Хидроциклони

Опис

Хидроциклонисе конусно-цилиндрични по форма, со тангенцијален влез за напојување во цилиндричниот дел и излез на секоја оска. Излезот на цилиндричниот дел се нарекува вителски пронаоѓач и се протега во циклонот за да го намали протокот на краток спој директно од влезот. На конусниот крај се наоѓа вториот излез, славината. За разделување на големината, двата излеза се генерално отворени кон атмосферата. Хидроциклоните генерално работат вертикално со славината на долниот крај, па оттука грубиот производ се нарекува подтек, а финиот производ, оставајќи го вителскиот пронаоѓач, прелевање. Слика 1 шематски ги прикажува главните карактеристики на протокот и дизајнот на типиченхидроциклон: двата вртлози, тангенцијалниот влез за напојување и аксијалните излези. Освен во непосредниот регион на тангенцијалниот влез, движењето на флуидот во циклонот има радијална симетрија. Ако едниот или двата излеза се отворени кон атмосферата, зоната со низок притисок предизвикува јадро на гас по вертикалната оска, во внатрешноста на внатрешниот вртлог.

Принципот на работа е едноставен: течноста, која ги носи суспендираните честички, влегува во циклонот тангенцијално, се спушта спирално надолу и создава центрифугално поле во слободен вртложен тек. Поголемите честички се движат низ течноста кон надворешноста на циклонот во спирално движење и излегуваат низ славината со дел од течноста. Поради ограничувачката површина на славината, се воспоставува внатрешен вртлог, кој ротира во иста насока како и надворешниот вртлог, но тече нагоре, и го напушта циклонот низ вителскиот пребарувач, носејќи го поголемиот дел од течноста и пофините честички со себе. Ако капацитетот на славината е надминат, јадрото на воздухот се затвора и празнењето на славината се менува од прскање во форма на чадор во „јаже“ и губење на груб материјал во преливот.

Дијаметарот на цилиндричниот пресек е главната променлива што влијае на големината на честичките што можат да се одвојат, иако дијаметрите на излезот можат да се менуваат независно за да се промени постигнатото одвојување. Додека раните работници експериментирале со циклони со дијаметар од 5 mm, дијаметрите на комерцијалните хидроциклони моментално се движат од 10 mm до 2,5 m, со големини на одвојување за честички со густина од 2700 kg m−3 од 1,5–300 μm, кои се намалуваат со зголемување на густината на честичките. Падот на работниот притисок се движи од 10 bar за мали дијаметри до 0,5 bar за големи единици. За да се зголеми капацитетот, повеќе малихидроциклониможе да се раздвојува од една доводна линија.

Иако принципот на работа е едноставен, многу аспекти од нивното работење се сè уште слабо разбрани, а изборот и предвидувањето на хидроциклоните за индустриско работење се во голема мера емпириски.

Класификација

Бери А. Вилс, Џејмс А. Финч, FRSC, FCIM, P.Eng., во Вилсовата технологија за обработка на минерали (осмо издание), 2016

9.4.3 Хидроциклони наспроти екрани

Хидроциклоните доминираат во класификацијата кога се работи за големини на фини честички во затворени кола за мелење (<200 µm). Сепак, неодамнешните случувања во технологијата на сито (Поглавје 8) го обновија интересот за користење сита во кола за мелење. Ситата се одвојуваат врз основа на големината и не се директно под влијание на распределбата на густината во минералите за добиток. Ова може да биде предност. Ситата, исто така, немаат фракција на бајпас, и како што покажа Пример 9.2, бајпасот може да биде доста голем (над 30% во тој случај). Слика 9.8 покажува пример за разликата во кривата на поделба за циклони и сита. Податоците се од концентраторот Ел Брокал во Перу со евалуации пред и по замената на хидроциклоните со Derrick Stack Sizer® (видете Поглавје 8) во колото за мелење (Dündar et al., 2014). Во согласност со очекувањата, во споредба со циклонот, ситото имаше поостра сепарација (наклонот на кривата е поголем) и мал бајпас. Пријавено е зголемување на капацитетот на колото за мелење поради повисоките стапки на кршење по имплементацијата на ситото. Ова се припишува на елиминирањето на бајпасот, со што се намалува количината на фин материјал што се враќа во мелниците, што има тенденција да ги ублажи ударите честички-честички.

Сепак, промената не е еднонасочна: неодамнешен пример е префрлувањето од екран на циклон, за да се искористи дополнителното намалување на големината на погустите минерали (Sasseville, 2015).

Металуршки процес и дизајн

Еоин Х. Мекдоналд, во Прирачник за истражување и евалуација на злато, 2007 година

Хидроциклони

Хидроциклоните се претпочитани единици за димензионирање или отстранување на кал од големи волумени на кашеста маса ефтино и затоа што зафаќаат многу малку простор на подот или надземен простор. Тие работат најефикасно кога се внесуваат со рамномерен проток и густина на пулпата и се користат поединечно или во кластери за да се добијат посакуваните вкупни капацитети при потребните расцепувања. Можностите за димензионирање се потпираат на центрифугални сили генерирани од високи тангенцијални брзини на проток низ единицата. Примарниот вртлог формиран од влезната кашеста маса дејствува спирално надолу околу внатрешниот ѕид на конусот. Цврстите материи се исфрлаат нанадвор со центрифугална сила, така што како што пулпата се движи надолу, нејзината густина се зголемува. Вертикалните компоненти на брзината дејствуваат надолу во близина на ѕидовите на конусот и нагоре во близина на оската. Помалку густата центрифугално одвоена фракција на слуз е принудена нагоре низ вителскиот пронаоѓач за да помине низ отворот на горниот крај на конусот. Средната зона или обвивка помеѓу двата тека има нулта вертикална брзина и ги одделува покрупните цврсти материи што се движат надолу од пофините цврсти материи што се движат нагоре. Најголемиот дел од протокот поминува нагоре во помалиот внатрешен вртлог, а повисоките центрифугални сили ги исфрлаат поголемите од пофините честички нанадвор, со што се обезбедува поефикасно раздвојување на пофините честички. Овие честички се враќаат во надворешниот вртлог и повторно се пријавуваат во доводот на жигот.

Геометријата и работните услови во рамките на спиралниот течен модел на типиченхидроциклонсе опишани на Сл. 8.13. Оперативните варијабли се густината на пулпата, брзината на проток на добиточна храна, карактеристиките на цврстите материи, притисокот на влезот на добиточната храна и падот на притисокот низ циклонот. Циклонските варијабли се површината на влезот на добиточната храна, дијаметарот и должината на вителскиот пронаоѓач и дијаметарот на празнењето на славината. Вредноста на коефициентот на отпор е исто така под влијание на обликот; колку повеќе честичката варира од сферичноста, толку е помал нејзиниот фактор на облик и толку е поголем нејзиниот отпор на таложење. Критичната зона на стрес може да се прошири на некои златни честички со големина и до 200 mm и затоа внимателното следење на процесот на класификација е од суштинско значење за да се намали прекумерното рециклирање и резултирачкото натрупување на слуз. Историски гледано, кога малку внимание се посветувало на обновувањето на 150μм златни зрна, пренесувањето на злато во фракциите на слуз се чини дека е во голема мера одговорно за загубите на злато кои се евидентирани и до 40-60% во многу операции на депонирање злато.

Слика 8.14 (Табела за селекција на Варман) е прелиминарен избор на циклони за одвојување при различни големини на D50 од 9–18 микрони до 33–76 микрони. Оваа табела, како и другите слични табели за перформанси на циклонот, се базира на внимателно контролирано внесување од специфичен тип. Претпоставува содржина на цврсти материи од 2.700 кг/м3 во вода како прв водич за селекција. Циклоните со поголем дијаметар се користат за производство на груби сепарации, но бараат големи количини на внесување за правилно функционирање. Фините сепарации при големи количини на внесување бараат кластери од циклони со мал дијаметар кои работат паралелно. Конечните параметри на дизајнот за кратко димензионирање мора да се утврдат експериментално и важно е да се избере циклон околу средината на опсегот, така што сите мали прилагодувања што може да бидат потребни можат да се направат на почетокот на работењето.

Се тврди дека циклонот CBC (циркулирачки слој) ги класифицира алувијалните материјали за полнење злато со дијаметар до 5 mm и добива постојано високо полнење од долниот тек. Одвојувањето се одвива на приближноD50/150 микрони врз основа на силициум диоксид со густина од 2,65. Се тврди дека подтекот на циклонот CBC е особено погоден за сепарација со џиг поради неговата релативно мазна крива на распределба на големината и речиси целосно отстранување на фините отпадни честички. Сепак, иако се тврди дека овој систем произведува висококвалитетен примарен концентрат на еквивалентни тешки минерали во едно поминување од релативно долг опсег на големина на довод (на пр. минерални песоци), нема достапни такви бројки за перформанси за алувијален доводен материјал што содржи фино и лушпесто злато. Табелата 8.5 ги дава техничките податоци за AKW.хидроциклониза гранични точки помеѓу 30 и 100 микрони.

Табела 8.5. Технички податоци за AKW хидроциклони

Тип (KRS)	Дијаметар (мм)	Пад на притисок	Капацитет		Точка на сечење (микрони)
Тип (KRS)	Дијаметар (мм)	Пад на притисок	Кашеста маса (m3/час)	Цврсти материи (t/h макс.).	Точка на сечење (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

Развој во технологиите за дробење и класификација на железна руда

А. Јанковиќ, во Железна руда, 2015

8.3.3.1 Хидроциклонски сепаратори

Хидроциклонот, исто така познат како циклон, е уред за класификација кој користи центрифугална сила за да ја забрза брзината на таложење на честичките од кашестата маса и да ги одвои честичките според големината, обликот и специфичната тежина. Широко се користи во индустријата за минерали, а неговата главна употреба во преработката на минерали е како класификатор, што се покажа како исклучително ефикасно при фино одвојување на големини. Широко се користи во операции на мелење во затворен круг, но има многу други намени, како што се отстранување на кал, отстранување на зрнестоста и згуснување.

Типичен хидроциклон (Слика 8.12а) се состои од конусен сад, отворен на врвот или подток, споен со цилиндричен дел, кој има тангенцијален влез за довод. Врвот на цилиндричниот дел е затворен со плоча низ која поминува аксијално монтирана преливна цевка. Цевката е продолжена во телото на циклонот со краток, отстранлив дел познат како вителски пронаоѓач, кој спречува краток спој на доводот директно во преливот. Доводот се внесува под притисок преку тангенцијалниот влез, што дава вртложно движење на пулпата. Ова генерира вител во циклонот, со зона со низок притисок по вертикалната оска, како што е прикажано на Слика 8.12б. Воздушно јадро се развива по оската, нормално поврзано со атмосферата преку отворот на врвот, но делумно создадено од растворен воздух што излегува од растворот во зоната со низок притисок. Центрифугалната сила ја забрзува брзината на таложење на честичките, со што ги одделува честичките според големината, обликот и специфичната тежина. Побрзите честички што се таложат се движат кон ѕидот на циклонот, каде што брзината е најниска, и мигрираат кон отворот на врвот (подтекување). Поради дејството на силата на отпор, честичките што се таложат побавно се движат кон зоната на низок притисок по должината на оската и се носат нагоре низ вителскиот пребарувач до преливот.

Хидроциклоните речиси универзално се користат во кола за мелење поради нивниот висок капацитет и релативна ефикасност. Тие исто така можат да се класифицираат во многу широк опсег на големини на честички (обично 5-500 μm), при што единиците со помал дијаметар се користат за пофина класификација. Сепак, примената на циклони во кола за мелење магнетит може да предизвика неефикасно работење поради разликата во густината помеѓу магнетитот и отпадните минерали (силициум диоксид). Магнетитот има специфична густина од околу 5,15, додека силициумот има специфична густина од околу 2,7. Вохидроциклони, густите минерали се одделуваат при пофина големина на сечење од полесните минерали. Затоа, ослободениот магнетит се концентрира во подтекот на циклонот, со последователно прекумерно мелење на магнетитот. Напиер-Ман и др. (2005) забележаа дека врската помеѓу коригираната големина на сечење (d50в) и густината на честичките следи израз од следната форма во зависност од условите на проток и други фактори:

d50c∝ρs−ρl−n

кадеρs е густината на цврстите материи,ρl е густината на течноста, иnе помеѓу 0,5 и 1,0. Ова значи дека ефектот на густината на минералите врз перформансите на циклонот може да биде доста значаен. На пример, акоd50c од магнетитот е 25 μm, тогашd50c честички од силициум диоксид ќе бидат 40–65 μm. Слика 8.13 ги прикажува кривите на ефикасноста на циклонската класификација за магнетит (Fe3O4) и силициум диоксид (SiO2) добиени од истражувањето на колото за мелење магнетит со индустриска топчеста мелница. Разделувањето на големината за силициум диоксид е многу погрубо, соd50c за Fe3O4 од 29 μm, додека таа за SiO2 е 68 μm. Поради овој феномен, мелниците за мелење магнетит во затворени кола со хидроциклони се помалку ефикасни и имаат помал капацитет во споредба со другите кола за мелење на основни метали.

Технологија на процеси под висок притисок: Основи и примени

МЈ Коцеро, доктор по индустриска хемија, Библиотека, 2001

Уреди за одвојување на цврсти материи

•

Хидроциклон

Ова е еден од наједноставните типови на сепаратори за цврсти материи. Тоа е високоефикасен уред за сепарација и може да се користи за ефикасно отстранување на цврсти материи при високи температури и притисоци. Економичен е бидејќи нема подвижни делови и бара малку одржување.

Ефикасноста на сепарација за цврсти материи е силна функција на големината на честичките и температурата. Бруто ефикасноста на сепарација од близу 80% е остварлива за силициум диоксид и температури над 300°C, додека во истиот температурен опсег, бруто ефикасноста на сепарација за погусти цирконски честички е поголема од 99% [29].

Главниот недостаток на работата на хидроциклонот е тенденцијата на некои соли да се лепат за ѕидовите на циклонот.

•

Вкрстена микрофилтрација

Филтрите со вкрстен проток се однесуваат на начин сличен на оној што нормално се забележува кај вкрстената филтрација под амбиентални услови: зголемените стапки на смолкнување и намалената вискозност на течноста резултираат со зголемен број на филтрати. Вкрстената микрофилтрација е применета за одвојување на таложени соли како цврсти материи, давајќи ефикасност на одвојување на честички што обично надминува 99,9%. Гоеманси др.[30] го проучувале одвојувањето на натриум нитрат од суперкритична вода. Под условите на студијата, натриум нитратот бил присутен како стопена сол и бил способен да го премине филтерот. Добиени се ефикасности на одвојување кои варирале со температурата, бидејќи растворливоста се намалува со зголемувањето на температурата, движејќи се помеѓу 40% и 85%, за 400 °C и 470 °C, соодветно. Овие работници го објасниле механизмот на одвојување како последица на посебна пропустливост на медиумот за филтрирање кон суперкритичниот раствор, за разлика од стопената сол, врз основа на нивните јасно различни вискозности. Затоа, би било можно не само да се филтрираат таложените соли само како цврсти материи, туку и да се филтрираат оние соли со ниска точка на топење кои се во стопена состојба.

Оперативните проблеми главно се должеа на корозија на филтерот од солите.

Хартија: Рециклирање и рециклирани материјали

МР Доши, ЏМ Даер, во Референтен модул по наука за материјали и инженерство на материјали, 2016

3.3 Чистење

Средства за чистење илихидроциклониОтстранете ги загадувачите од пулпата врз основа на разликата во густината помеѓу загадувачот и водата. Овие уреди се состојат од конусен или цилиндрично-конусен сад под притисок во кој пулпата се внесува тангенцијално на крајот со голем дијаметар (Слика 6). За време на минување низ чистачот, пулпата развива шема на вртложен тек, слична на онаа на циклон. Протокот ротира околу централната оска додека се оддалечува од влезот и кон врвот, или отворот за подток, по должината на внатрешноста на ѕидот на чистачот. Ротационата брзина на проток се забрзува како што се намалува дијаметарот на конусот. Во близина на врвот, отворот со мал дијаметар го спречува испуштањето на поголемиот дел од протокот, кој наместо тоа ротира во внатрешен вртлог во јадрото на чистачот. Протокот во внатрешното јадро тече подалеку од отворот на врвот сè додека не се испушти низ вителскиот пронаоѓач, кој се наоѓа на крајот со голем дијаметар во центарот на чистачот. Материјалот со поголема густина, кој е концентриран на ѕидот на чистачот поради центрифугална сила, се испушта на врвот на конусот (Bliss, 1994, 1997).

Средствата за чистење се класифицираат како со висока, средна или ниска густина во зависност од густината и големината на загадувачите што се отстрануваат. Средство за чистење со висока густина, со дијаметар од 15 до 50 см (6–20 инчи), се користи за отстранување на метал, спојувалки за хартија и спојувалки и обично се поставува веднаш по машината за пулпање. Како што се намалува дијаметарот на средството за чистење, неговата ефикасност во отстранувањето на мали загадувачи се зголемува. Од практични и економски причини, циклонот со дијаметар од 75 mm (3 инчи) е генерално најмалиот чистач што се користи во хартиената индустрија.

Обратните чистачи и чистачите со проток се дизајнирани да отстрануваат загадувачи со мала густина, како што се восок, полистирен и лепливи материи. Обратните чистачи се наречени така бидејќи протокот на прием се собира на врвот на чистачот, додека отпадоците излегуваат на преливот. Кај чистачот со проток, приемниците и отпадоците излегуваат на истиот крај од чистачот, при што приемниците во близина на ѕидот на чистачот се одделени од отпадоците со централна цевка во близина на јадрото на чистачот, како што е прикажано на Слика 7.

Континуираните центрифуги што се користеле во 1920-тите и 1930-тите за отстранување на песок од пулпата биле прекинати по развојот на хидроциклоните. Gyroclean, развиен во Centre Technique du Papier, Гренобл, Франција, се состои од цилиндар што ротира со 1200–1500 вртежи во минута (Bliss, 1997; Julien Saint Amand, 1998, 2002). Комбинацијата од релативно долго време на престој и висока центрифугална сила им овозможува на загадувачите со мала густина доволно време да мигрираат до јадрото на чистачот каде што се отфрлаат преку централното вртложно празнење.

МТ Тју, во Енциклопедија на науката за сепарација, 2000

Синопсис

Иако цврсто-течнотохидроциклоне воспоставена во поголемиот дел од 20 век, задоволителните перформанси на одвојување на течности-течности не се појавија сè до 1980-тите. Нафтената индустрија на отворено море имаше потреба од компактна, робусна и сигурна опрема за отстранување на ситно разделена загадувачка нафта од водата. Оваа потреба беше задоволена со значително различен тип на хидроциклон, кој секако немаше подвижни делови.

Откако подетално ќе се објасни оваа потреба и ќе се спореди со циклонското одвојување на цврсто-течно средство во преработката на минерали, се дадени предностите што хидроциклонот ги дава во однос на видовите опрема инсталирана претходно за да се исполни обврската.

Критериумите за проценка на перформансите на сепарацијата се наведени пред да се дискутираат перформансите во однос на составот на добиточната храна, контролата од операторот и потребната енергија, т.е. производот од падот на притисокот и брзината на проток.

Околината за производство на нафта поставува одредени ограничувања за материјалите, а тоа го вклучува и проблемот со ерозија на честички. Наведени се типични материјали што се користат. Наведени се релативни податоци за трошоците за типовите постројки за сепарација на нафта, и капитални и повторувачки, иако изворите се оскудни. Конечно, опишани се некои насоки за понатамошен развој, бидејќи нафтената индустрија се потпира на опрема инсталирана на морското дно или дури и на дното на бунарот.

Земање примероци, контрола и балансирање на масата

Бери А. Вилс, Џејмс А. Финч, FRSC, FCIM, P.Eng., во Вилсовата технологија за обработка на минерали (осмо издание), 2016

3.7.1 Употреба на големина на честички

Многу единици, како на примерхидроциклонии гравитациски сепаратори, произведуваат одреден степен на разделување по големина, а податоците за големината на честичките можат да се користат за балансирање на масата (Пример 3.15).

Примерот 3.15 е пример за минимизирање на нерамнотежата на јазлите; тој ја дава, на пример, почетната вредност за генерализирана минимизација на најмали квадрати. Овој графички пристап може да се користи секогаш кога има „вишок“ податоци за компонентите; во Примерот 3.9 можеше да се користи.

Примерот 3.15 го користи циклонот како јазол. Втор јазол е јазолот: ова е пример за 2 влеза (свежо напојување и празнење од топчеста мелница) и еден излез (циклонско напојување). Ова дава уште еден баланс на масата (Пример 3.16).

Во Поглавје 9 се враќаме на овој пример за коло за мелење користејќи прилагодени податоци за да ја одредиме кривата на циклонска поделба.

Време на објавување: 07.05.2019