Хидроциклони

Описание

Хидроциклониса коноцилиндрични по форма, с тангенциален вход за захранване в цилиндричната секция и изход на всяка ос. Изходът в цилиндричната секция се нарича вихров търсач и се простира в циклона, за да намали потока при късо съединение директно от входа. В коничния край е вторият изход, щуцерът. За разделяне на размера и двата изхода обикновено са отворени към атмосферата. Хидроциклоните обикновено работят вертикално с щуцера в долния край, следователно грубият продукт се нарича долен поток, а финият продукт, оставяйки вихровия търсач, преливник. Фигура 1 схематично показва основния поток и конструктивните характеристики на типичнияхидроциклон: двата завихряния, тангенциалният захранващ вход и аксиалните изходи. С изключение на непосредствената област на тангенциалния вход, движението на течността в циклона има радиална симетрия. Ако единият или двата изхода са отворени към атмосферата, зона с ниско налягане причинява газово ядро по вертикалната ос, вътре във вътрешния вихър.

Принципът на работа е прост: течността, носеща суспендираните частици, навлиза в циклона тангенциално, спираловидно надолу и създава центробежно поле в свободен вихров поток. По-големите частици се движат през течността към външната страна на циклона в спирално движение и излизат през щуцера с част от течността. Поради ограничаващата зона на щуцера се установява вътрешен вихър, въртящ се в същата посока като външния вихър, но течащ нагоре, който напуска циклона през вихровия търсач, носейки по-голямата част от течността и по-фините частици със себе си. Ако капацитетът на щуцера е надвишен, въздушната сърцевина се затваря и изпускането на щуцера се променя от спрей във формата на чадър на „въже“ и загуба на груб материал към преливника.

Диаметърът на цилиндричната секция е основната променлива, влияеща върху размера на частиците, които могат да бъдат отделени, въпреки че диаметрите на изхода могат да се променят независимо, за да се промени постигнатото разделяне. Докато ранните работници експериментираха с циклони с малък диаметър от 5 mm, диаметрите на търговските хидроциклони в момента варират от 10 mm до 2,5 m, с разделителни размери за частици с плътност 2700 kg m−3 от 1,5–300 μm, намаляващи с увеличаване на плътността на частиците. Падът на работното налягане варира от 10 бара за малки диаметри до 0,5 бара за големи модули. За увеличаване на капацитета, няколко малкихидроциклонимогат да бъдат разпределени от една захранваща линия.

Въпреки че принципът на работа е прост, много аспекти на тяхната работа все още са слабо разбрани и изборът на хидроциклони и прогнозите за промишлена експлоатация са до голяма степен емпирични.

Класификация

Barry A. Wills, James A. Finch FRSC, FCIM, P.Eng., в Wills' Mineral Processing Technology (Eighth Edition), 2016 г.

9.4.3 Хидроциклони срещу екрани

Хидроциклоните са доминирали в класификацията, когато се работи с фини размери на частиците в затворени вериги на смилане (<200 µm). Въпреки това, последните разработки в технологията на сита (Глава 8) подновиха интереса към използването на сита във вериги за смилане. Ситата се разделят на базата на размера и не се влияят пряко от разпространението на плътността във фуражните минерали. Това може да е предимство. Екраните също нямат байпас фракция и както показа пример 9.2, байпасът може да бъде доста голям (над 30% в този случай). Фигура 9.8 показва пример за разликата в кривата на разделяне за циклони и екрани. Данните са от концентратора El Brocal в Перу с оценки преди и след като хидроциклоните бяха заменени с Derrick Stack Sizer® (вижте Глава 8) във веригата за смилане (Dündar et al., 2014). В съответствие с очакванията, в сравнение с циклона екранът имаше по-рязко разделяне (наклонът на кривата е по-висок) и малък байпас. Отчетено е увеличение на капацитета на веригата за смилане поради по-високите нива на счупване след прилагането на ситото. Това се дължи на премахването на байпаса, намалявайки количеството фин материал, изпратен обратно към мелниците, което има тенденция да смекчава ударите между частиците.

Промяната обаче не е един от начините: скорошен пример е преминаването от екран към циклон, за да се възползвате от допълнителното намаляване на размера на по-плътните платежни минерали (Sasseville, 2015).

Металургичен процес и дизайн

Eoin H. Macdonald, в Наръчник за проучване и оценка на злато, 2007 г.

Хидроциклони

Хидроциклоните са предпочитани единици за оразмеряване или обезмазване на големи обеми суспензия евтино и тъй като заемат много малко подово пространство или място за главата. Те работят най-ефективно, когато се захранват с равномерна скорост на потока и плътност на пулпата и се използват индивидуално или в клъстери, за да се получи желания общ капацитет при необходимите разделяния. Възможностите за оразмеряване разчитат на центробежни сили, генерирани от високи тангенциални скорости на потока през модула. Първичният вихър, образуван от входящата суспензия, действа спирално надолу около стената на вътрешния конус. Твърдите вещества се изхвърлят навън чрез центробежна сила, така че докато пулпата се движи надолу, нейната плътност се увеличава. Вертикалните компоненти на скоростта действат надолу близо до стените на конуса и нагоре близо до оста. По-малко плътната центробежно отделена тиня се изтласква нагоре през вихровия търсач, за да излезе през отвора в горния край на конуса. Междинна зона или обвивка между двата потока има нулева вертикална скорост и разделя по-едрите твърди частици, движещи се надолу, от по-фините твърди частици, движещи се нагоре. По-голямата част от потока преминава нагоре в рамките на по-малкия вътрешен вихър и по-високите центробежни сили изхвърлят по-големите от по-фините частици навън, като по този начин осигуряват по-ефективно разделяне на по-фините размери. Тези частици се връщат във външния вихър и се отчитат още веднъж към захранващия механизъм.

Геометрията и работните условия в рамките на спиралния модел на потока на типиченхидроциклонса описани на фиг. 8.13. Оперативните променливи са плътност на пулпа, скорост на захранващия поток, характеристики на твърдите частици, входно налягане на захранването и спад на налягането през циклона. Циклонните променливи са площта на захранващия отвор, диаметърът и дължината на вихровия търсач и диаметърът на изпускателния щуцер. Стойността на коефициента на съпротивление също се влияе от формата; колкото повече една частица варира от сферичност, толкова по-малък е нейният коефициент на форма и толкова по-голяма е нейната устойчивост на утаяване. Зоната на критично напрежение може да се простира до някои златни частици с размер до 200 mm и следователно внимателното наблюдение на процеса на класифициране е от съществено значение за намаляване на прекомерното рециклиране и произтичащото от това натрупване на шлам. Исторически погледнато, когато малко внимание се обръщаше на възстановяването на 150μm златни зърна, изглежда, че пренасянето на злато във фракциите на тиня е до голяма степен отговорно за загубите на злато, които са записани като 40–60% в много операции за разсипване на злато.

Фигура 8.14 (Диаграма за избор на Warman) е предварителен избор на циклони за разделяне при различни размери D50 от 9–18 микрона до 33–76 микрона. Тази диаграма, както и други подобни диаграми за производителност на циклони, се основава на внимателно контролирано захранване от специфичен тип. Той приема съдържание на твърди вещества от 2700 kg/m3 във вода като първо ръководство за избор. Циклоните с по-голям диаметър се използват за получаване на груби сепарации, но изискват големи захранващи обеми за правилно функциониране. Финото разделяне при големи захранващи обеми изисква клъстери от циклони с малък диаметър, работещи паралелно. Окончателните проектни параметри за близко оразмеряване трябва да се определят експериментално и е важно да се избере циклон около средата на диапазона, така че всички незначителни корекции, които може да са необходими, да могат да бъдат направени в началото на операциите.

Твърди се, че циклонът CBC (циркулиращ слой) класифицира алувиални златни захранващи материали с диаметър до 5 mm и получава постоянно високо захранване от долния поток. Разделянето става при приблизителноD50/150 микрона на база силициев диоксид с плътност 2,65. Твърди се, че долният поток на CBC циклона е особено податлив на разделяне чрез джиг поради относително гладката крива на разпределение на размера и почти пълното отстраняване на фините отпадъчни частици. Въпреки това, въпреки че се твърди, че тази система произвежда висококачествен първичен концентрат от еквивалентни тежки минерали с едно преминаване от захранване с относително голям диапазон на размери (напр. минерални пясъци), няма налични данни за производителност за алувиален захранващ материал, съдържащ фино и люспесто злато . Таблица 8.5 дава техническите данни за AKWхидроциклониза точки на прекъсване между 30 и 100 микрона.

Таблица 8.5. Технически данни за хидроциклони AKW

Тип (KRS)	Диаметър (mm)	Падане на налягането	Капацитет		Точка на рязане (микрони)
Тип (KRS)	Диаметър (mm)	Падане на налягането	Суспензия (m3/час)	Твърди вещества (t/h max).	Точка на рязане (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

Развитие на технологиите за раздробяване и класифициране на желязна руда

А. Янкович, в Iron Ore, 2015

8.3.3.1 Хидроциклони сепаратори

Хидроциклонът, наричан още циклон, е класифициращо устройство, което използва центробежна сила, за да ускори скоростта на утаяване на частиците на суспензията и да раздели частиците според размера, формата и специфичното тегло. Той се използва широко в минералната промишленост, като основната му употреба в минералната обработка е като класификатор, който се оказа изключително ефективен при фини размери за разделяне. Той се използва широко в операции на смилане в затворена верига, но е намерил много други приложения, като обезмасляване, обезмасляване и сгъстяване.

Типичният хидроциклон (Фигура 8.12а) се състои от съд с конична форма, отворен на върха или отдолу, свързан към цилиндрична секция, която има тангенциален вход за захранване. Горната част на цилиндричния участък е затворена с плоча, през която преминава аксиално монтирана преливна тръба. Тръбата е удължена в тялото на циклона чрез къса, подвижна секция, известна като вихров търсач, която предотвратява късо съединение на захранването директно в преливника. Захранването се въвежда под налягане през тангенциалния вход, който придава въртеливо движение на пулпата. Това генерира вихър в циклона със зона с ниско налягане по вертикалната ос, както е показано на фигура 8.12b. Въздушно ядро се развива по оста, обикновено свързано с атмосферата през отвора на върха, но отчасти създадено от разтворен въздух, излизащ от разтвора в зоната на ниско налягане. Центробежната сила ускорява скоростта на утаяване на частиците, като по този начин разделя частиците според размера, формата и специфичното тегло. По-бързо утаяващите се частици се придвижват към стената на циклона, където скоростта е най-ниска, и мигрират към отвора на върха (долен поток). Поради действието на силата на съпротивление, по-бавно утаяващите се частици се придвижват към зоната на ниско налягане по оста и се пренасят нагоре през вихровия търсач към преливника.

Хидроциклоните се използват почти универсално във вериги за смилане поради високия им капацитет и относителна ефективност. Те могат също така да класифицират в много широк диапазон от размери на частиците (обикновено 5–500 μm), като за по-фина класификация се използват единици с по-малък диаметър. Въпреки това, прилагането на циклони във вериги за смилане на магнетит може да причини неефективна работа поради разликата в плътността между магнетит и отпадъчни минерали (силициев диоксид). Магнетитът има специфична плътност около 5,15, докато силициевият диоксид има специфична плътност около 2,7. вхидроциклони, плътните минерали се отделят на по-фин размер от по-леките минерали. Следователно освободеният магнетит се концентрира в долния поток на циклона, с последващо свръхсмилане на магнетита. Napier-Munn и др. (2005) отбелязва, че връзката между коригирания размер на рязане (d50c) и плътността на частиците следва израз на следната форма в зависимост от условията на потока и други фактори:

d50c∝ρs−ρl−n

къдетоρs е плътността на твърдите вещества,ρl е плътността на течността, иnе между 0,5 и 1,0. Това означава, че ефектът на минералната плътност върху работата на циклона може да бъде доста значителен. Например, ако наd50c на магнетита е 25 μm, тогаваd50c силициеви частици ще бъдат 40–65 μm. Фигура 8.13 показва кривите на ефективност на циклонната класификация за магнетит (Fe3O4) и силициев диоксид (SiO2), получени от изследването на верига за смилане на магнетит в индустриална топкова мелница. Разделянето на размера на силициевия диоксид е много по-грубо, с ad50c за Fe3O4 от 29 μm, докато този за SiO2 е 68 μm. Поради това явление, мелниците за смилане на магнетит в затворени вериги с хидроциклони са по-малко ефективни и имат по-малък капацитет в сравнение с други вериги за смилане на неблагороден метал.

Технология на процеси с високо налягане: Основи и приложения

MJ Cocero PhD, в библиотеката по индустриална химия, 2001 г

Устройства за разделяне на твърди вещества

•

Хидроциклон

Това е един от най-простите видове сепаратори за твърди вещества. Това е високоефективно устройство за разделяне и може да се използва за ефективно отстраняване на твърди вещества при високи температури и налягания. Икономичен е, защото няма движещи се части и изисква малко поддръжка.

Ефективността на разделяне на твърди вещества е силна функция на размера на частиците и температурата. Брутната ефективност на разделяне близо до 80% е постижима за силициев диоксид и температури над 300°C, докато в същия температурен диапазон, брутната ефективност на разделяне за по-плътни частици циркон е по-голяма от 99% [29].

Основният недостатък на работата на хидроциклона е склонността на някои соли да се придържат към стените на циклона.

•

Кръстосана микрофилтрация

Филтрите с кръстосан поток се държат по начин, подобен на този, който обикновено се наблюдава при филтриране с кръстосан поток при околни условия: увеличените скорости на срязване и намаленият вискозитет на течността водят до увеличен брой филтрати. Кръстосаната микрофилтрация е приложена за разделянето на утаените соли като твърди вещества, което дава ефективност на отделяне на частици, обикновено надвишаваща 99,9%. Гоемансet al.[30] изследва отделянето на натриев нитрат от суперкритична вода. При условията на изследването натриевият нитрат присъства като стопена сол и може да премине филтъра. Получени са ефикасности на разделяне, които варират в зависимост от температурата, тъй като разтворимостта намалява с повишаване на температурата, варираща между 40% и 85%, съответно за 400 °C и 470°C. Тези работници обясняват механизма на разделяне като следствие от отчетливата пропускливост на филтриращата среда към суперкритичния разтвор, за разлика от разтопената сол, въз основа на техните ясно различни вискозитети. Следователно би било възможно не само да се филтрират утаените соли само като твърди вещества, но също така да се филтрират тези соли с ниска точка на топене, които са в разтопено състояние.

Проблемите при работа се дължаха главно на корозия на филтъра от солите.

Хартия: рециклиране и рециклирани материали

MR Doshi, JM Dyer, в референтен модул по материалознание и инженерство на материалите, 2016 г.

3.3 Почистване

Чистачи илихидроциклонипремахване на замърсители от целулоза въз основа на разликата в плътността между замърсителя и водата. Тези устройства се състоят от коничен или цилиндрично-коничен съд под налягане, в който пулпата се подава тангенциално в края с голям диаметър (Фигура 6). По време на преминаване през почистващия уред пулпата развива модел на вихров поток, подобен на този на циклон. Потокът се върти около централната ос, докато преминава от входа и към върха или отвора на долния поток по вътрешната страна на стената на почистващия препарат. Скоростта на въртене на потока се ускорява с намаляване на диаметъра на конуса. Близо до края на върха отворът с малък диаметър предотвратява изпускането на по-голямата част от потока, който вместо това се върти във вътрешен вихър в сърцевината на почистващия препарат. Потокът във вътрешното ядро се отклонява от върховия отвор, докато се разтовари през вихровия търсач, разположен в края с голям диаметър в центъра на почистващия препарат. Материалът с по-висока плътност, концентриран в стената на почистващия препарат поради центробежната сила, се изхвърля на върха на конуса (Bliss, 1994, 1997).

Почистващите средства се класифицират като с висока, средна или ниска плътност в зависимост от плътността и размера на замърсителите, които се отстраняват. Почистващ уред с висока плътност с диаметър от 15 до 50 см (6–20 инча) се използва за премахване на метал, кламери и скоби и обикновено се позиционира непосредствено след пулпера. Тъй като диаметърът на почистващия уред намалява, неговата ефективност при отстраняване на малки по размер замърсители се увеличава. Поради практически и икономически причини циклонът с диаметър 75 мм (3 инча) обикновено е най-малкият почистващ препарат, използван в хартиената промишленост.

Реверсивните почистващи препарати и почистващите препарати с поток са предназначени за премахване на замърсители с ниска плътност като восък, полистирен и лепкави вещества. Обратните почистващи устройства са наречени така, защото приемният поток се събира на върха на почистващия препарат, докато отхвърлените излизат при преливника. В уреда за почистване с поточен поток приемащият и отхвърлящият изход излизат в един и същи край на уреда, като приемниците са близо до стената на уреда за почистване, разделени от отхвърляните чрез централна тръба близо до сърцевината на уреда, както е показано на фигура 7.

Непрекъснатите центрофуги, използвани през 20-те и 30-те години на миналия век за отстраняване на пясък от пулпа, бяха преустановени след разработването на хидроциклоните. Gyroclean, разработен в Center Technique du Papier, Гренобъл, Франция, се състои от цилиндър, който се върти при 1200–1500 rpm (Bliss, 1997; Julien Saint Amand, 1998, 2002). Комбинацията от относително дълго време на престой и висока центробежна сила позволява на замърсителите с ниска плътност достатъчно време да мигрират към сърцевината на почистващия препарат, където се отхвърлят през централния вихров разряд.

MT Thew, в Encyclopedia of Separation Science, 2000

Синопсис

Макар и твърдо-течнохидроциклоне установено през по-голямата част от 20-ти век, задоволителното представяне на разделянето течност-течност не се постига до 1980-те години. Офшорната петролна индустрия имаше нужда от компактно, здраво и надеждно оборудване за отстраняване на фино раздробен замърсен петрол от водата. Тази нужда беше удовлетворена от значително различен тип хидроциклон, който разбира се нямаше движещи се части.

След по-пълното обяснение на тази необходимост и сравняването й с циклонното разделяне на твърдо-течно вещество при обработката на минерали, са дадени предимствата, които хидроциклонът предоставя пред видовете оборудване, инсталирани по-рано, за да изпълни задължението.

Критериите за оценка на производителността на разделяне са изброени преди обсъждане на производителността по отношение на състава на захранването, контрола на оператора и необходимата енергия, т.е. произведението на спад на налягането и дебит.

Средата за производство на петрол поставя някои ограничения за материалите и това включва проблема с ерозията на частици. Споменават се типичните използвани материали. Данните за относителните разходи за видове инсталации за разделяне на масло, както капиталови, така и периодични, са очертани, въпреки че източниците са оскъдни. Накрая са описани някои насоки за по-нататъшно развитие, тъй като петролната промишленост търси оборудване, инсталирано на морското дъно или дори на дъното на сондажа.

Вземане на проби, контрол и балансиране на масата

Barry A. Wills, James A. Finch FRSC, FCIM, P.Eng., в Wills' Mineral Processing Technology (Eighth Edition), 2016 г.

3.7.1 Използване на размера на частиците

Много звена, като напрхидроциклонии гравитационни сепаратори, произвеждат степен на разделяне по размер и данните за размера на частиците могат да се използват за балансиране на масата (Пример 3.15).

Пример 3.15 е пример за минимизиране на дисбаланса на възел; той предоставя, например, началната стойност за обобщеното минимизиране на най-малките квадрати. Този графичен подход може да се използва винаги, когато има „излишни“ компонентни данни; в пример 3.9 можеше да се използва.

Пример 3.15 използва циклона като възел. Втори възел е шахтата: това е пример за 2 входа (прясно захранване и изпускане на топкова мелница) и един изход (циклоно захранване). Това дава друг масов баланс (Пример 3.16).

В Глава 9 се връщаме към този пример за верига за смилане, като използваме коригирани данни за определяне на кривата на разделяне на циклона.

Време на публикуване: 07 май 2019 г