Хидроциклони

Опис

ХидроциклониКонусног су цилиндричног облика, са тангенцијалним улазом за довод у цилиндрични део и излазом на свакој оси. Излаз на цилиндричном делу назива се проналазач вртлога и протеже се у циклон како би се смањио проток кратког споја директно са улаза. На конусном крају се налази други излаз, славина. Ради раздвајања по величини, оба излаза су генерално отворена према атмосфери. Хидроциклони генерално раде вертикално са славином на доњем крају, па се крупни производ назива доњи ток, а фини производ, који напушта проналазач вртлога, прелив. Слика 1 шематски приказује главне карактеристике протока и дизајна типичног...хидроциклон: два вртлога, тангенцијални улаз за довод и аксијални излази. Изузев непосредне области тангенцијалног улаза, кретање флуида унутар циклона има радијалну симетрију. Ако су један или оба излаза отворена према атмосфери, зона ниског притиска изазива гасно језгро дуж вертикалне осе, унутар унутрашњег вртлога.

Принцип рада је једноставан: флуид, носећи суспендоване честице, улази у циклон тангенцијално, спирално се креће надоле и ствара центрифугално поље у слободном вртложном току. Веће честице се крећу кроз флуид ка спољашњости циклона у спиралном кретању и излазе кроз славину са делом течности. Због ограничавајуће површине славине, успоставља се унутрашњи вртлог, који се окреће у истом смеру као и спољашњи вртлог, али тече нагоре, и напушта циклон кроз проналазач вртлога, носећи са собом већину течности и финијих честица. Ако се прекорачи капацитет славине, ваздушно језгро се затвара и испуштање славине се мења из млаза у облику кишобрана у „конопце“ и губитак крупног материјала у прелив.

Пречник цилиндричног дела је главна варијабла која утиче на величину честица које се могу одвојити, иако се пречници излаза могу мењати независно како би се променило постигнуто раздвајање. Док су рани истраживачи експериментисали са циклонима пречника само 5 мм, пречници комерцијалних хидроциклона тренутно се крећу од 10 мм до 2,5 м, са величинама раздвајања за честице густине 2700 кг м−3 од 1,5–300 μм, смањујући се са повећањем густине честица. Пад радног притиска креће се од 10 бара за мале пречнике до 0,5 бара за велике јединице. Да би се повећао капацитет, више малиххидроциклониможе се повезати разводником из једне доводне линије.

Иако је принцип рада једноставан, многи аспекти њиховог рада су још увек слабо схваћени, а избор и предвиђање хидроциклона за индустријски рад су углавном емпиријски.

Класификација

Бери А. Вилс, Џејмс А. Финч, FRSC, FCIM, P.Eng., у Вилсовој технологији прераде минерала (осмо издање), 2016.

9.4.3 Хидроциклони у односу на сита

Хидроциклони су постали доминантна класификација када се ради са величинама финих честица у затвореним круговима млевења (<200 µм). Међутим, недавни развој технологије сита (Поглавље 8) поново је покренуо интересовање за употребу сита у круговима млевења. Сита се раздвајају на основу величине и нису директно под утицајем расподеле густине у улазним минералима. То може бити предност. Сита такође немају бајпас фракцију, и као што је показао пример 9.2, бајпас може бити прилично велики (преко 30% у том случају). Слика 9.8 приказује пример разлике у кривој партиције за циклоне и сита. Подаци су из концентратора Ел Брокал у Перуу са евалуацијама пре и после замене хидроциклона са Derrick Stack Sizer® (видети поглавље 8) у кругу млевења (Dündar et al., 2014). У складу са очекивањима, у поређењу са циклоном, сито је имало оштрије раздвајање (нагиб криве је већи) и мали бајпас. Пријављено је повећање капацитета круга млевења због веће стопе ломљења након имплементације сита. Ово се приписује елиминацији бајпаса, смањујући количину финог материјала који се враћа у млинове за млевење, што има тенденцију да ублажи ударе честица о честице.

Међутим, промена није једносмерна: недавни пример је прелазак са сита на циклон, како би се искористило додатно смањење величине гушћих плаћених минерала (Sasseville, 2015).

Металуршки процес и дизајн

Еоин Х. Макдоналд, у Приручнику за истраживање и процену злата, 2007.

Хидроциклони

Хидроциклони су пожељне јединице за јефтино одвајање или уклањање слузи великих запремина муља, јер заузимају врло мало простора на поду или висине. Најефикасније раде када се напајају равномерном брзином протока и густином пулпе и користе се појединачно или у групама да би се добили жељени укупни капацитети при потребним поделама. Могућности одвајања ослањају се на центрифугалне силе генерисане високим тангенцијалним брзинама протока кроз јединицу. Примарни вртлог који формира долазећа муљ делује спирално надоле око унутрашњег зида конуса. Чврсте материје се избацују ка споља центрифугалном силом тако да како се пулпа креће надоле, њена густина се повећава. Вертикалне компоненте брзине делују надоле близу зидова конуса и нагоре близу осе. Мање густа центрифугално одвојена фракција муља се потискује нагоре кроз проналазач вртлога да би прошла кроз отвор на горњем крају конуса. Међузона или омотач између два тока има нулту вертикалну брзину и одваја крупније чврсте материје које се крећу надоле од финијих чврстих материја које се крећу нагоре. Већи део тока пролази навише унутар мањег унутрашњег вртлога, а веће центрифугалне силе избацују веће, финије честице напоље, чиме се обезбеђује ефикасније одвајање финијих фракција. Ове честице се враћају у спољашњи вртлог и поново се јављају у џиг уређај за довод.

Геометрија и услови рада унутар спиралног обрасца тока типичногхидроциклонсу описане на слици 8.13. Оперативне променљиве су густина пулпе, брзина протока сировина, карактеристике чврстих материја, притисак на улазу сировина и пад притиска кроз циклон. Променљиве циклона су површина улаза сировина, пречник и дужина проналазача вртлога и пречник испуста славине. На вредност коефицијента отпора такође утиче облик; што се честица више разликује од сферичности, то је мањи њен фактор облика и већи њен отпор таложењу. Зона критичног напрезања може се проширити на неке честице злата величине и до 200 мм и пажљиво праћење процеса класификације је стога неопходно како би се смањило прекомерно рециклирање и резултирајуће накупљање муља. Историјски гледано, када се мало пажње посвећивало опоравку 150μм зрна злата, пренос злата у фракцијама слузи изгледа да је у великој мери био одговоран за губитке злата који су забележени и до 40–60% у многим операцијама вађења злата.

Слика 8.14 (Варманов дијаграм избора) је прелиминарни избор циклона за сепарацију при различитим величинама D50 од 9–18 микрона до 33–76 микрона. Овај дијаграм, као и други слични дијаграми перформанси циклона, заснован је на пажљиво контролисаном доводу одређеног типа. Претпоставља садржај чврстих материја од 2.700 кг/м3 у води као први водич за избор. Циклони већег пречника користе се за производњу грубих сепарација, али захтевају велике запремине довода за правилно функционисање. Фине сепарације при великим запреминама довода захтевају кластере циклона малог пречника који раде паралелно. Коначни параметри пројектовања за блиску димензионисање морају се експериментално одредити и важно је одабрати циклон око средине опсега како би се сва мања подешавања која могу бити потребна могла извршити на почетку рада.

Тврди се да циклон са циркулишућим слојем (CBC) класификује алувијалне златне материјале пречника до 5 mm и да добија константно високу количину злата из доњег тока. Сепарација се одвија на приближноD50/150 микрона на бази силицијум диоксида густине 2,65. Тврди се да је доњи ток циклона CBC посебно погодан за сепарацију помоћу џига због своје релативно глатке криве расподеле величине и скоро потпуног уклањања финих честица отпада. Међутим, иако се за овај систем тврди да производи висококвалитетни примарни концентрат еквивалентних тешких минерала у једном пролазу из релативно великог распона величина сировина (нпр. минерални песак), такве бројке о перформансама нису доступне за алувијални материјал за сировине који садрже фино и љуспичасто злато. Табела 8.5 даје техничке податке за AKW.хидроциклониза граничне тачке између 30 и 100 микрона.

Табела 8.5. Технички подаци за AKW хидроциклоне

Тип (КРС)	Пречник (мм)	Пад притиска	Капацитет		Тачка пресека (микрони)
Тип (КРС)	Пречник (мм)	Пад притиска	Муљ (м3/х)	Чврсте материје (t/h max).	Тачка пресека (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 технологија уситњавања и класификације гвоздене руде

А. Јанковић, у Гвоздена руда, 2015

8.3.3.1 Хидроциклонски сепаратори

Хидроциклон, такође познат као циклон, је уређај за класификацију који користи центрифугалну силу за убрзавање брзине таложења честица муља и одвајање честица према величини, облику и специфичној тежини. Широко се користи у индустрији минерала, а његова главна употреба у преради минерала је као класификатор, који се показао изузетно ефикасним при финим величинама одвајања. Широко се користи у операцијама млевења у затвореном колу, али је пронашао и многе друге примене, као што су одслузивање, уклањање песка и згушњавање.

Типичан хидроциклон (слика 8.12а) састоји се од конусног суда, отвореног на врху, или доњег дела, спојеног са цилиндричним делом, који има тангенцијални улаз за довод. Врх цилиндричног дела је затворен плочом кроз коју пролази аксијално постављена преливна цев. Цев је продужена у тело циклона кратким, уклоњивим делом познатим као проналазач вртлога, који спречава кратак спој довода директно у прелив. Довод се уводи под притиском кроз тангенцијални улаз, што даје вртложно кретање пулпи. Ово генерише вртлог у циклону, са зоном ниског притиска дуж вертикалне осе, као што је приказано на слици 8.12б. Ваздушно језгро се развија дуж осе, нормално повезано са атмосфером кроз отвор на врху, али делимично створено раствореним ваздухом који излази из раствора у зони ниског притиска. Центрифугална сила убрзава брзину таложења честица, чиме се честице раздвајају према величини, облику и специфичној тежини. Брже таложеће честице се крећу ка зиду циклона, где је брзина најмања, и мигрирају ка врху отвора (подток). Услед деловања силе отпора, спорије таложеће честице се крећу ка зони ниског притиска дуж осе и носе се навише кроз проналазач вртлога до прелива.

Хидроциклони се скоро универзално користе у круговима за млевење због свог високог капацитета и релативне ефикасности. Такође могу да класификују у веома широком опсегу величина честица (типично 5–500 μm), при чему се јединице мањег пречника користе за финију класификацију. Међутим, примена циклона у круговима за млевење магнетита може проузроковати неефикасан рад због разлике у густини између магнетита и отпадних минерала (силицијума). Магнетит има специфичну густину од око 5,15, док силицијум диоксид има специфичну густину од око 2,7. Ухидроциклони, густи минерали се одвајају на финијој величини сечења од лакших минерала. Стога се ослобођени магнетит концентрише у доњем току циклона, што доводи до прекомерног млевења магнетита. Напиер-Мун и др. (2005) су приметили да је однос између кориговане величине сечења (d50ц) и густина честица прати израз следећег облика у зависности од услова протока и других фактора:

d50c∝ρs−ρl−n

гдеρs је густина чврсте материје,ρl је густина течности, иnје између 0,5 и 1,0. То значи да утицај густине минерала на перформансе циклона може бити прилично значајан. На пример, акоd50c магнетита је 25 μm, онда јеd50c честица силицијум диоксида биће 40–65 μm. Слика 8.13 приказује криве ефикасности класификације циклона за магнетит (Fe3O4) и силицијум диоксид (SiO2) добијене прегледом кола млевења магнетита у индустријском кугличном млину. Раздвајање величине за силицијум диоксид је много грубље, саd50c за Fe3O4 од 29 μm, док је за SiO2 68 μm. Због овог феномена, млинови за млевење магнетита у затвореним круговима са хидроциклонима су мање ефикасни и имају мањи капацитет у поређењу са другим круговима за млевење руде базних метала.

Технологија процеса високог притиска: Основе и примене

МЈ Косеро, доктор наука, у Библиотеци индустријске хемије, 2001.

Уређаји за одвајање чврстих материја

•

Хидроциклон

Ово је један од најједноставнијих типова сепаратора чврстих материја. То је високо ефикасан уређај за сепарацију и може се користити за ефикасно уклањање чврстих материја на високим температурама и притисцима. Економичан је јер нема покретних делова и захтева мало одржавања.

Ефикасност раздвајања чврстих материја је у великој мери зависна од величине честица и температуре. Бруто ефикасност раздвајања близу 80% је постигнута за силицијум диоксид и температуре изнад 300°C, док је у истом температурном опсегу, бруто ефикасност раздвајања за гушће честице циркона већа од 99% [29].

Главни недостатак рада хидроциклона је тенденција неких соли да се лепе за зидове циклона.

•

Унакрсна микрофилтрација

Филтери са унакрсним протоком понашају се на начин сличан оном који се нормално примећује код филтрације са унакрсним протоком у амбијенталним условима: повећане брзине смицања и смањена вискозност флуида резултирају повећаним бројем филтрата. Унакрсна микрофилтрација је примењена за одвајање исталожених соли као чврстих материја, дајући ефикасност одвајања честица која обично прелази 99,9%. Гоеманси др.[30] проучавали су одвајање натријум нитрата из суперкритичне воде. Под условима студије, натријум нитрат је био присутан као растопљена со и био је способан да прође кроз филтер. Добијена је ефикасност одвајања која се мењала са температуром, јер се растворљивост смањује са порастом температуре, у распону од 40% до 85%, за 400 °C и 470 °C, респективно. Ови истраживачи су објаснили механизам одвајања као последицу различите пропустљивости филтрирајућег медијума према суперкритичном раствору, за разлику од растопљене соли, на основу њихових јасно различитих вискозитета. Стога би било могуће не само филтрирати исталожене соли само као чврсте материје, већ и филтрирати оне соли са ниском тачком топљења које су у растопљеном стању.

Проблеми у раду су углавном били последица корозије филтера услед деловања соли.

Папир: Рециклажа и рециклирани материјали

М. Р. Доши, Џ. М. Дајер, у Референтном модулу из науке о материјалима и инжењерства материјала, 2016.

3.3 Чишћење

Чистачи илихидроциклониуклањају загађиваче из пулпе на основу разлике у густини између загађивача и воде. Ови уређаји се састоје од конусног или цилиндрично-конусног суда под притиском у који се пулпа тангенцијално доводи на крају великог пречника (слика 6). Током пролаза кроз чистач, пулпа развија вртложни образац тока, сличан оном код циклона. Проток се ротира око централне осе док пролази од улаза и према врху, или отвору за доњи ток, дуж унутрашњости зида чистача. Брзина ротационог протока се убрзава како се пречник конуса смањује. Близу врха, отвор малог пречника спречава испуштање већине тока, који уместо тога ротира у унутрашњем вртлогу у језгру чистача. Проток у унутрашњем језгру тече од врха отвора док се не испразни кроз проналазач вртлога, који се налази на крају великог пречника у центру чистача. Материјал веће густине, након што је концентрисан на зиду чистача због центрифугалне силе, испушта се на врху конуса (Блис, 1994, 1997).

Пречишћивачи се класификују као високе, средње или ниске густине у зависности од густине и величине загађивача који се уклањају. Пречишћивач високе густине, пречника од 15 до 50 цм (6–20 инча), користи се за уклањање остатака метала, спајалица и хефталица и обично се поставља одмах након пулпера. Како се пречник пречишћивача смањује, његова ефикасност у уклањању малих загађивача се повећава. Из практичних и економских разлога, циклон пречника 75 мм (3 инча) је генерално најмањи пречишћивач који се користи у индустрији папира.

Обрнути и проточни чистачи су дизајнирани да уклањају загађиваче мале густине као што су восак, полистирен и лепљиве материје. Обрнути чистачи су тако названи јер се прихватни ток сакупља на врху чистача, док одбачени материјал излази на преливу. Код проточног чистача, прихватни и одбачени материјал излазе на истом крају чистача, при чему је прихватни материјал близу зида чистача одвојен од одбаченог материјала централном цеви близу језгра чистача, као што је приказано на слици 7.

Континуиране центрифуге које су коришћене 1920-их и 1930-их за уклањање песка из пулпе су прекинуте након развоја хидроциклона. Gyroclean, развијен у Центру за технику папира у Греноблу, Француска, састоји се од цилиндра који се ротира брзином од 1200–1500 о/мин (Bliss, 1997; Julien Saint Amand, 1998, 2002). Комбинација релативно дугог времена задржавања и велике центрифугалне силе омогућава загађивачима мале густине довољно времена да мигрирају до језгра чистача где се одбацују кроз централно вртложно пражњење.

М. Т. Тју, у Енциклопедија науке о раздвајању, 2000.

Синопсис

Иако чврсто-течно стањехидроциклонИако је током већег дела 20. века постојала система за раздвајање течности, задовољавајуће перформансе течно-течног раздвајања нису постигнуте све до 1980-их. Нафтна индустрија на мору имала је потребу за компактном, робусном и поузданом опремом за уклањање фино уситњеног загађујућег уља из воде. Ову потребу је задовољио знатно другачији тип хидроциклона, који наравно није имао покретне делове.

Након детаљнијег објашњења ове потребе и упоређивања са циклонским одвајањем чврсте и течне фазе у преради минерала, дате су предности које је хидроциклон пружао у односу на типове опреме инсталиране раније ради испуњавања овог задатка.

Критеријуми за процену учинка сепарације наведени су пре него што се почне са разматрањем учинка у смислу састава сировина, контроле оператера и потребне енергије, тј. производа пада притиска и брзине протока.

Окружење за производњу нафте поставља нека ограничења за материјале, а то укључује и проблем ерозије честица. Помињу се типични материјали који се користе. Наведени су релативни подаци о трошковима за типове постројења за сепарацију нафте, како капиталних тако и рекурентних, иако су извори оскудни. Коначно, описани су неки показатељи за даљи развој, јер нафтна индустрија тражи опрему инсталирану на морском дну или чак на дну бушотине.

Узорковање, контрола и балансирање масе

Бери А. Вилс, Џејмс А. Финч, FRSC, FCIM, P.Eng., у Вилсовој технологији прераде минерала (осмо издање), 2016.

3.7.1 Употреба величине честица

Многе јединице, као што сухидроциклонии гравитациони сепаратори, производе одређени степен раздвајања по величини, а подаци о величини честица могу се користити за балансирање масе (пример 3.15).

Пример 3.15 је пример минимизације неравнотеже чворова; он даје, на пример, почетну вредност за генерализовану минимизацију најмањих квадрата. Овај графички приступ се може користити кад год постоји „вишак“ података о компонентама; у примеру 3.9 је могао бити коришћен.

Пример 3.15 користи циклон као чвор. Други чвор је сабирни резервоар: ово је пример 2 улаза (свежи напајање и испуштање из млина за куглице) и једног излаза (напајање циклона). Ово даје још један масени биланс (пример 3.16).

У поглављу 9 враћамо се на овај пример кола за млевење користећи прилагођене податке за одређивање криве расподеле циклона.

Време објаве: 07. мај 2019.