Hidrocikloni

Opis

Hidrociklonisu kono-cilindričnog oblika, sa tangencijalnim ulazom u cilindrični presjek i izlazom na svakoj osi. Izlaz na cilindričnom dijelu naziva se pronalazač vrtloga i proteže se u ciklon kako bi se smanjio protok kratkog spoja direktno iz ulaza. Na koničnom kraju je drugi izlaz, otvor. Za razdvajanje veličina, oba izlaza su uglavnom otvorena prema atmosferi. Hidrocikloni uglavnom rade okomito sa otvorom na donjem kraju, stoga se grubi proizvod naziva donji, a fini proizvod, ostavljajući pronalazač vrtloga, preljev. Slika 1 šematski prikazuje glavni tok i karakteristike dizajna tipikahidrociklon: dva vrtloga, tangencijalni ulaz i aksijalni izlaz. Osim neposrednog područja tangencijalnog ulaza, kretanje fluida unutar ciklona ima radijalnu simetriju. Ako su jedan ili oba izlaza otvorena za atmosferu, 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 spušta i stvara centrifugalno polje u slobodnom vrtložnom toku. Veće čestice kreću se kroz tečnost prema van ciklona u spiralnom kretanju i izlaze kroz otvor sa dijelom tečnosti. Zbog granične površine otvora, unutrašnji vrtlog, koji rotira u istom smjeru kao i vanjski vrtlog, ali teče prema gore, uspostavlja se i napušta ciklon kroz pronalazač vrtloga, noseći sa sobom većinu tekućine i sitnijih čestica. Ako je kapacitet otvora prekoračen, zračno jezgro se zatvara i ispuštanje iz otvora se mijenja iz prskanja u obliku kišobrana u 'konop' i gubitak grubog materijala u preljev.

Prečnik cilindričnog preseka je glavna varijabla koja utiče na veličinu čestica koje se mogu odvojiti, iako se izlazni prečnici mogu menjati nezavisno kako bi se promenilo postignuto odvajanje. Dok su rani radnici eksperimentisali sa ciklonima prečnika samo 5 mm, komercijalni prečnici hidrociklona trenutno se kreću od 10 mm do 2,5 m, sa veličinama razdvajanja za čestice gustine 2700 kg m−3 od 1,5–300 μm, koje se smanjuju sa povećanjem gustine čestica. Radni pad pritiska kreće se od 10 bara za male prečnike do 0,5 bara za velike jedinice. Za povećanje kapaciteta, više malihhidrociklonimože se razvoditi iz jednog dovodnog voda.

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

Klasifikacija

Barry A. Wills, James A. Finch FRSC, FCIM, P.Eng., Willsova tehnologija obrade minerala (osmo izdanje), 2016.

9.4.3 Hidrocikloni naspram sita

Hidrocikloni su počeli da dominiraju klasifikacijom kada se radi o finim veličinama čestica u zatvorenim krugovima za mljevenje (<200 µm). Međutim, nedavni razvoj tehnologije sita (poglavlje 8) obnovio je interes za korištenje sita u krugovima za mljevenje. Sita se odvajaju na osnovu veličine i nisu direktno pod uticajem gustine rasprostranjenosti u mineralima u hrani. Ovo može biti prednost. Ekrani takođe nemaju premosni udeo, a kao što je pokazao primer 9.2, zaobilaznica može biti prilično velika (preko 30% u tom slučaju). Slika 9.8 prikazuje primjer razlike u krivulji podjele za ciklone i sita. Podaci su iz El Brocal koncentratora u Peruu sa procjenama prije i nakon što su hidrocikloni zamijenjeni sa Derrick Stack Sizer® (vidi Poglavlje 8) u krugu za mljevenje (Dündar et al., 2014). U skladu sa očekivanjima, u poređenju sa ciklonom ekran je imao oštrije razdvajanje (nagib krivine je veći) i malo zaobilaženja. Prijavljeno je povećanje kapaciteta kruga za mljevenje zbog veće stope loma nakon implementacije sita. Ovo se pripisuje eliminaciji premosnice, smanjenju količine finog materijala koji se vraća u mlin za mljevenje, koji ima tendenciju da ublaži udare čestica-čestica.

Međutim, promjena nije jednosmjerna: nedavni primjer je prelazak sa ekrana na ciklon, kako bi se iskoristila prednost dodatnog smanjenja veličine gušćih payminerala (Sasseville, 2015).

Metalurški proces i dizajn

Eoin H. Macdonald, u Handbook of Gold Exploration and Evaluation, 2007.

Hidrocikloni

Hidrocikloni su poželjne jedinice za dimenzioniranje ili odstranjivanje velikih količina suspenzije, jeftino i zato što zauzimaju vrlo malo prostora na podu ili visine. Oni rade najefikasnije kada se napajaju ravnomjernim protokom i gustinom pulpe i koriste se pojedinačno ili u klasterima za postizanje željenog ukupnog kapaciteta pri potrebnim podjelima. Mogućnosti dimenzioniranja se oslanjaju na centrifugalne sile koje stvaraju velike tangencijalne brzine protoka kroz jedinicu. Primarni vrtlog formiran od nadolazeće suspenzije djeluje spiralno prema dolje oko unutrašnjeg zida konusa. Čvrste tvari se izbacuju prema van pomoću centrifugalne sile tako da kako se pulpa kreće prema dolje njena gustina se povećava. Vertikalne komponente brzine djeluju prema dolje u blizini stijenki konusa i prema gore u blizini ose. Manje gusta centrifugalno odvojena frakcija sluzi se potiskuje prema gore kroz vortex finder da prođe kroz otvor na gornjem kraju konusa. Međuzona ili omotač između dva toka ima nultu vertikalnu brzinu i odvaja grublje čvrste materije koje se kreću naniže od finijih čvrstih materija koje se kreću prema gore. Najveći dio toka prolazi prema gore unutar manjeg unutrašnjeg vrtloga, a veće centrifugalne sile izbacuju veće od finijih čestica prema van, čime se osigurava efikasnije odvajanje u finijim veličinama. Ove čestice se vraćaju u vanjski vrtlog i javljaju se još jednom u jig feed.

Geometrija i radni uslovi unutar obrasca spiralnog toka tipičnehidrociklonopisani su na slici 8.13. Operativne varijable su gustina pulpe, brzina protoka, karakteristike čvrstih materija, ulazni pritisak i pad pritiska kroz ciklon. Ciklonske varijable su površina ulaza za napajanje, prečnik i dužina nalazača vrtloga i prečnik ispuštanja otvora. Na vrijednost koeficijenta otpora također utiče oblik; što se čestica više razlikuje od sferičnosti, manji je njen faktor oblika i veća je otpornost na taloženje. Zona kritičnog stresa može se proširiti na neke čestice zlata veličine čak 200 mm i stoga je pažljivo praćenje procesa klasifikacije neophodno kako bi se smanjilo prekomjerno recikliranje i rezultirajuće nakupljanje sluzi. Istorijski gledano, kada se malo pažnje poklanjalo oporavku 150μm zlatnih zrna, čini se da je prenošenje zlata u frakcijama sluzi u velikoj mjeri odgovorno za gubitke zlata koji su zabilježeni i do 40-60% u mnogim operacijama postavljanja zlata.

Slika 8.14 (Warman Selection Chart) je preliminarni izbor ciklona za odvajanje pri različitim veličinama D50 od 9–18 mikrona do 33–76 mikrona. Ovaj grafikon, kao i drugi takvi grafikoni performansi ciklona, zasniva se na pažljivo kontrolisanom unosu određenog tipa. Pretpostavlja se sadržaj čvrstih materija od 2.700 kg/m3 u vodi kao prvi vodič za odabir. Cikloni većeg promjera koriste se za proizvodnju grubih separacija, ali zahtijevaju velike količine dovoda za pravilno funkcioniranje. Fine separacije pri velikim količinama hrane zahtijevaju klastere ciklona malog promjera koji rade paralelno. Konačni projektni parametri za blisku dimenzioniranje moraju se odrediti eksperimentalno, a važno je odabrati ciklon oko sredine raspona tako da se bilo koja manja podešavanja koja mogu biti potrebna mogu izvršiti na početku rada.

Tvrdi se da ciklon CBC (kružno korito) klasifikuje materijale za napajanje aluvijalnog zlata prečnika do 5 mm i dobija konzistentno visok dovod iz donjeg toka. Razdvajanje se odvija u približnoD50/150 mikrona na bazi silicijum dioksida gustine 2,65. Tvrdi se da je donji tok CBC ciklona posebno pogodan za separaciju pomoću šablona zbog svoje relativno glatke krivulje raspodjele veličine i skoro potpunog uklanjanja finih čestica otpada. Međutim, iako se za ovaj sistem tvrdi da proizvodi visokokvalitetni primarni koncentrat ekvantnih teških minerala u jednom prolazu iz izvora relativno velikog raspona veličine (npr. mineralni pijesak), takvi podaci o performansama nisu dostupni za aluvijalni materijal koji sadrži fino i ljuspičasto zlato. . Tabela 8.5 daje tehničke podatke za AKWhidrocikloniza granične tačke između 30 i 100 mikrona.

Tabela 8.5. Tehnički podaci za AKW hidrociklone

Vrsta (KRS)	Prečnik (mm)	Pad pritiska	Kapacitet		Tačka rezanja (mikroni)
Vrsta (KRS)	Prečnik (mm)	Pad pritiska	Stajnjak (m3/h)	Čvrste materije (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 tehnologije usitnjavanja željezne rude i klasifikacije

A. Janković, u Željezna ruda, 2015

8.3.3.1 Hidrociklonski separatori

Hidrociklon, koji se također naziva ciklon, je uređaj za klasifikaciju koji koristi centrifugalnu silu da ubrza stopu taloženja čestica kaše i odvoji čestice prema veličini, obliku i specifičnoj težini. Široko se koristi u industriji minerala, pri čemu je njegova glavna upotreba u preradi minerala kao klasifikator, koji se pokazao izuzetno efikasnim pri finim veličinama separacije. Široko se koristi u operacijama mljevenja zatvorenog kruga, ali je pronašao mnoge druge namjene, kao što su odstranjivanje, odgrizivanje i zgušnjavanje.

Tipičan hidrociklon (Slika 8.12a) sastoji se od konusnog oblika, otvorenog na vrhu ili donjeg toka, spojenog na cilindrični dio, koji ima tangencijalni ulaz za napajanje. Vrh cilindričnog dijela zatvoren je pločom kroz koju prolazi aksijalno postavljena preljevna cijev. Cev je produžena u telo ciklona kratkim, uklonjivim delom poznatim kao vortex finder, koji sprečava kratki spoj dovoda direktno u preliv. Sirovina se uvodi pod pritiskom kroz tangencijalni ulaz, koji daje vrtložno kretanje pulpi. Ovo stvara vrtlog u ciklonu, sa zonom niskog pritiska duž vertikalne ose, kao što je prikazano na slici 8.12b. Uzduž ose se razvija vazdušno jezgro, normalno povezano sa atmosferom kroz otvor na vrhu, ali delimično stvoreno otopljenim vazduhom koji izlazi iz rastvora u zoni niskog pritiska. Centrifugalna sila ubrzava brzinu taloženja čestica, čime se odvajaju čestice prema veličini, obliku i specifičnoj težini. Čestice koje se brže talože kreću se do zida ciklona, gdje je brzina najniža, i migriraju do otvora vrha (podliv). Zbog djelovanja sile otpora, čestice koje se sporije talože kreću se prema zoni niskog tlaka duž ose i nose se prema gore kroz vortex finder do preljeva.

Hidrocikloni se gotovo univerzalno koriste u krugovima za mljevenje zbog svog velikog kapaciteta i relativne efikasnosti. Oni takođe mogu klasifikovati u veoma širokom rasponu veličina čestica (obično 5-500 μm), pri čemu se jedinice manjeg prečnika koriste za finiju klasifikaciju. Međutim, primjena ciklona u krugovima za mljevenje magnetita može uzrokovati neučinkovit rad zbog razlike u gustoći između magnetita i otpadnih minerala (silicijum dioksid). Magnetit ima specifičnu gustinu od oko 5,15, dok silicijum ima specifičnu gustinu od oko 2,7. Uhidrocikloni, gusti minerali se odvajaju na finiji rez od lakših minerala. Stoga se oslobođeni magnetit koncentriše u donjem toku ciklona, sa posljedičnim premljevenjem magnetita. Napier-Munn et al. (2005) je primijetio da je odnos između korigirane veličine reza (d50c) i gustina čestica slijedi izraz sljedećeg oblika u zavisnosti od uslova strujanja i drugih faktora:

d50c∝ρs−ρl−n

gdjeρs je gustina čvrstih tijela,ρl je gustina tečnosti, inje između 0,5 i 1,0. To znači da uticaj mineralne gustine na performanse ciklona može biti prilično značajan. Na primjer, ako jed50c magnetita je 25 μm, a zatimd50c čestica silicijum dioksida biće 40-65 μm. Slika 8.13 prikazuje krivulje efikasnosti klasifikacije ciklona za magnetit (Fe3O4) i silicijum dioksid (SiO2) dobivene ispitivanjem kruga za mljevenje magnetita u industrijskom kugličnom mlinu. Razdvajanje veličine za silicijum je mnogo grublje, sa ad50c za Fe3O4 od 29 μm, dok je za SiO2 68 μm. Zbog ove pojave, mlinovi za mlevenje magnetita u zatvorenim krugovima sa hidrociklonima su manje efikasni i imaju manji kapacitet u poređenju sa drugim krugovima za mlevenje baznih metala.

Procesna tehnologija visokog pritiska: osnove i primjene

MJ Cocero PhD, u Biblioteci industrijske hemije, 2001

Uređaji za odvajanje čvrstih materija

•

Hidrociklon

Ovo je jedan od najjednostavnijih tipova separatora čvrstih materija. To je uređaj za odvajanje visoke efikasnosti i može se koristiti za efikasno uklanjanje čvrstih materija pri visokim temperaturama i pritiscima. Ekonomičan je jer nema pokretnih dijelova i zahtijeva malo održavanja.

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

Glavni nedostatak rada hidrociklona je sklonost nekih soli da prianjaju na zidove ciklona.

•

Unakrsna mikrofiltracija

Filteri sa poprečnim protokom ponašaju se na način sličan onom koji se obično opaža kod filtracije unakrsnog toka u uslovima okoline: povećane brzine smicanja i smanjena viskoznost fluida rezultiraju povećanim brojem filtrata. Unakrsna mikrofiltracija je primijenjena za odvajanje precipitiranih soli kao čvrstih tvari, dajući efikasnost odvajanja čestica koja obično prelazi 99,9%. Goemanset al.[30] proučavao je odvajanje natrijum nitrata iz superkritične vode. U uslovima istraživanja, natrijum nitrat je bio prisutan kao rastopljena so i bio je sposoban da prođe kroz filter. Dobivena je efikasnost razdvajanja koja je varirala s temperaturom, budući da se rastvorljivost smanjuje kako temperatura raste, u rasponu između 40% i 85%, za 400°C odnosno 470°C. Ovi radnici su objasnili mehanizam razdvajanja kao posljedicu izrazite propusnosti medija za filtriranje prema superkritičnom rastvoru, za razliku od rastaljene soli, na osnovu njihovih jasno različitih viskoziteta. Stoga bi bilo moguće ne samo filtrirati istaložene soli samo kao čvrste tvari, već i filtrirati one soli niske točke topljenja koje su u rastopljenom stanju.

Problemi u radu su uglavnom nastali zbog korozije filtera od soli.

Papir: reciklaža i reciklirani materijali

MR Doshi, JM Dyer, u Referentnom modulu iz nauke o materijalima i inženjerstva materijala, 2016.

3.3 Čišćenje

Čistači ilihidrocikloniukloniti zagađivače iz pulpe na osnovu razlike u gustini između zagađivača i vode. Ovi uređaji se sastoje od konusne ili cilindrično-konusne posude pod pritiskom u koju se pulpa dovodi tangencijalno na kraju velikog promjera (slika 6). Tokom prolaska kroz čistač, pulpa razvija vrtložni obrazac strujanja, sličan onom u ciklonu. Protok se rotira oko centralne ose dok prolazi od ulaza prema vrhu, ili otvoru ispod toka, duž unutrašnje strane zida čistača. Brzina rotacije se ubrzava kako se promjer konusa smanjuje. Blizu vrha vrha otvor malog prečnika sprečava ispuštanje većeg dela protoka koji se umesto toga rotira u unutrašnjem vrtlogu u jezgri čistača. Protok u unutrašnjem jezgru teče od otvora vrha sve dok se ne ispusti kroz pronalazač vrtloga, koji se nalazi na kraju velikog prečnika u centru čistača. Materijal veće gustine, koji je koncentrisan na zidu čistača usled centrifugalne sile, ispušta se na vrhu konusa (Bliss, 1994, 1997).

Sredstva za čišćenje se dijele na visoke, srednje ili niske gustoće ovisno o gustoći i veličini zagađivača koji se uklanjaju. Sredstvo za čišćenje velike gustine, prečnika u rasponu od 15 do 50 cm (6-20 in) koristi se za uklanjanje neravnog metala, spajalica i spajalica i obično se postavlja odmah iza pulpera. Kako se promjer čistača smanjuje, povećava se njegova efikasnost u uklanjanju malih zagađivača. Iz praktičnih i ekonomskih razloga, ciklon prečnika 75 mm (3 in) je generalno najmanji čistač koji se koristi u industriji papira.

Reverzni čistači i čistači za protok su dizajnirani da uklone zagađivače male gustine kao što su vosak, polistiren i lepkovi. Reverzni čistači su tako nazvani jer se tok prihvata skuplja na vrhu čistača, dok odbačeni izlaz izlazi na prelivu. U protočnom čistaču, prihvata i odbija izlaz na istom kraju čistača, sa prihvatama u blizini zida čistača odvojenim od otpada centralnom cijevi blizu jezgre čistača, kao što je prikazano na slici 7.

Kontinuirane centrifuge koje su se koristile 1920-ih i 1930-ih za uklanjanje pijeska iz pulpe prekinute su nakon razvoja hidrociklona. Gyroclean, razvijen u Centru Technique du Papier, Grenoble, Francuska, sastoji se od cilindra koji se rotira na 1200–1500 o/min (Bliss, 1997; Julien Saint Amand, 1998, 2002). Kombinacija relativno dugog vremena zadržavanja i visoke centrifugalne sile omogućava zagađivačima male gustine dovoljno vremena da migriraju u jezgro čistača gdje se odbacuju kroz centralno vrtložno pražnjenje.

MT Thew, u Encyclopedia of Separation Science, 2000

Sinopsis

Iako čvrsta-tečnahidrociklonje uspostavljena tokom većeg dela 20. veka, zadovoljavajuće performanse odvajanja tečnosti od tečnosti nisu se pojavile sve do 1980-ih. Industrija nafte 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 pokretne dijelove.

Nakon potpunijeg objašnjenja ove potrebe i poređenja sa ciklonskom separacijom čvrstog i tekućeg u preradi minerala, date su prednosti koje je hidrociklon dao u odnosu na tipove opreme instalirane ranije da bi ispunila dužnost.

Kriterijumi za procjenu učinka separacije navedeni su prije rasprave o performansama u smislu sastava hrane, 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. Navedeni su tipični materijali koji se koriste. Podaci o relativnim troškovima za tipove postrojenja za separaciju ulja, kapitalnih i periodičnih, su navedeni, iako su izvori rijetki. Na kraju, opisani su neki smjerovi za daljnji razvoj, budući da naftna industrija gleda na opremu instaliranu na morskom dnu ili čak na dnu bušotine.

Uzorkovanje, kontrola i balansiranje mase

Barry A. Wills, James A. Finch FRSC, FCIM, P.Eng., Willsova tehnologija obrade minerala (osmo izdanje), 2016.

3.7.1 Upotreba veličine čestica

Mnoge jedinice, kao nprhidrociklonii gravitacioni separatori, proizvode određeni stepen razdvajanja veličine i podaci o veličini čestica mogu se koristiti za balansiranje mase (Primjer 3.15).

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

Primjer 3.15 koristi ciklon kao čvor. Drugi čvor je rezervoar: ovo je primjer 2 ulaza (svježe napajanje i ispuštanje kugličnog mlina) i jednog izlaza (ciklonsko napajanje). Ovo daje još jednu ravnotežu mase (Primjer 3.16).

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

Vrijeme objave: 07.05.2019