Hidrocikloni

Opis

HidrocikloniKonusno-cilindričnog su oblika, s tangencijalnim ulazom za punjenje u cilindrični dio i izlazom na svakoj osi. Izlaz na cilindričnom dijelu naziva se tražilo vrtloga i proteže se u ciklon kako bi se smanjio protok kratkog spoja direktno iz ulaza. Na konusnom kraju nalazi se drugi izlaz, slavina. Radi odvajanja veličine, oba izlaza su uglavnom otvorena prema atmosferi. Hidrocikloni se uglavnom rade vertikalno sa slavinom na donjem kraju, stoga se grubi proizvod naziva donji tok, a fini proizvod, koji napušta tražilo vrtloga, preljev. Slika 1 shematski prikazuje glavne karakteristike protoka i dizajna tipičnog...hidrociklon: dva vrtloga, tangencijalni ulaz za punjenje i aksijalni izlazi. Osim neposrednog područja tangencijalnog ulaza, kretanje fluida unutar ciklona ima radijalnu simetriju. Ako su jedan ili oba izlaza otvorena prema atmosferi, zona niskog pritiska uzrokuje plinsko jezgro duž vertikalne ose, unutar unutrašnjeg vrtloga.

Princip rada je jednostavan: fluid, noseći suspendovane čestice, ulazi u ciklon tangencijalno, spiralno se kreće prema dolje i stvara centrifugalno polje u slobodnom vrtložnom toku. Veće čestice se kreću kroz fluid prema van ciklona spiralnim pokretom i izlaze kroz slavinu s dijelom tekućine. Zbog ograničavajuće površine slavine, uspostavlja se unutrašnji vrtlog, koji se okreće u istom smjeru kao i vanjski vrtlog, ali teče prema gore, i napušta ciklon kroz detektor vrtloga, noseći sa sobom većinu tekućine i finijih čestica. Ako se prekorači kapacitet slavine, zračno jezgro se zatvara i ispuštanje slavine se mijenja iz prskanja u obliku kišobrana u 'uže' i gubi grubi materijal prema preljevu.

Prečnik cilindričnog dijela je glavna varijabla koja utiče na veličinu čestica koje se mogu odvojiti, iako se prečnici izlaza mogu nezavisno mijenjati kako bi se promijenila postignuta separacija. Dok su rani istraživači eksperimentisali sa ciklonima promjera samo 5 mm, prečnici komercijalnih hidrociklona trenutno se kreću od 10 mm do 2,5 m, sa veličinama odvajanja za čestice gustine 2700 kg m−3 od 1,5–300 μm, smanjujući se sa povećanjem gustine čestica. Pad radnog pritiska kreće se od 10 bara za male prečnike do 0,5 bara za velike jedinice. Da bi se povećao kapacitet, više malih...hidrociklonimože se spojiti na razdjelnik iz jedne dovodne linije.

Iako je princip rada jednostavan, mnogi aspekti njihovog rada su još uvijek slabo shvaćeni, a odabir i predviđanje hidrociklona za industrijski rad su uglavnom empirijski.

Klasifikacija

Barry A. Wills, James A. Finch FRSC, FCIM, P.Eng., u Wills' Mineral Processing Technology (osmo izdanje), 2016

9.4.3 Hidrocikloni u odnosu na sita

Hidrocikloni su postali dominantna klasifikacija kada se radi o finim česticama veličine u zatvorenim krugovima mljevenja (<200 µm). Međutim, nedavni razvoj tehnologije sita (Poglavlje 8) obnovio je interes za korištenje sita u krugovima mljevenja. Sita se odvajaju na osnovu veličine i nisu direktno pod utjecajem raspodjele gustoće u ulaznim mineralima. To može biti prednost. Sita također nemaju bypass frakciju, a kao što je pokazao Primjer 9.2, bypass može biti prilično velik (preko 30% u tom slučaju). Slika 9.8 prikazuje primjer razlike u krivulji particije za ciklone i sita. Podaci su iz koncentratora El Brocal u Peruu s evaluacijama prije i nakon što su hidrocikloni zamijenjeni Derrick Stack Sizer®-om (vidi Poglavlje 8) u krugu mljevenja (Dündar et al., 2014). U skladu s očekivanjima, u usporedbi s ciklonom, sito je imalo oštrije odvajanje (nagib krivulje je veći) i mali bypass. Povećanje kapaciteta kruga mljevenja prijavljeno je zbog veće stope loma nakon implementacije sita. To se pripisuje eliminaciji bypassa, smanjujući količinu finog materijala koji se vraća u mlinove za mljevenje, što ublažava udare čestica o čestice.

Međutim, promjena nije jednosmjerna: nedavni primjer je prelazak sa sita na ciklon, kako bi se iskoristilo dodatno smanjenje veličine gušćih produktivnih minerala (Sasseville, 2015).

Metalurški proces i dizajn

Eoin H. Macdonald, u Priručniku za istraživanje i evaluaciju zlata, 2007.

Hidrocikloni

Hidrocikloni su preferirane jedinice za jeftino dimenzioniranje ili uklanjanje sluzi velikih količina mulja, jer zauzimaju vrlo malo prostora na podu ili visine. Najefikasnije rade kada se dovode ravnomjernim protokom i gustoćom pulpe, a koriste se pojedinačno ili u grupama kako bi se postigli željeni ukupni kapaciteti pri potrebnim podjelama. Mogućnosti dimenzioniranja oslanjaju se na centrifugalne sile generirane visokim tangencijalnim brzinama protoka kroz jedinicu. Primarni vrtlog koji formira dolazna suspenzija djeluje spiralno prema dolje oko unutrašnjeg zida konusa. Čvrste tvari se izbacuju prema van centrifugalnom silom tako da se, kako se pulpa kreće prema dolje, njena gustoća povećava. Vertikalne komponente brzine djeluju prema dolje blizu zidova konusa i prema gore blizu ose. Manje gusta centrifugalno odvojena frakcija mulja se prisiljava prema gore kroz detektor vrtloga da bi prošla kroz otvor na gornjem kraju konusa. Međuzona ili omotač između dva toka ima nultu vertikalnu brzinu i odvaja grublje čvrste tvari koje se kreću prema dolje od finijih čvrstih tvari koje se kreću prema gore. Glavnina toka prolazi prema gore unutar manjeg unutrašnjeg vrtloga, a veće centrifugalne sile izbacuju veće, finije čestice prema van, čime se obezbjeđuje efikasnije odvajanje finijih čestica. Ove čestice se vraćaju u vanjski vrtlog i ponovo se javljaju u dovodni uređaj za jig.

Geometrija i radni uslovi unutar spiralnog toka tipičnoghidrociklonopisane su na slici 8.13. Operativne varijable su gustoća pulpe, brzina protoka ulazne materije, karakteristike čvrstih materija, pritisak na ulazu ulazne materije i pad pritiska kroz ciklon. Varijable ciklona su površina ulaza ulazne materije, prečnik i dužina detektora vrtloga, te prečnik ispuštanja slavine. Na vrijednost koeficijenta otpora utiče i oblik; što se čestica više razlikuje od sferičnosti, to je manji njen faktor oblika i veći njen otpor taloženju. Kritična zona napona može se proširiti na neke čestice zlata veličine i do 200 mm, te je stoga pažljivo praćenje procesa klasifikacije neophodno kako bi se smanjilo prekomjerno recikliranje i rezultirajuće nakupljanje mulja. Historijski gledano, kada se malo pažnje posvećivalo prikupljanju 150μKod zrna zlata m, prijenos zlata u frakcijama mulja čini se da je uveliko bio odgovoran za gubitke zlata koji su zabilježeni i do 40-60% u mnogim operacijama iskopavanja zlata.

Slika 8.14 (Warmanova tabela odabira) predstavlja preliminarni izbor ciklona za separaciju pri različitim veličinama D50 od 9-18 mikrona do 33-76 mikrona. Ova tabela, kao i druge slične tabele performansi ciklona, zasniva se na pažljivo kontroliranom ulazu određene vrste. Pretpostavlja sadržaj čvrstih materija od 2.700 kg/m3 u vodi kao prvi vodič za odabir. Cikloni većeg prečnika koriste se za grubu separaciju, ali zahtijevaju velike količine ulaza za pravilno funkcionisanje. Fina separacija pri velikim količinama ulaza zahtijeva klastere ciklona malog prečnika koji rade paralelno. Konačni parametri dizajna za blisku veličinu moraju se odrediti eksperimentalno, a važno je odabrati ciklon oko sredine raspona kako bi se sva manja podešavanja koja mogu biti potrebna mogla izvršiti na početku rada.

Tvrdi se da ciklon CBC (cirkulirajući sloj) klasificira aluvijalne materijale zlata promjera do 5 mm i dobiva konzistentno visoku količinu sirovog zlata iz donjeg toka. Separacija se odvija na otprilikeD50/150 mikrona na bazi silicijum dioksida gustine 2,65. Tvrdi se da je donji ciklon CBC posebno pogodan za jig separaciju zbog svoje relativno glatke krivulje raspodjele veličine i gotovo potpunog uklanjanja finih čestica otpada. Međutim, iako se za ovaj sistem tvrdi da proizvodi visokokvalitetni primarni koncentrat jednakih teških minerala u jednom prolazu iz relativno velikog raspona veličina ulaznog materijala (npr. mineralni pijesak), takve brojke o performansama nisu dostupne za aluvijalni ulazni materijal koji sadrži fino i ljuskavo zlato. Tabela 8.5 daje tehničke podatke za AKW.hidrocikloniza granične vrijednosti između 30 i 100 mikrona.

Tabela 8.5. Tehnički podaci za AKW hidrociklone

Tip (KRS)	Prečnik (mm)	Pad pritiska	Kapacitet		Tačka rezanja (mikroni)
Tip (KRS)	Prečnik (mm)	Pad pritiska	Gnoj (m3/h)	Čvrste tvari (t/h max).	Tačka rezanja (mikroni)
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

Razvoj tehnologija usitnjavanja i klasifikacije željezne rude

A. Janković, u knjizi Željezna ruda, 2015.

8.3.3.1 Hidrociklonski separatori

Hidrociklon, također poznat kao ciklon, je uređaj za klasifikaciju koji koristi centrifugalnu silu za ubrzavanje brzine taloženja čestica suspenzije i odvajanje čestica prema veličini, obliku i specifičnoj težini. Široko se koristi u industriji minerala, a njegova glavna upotreba u preradi minerala je kao klasifikator, koji se pokazao izuzetno efikasnim pri finim veličinama odvajanja. Široko se koristi u operacijama mljevenja u zatvorenom krugu, ali je pronašao i mnoge druge primjene, kao što su uklanjanje sluzi, uklanjanje pijeska i zgušnjavanje.

Tipični hidrociklon (Slika 8.12a) sastoji se od konusno oblikovane posude, otvorene na vrhu, ili donjem dijelu, spojene s cilindričnim dijelom, koji ima tangencijalni ulaz za punjenje. Vrh cilindričnog dijela zatvoren je pločom kroz koju prolazi aksijalno postavljena preljevna cijev. Cijev se produžava u tijelo ciklona kratkim, uklonjivim dijelom poznatim kao tražilo vrtloga, koji sprječava kratki spoj ulaza direktno u preljev. Ulaz se uvodi pod pritiskom kroz tangencijalni ulaz, što daje vrtložno kretanje pulpi. To stvara vrtlog u ciklonu, sa zonom niskog pritiska duž vertikalne ose, kao što je prikazano na Slici 8.12b. Duž ose se razvija zračno jezgro, obično povezano s atmosferom kroz otvor na vrhu, ali djelomično stvoreno otopljenim zrakom koji izlazi iz otopine u zoni niskog pritiska. Centrifugalna sila ubrzava brzinu taloženja čestica, čime se čestice odvajaju prema veličini, obliku i specifičnoj težini. Brže taložne čestice kreću se prema zidu ciklona, gdje je brzina najmanja, i migriraju prema vršnom otvoru (podtok). Zbog djelovanja sile otpora, sporije taložne čestice kreću se prema zoni niskog pritiska duž ose i nose se prema gore kroz tražilo vrtloga do preljeva.

Hidrocikloni se gotovo univerzalno koriste u krugovima mljevenja zbog svog visokog kapaciteta i relativne efikasnosti. Također mogu klasificirati u vrlo širokom rasponu veličina čestica (obično 5–500 μm), pri čemu se jedinice manjeg promjera koriste za finiju klasifikaciju. Međutim, primjena ciklona u krugovima mljevenja magnetita može uzrokovati neefikasan rad zbog razlike u gustoći između magnetita i otpadnih minerala (silicijum dioksida). Magnetit ima specifičnu gustoću od oko 5,15, dok silicijum dioksid ima specifičnu gustoću od oko 2,7. Uhidrocikloni, gusti minerali se odvajaju na finijoj veličini reza od lakših minerala. Stoga se oslobođeni magnetit koncentrira u donjem toku ciklona, što rezultira prekomjernim mljevenjem magnetita. Napier-Munn i suradnici (2005) primijetili su da je odnos između korigirane veličine reza (d50c) i gustina čestica prati izraz sljedećeg oblika u zavisnosti od uslova protoka i drugih faktora:

d50c∝ρs−ρl−n

gdjeρs je gustoća čvrste tvari,ρl je gustoća tekućine, anje između 0,5 i 1,0. To znači da uticaj gustine minerala na performanse ciklona može biti prilično značajan. Na primjer, ako jed50c magnetita je 25 μm, tada jed50c čestica silicijum dioksida bit će 40–65 μm. Slika 8.13 prikazuje krivulje efikasnosti klasifikacije ciklona za magnetit (Fe3O4) i silicijum dioksid (SiO2) dobivene pregledom kruga mljevenja magnetita u industrijskom kugličnom mlinu. Razdvajanje veličine za silicijum dioksid je mnogo grublje, sad50c za Fe3O4 od 29 μm, dok je za SiO2 68 μm. Zbog ovog fenomena, mlinovi za mljevenje magnetita u zatvorenim krugovima s hidrociklonima su manje efikasni i imaju manji kapacitet u usporedbi s drugim krugovima za mljevenje rude baznih metala.

Tehnologija procesa visokog pritiska: Osnove i primjene

MJ Cocero, doktorat, u Biblioteci industrijske hemije, 2001.

Uređaji za odvajanje čvrstih materija

•

Hidrociklon

Ovo je jedan od najjednostavnijih tipova separatora čvrstih materija. To je visoko efikasan uređaj za separaciju i može se koristiti za efikasno uklanjanje čvrstih materija na visokim temperaturama i pritiscima. Ekonomičan je jer nema pokretnih dijelova i zahtijeva malo održavanja.

Efikasnost odvajanja čvrstih materija je u velikoj mjeri funkcija veličine čestica i temperature. Bruto efikasnost odvajanja blizu 80% je dostižna za silicijum dioksid i temperature iznad 300°C, dok je u istom temperaturnom opsegu bruto efikasnost odvajanja za gušće čestice cirkona veća od 99% [29].

Glavni nedostatak rada hidrociklona je tendencija nekih soli da se prilijepe za zidove ciklona.

•

Unakrsna mikrofiltracija

Filteri s unakrsnim protokom ponašaju se na način sličan onome koji se normalno primjećuje kod filtracije s unakrsnim protokom u ambijentalnim uvjetima: povećane brzine smicanja i smanjena viskoznost fluida rezultiraju povećanim brojem filtrata. Unakrsna mikrofiltracija primijenjena je za odvajanje istaloženih soli kao čvrstih tvari, dajući efikasnost odvajanja čestica koja obično prelazi 99,9%. Goemansi dr.[30] proučavali su odvajanje natrijum nitrata iz superkritične vode. Pod uslovima studije, natrijum nitrat je bio prisutan kao rastopljena sol i bio je sposoban da prođe kroz filter. Postignute su efikasnosti odvajanja koje su varirale sa temperaturom, budući da se rastvorljivost smanjuje sa porastom temperature, u rasponu od 40% do 85%, za 400 °C i 470 °C, respektivno. Ovi istraživači su objasnili mehanizam odvajanja kao posljedicu različite propusnosti filterskog medija prema superkritičnom rastvoru, za razliku od rastopljene soli, na osnovu njihovih jasno različitih viskoziteta. Stoga bi bilo moguće ne samo filtrirati istaložene soli samo kao čvrste materije, već i filtrirati one soli sa niskom tačkom topljenja koje su u rastopljenom stanju.

Problemi u radu su uglavnom bili uzrokovani korozijom filtera uzrokovanom solima.

Papir: Recikliranje i reciklirani materijali

MR Doshi, JM Dyer, u Referentnom modulu iz Nauke o materijalima i Inženjerstva materijala, 2016.

3.3 Čišćenje

Čistači ilihidrocikloniUklanjaju zagađivače iz pulpe na osnovu razlike u gustoći između zagađivača i vode. Ovi uređaji se sastoje od konusne ili cilindrično-konusne posude pod pritiskom u koju se pulpa tangencijalno ubacuje na kraju velikog promjera (Slika 6). Tokom prolaska kroz čistač, pulpa razvija vrtložni obrazac toka, sličan onome kod ciklona. Tok se okreće oko centralne ose dok se udaljava od ulaza i prema vrhu, ili otvoru za donji protok, duž unutrašnje strane zida čistača. Brzina rotacionog toka se ubrzava kako se promjer konusa smanjuje. Blizu vrha, otvor malog promjera sprječava ispuštanje većeg dijela toka, koji umjesto toga rotira u unutrašnjem vrtlogu u jezgru čistača. Tok u unutrašnjem jezgru teče od vrha otvora dok se ne ispusti kroz detektor vrtloga, koji se nalazi na kraju velikog promjera u središtu čistača. Materijal veće gustoće, nakon što je koncentriran na zidu čistača zbog centrifugalne sile, ispušta se na vrhu konusa (Bliss, 1994, 1997).

Čistači se klasificiraju kao visoke, srednje ili niske gustoće, ovisno o gustoći i veličini onečišćujućih tvari koje se uklanjaju. Čistač visoke gustoće, promjera od 15 do 50 cm (6-20 in) koristi se za uklanjanje neiskorištenog metala, spajalica i spajalica i obično se postavlja odmah nakon pulpera. Kako se promjer čistača smanjuje, njegova efikasnost u uklanjanju manjih onečišćujućih tvari se povećava. Iz praktičnih i ekonomskih razloga, ciklon promjera 75 mm (3 in) je općenito najmanji čistač koji se koristi u industriji papira.

Obrnuti čistači i protočni čistači dizajnirani su za uklanjanje zagađivača niske gustoće poput voska, polistirena i ljepljivih tvari. Obrnuti čistači su tako nazvani jer se prihvaćeni tok skuplja na vrhu čistača, dok otpadni materijal izlazi na preljevu. Kod protočnog čistača, prihvaćeni i otpadni materijal izlaze na istom kraju čistača, s prihvaćenim materijalom blizu zida čistača koji je odvojen od otpadnog centralnom cijevi blizu jezgra čistača, kao što je prikazano na slici 7.

Kontinuirane centrifuge koje su se koristile 1920-ih i 1930-ih za uklanjanje pijeska iz pulpe prestale su se koristiti nakon razvoja hidrociklona. Gyroclean, razvijen u Centru za tehniku papira u Grenoblu u Francuskoj, sastoji se od cilindra koji se okreće brzinom od 1200–1500 o/min (Bliss, 1997; Julien Saint Amand, 1998, 2002). Kombinacija relativno dugog vremena zadržavanja i velike centrifugalne sile omogućava zagađivačima niske gustoće dovoljno vremena da migriraju do jezgra čistača gdje se odbacuju kroz centralni vrtložni ispust.

MT Thew, u Enciklopediji separacijske nauke, 2000.

Sinopsis

Iako čvrsto-tečno stanjehidrociklonIako je tokom većeg dijela 20. stoljeća uspostavljena praksa odvajanja tekućina od tekućine, zadovoljavajuće performanse odvajanja tekućina nisu postignute sve do 1980-ih. Naftna industrija na moru imala je potrebu za kompaktnom, robusnom i pouzdanom opremom za uklanjanje fino usitnjenog zagađujućeg ulja iz vode. Ovu potrebu je zadovoljio znatno drugačiji tip hidrociklona, koji naravno nije imao pokretnih dijelova.

Nakon detaljnijeg objašnjenja ove potrebe i poređenja sa ciklonskim odvajanjem čvrstih i tečnih materija u preradi minerala, date su prednosti koje je hidrociklon pružao u odnosu na vrste opreme koje su ranije bile instalirane za ispunjavanje ovog zadatka.

Kriteriji za procjenu performansi separacije navedeni su prije rasprave o performansama u smislu sastava ulazne smjese, kontrole operatera i potrebne energije, tj. proizvoda pada pritiska i protoka.

Okruženje za proizvodnju nafte postavlja određena ograničenja za materijale, a to uključuje i problem erozije čestica. Spomenuti su tipični korišteni materijali. Navedeni su podaci o relativnim troškovima za vrste postrojenja za odvajanje nafte, kako kapitalnih tako i rekurentnih, iako su izvori rijetki. Konačno, opisani su neki pokazatelji za daljnji razvoj, budući da naftna industrija traži opremu instaliranu na morskom dnu ili čak na dnu bušotine.

Uzorkovanje, kontrola i uravnoteženje mase

Barry A. Wills, James A. Finch FRSC, FCIM, P.Eng., u Wills' Mineral Processing Technology (osmo izdanje), 2016

3.7.1 Upotreba veličine čestica

Mnoge jedinice, kao što suhidrociklonii gravitacijski separatori, proizvode određeni stepen odvajanja veličine, a podaci o veličini čestica mogu se koristiti za uravnoteženje mase (Primjer 3.15).

Primjer 3.15 je primjer minimizacije neravnoteže čvorova; on pruža, na primjer, početnu vrijednost za generaliziranu minimizaciju najmanjih kvadrata. Ovaj grafički pristup može se koristiti kad god postoji "višak" podataka o komponentama; u primjeru 3.9 je mogao biti korišten.

Primjer 3.15 koristi ciklon kao čvor. Drugi čvor je sabirna jama: ovo je primjer 2 ulaza (svježi ulaz i ispust kugličnog mlina) i jednog izlaza (napajanje ciklona). Ovo daje još jedan maseni bilans (Primjer 3.16).

U 9. poglavlju vraćamo se na ovaj primjer kruga mljevenja koristeći prilagođene podatke za određivanje krivulje participacije ciklona.

Vrijeme objave: 07. maj 2019.