad nii aktsept kui ka praakmaterjal puhasti samast otsast, kusjuures puhasti seina lähedal asuv aktseptmaterjal on praakmaterjalist eraldatud puhasti südamiku lähedal asuva tsentraalse toruga, nagu on näidatud joonisel 7.

1920. ja 1930. aastatel tselluloosist liiva eemaldamiseks kasutatud pideva tööga tsentrifuugid lõpetati pärast hüdrotsüklonite väljatöötamist. Prantsusmaal Grenoble'is Centre Technique du Papier'is välja töötatud güroskoobiga puhastusvahend Gyroclean koosneb silindrist, mis pöörleb kiirusel 1200–1500 p/min (Bliss, 1997; Julien Saint Amand, 1998, 2002). Suhteliselt pika viibeaja ja suure tsentrifugaaljõu kombinatsioon annab madala tihedusega saasteainetele piisavalt aega, et liikuda puhastusseadme südamikku, kus need tsentraalse keerise kaudu välja tõrjutakse.

MT Thew, eraldusteaduse entsüklopeedias, 2000

Kokkuvõte

Kuigi tahke-vedelhüdrotsüklonKuigi see oli enamiku 20. sajandist toiminud, saavutati rahuldav vedeliku-vedeliku eraldamise jõudlus alles 1980. aastatel. Avamere naftatööstusel oli vaja kompaktset, vastupidavat ja usaldusväärset seadet peenestatud saasteõli eemaldamiseks veest. Selle vajaduse rahuldas oluliselt erinevat tüüpi hüdrotsüklon, millel loomulikult polnud liikuvaid osi.

Pärast selle vajaduse põhjalikumat selgitamist ja võrdlemist mineraalide töötlemisel kasutatava tahke-vedela tsüklonilise eraldamisega antakse hüdrotsükloni eelised võrreldes varem sama ülesande täitmiseks paigaldatud seadmetega.

Eraldusvõime hindamiskriteeriumid on loetletud enne jõudluse arutamist söötmise koostise, operaatori juhtimise ja vajaliku energia, st rõhulangu ja voolukiiruse korrutise osas.

Nafta tootmise keskkond seab materjalidele teatud piirangud ja see hõlmab osakeste erosiooni probleemi. Mainitud on tüüpilisi kasutatavaid materjale. Esitatakse nii kapitali- kui ka korduvkasutatavate õlieraldusjaamade suhtelised kuluandmed, kuigi allikaid on vähe. Lõpuks kirjeldatakse mõningaid edasise arengu suuniseid, kuna naftatööstus otsib seadmeid, mis on paigaldatud merepõhja või isegi puuraugu põhja.

Proovide võtmine, kontroll ja massi tasakaalustamine

Barry A. Wills, James A. Finch FRSC, FCIM, P.Eng., teoses Willsi mineraalide töötlemise tehnoloogia (kaheksas trükk), 2016

3.7.1 Osakeste suuruse kasutamine

Paljud üksused, näitekshüdrotsüklonidja gravitatsioonilised separaatorid tekitavad teatud suuruselise eraldamise ning osakeste suuruse andmeid saab kasutada massi tasakaalustamiseks (näide 3.15).

Näide 3.15 on näide sõlmede tasakaalustamatuse minimeerimisest; see annab näiteks üldistatud vähimruutude minimeerimise algväärtuse. Seda graafilist lähenemist saab kasutada alati, kui on olemas „liigsed” komponentide andmed; näites 3.9 oleks seda saanud kasutada.

Näites 3.15 kasutatakse sõlmena tsüklonit. Teine sõlm on imbväljavõte: see on näide kahest sisendist (värske etteanne ja kuulveski väljavool) ja ühest väljundist (tsükloni etteanne). See annab teise massibilansi (näide 3.16).

9. peatükis naaseme selle jahvatusahela näite juurde, kasutades tsükloni jaotuskõvera määramiseks kohandatud andmeid.

Postituse aeg: 07.05.2019