Hüdrotsüklonid

Kirjeldus

Hüdrotsüklonidon silindrilise kujuga, tangentsiaalse sisselaskeavaga silindrilises sektsioonis ja väljalaskeavaga igal teljel. Silindrilise sektsiooni väljalaskeava nimetatakse keeriseotsijaks ja see ulatub tsüklonisse, et vähendada lühisevoolu otse sisselaskeavast. Koonilises otsas on teine väljalaskeava, toru. Suuruse eraldamiseks on mõlemad väljalaskeavad üldiselt avatud atmosfäärile. Hüdrotsükloneid käitatakse tavaliselt vertikaalselt, toru alumises otsas, seetõttu nimetatakse jämedat saadust allavooluks ja peenproduktiks, jättes keeriseotsija ülevooluks. Joonisel 1 on skemaatiliselt kujutatud tüüpilise põhivoolu ja konstruktsiooniomadusedhüdrotsüklon: kaks keerist, tangentsiaalne etteande sisselaskeava ja aksiaalsed väljalaskeavad. Välja arvatud tangentsiaalse sisselaskeava vahetu piirkond, on vedeliku liikumisel tsüklonis radiaalne sümmeetria. Kui üks või mõlemad väljalaskeavad on atmosfäärile avatud, põhjustab madalrõhutsoon gaasisüdamiku piki vertikaaltelge sisemise keerise sees.

Tööpõhimõte on lihtne: hõljuvaid osakesi kandev vedelik siseneb tangentsiaalselt tsüklonisse, liigub spiraalselt allapoole ja tekitab vabas keerisvoolus tsentrifugaalvälja. Suuremad osakesed liiguvad läbi vedeliku spiraalsel liikumisel tsükloni välisküljele ja väljuvad koos osa vedelikust läbi toru. Toru piirava ala tõttu tekib välimise keerisega samas suunas pöörlev, kuid ülespoole voolav sisemine keeris, mis väljub tsüklonist läbi keeriseotsija, kandes endaga kaasa suurema osa vedelikust ja peenematest osakestest. Kui toru läbilaskevõime on ületatud, suletakse õhusüdamik ja toru väljavool muutub vihmavarjukujulisest pihust "köieks" ja jämeda materjali kadu ülevooluks.

Silindrilise sektsiooni läbimõõt on peamine muutuja, mis mõjutab eraldatavate osakeste suurust, kuigi väljalaskeava läbimõõtu saab sõltumatult muuta, et muuta saavutatud eraldumist. Kui varased töötajad katsetasid nii väikeste kui 5 mm läbimõõduga tsüklonitega, siis kaubanduslike hüdrotsüklonite läbimõõt on praegu vahemikus 10 mm kuni 2,5 m, kusjuures 2700 kg m−3 osakeste eraldussuurused on 1,5–300 μm, vähenedes osakeste tiheduse suurenemisega. Töörõhu langus ulatub 10 baarist väikese läbimõõduga kuni 0,5 baarini suurte seadmete puhul. Võimsuse suurendamiseks mitu väikesthüdrotsüklonidvõib jaotada ühest toiteliinist.

Kuigi tööpõhimõte on lihtne, on paljud nende toimimise aspektid endiselt halvasti mõistetavad ning hüdrotsüklonite valik ja prognoosimine tööstuslikuks kasutamiseks on suures osas empiirilised.

Klassifikatsioon

Barry A. Wills, James A. Finch FRSC, FCIM, P.Eng., Willsi mineraalide töötlemise tehnoloogia (kaheksas väljaanne), 2016

9.4.3 Hüdrotsüklonid versus ekraanid

Hüdrotsüklonid on klassifikatsioonis domineerima hakanud, kui käsitletakse peente osakeste suurust suletud jahvatusahelates (<200 µm). Hiljutised arengud sõelatehnoloogias (8. peatükk) on aga tekitanud taas huvi ekraanide kasutamise vastu lihvimisahelates. Sõelad eralduvad suuruse alusel ja neid ei mõjuta otseselt söödamineraalides leviv tihedus. See võib olla eelis. Ekraanidel puudub ka möödaviigufraktsioon ja nagu näide 9.2 on näidanud, võib möödaviik olla üsna suur (sel juhul üle 30%). Joonisel 9.8 on näide tsüklonite ja ekraanide jaotuskõvera erinevusest. Andmed pärinevad Peruus asuvast El Brocali kontsentraatorist koos hinnangutega enne ja pärast hüdrotsüklonite asendamist Derrick Stack Sizer®-iga (vt 8. peatükk) jahvatusringis (Dündar et al., 2014). Ootuspäraselt oli ekraanil võrreldes tsükloniga teravam eraldus (kõvera kalle suurem) ja vähe möödaviik. Teatati lihvimisahela võimsuse suurenemisest, kuna pärast ekraani kasutuselevõttu tekkis suurem purunemismäär. Selle põhjuseks oli möödaviigu kõrvaldamine, vähendades jahvatusveskidesse tagasi saadetud peene materjali hulka, mis kipub osakeste ja osakeste lööke pehmendama.

Üleminek ei ole siiski üks viis: hiljutine näide on üleminek ekraanilt tsüklonile, et kasutada ära tihedamate tasuliste mineraalide suuruse täiendavat vähendamist (Sasseville, 2015).

Metallurgia protsess ja disain

Eoin H. Macdonald, Gold Exploration and Evaluation käsiraamat, 2007

Hüdrotsüklonid

Hüdrotsüklonid on eelistatud seadmed suurte lägamahtude suuruse määramiseks või eemaldamiseks odavalt ja kuna need võtavad väga vähe põranda- või pearuumi. Need töötavad kõige tõhusamalt siis, kui neid toidetakse ühtlase voolukiiruse ja tselluloosi tihedusega ning neid kasutatakse üksikult või rühmitatuna, et saada soovitud koguvõimsust nõutavatel jaotustel. Suuruse määramise võimalused sõltuvad tsentrifugaaljõududest, mis tekivad suure tangentsiaalse voolukiiruse tõttu läbi seadme. Sissetulevast lägast moodustatud esmane keeris toimib spiraalselt allapoole ümber koonuse siseseina. Tahked ained paiskuvad tsentrifugaaljõu toimel väljapoole, nii et kui paberimass liigub allapoole, suureneb selle tihedus. Kiiruse vertikaalsed komponendid toimivad koonuse seinte lähedal allapoole ja telje lähedal ülespoole. Vähem tihe tsentrifugaalselt eraldatud limafraktsioon surutakse läbi keeriseotsija ülespoole, et väljuda läbi koonuse ülemises otsas oleva avause. Vahevöönd või mähis kahe voolu vahel on nulli vertikaalse kiirusega ja eraldab allapoole liikuvad jämedamad tahked ained ülespoole liikuvatest peenematest tahketest ainetest. Suurem osa voolust liigub väiksemas sisemises keerises ülespoole ja suuremad tsentrifugaaljõud paiskavad suuremad peenemad osakesed väljapoole, tagades seeläbi tõhusama eraldamise peenemates suurustes. Need osakesed pöörduvad tagasi välimisse keerisesse ja annavad veel kord aru rakise etteandele.

Tüüpilise spiraalse voolumustri geomeetria ja töötingimusedhüdrotsüklonon kirjeldatud joonisel 8.13. Töötavad muutujad on tselluloosi tihedus, etteande voolukiirus, tahkete ainete omadused, toite sisselaskerõhk ja rõhulang läbi tsükloni. Tsükloni muutujad on etteande sisselaskeava pindala, keeriseotsija läbimõõt ja pikkus ning toru väljalaske läbimõõt. Tõmbeteguri väärtust mõjutab ka kuju; mida rohkem osakese sfäärilisus erineb, seda väiksem on selle kujutegur ja seda suurem on settimistakistus. Kriitiline stressitsoon võib ulatuda mõnele kuni 200 mm suurusele kullaosakesele ja seetõttu on klassifitseerimisprotsessi hoolikas jälgimine ülioluline, et vähendada liigset ringlussevõttu ja sellest tulenevat lima kogunemist. Ajalooliselt, kui 150 taastumisele pöörati vähe tähelepanuμm kullateradest, näib, et kulla ülekandumine limafraktsioonidesse on suures osas põhjustanud kullakadusid, mis registreeriti paljude kulla paigutamise operatsioonide käigus koguni 40–60%.

Joonis 8.14 (Warmani valikutabel) on esialgne valik tsüklonitest, mis on mõeldud eraldumiseks erinevate D50 suuruste korral vahemikus 9–18 mikronist kuni 33–76 mikronini. See diagramm, nagu ka teised sellised tsüklonite toimivuse diagrammid, põhineb konkreetset tüüpi hoolikalt kontrollitud söödal. See eeldab, et kuivainesisaldus vees on 2700 kg/m3, mis on esimene valikujuht. Suurema läbimõõduga tsükloneid kasutatakse jämedate eralduste tegemiseks, kuid nende nõuetekohaseks toimimiseks on vaja suuri toitemahtusid. Suure toitemahu korral peeneraldamiseks on vaja väikese läbimõõduga tsüklonite klastreid, mis töötavad paralleelselt. Lõplikud disainiparameetrid tihedaks suuruse määramiseks tuleb määrata katseliselt ja oluline on valida tsüklon umbes vahemiku keskpaigast, et töö alguses saaks teha kõik vajalikud väiksemad kohandused.

Väidetavalt klassifitseerib CBC (tsirkuleeriva kihi) tsüklon kuni 5 mm läbimõõduga alluviaalse kulla toitematerjali ja saavutab alavoolust püsivalt kõrge rakise. Eraldamine toimub ligikaudu kellD50/150 mikronit ränidioksiidil, mille tihedus on 2,65. Väidetavalt on CBC tsükloni alavool eriti sobiv rakise eraldamiseks selle suhteliselt sujuva suuruse jaotuskõvera ja peente jäätmeosakeste peaaegu täieliku eemaldamise tõttu. Siiski, kuigi väidetavalt toodab see süsteem ühe käiguga kõrgekvaliteedilist primaarset kontsentraati samaväärsetest rasketest mineraalidest suhteliselt pika suurusega söödast (nt mineraalliivad), pole peent ja helbelist kulda sisaldava alluviaalse söödamaterjali kohta selliseid toimivusnäitajaid saadaval. . Tabelis 8.5 on toodud AKW tehnilised andmedhüdrotsüklonid30 kuni 100 mikroni piiride jaoks.

Tabel 8.5. AKW hüdrotsüklonite tehnilised andmed

Tüüp (KRS)	Läbimõõt (mm)	Rõhu langus	Mahutavus		Lõikepunkt (mikronid)
Tüüp (KRS)	Läbimõõt (mm)	Rõhu langus	Läga (m3/h)	Tahked ained (t/h max).	Lõikepunkt (mikronid)
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

Rauamaagi peenestamise ja klassifitseerimise tehnoloogiate arengud

A. Jankovic, raamatus Rauamaak, 2015

8.3.3.1 Hüdrotsüklonseparaatorid

Hüdrotsüklon, mida nimetatakse ka tsükloniks, on klassifitseerimisseade, mis kasutab tsentrifugaaljõudu, et kiirendada lägaosakeste settimise kiirust ja eraldada osakesi vastavalt suurusele, kujule ja erikaalule. Seda kasutatakse laialdaselt mineraalide tööstuses, selle peamine kasutusala mineraalide töötlemisel on klassifitseerija, mis on osutunud väga tõhusaks peeneraldussuuruste korral. Seda kasutatakse laialdaselt suletud ahelaga lihvimisoperatsioonides, kuid see on leidnud palju muid kasutusviise, nagu lima eemaldamine, määrde eemaldamine ja paksendamine.

Tüüpiline hüdrotsüklon (joonis 8.12a) koosneb koonusekujulisest anumast, mis on avatud tipust või allvoolust ja mis on ühendatud silindrilise sektsiooniga, millel on tangentsiaalne sisselaskeava. Silindrilise sektsiooni ülaosa on suletud plaadiga, mille kaudu läbib aksiaalselt paigaldatud ülevoolutoru. Toru pikendatakse tsükloni korpusesse lühikese eemaldatava osaga, mida tuntakse keeriseotsijana, mis hoiab ära toite lühise otse ülevoolu. Toide sisestatakse rõhu all läbi tangentsiaalse sisendi, mis annab paberimassile pöörleva liikumise. See tekitab tsüklonis keerise, mille vertikaalteljel on madalrõhuala, nagu on näidatud joonisel 8.12b. Piki telge tekib õhusüdamik, mis on tavaliselt tipuava kaudu atmosfääriga ühendatud, kuid osaliselt tekib lahustunud õhu tõttu, mis väljub lahusest madala rõhu tsoonis. Tsentrifugaaljõud kiirendab osakeste settimise kiirust, eraldades seeläbi osakesed suuruse, kuju ja erikaalu järgi. Kiiremini settivad osakesed liiguvad tsükloni seinale, kus kiirus on väikseim, ja rändavad tipu avausse (alavool). Tõmbejõu toimel liiguvad aeglasemalt settivad osakesed piki telge madala rõhu tsooni suunas ja kantakse läbi keeriseotsija ülespoole ülevooluni.

Hüdrotsükloneid kasutatakse lihvimisahelates nende suure võimsuse ja suhtelise efektiivsuse tõttu peaaegu üldiselt. Nad võivad klassifitseerida ka väga laias osakeste suuruse vahemikus (tavaliselt 5–500 μm), peenemaks klassifitseerimiseks kasutatakse väiksema läbimõõduga ühikuid. Kuid tsükloni kasutamine magnetiidi jahvatusahelates võib magnetiidi ja mineraalide (ränidioksiid) tiheduse erinevuse tõttu põhjustada ebaefektiivset tööd. Magnetiidi eritihedus on umbes 5,15, ränidioksiidi eritihedus on aga umbes 2,7. sissehüdrotsüklonid, eralduvad tihedad mineraalid peenema lõikega kui kergemad mineraalid. Seetõttu koondub vabanenud magnetiit tsükloni allavoolu, mille tagajärjel magnetiit lihvitakse üle. Napier-Munn et al. (2005) märkis, et korrigeeritud lõikesuuruse (d50c) ja osakeste tihedus järgib voolutingimustest ja muudest teguritest sõltuvalt järgmist vormi:

d50c∝ρs−ρl−n

kusρs on tahkete ainete tihedus,ρl on vedeliku tihedus janon vahemikus 0,5 kuni 1,0. See tähendab, et mineraalse tiheduse mõju tsükloni jõudlusele võib olla üsna märkimisväärne. Näiteks kuid50c magnetiidist on 25 μm, siisd50c ränidioksiidi osakesi on 40–65 μm. Joonisel 8.13 on kujutatud magnetiidi (Fe3O4) ja ränidioksiidi (SiO2) tsüklonite klassifitseerimise efektiivsuse kõveraid, mis on saadud tööstusliku kuulveski magnetiidi jahvatusahela uuringust. Ränidioksiidi suuruseraldus on palju jämedam, ad50c Fe3O4 puhul 29 μm, samas kui SiO2 puhul on 68 μm. Selle nähtuse tõttu on hüdrotsüklonitega suletud ahelates magnetiidi jahvatusveskid vähem tõhusad ja väiksema võimsusega võrreldes teiste mitteväärismetallist jahvatusahelatega.

Kõrgsurveprotsessi tehnoloogia: põhialused ja rakendused

MJ Cocero PhD tööstuskeemia raamatukogus, 2001

Tahkete ainete eraldamise seadmed

•

Hüdrotsüklon

See on üks lihtsamaid tahkete ainete eraldajate tüüpe. See on kõrge efektiivsusega eraldusseade ja seda saab kasutada tahkete ainete tõhusaks eemaldamiseks kõrgel temperatuuril ja rõhul. See on ökonoomne, kuna sellel pole liikuvaid osi ja see vajab vähe hooldust.

Tahkete ainete eraldamise efektiivsus sõltub tugevalt osakeste suurusest ja temperatuurist. Ränidioksiidi ja üle 300 °C temperatuuride puhul on saavutatav 80% eraldusefektiivsus, samas kui samas temperatuurivahemikus on tihedamate tsirkoonosakeste eraldusefektiivsus suurem kui 99% [29].

Hüdrotsükloni töö peamiseks puuduseks on mõnede soolade kalduvus tsükloni seintele kinnituda.

•

Rist mikrofiltreerimine

Ristvoolufiltrid käituvad sarnaselt sellele, mida tavaliselt täheldatakse ristvoolufiltrimisel ümbritseva keskkonna tingimustes: suurenenud nihkekiirus ja vähenenud vedeliku viskoossus põhjustavad filtraatide arvu suurenemist. Sadestunud soolade kui tahkete ainete eraldamiseks on rakendatud ristmikrofiltreerimist, mille tulemusena on osakeste eraldamise efektiivsus tavaliselt üle 99,9%. Goemanset al.[30] uuris naatriumnitraadi eraldumist ülekriitilisest veest. Uuringu tingimustes esines naatriumnitraat sulasoolana ja oli võimeline filtrit läbima. Saadi eraldusefektiivsused, mis varieerusid sõltuvalt temperatuurist, kuna lahustuvus väheneb temperatuuri tõustes, jäädes vastavalt 40% ja 85% vahele 400 °C ja 470 °C puhul. Need töötajad selgitasid eraldusmehhanismi filtreerimiskeskkonna erilise läbilaskvuse tõttu ülekriitilise lahuse suhtes, mitte sulasoola suhtes, lähtudes nende selgelt eristuvast viskoossusest. Seetõttu oleks võimalik mitte ainult filtreerida sadestunud sooli kui tahkeid aineid, vaid filtreerida ka neid madala sulamistemperatuuriga sooli, mis on sulas olekus.

Tööprobleemid olid peamiselt tingitud filtrite korrosioonist soolade poolt.

Paber: ringlussevõtt ja taaskasutatud materjalid

MR Doshi, JM Dyer, materjaliteaduse ja materjalitehnika võrdlusmoodulis, 2016

3.3 Puhastamine

Puhastusvahendid võihüdrotsüklonideemaldada paberimassist saasteained saasteaine ja vee tiheduse erinevuse alusel. Need seadmed koosnevad koonus- või silindrilis-koonusjas surveanumast, millesse söödetakse paberimass tangentsiaalselt suure läbimõõduga otsast (joonis 6). Puhastit läbides tekib paberimassil tsükloniga sarnane keerisvoolumuster. Voog pöörleb ümber kesktelje, kui see liigub sisselaskeavast eemale ja piki puhasti seina sisekülge tipu ehk alavooluava poole. Pöörlemisvoolu kiirus kiireneb, kui koonuse läbimõõt väheneb. Tipu otsa lähedal olev väikese läbimõõduga ava takistab suurema osa voolust väljumist, mis selle asemel pöörleb puhasti südamikus sisemises keerises. Sisemise südamiku vool voolab tipuavast eemale, kuni see väljub läbi keeriseotsija, mis asub puhasti suure läbimõõduga otsas. Suurema tihedusega materjal, mis on tsentrifugaaljõu toimel koondunud puhasti seinale, väljub koonuse tipust (Bliss, 1994, 1997).

Sõltuvalt eemaldatavate saasteainete tihedusest ja suurusest liigitatakse puhastusvahendid suure, keskmise või madala tihedusega. Metalli, kirjaklambrite ja klambrite eemaldamiseks kasutatakse suure tihedusega puhastusvahendit, mille läbimõõt on vahemikus 15–50 cm (6–20 tolli), ning see asetatakse tavaliselt vahetult paberimassi järele. Kui puhasti läbimõõt väheneb, suureneb selle tõhusus väikese suurusega saasteainete eemaldamisel. Praktilistel ja majanduslikel põhjustel on 75 mm (3 tolli) läbimõõduga tsüklon üldiselt väikseim paberitööstuses kasutatav puhastusvahend.

Pöördpuhastusvahendid ja läbivoolupuhastusvahendid on mõeldud madala tihedusega saasteainete, nagu vaha, polüstüreen ja kleepuvad eemaldamiseks. Tagurpidipuhastid on saanud sellise nime, kuna vastuvõetav vool kogutakse puhasti tippu, samal ajal kui jäätmed väljuvad ülevoolust. Läbivoolupuhastis on vastuvõtvad ja hülgavad väljundid puhasti samas otsas, kusjuures puhasti seina lähedal olevad aktseptid on eraldatud jäätmetest puhasti südamiku lähedal asuva keskse toruga, nagu on näidatud joonisel 7.

1920. ja 1930. aastatel paberimassist liiva eemaldamiseks kasutatud pidevad tsentrifuugid lõpetati pärast hüdrotsüklonite väljatöötamist. Prantsusmaal Grenoble'is Center Technique du Papier'is välja töötatud Gyroclean koosneb silindrist, mis pöörleb 1200–1500 p/min (Bliss, 1997; Julien Saint Amand, 1998, 2002). Suhteliselt pika viibimisaja ja suure tsentrifugaaljõu kombinatsioon võimaldab madala tihedusega saasteainetel piisavalt aega migreeruda puhasti südamikusse, kus need lükatakse läbi keerise keskväljavoolu.

MT Thew, Encyclopedia of Separation Science, 2000

Sisukokkuvõte

Kuigi tahke-vedelikhüdrotsüklonon loodud suurema osa 20. sajandist, saavutati rahuldav vedelik-vedelik eraldusvõime alles 1980. aastatel. Avamere naftatööstusel oli vajadus kompaktsete, tugevate ja töökindlate seadmete järele peenestatud saasteõli veest eemaldamiseks. Seda vajadust rahuldas oluliselt erinevat tüüpi hüdrotsüklon, millel loomulikult polnud liikuvaid osi.

Pärast selle vajaduse põhjalikumat selgitamist ja selle võrdlemist tahke-vedeliku tsüklonaalse eraldamisega mineraalide töötlemisel ilmnevad eelised, mida hüdrotsüklon andis kohustuse täitmiseks varem paigaldatud seadmete suhtes.

Eraldamise jõudluse hindamise kriteeriumid on loetletud enne jõudluse arutamist sööda koostise, operaatori juhtimise ja vajaliku energia osas, st rõhulanguse ja voolukiiruse korrutis.

Naftatootmise keskkond seab materjalidele teatud piirangud, sealhulgas tahkete osakeste erosiooni probleem. Nimetatakse tüüpilisi kasutatud materjale. Välja on toodud nii kapitali kui ka korduvate õlieraldusseadmete tüüpide suhtelised kulud, kuigi allikaid on vähe. Lõpuks kirjeldatakse mõningaid näpunäiteid edasiseks arenguks, kuna naftatööstus vaatab merepõhja või isegi puuraugu põhja paigaldatud seadmeid.

Proovide võtmine, kontroll ja massi tasakaalustamine

Barry A. Wills, James A. Finch FRSC, FCIM, P.Eng., Willsi mineraalide töötlemise tehnoloogia (kaheksas väljaanne), 2016

3.7.1 Osakeste suuruse kasutamine

Paljud üksused, nthüdrotsüklonidja gravitatsiooniseparaatorid, tekitavad teatud suuruse eraldusastme ja osakeste suuruse andmeid saab kasutada massi tasakaalustamiseks (näide 3.15).

Näide 3.15 on näide sõlmede tasakaalustamatuse minimeerimisest; see annab näiteks üldise vähimruutude minimeerimise algväärtuse. Seda graafilist lähenemist saab kasutada alati, kui komponentide andmeid on "liigne"; näites 3.9 oleks võinud seda kasutada.

Näites 3.15 kasutatakse sõlmena tsüklonit. Teine sõlm on süvend: see on näide kahest sisendist (värske etteanne ja kuulveski tühjendamine) ja ühest väljundist (tsükloni etteanne). See annab teise massibilansi (näide 3.16).

Peatükis 9 pöördume tagasi selle jahvatusahela näite juurde, kasutades tsükloni jaotuskõvera määramiseks kohandatud andmeid.

Postitusaeg: mai-07-2019