Hydrocyklony

Popis

Hydrocyklonyjsou kono-cylindrického tvaru s tangenciálním vstupem přívodu do válcové sekce a výstupem na každé ose. Výstup na válcové sekci se nazývá vírový vyhledávač a zasahuje do cyklonu, aby se snížil zkratový tok přímo ze vstupu. Na kónickém konci je druhý výstup, hrdlo. Pro separaci podle velikosti jsou oba výstupy obecně otevřeny do atmosféry. Hydrocyklony jsou obecně provozovány vertikálně s hrdlem na spodním konci, proto se hrubý produkt nazývá spodní proud a jemný produkt, přičemž opouští vyhledávač vírů, přepad. Obrázek 1 schematicky ukazuje hlavní proudění a konstrukční vlastnosti typickéhohydrocyklon: dva víry, tangenciální přívod a axiální výstupy. S výjimkou bezprostřední oblasti tangenciálního vstupu má pohyb tekutiny v cyklonu radiální symetrii. Pokud jsou jeden nebo oba výstupy otevřeny do atmosféry, nízkotlaká zóna způsobí, že plynové jádro podél vertikální osy uvnitř vnitřního víru.

Princip činnosti je jednoduchý: kapalina nesoucí suspendované částice vstupuje do cyklonu tangenciálně, spirálovitě se stáčí dolů a vytváří odstředivé pole ve volném vírovém proudění. Větší částice se pohybují skrz tekutinu ven z cyklónu ve spirálovém pohybu a vystupují hrdlem se zlomkem kapaliny. Kvůli omezující oblasti čepu se vytvoří vnitřní vír, rotující ve stejném směru jako vnější vír, ale proudící nahoru, a opouští cyklón přes vyhledávač vírů a nese s sebou většinu kapaliny a jemnějších částic. Pokud je překročena kapacita čepu, vzduchové jádro se uzavře a vypouštění čepu se změní z deštníkového rozstřiku na „lano“ a ztráta hrubého materiálu přepadem.

Průměr válcové sekce je hlavní proměnnou ovlivňující velikost částic, které mohou být separovány, ačkoli výstupní průměry mohou být měněny nezávisle, aby se změnila dosažená separace. Zatímco první pracovníci experimentovali s cyklóny o průměru 5 mm, průměry komerčních hydrocyklonů se v současné době pohybují od 10 mm do 2,5 m, přičemž separační velikosti pro částice o hustotě 2700 kg m-3 jsou 1,5–300 μm, které se snižují se zvyšující se hustotou částic. Pokles provozního tlaku se pohybuje od 10 bar u malých průměrů do 0,5 bar u velkých jednotek. Chcete-li zvýšit kapacitu, několik malýchhydrocyklonymohou být rozdělovány z jednoho přívodního potrubí.

Ačkoli je princip činnosti jednoduchý, mnoho aspektů jejich činnosti je stále špatně pochopeno a výběr a předpověď hydrocyklonu pro průmyslový provoz jsou z velké části empirické.

Klasifikace

Barry A. Wills, James A. Finch FRSC, FCIM, P. Eng., ve Wills' Mineral Processing Technology (osmé vydání), 2016

9.4.3 Hydrocyklony versus obrazovky

Hydrocyklony se staly dominantní klasifikací při práci s jemnými částicemi v uzavřených mlecích okruzích (<200 µm). Nedávný vývoj v technologii sít (kapitola 8) však obnovil zájem o použití sít v mlecích okruzích. Síta se oddělují na základě velikosti a nejsou přímo ovlivněny hustotou rozptýlenou v krmných minerálech. To může být výhoda. Obrazovky také nemají podíl bypassu, a jak ukázal příklad 9.2, bypass může být poměrně velký (v tomto případě přes 30 %). Obrázek 9.8 ukazuje příklad rozdílu v rozdělovací křivce pro cyklónové síta. Údaje pocházejí z koncentrátoru El Brocal v Peru s vyhodnocením před a po nahrazení hydrocyklonů zařízením Derrick Stack Sizer® (viz kapitola 8) v mlecím okruhu (Dündar et al., 2014). V souladu s očekáváním mělo síto ve srovnání s cyklonem ostřejší separaci (sklon křivky je vyšší) a malý obtok. Zvýšení kapacity mlecího okruhu bylo hlášeno kvůli vyšším poruchám po implementaci síta. To bylo přisouzeno odstranění obtoku, snížení množství jemného materiálu zasílaného zpět do mlecích mlýnů, který má tendenci tlumit nárazy částice-částice.

Změna však není jen jedním ze způsobů: nedávným příkladem je přechod ze síta na cyklón, aby se využilo dodatečné zmenšení velikosti hustších výplatních minerálů (Sasseville, 2015).

Metalurgický proces a konstrukce

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

Hydrocyklony

Hydrocyklony jsou výhodnými jednotkami pro dimenzování nebo odlizování velkých objemů kejdy levně a protože zabírají velmi málo podlahové plochy nebo světlé výšky. Pracují nejúčinněji, jsou-li přiváděny při rovnoměrném průtoku a hustotě buničiny a používají se jednotlivě nebo ve skupinách k získání požadovaných celkových kapacit při požadovaných děleních. Dimenzování závisí na odstředivých silách generovaných vysokými tangenciálními rychlostmi proudění skrz jednotku. Primární vír tvořený přiváděnou kaší působí spirálovitě dolů kolem vnitřní stěny kužele. Pevné látky jsou vymrštěny směrem ven odstředivou silou, takže jak se buničina pohybuje směrem dolů, její hustota se zvyšuje. Vertikální složky rychlosti působí směrem dolů v blízkosti stěn kužele a nahoru v blízkosti osy. Méně hustá odstředivě oddělená slizová frakce je vytlačována nahoru přes vírový vyhledávač, aby prošla otvorem na horním konci kužele. Mezilehlá zóna nebo obálka mezi dvěma proudy má nulovou vertikální rychlost a odděluje hrubší pevné látky pohybující se dolů od jemnějších pevných látek pohybujících se nahoru. Převážná část toku prochází směrem nahoru v rámci menšího vnitřního víru a vyšší odstředivé síly vrhají větší z jemnějších částic ven, čímž poskytují účinnější separaci v jemnějších velikostech. Tyto částice se vracejí do vnějšího víru a znovu se hlásí k podávání přípravku.

Geometrie a provozní podmínky v rámci spirálového proudění typickéhohydrocyklonjsou popsány na obr. 8.13. Provozními proměnnými jsou hustota buničiny, rychlost přiváděného proudu, charakteristiky pevných látek, vstupní tlak přiváděného materiálu a pokles tlaku v cyklonu. Cyklonové proměnné jsou plocha vstupu nástřiku, průměr a délka detektoru víru a průměr vypouštění hrdla. Hodnotu součinitele odporu ovlivňuje také tvar; čím více se částice liší od sféricity, tím menší je její tvarový faktor a tím větší je její odpor usazování. Zóna kritického napětí se může rozšířit na některé částice zlata o velikosti až 200 mm a pečlivé sledování procesu klasifikace je proto nezbytné pro snížení nadměrné recyklace a výsledného hromadění slizu. Historicky, když se obnově 150 věnovala malá pozornostμm zlatých zrn, zdá se, že přenos zlata ve slizových frakcích byl z velké části zodpovědný za ztráty zlata, které byly zaznamenány jako vysoké až 40–60 % v mnoha operacích s rýžováním zlata.

Obrázek 8.14 (Warman Selection Chart) je předběžný výběr cyklónů pro separaci při různých velikostech D50 od 9–18 mikronů do 33–76 mikronů. Tento graf, stejně jako ostatní takové grafy cyklónového výkonu, je založen na pečlivě kontrolovaném posuvu specifického typu. Jako první vodítko pro výběr předpokládá obsah pevných látek 2 700 kg/m3 ve vodě. Cyklony s větším průměrem se používají k výrobě hrubých separací, ale pro správnou funkci vyžadují velké vstupní objemy. Jemné separace při vysokých objemech nástřiku vyžadují shluky cyklónů o malém průměru pracujících paralelně. Konečné parametry návrhu pro blízké dimenzování musí být stanoveny experimentálně a je důležité vybrat cyklon kolem středu rozsahu, aby bylo možné provést jakékoli drobné úpravy, které mohou být vyžadovány na začátku provozu.

Cyklon CBC (circulating bed) je prohlašován za to, že klasifikuje naplavené zlaté vstupní materiály až do průměru 5 mm a získává trvale vysokou dávku přípravku z podtoku. Oddělení probíhá přibližně vD50/150 mikronů na bázi oxidu křemičitého o hustotě 2,65. Proud CBC cyklonu je nárokován jako zvláště vhodný pro oddělování pomocí přípravků, protože má relativně hladkou křivku distribuce velikosti a téměř úplné odstranění jemných odpadních částic. Ačkoli se však tvrdí, že tento systém produkuje vysoce kvalitní primární koncentrát ekvivalentních těžkých minerálů v jednom průchodu z krmiva s relativně dlouhou velikostí (např. minerálních písků), pro aluviální krmný materiál obsahující jemné a vločkovité zlato nejsou k dispozici žádné takové údaje o výkonu. . Tabulka 8.5 uvádí technické údaje pro AKWhydrocyklonypro hraniční body mezi 30 a 100 mikrony.

Tabulka 8.5. Technické údaje pro hydrocyklony AKW

Typ (KRS)	Průměr (mm)	Pokles tlaku	Kapacita		Bod řezu (mikrometry)
Typ (KRS)	Průměr (mm)	Pokles tlaku	Kejda (m3/h)	Pevné látky (t/h max.).	Bod řezu (mikrometry)
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

Vývoj technologií drcení a klasifikace železné rudy

A. Jankovič, v Železné Rudě, 2015

8.3.3.1 Hydrocyklonové odlučovače

Hydrocyklon, také označovaný jako cyklon, je klasifikační zařízení, které využívá odstředivou sílu k urychlení rychlosti usazování částic kalu a separaci částic podle velikosti, tvaru a specifické hmotnosti. Je široce používán v průmyslu nerostů, přičemž jeho hlavní použití při zpracování minerálů je jako klasifikátor, který se ukázal jako extrémně účinný při jemných separačních velikostech. Je široce používán v operacích broušení s uzavřeným okruhem, ale našel mnoho dalších použití, jako je odvápňování, odsypávání a zahušťování.

Typický hydrocyklon (obrázek 8.12a) sestává z kónicky tvarované nádoby, otevřené na svém vrcholu, nebo spodního toku, spojené s válcovou částí, která má tangenciální vstupní vstup. Vršek válcové části je uzavřen deskou, kterou prochází axiálně uložená přepadová trubka. Potrubí je prodlouženo do těla cyklonu krátkou, odnímatelnou částí známou jako vírový vyhledávač, která zabraňuje zkratování krmiva přímo do přepadu. Krmivo se zavádí pod tlakem tangenciálním vstupem, který uděluje buničině vířivý pohyb. To vytváří vír v cyklonu s nízkotlakou zónou podél vertikální osy, jak je znázorněno na obrázku 8.12b. Podél osy se vyvíjí vzduchové jádro, které je normálně spojeno s atmosférou skrz vrcholový otvor, ale zčásti vytvořené rozpuštěným vzduchem vycházejícím z roztoku v zóně nízkého tlaku. Odstředivá síla urychluje rychlost usazování částic, čímž se částice oddělují podle velikosti, tvaru a specifické hmotnosti. Rychleji se usazující částice se pohybují ke stěně cyklónu, kde je rychlost nejnižší, a migrují do apexového otvoru (podtečení). Působením unášecí síly se pomaleji se usazující částice pohybují směrem k zóně nízkého tlaku podél osy a jsou unášeny směrem nahoru přes vyhledávač vírů k přepadu.

Hydrocyklony jsou téměř univerzálně používány v mlecích okruzích kvůli jejich vysoké kapacitě a relativní účinnosti. Mohou také klasifikovat ve velmi širokém rozsahu velikostí částic (typicky 5–500 μm), jednotky s menším průměrem se používají pro jemnější klasifikaci. Použití cyklonu v okruzích mletí magnetitu však může způsobit neefektivní provoz kvůli rozdílu hustoty mezi magnetitem a odpadními minerály (oxid křemičitý). Magnetit má specifickou hustotu asi 5,15, zatímco oxid křemičitý má specifickou hustotu asi 2,7. Vhydrocyklony, husté minerály se oddělují při jemnějším řezu než lehčí minerály. Proto se uvolněný magnetit soustřeďuje v podtoku cyklonu s následným přebroušením magnetitu. Napier-Munn a kol. (2005) poznamenali, že vztah mezi korigovanou velikostí řezu (d50c) a hustota částic následuje vyjádření následující formy v závislosti na podmínkách proudění a dalších faktorech:

d50c∝ρs−ρl−n

kdeρs je hustota pevných látek,ρl je hustota kapaliny anje mezi 0,5 a 1,0. To znamená, že vliv hustoty minerálů na výkon cyklonu může být poměrně významný. Například, pokudd50c magnetitu je 25 μm, pakd50c částic oxidu křemičitého bude 40–65 μm. Obrázek 8.13 ukazuje křivky účinnosti cyklónové klasifikace pro magnetit (Fe3O4) a oxid křemičitý (SiO2) získané z průzkumu průmyslového kulového mlýnu na magnetitový mlecí okruh. Rozdělení podle velikosti pro oxid křemičitý je mnohem hrubší, s ad50c pro Fe3O4 29 μm, zatímco pro SiO2 je 68 μm. V důsledku tohoto jevu jsou magnetitové mlecí mlýny v uzavřených okruzích s hydrocyklony méně účinné a mají nižší kapacitu ve srovnání s jinými mlecími okruhy základních kovů.

Vysokotlaká procesní technologie: Základy a aplikace

MJ Cocero PhD, v knihovně průmyslové chemie, 2001

Zařízení na separaci pevných látek

•

Hydrocyklon

Jedná se o jeden z nejjednodušších typů separátorů pevných látek. Jedná se o vysoce účinné separační zařízení a lze jej použít k účinnému odstranění pevných látek při vysokých teplotách a tlacích. Je ekonomický, protože nemá žádné pohyblivé části a vyžaduje minimální údržbu.

Účinnost separace pevných látek je silnou funkcí velikosti částic a teploty. Hrubá účinnost separace blízko 80 % je dosažitelná pro oxid křemičitý a teploty nad 300 °C, zatímco ve stejném teplotním rozsahu je hrubá účinnost separace pro hustší zirkonové částice větší než 99 % [29].

Hlavním handicapem provozu hydrocyklonu je tendence některých solí ulpívat na stěnách cyklonu.

•

Křížová mikrofiltrace

Filtry s příčným tokem se chovají podobným způsobem, jaký je běžně pozorován při filtraci s příčným tokem za okolních podmínek: zvýšené smykové rychlosti a snížená viskozita tekutiny vedou ke zvýšenému počtu filtrátu. Křížová mikrofiltrace byla použita k separaci vysrážených solí jako pevných látek, přičemž účinnost separace částic typicky přesahovala 99,9 %. Goemansa kol.[30] studovali separaci dusičnanu sodného z nadkritické vody. Za podmínek studie byl dusičnan sodný přítomen jako roztavená sůl a byl schopen projít filtrem. Byly získány účinnosti separace, které se měnily s teplotou, protože rozpustnost klesá s rostoucí teplotou, v rozmezí mezi 40 % a 85 %, pro 400 °C, respektive 470 °C. Tito pracovníci vysvětlili separační mechanismus jako důsledek zřetelné propustnosti filtračního média směrem k nadkritickému roztoku, na rozdíl od roztavené soli, na základě jejich jasně odlišných viskozit. Proto by bylo možné nejen filtrovat vysrážené soli pouze jako pevné látky, ale také filtrovat ty soli s nízkou teplotou tání, které jsou v roztaveném stavu.

Provozní potíže byly způsobeny především korozí filtru solemi.

Papír: Recyklace a recyklované materiály

MR Doshi, JM Dyer, v referenčním modulu v materiálové vědě a materiálovém inženýrství, 2016

3.3 Čištění

Čističe popřhydrocyklonyodstranit kontaminanty z buničiny na základě rozdílu hustoty mezi kontaminantem a vodou. Tato zařízení se skládají z kuželové nebo cylindrokónické tlakové nádoby, do které je buničina přiváděna tangenciálně na konci s velkým průměrem (obrázek 6). Během průchodu čističem buničina vyvine vzor vírového proudění, podobný vzoru cyklónu. Proud se otáčí kolem centrální osy, když prochází pryč od vstupu a směrem k vrcholu neboli spodnímu otvoru, podél vnitřku stěny čističe. Rotační rychlost proudění se zrychluje se zmenšujícím se průměrem kužele. V blízkosti apexového konce malý průměr otvoru brání vypouštění většiny proudu, který se místo toho otáčí ve vnitřním víru v jádru čističe. Proud ve vnitřním jádru odtéká z otvoru vrcholu, dokud nevytéká přes hledač vírů, umístěný na konci s velkým průměrem ve středu čističe. Materiál s vyšší hustotou, který byl koncentrován na stěně čističe v důsledku odstředivé síly, je vypouštěn na vrcholu kužele (Bliss, 1994, 1997).

Čističe jsou klasifikovány jako vysoká, střední nebo nízká hustota v závislosti na hustotě a velikosti odstraňovaných nečistot. Čistič s vysokou hustotou s průměrem v rozmezí od 15 do 50 cm (6–20 palců) se používá k odstranění kovového odpadu, kancelářských spon a svorek a je obvykle umístěn bezprostředně za rozvlákňovačem. Se snižujícím se průměrem čističe se zvyšuje jeho účinnost při odstraňování malých nečistot. Z praktických a ekonomických důvodů je cyklon o průměru 75 mm (3 palce) obecně nejmenší čistič používaný v papírenském průmyslu.

Reverzní čističe a průtokové čističe jsou navrženy tak, aby odstraňovaly nečistoty s nízkou hustotou, jako je vosk, polystyren a lepkavé látky. Zpětné čističe jsou tak pojmenovány, protože přijatý proud je shromažďován na vrcholu čističe, zatímco odpad vystupuje přepadem. V průtočném čističi výstupy akceptorů a výplivů na stejném konci čističe, s příjmy poblíž stěny čističe oddělenými od výplivů centrální trubkou poblíž jádra čističe, jak je znázorněno na obrázku 7.

Kontinuální odstředivky používané ve 20. a 30. letech 20. století k odstraňování písku z buničiny byly ukončeny po vývoji hydrocyklonů. Gyroclean, vyvinutý v Centre Technique du Papier, Grenoble, Francie, se skládá z válce, který se otáčí rychlostí 1200–1500 ot./min (Bliss, 1997; Julien Saint Amand, 1998, 2002). Kombinace relativně dlouhé doby zdržení a vysoké odstředivé síly umožňuje kontaminantům s nízkou hustotou dostatek času na to, aby migrovaly do jádra čističe, kde jsou odváděny středovým vírovým výbojem.

MT Thew, v Encyclopedia of Separation Science, 2000

Synopse

I když tuhá látka – kapalinahydrocyklonbyla zavedena po většinu 20. století, uspokojivý výkon separace kapalina–kapalina se dostavil až v 80. letech 20. století. Pobřežní ropný průmysl potřeboval kompaktní, robustní a spolehlivé zařízení pro odstraňování jemně rozptýleného kontaminujícího oleje z vody. Tuto potřebu uspokojil výrazně odlišný typ hydrocyklonu, který samozřejmě neměl žádné pohyblivé části.

Po podrobnějším vysvětlení této potřeby a jejím srovnání s cyklónovou separací pevná látka-kapalina při zpracování nerostů jsou uvedeny výhody, které hydrocyklon poskytoval oproti typům zařízení instalovaných dříve, aby splnilo povinnost.

Kritéria hodnocení výkonu separace jsou uvedena před projednáním výkonu z hlediska složení krmiva, ovládání operátora a požadované energie, tj. součinu poklesu tlaku a průtoku.

Prostředí pro těžbu ropy stanoví určitá omezení pro materiály, mezi které patří problém eroze částic. Jsou uvedeny typické používané materiály. Jsou nastíněny údaje o relativních nákladech pro typy zařízení na separaci oleje, kapitálové i opakované, i když zdroje jsou řídké. Nakonec jsou popsány některé ukazatele dalšího vývoje, protože ropný průmysl se zaměřuje na zařízení instalovaná na mořském dně nebo dokonce na dně vrtu.

Odběr vzorků, kontrola a vyvažování hmotnosti

Barry A. Wills, James A. Finch FRSC, FCIM, P. Eng., ve Wills' Mineral Processing Technology (osmé vydání), 2016

3.7.1 Použití velikosti částic

Mnoho jednotek, jako napřhydrocyklonya gravitační separátory, vytvářejí určitý stupeň separace podle velikosti a data o velikosti částic lze použít pro hmotnostní vyvažování (příklad 3.15).

Příklad 3.15 je příkladem minimalizace nevyváženosti uzlů; poskytuje například počáteční hodnotu pro zobecněnou minimalizaci nejmenších čtverců. Tento grafický přístup lze použít, kdykoli existuje „nadbytek“ dat komponent; v příkladu 3.9 to mohlo být použito.

Příklad 3.15 používá jako uzel cyklon. Druhým uzlem je jímka: toto je příklad 2 vstupů (čerstvé krmivo a kulový mlýn) a jednoho výstupu (cyklónové napájení). Tím získáme další hmotnostní bilanci (příklad 3.16).

V kapitole 9 se vrátíme k tomuto příkladu mlecího okruhu pomocí upravených dat pro určení cyklónové rozdělovací křivky.

Čas odeslání: květen-07-2019