Hidrociklone

Opis

Hidrociklonesu konocilindričnog oblika, s tangencijalnim ulazom za dovod 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 izravno iz ulaza. Na stožastom kraju nalazi se drugi izlaz, klin. Za odvajanje veličine, oba su izlaza općenito otvorena prema atmosferi. Hidrocikloni općenito rade okomito sa završetkom na donjem kraju, stoga se grubi proizvod naziva donji tok, a fini proizvod, ostavljajući tražilo vrtloga, preljev. Slika 1 shematski prikazuje glavni tijek i značajke dizajna tipičnoghidrociklon: dva vrtloga, tangencijalni dovod i aksijalni izlazi. Osim neposrednog područja tangencijalnog ulaza, gibanje fluida unutar ciklona ima radijalnu simetriju. Ako su jedan ili oba izlaza otvoreni prema atmosferi, zona niskog tlaka uzrokuje plinsku jezgru duž okomite osi, unutar unutarnjeg vrtloga.

Princip rada je jednostavan: tekućina, koja nosi suspendirane čestice, ulazi u ciklon tangencijalno, spiralno se spušta prema dolje i stvara centrifugalno polje u slobodnom vrtložnom toku. Veće čestice kreću se kroz tekućinu prema vanjskoj strani ciklona u spiralnom kretanju i izlaze kroz naglavak s dijelom tekućine. Uslijed ograničenog područja klina, uspostavlja se unutarnji vrtlog, koji rotira u istom smjeru kao i vanjski vrtlog, ali teče prema gore, i napušta ciklon kroz tražilo vrtloga, noseći sa sobom većinu tekućine i finijih čestica. Ako je kapacitet cijevi prekoračen, zračna jezgra se zatvara i izljev iz cijevi u obliku kišobrana se mijenja u 'konop' i gubitak grubog materijala do preljeva.

Promjer cilindričnog dijela je glavna varijabla koja utječe na veličinu čestica koje se mogu odvojiti, iako se izlazni promjeri mogu mijenjati neovisno kako bi se promijenilo postignuto odvajanje. Dok su prvi radnici eksperimentirali s ciklonima promjera samo 5 mm, komercijalni promjeri hidrociklona trenutno su u rasponu od 10 mm do 2,5 m, s veličinama razdvajanja za čestice gustoće 2700 kg m−3 od 1,5-300 μm, smanjujući se s povećanjem gustoće čestica. Pad radnog tlaka kreće se od 10 bara za male promjere do 0,5 bara za velike jedinice. Za povećanje kapaciteta, višestruki malihidrociklonimože biti razvodnik iz jednog dovodnog voda.

Iako je princip rada jednostavan, mnogi su aspekti njihova rada još uvijek nedovoljno poznati, a odabir hidrociklona i predviđanje za industrijski rad uglavnom su empirijski.

Klasifikacija

Barry A. Wills, James A. Finch FRSC, FCIM, P.Eng., u Wills' Tehnologija obrade minerala (osmo izdanje), 2016.

9.4.3 Hidrocikloni u odnosu na zaslone

Hidrocikloni su počeli dominirati klasifikacijom kada se radi o finim veličinama čestica 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 temelju veličine i na njih ne utječe izravno širenje gustoće minerala u hrani. To može biti prednost. Zasloni također nemaju dio premosnice, a kao što je pokazao primjer 9.2, premosnica može biti prilično velika (preko 30% u tom slučaju). Slika 9.8 prikazuje primjer razlike u krivulji raspodjele za ciklone i zaslone. Podaci su iz koncentratora El Brocal u Peruu s procjenama prije i nakon što su hidrocikloni zamijenjeni Derrick Stack Sizer® (vidi Poglavlje 8) u krugu mljevenja (Dündar et al., 2014). U skladu s očekivanjima, u usporedbi s ciklonom, zaslon je imao oštrije odvajanje (nagib krivulje je veći) i malu premosnicu. Zabilježeno je povećanje kapaciteta kruga mljevenja zbog većih stopa lomljenja nakon ugradnje sita. To se pripisuje ukidanju premosnice, smanjujući količinu finog materijala koji se šalje natrag u mlinove za mljevenje, što teži ublažiti udarce čestica-čestica.

Promjena, međutim, nije jedan od načina: nedavni primjer je prebacivanje sa zaslona na ciklon, kako bi se iskoristilo dodatno smanjenje veličine gušćih platnih minerala (Sasseville, 2015.).

Metalurški proces i dizajn

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

Hidrociklone

Hidrocikloni su poželjne jedinice za dimenzioniranje ili odmuljivanje velikih količina gnojnice jeftino i zato što zauzimaju vrlo malo prostora ili prostora za glavu. Djeluju najučinkovitije kada se dovode ravnomjernom brzinom protoka i gustoćom pulpe i koriste se pojedinačno ili u skupinama za postizanje željenih ukupnih kapaciteta pri potrebnim podjelama. Mogućnosti dimenzioniranja oslanjaju se na centrifugalne sile koje stvaraju velike tangencijalne brzine protoka kroz jedinicu. Primarni vrtlog formiran dolaznom suspenzijom djeluje spiralno prema dolje oko unutarnje stijenke stošca. Krutine se centrifugalnom silom izbacuju prema van tako da se gustoća pulpe povećava kako se pulpa kreće prema dolje. Okomite komponente brzine djeluju prema dolje u blizini stijenki stošca i prema gore u blizini osi. Manje gusta frakcija mulja koja je odvojena centrifugalno se gura prema gore kroz vrtložni tražilo kako bi izašla kroz otvor na gornjem kraju stošca. Međuzona ili ovojnica između dva toka ima nultu vertikalnu brzinu i odvaja grublje krute tvari koje se kreću prema dolje od finijih krutih tvari koje se kreću prema gore. Glavnina protoka prolazi prema gore unutar manjeg unutarnjeg vrtloga, a veće centrifugalne sile izbacuju veće finije čestice prema van, čime se osigurava učinkovitije odvajanje finijih čestica. Te se čestice vraćaju u vanjski vrtlog i ponovno javljaju dovodu šablone.

Geometrija i radni uvjeti unutar uzorka spiralnog protoka tipičnoghidrociklonopisani su na slici 8.13. Operativne varijable su gustoća pulpe, protok punjenja, karakteristike krutine, ulazni tlak punjenja i pad tlaka kroz ciklon. Varijable ciklona su područje ulaza za hranu, promjer i duljina tražila vrtloga i promjer ispusta cijevi. Na vrijednost koeficijenta otpora također utječe oblik; što se čestica više razlikuje od sferičnosti, manji je njezin faktor oblika i veći otpor slijeganju. Zona kritičnog naprezanja može se proširiti na neke čestice zlata veličine do 200 mm, pa je pažljivo praćenje procesa klasifikacije neophodno za smanjenje prekomjernog recikliranja i rezultirajućeg nakupljanja sluzi. Povijesno gledano, kada se malo pozornosti pridavalo oporavku 150μm zlatnih zrnaca, čini se da je prijenos zlata u frakcijama mulja uvelike odgovoran za gubitke zlata koji su zabilježeni na čak 40-60% u mnogim operacijama postavljanja zlata.

Slika 8.14 (Warmanova tabela odabira) je preliminarni odabir ciklona za odvajanje pri različitim veličinama D50 od 9–18 mikrona do 33–76 mikrona. Ovaj grafikon, kao i drugi takvi dijagrami performansi ciklona, temelji se na pažljivo kontroliranom dovodu određene vrste. Pretpostavlja sadržaj krutih tvari 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 punjenja za pravilan rad. Fino odvajanje pri velikim volumenima punjenja zahtijeva klastere ciklona malog promjera koji rade paralelno. Konačni projektni parametri za malo dimenzioniranje moraju se odrediti eksperimentalno, a važno je odabrati ciklon oko sredine raspona kako bi se sve manje prilagodbe koje bi mogle biti potrebne mogle izvršiti na početku rada.

Tvrdi se da CBC (cirkulirajući sloj) ciklon klasificira aluvijalne materijale za punjenje zlata do promjera od 5 mm i dobiva dosljedno visoku količinu punjenja iz donjeg toka. Razdvajanje se odvija na otprilikeD50/150 mikrona na bazi silicijevog dioksida gustoće 2,65. Tvrdi se da je donji tok CBC ciklona posebno podložan odvajanju pomoću šablone zbog svoje relativno glatke krivulje raspodjele veličine i gotovo potpunog uklanjanja finih čestica otpada. Međutim, iako se za ovaj sustav tvrdi da proizvodi visokovrijedni primarni koncentrat jednakih teških minerala u jednom prolazu iz sirovine relativno dugog raspona veličine (npr. mineralni pijesak), takve brojke performansi nisu dostupne za aluvijalni materijal za sirovinu koji sadrži fino i ljuspičasto zlato . Tablica 8.5 daje tehničke podatke za AKWhidrocikloniza granične točke između 30 i 100 mikrona.

Tablica 8.5. Tehnički podaci za hidrociklone AKW

Vrsta (KRS)	Promjer (mm)	Pad tlaka	Kapacitet		Točka rezanja (mikroni)
Vrsta (KRS)	Promjer (mm)	Pad tlaka	Gnojnica (m3/sat)	Krute tvari (t/h max).	Točka rezanja (mikroni)
2118	100	1–2,5	9.27	5	30–50 (prikaz, stručni).
2515	125	1–2,5	11–30 (prikaz, ostalo).	6	25–45 (prikaz, stručni).
4118	200	0,7–2,0	18–60 (prikaz, stručni).	15	40–60 (prikaz, stručni).
(RWN) 6118	300	0,5–1,5	40–140 (prikaz, stručni).	40	50–100 (prikaz, stručni).

Razvoj tehnologija usitnjavanja i klasifikacije željezne rude

A. Janković, u Željezna ruda, 2015

8.3.3.1 Hidrociklonski separatori

Hidrociklon, koji se naziva i ciklon, je uređaj za klasificiranje koji koristi centrifugalnu silu za ubrzavanje stope taloženja čestica gnojnice i razdvajanje čestica prema veličini, obliku i specifičnoj težini. Široko se koristi u industriji minerala, a njegova glavna upotreba u obradi minerala je kao klasifikator, koji se pokazao iznimno učinkovitim pri finim veličinama odvajanja. Opsežno se koristi u operacijama mljevenja u zatvorenom krugu, ali je pronašao mnoge druge namjene, kao što su uklanjanje sluzi, uklanjanje čestica i zgušnjavanje.

Tipični hidrociklon (Slika 8.12a) sastoji se od posude konusnog oblika, otvorene na vrhu ili ispod toka, spojene na cilindrični dio, koji ima tangencijalni dovod. Gornji dio cilindričnog dijela zatvoren je pločom kroz koju prolazi aksijalno postavljena preljevna cijev. Cijev je proširena u tijelo ciklona pomoću kratkog, uklonjivog dijela poznatog kao tražilo vrtloga, koji sprječava kratki spoj dovoda hrane izravno u preljev. Punjenje se uvodi pod pritiskom kroz tangencijalni ulaz, koji pulpi daje vrtložno gibanje. To stvara vrtlog u ciklonu, sa zonom niskog tlaka duž okomite osi, kao što je prikazano na slici 8.12b. Uzduž osi razvija se zračna jezgra, koja je inače povezana s atmosferom kroz vršni otvor, ali dijelom stvorena otopljenim zrakom koji izlazi iz otopine u zoni niskog tlaka. Centrifugalna sila ubrzava stopu taloženja čestica, odvajajući tako čestice prema veličini, obliku i specifičnoj težini. Čestice koje se brže talože kreću se do stijenke ciklona, gdje je brzina najmanja, i migriraju do otvora na vrhu (donji tok). Djelovanjem sile otpora čestice koje se sporije talože kreću se prema zoni niskog tlaka uzduž osi i nose se prema gore kroz tražilo vrtloga do preljeva.

Hidrocikloni se gotovo univerzalno koriste u krugovima mljevenja zbog svog velikog kapaciteta i relativne učinkovitosti. Također mogu klasificirati u vrlo širokom rasponu veličina čestica (obično 5-500 μm), a jedinice manjeg promjera koriste se za finiju klasifikaciju. Međutim, primjena ciklona u krugovima za mljevenje magnetita može uzrokovati neučinkovit rad zbog razlike u gustoći između magnetita i otpadnih minerala (silika). Magnetit ima specifičnu gustoću od oko 5,15, dok silicij ima specifičnu gustoću od oko 2,7. Uhidrocikloni, gusti minerali se odvajaju na sitnijem rezu od lakših minerala. Stoga se oslobođeni magnetit koncentrira u donjem dijelu ciklona, s posljedičnim prekomjernim usitnjavanjem magnetita. Napier-Munn i sur. (2005) primijetili su da je odnos između ispravljene veličine rezanja (d50c), a gustoća čestica slijedi izraz sljedećeg oblika, ovisno o uvjetima protoka i drugim čimbenicima:

d50c∝ρs−ρl−n

gdjeρs je gustoća čvrste tvari,ρl je gustoća tekućine, inje između 0,5 i 1,0. To znači da učinak mineralne gustoće na performanse ciklona može biti prilično značajan. Na primjer, ako jed50c magnetita je 25 μm, tada jed50c čestica silicija bit će 40–65 μm. Slika 8.13 prikazuje krivulje učinkovitosti klasifikacije ciklona za magnetit (Fe3O4) i silicijev dioksid (SiO2) dobivene istraživanjem kruga za mljevenje magnetita industrijskog mlina s kuglicama. Odvajanje veličine za silicij je mnogo grublje, s ad50c za Fe3O4 od 29 μm, dok je za SiO2 68 μm. Zbog ove pojave, mlinovi za mljevenje magnetita u zatvorenim krugovima s hidrociklonima manje su učinkoviti i imaju manji kapacitet u usporedbi s drugim krugovima za mljevenje baznih metala.

Visokotlačna procesna tehnologija: Osnove i primjena

MJ Cocero PhD, u Industrial Chemistry Library, 2001

Uređaji za odvajanje krutih tvari

•

hidrociklon

Ovo je jedan od najjednostavnijih tipova separatora krutih tvari. To je visokoučinkovit uređaj za odvajanje i može se koristiti za učinkovito uklanjanje krutih tvari pri visokim temperaturama i pritiscima. Ekonomičan je jer nema pokretnih dijelova i zahtijeva malo održavanja.

Učinkovitost odvajanja krutih tvari je jaka funkcija veličine čestica i temperature. Bruto učinkovitosti odvajanja od blizu 80% moguće je postići za silicij i temperature iznad 300°C, dok su u istom temperaturnom rasponu, bruto učinkovitosti odvajanja za gušće čestice cirkona veće od 99% [29].

Glavni nedostatak rada hidrociklona je sklonost nekih soli da se zalijepe za stijenke ciklona.

•

Križna mikrofiltracija

Filtri s poprečnim protokom ponašaju se na način sličan onome koji se normalno opaža kod filtracije s poprečnim protokom u uvjetima okoline: povećane brzine smicanja i smanjena viskoznost tekućine rezultiraju povećanim brojem filtrata. Unakrsna mikrofiltracija primijenjena je na odvajanje istaloženih soli kao krutina, dajući učinkovitost odvajanja čestica obično veću od 99,9%. Goemanset al.[30] proučavali su odvajanje natrijeva nitrata iz superkritične vode. U uvjetima studije, natrijev nitrat je bio prisutan kao rastaljena sol i mogao je proći kroz filter. Dobivene su učinkovitosti odvajanja koje su varirale s temperaturom, budući da se topljivost smanjuje kako temperatura raste, u rasponu između 40% i 85%, za 400 °C odnosno 470 °C. Ovi su radnici objasnili mehanizam odvajanja kao posljedicu izrazite propusnosti medija za filtriranje prema superkritičnoj otopini, za razliku od rastaljene soli, na temelju njihove jasno različite viskoznosti. Stoga bi bilo moguće ne samo filtrirati istaložene soli samo kao krutine, već također filtrirati one soli niskog tališta koje su u rastaljenom stanju.

Radni problemi uglavnom su bili posljedica korozije filtera izazvane solima.

Papir: Recikliranje i reciklirani materijali

MR Doshi, JM Dyer, u referentnom modulu znanosti o materijalima i inženjerstvu materijala, 2016.

3.3 Čišćenje

Čistači odnhidrocikloniuklanjanje onečišćenja iz pulpe na temelju razlike u gustoći između onečišćenja i vode. Ovi uređaji sastoje se od konične ili cilindrično-konične tlačne posude u koju se tangencijalno dovodi pulpa na kraju velikog promjera (slika 6). Tijekom prolaska kroz čistač pulpa razvija vrtložni uzorak toka, sličan onom kod ciklona. Protok se okreće oko središnje osi dok prolazi od ulaza prema vrhu ili donjem otvoru duž unutarnje strane stijenke čistača. Brzina rotacijskog toka se ubrzava kako se promjer stošca smanjuje. Blizu vršnog kraja otvor malog promjera sprječava ispuštanje većine protoka koji se umjesto toga rotira u unutarnjem vrtlogu u jezgri čistača. Protok u unutarnjoj jezgri teče od vršnog otvora do ispuštanja kroz tražilo vrtloga, smješteno na kraju velikog promjera u središtu čistača. Materijal veće gustoće, koncentriran na stjenci čistača zbog centrifugalne sile, ispušta se na vrhu stošca (Bliss, 1994., 1997.).

Sredstva za čišćenje klasificiraju se kao sredstva visoke, srednje ili niske gustoće ovisno o gustoći i veličini onečišćenja koja se uklanjaju. Čistač visoke gustoće, s promjerom u rasponu od 15 do 50 cm (6-20 in) koristi se za uklanjanje metala, spajalica i klamerica i obično se postavlja odmah iza pulpera. Kako se promjer čistača smanjuje, njegova učinkovitost u uklanjanju malih onečišćenja raste. Iz praktičnih i ekonomskih razloga, ciklon promjera 75 mm (3 inča) općenito je najmanji čistač koji se koristi u papirnoj industriji.

Obrnuti čistači i čistači s protokom dizajnirani su za uklanjanje kontaminanata niske gustoće poput voska, polistirena i ljepljivih tvari. Obrnuti čistači nazvani su tako jer se prihvatni tok skuplja na vrhu čistača dok otpadni izlazi na preljevu. U protočnom čistaču, prihvaćanje i odbacivanje izlaze na istom kraju čistača, s prihvaćanjem blizu stijenke čistača odvojenim od otpadnih voda središnjom cijevi u blizini jezgre čistača, kao što je prikazano na slici 7.

Kontinuirane centrifuge korištene 1920-ih i 1930-ih za uklanjanje pijeska iz pulpe ukinute su nakon razvoja hidrociklona. Gyroclean, razvijen u Centre Technique du Papier, Grenoble, Francuska, sastoji se od cilindra koji rotira na 1200-1500 okretaja u minuti (Bliss, 1997; Julien Saint Amand, 1998, 2002). Kombinacija relativno dugog vremena zadržavanja i velike centrifugalne sile omogućuje onečišćenjima niske gustoće dovoljno vremena da migriraju do jezgre čistača gdje se odbacuju kroz središnje vrtložno pražnjenje.

MT Thew, u Encyclopedia of Separation Science, 2000

Sinopsis

Iako kruto-tekućehidrociklonuspostavljen većim dijelom 20. stoljeća, zadovoljavajuća izvedba odvajanja tekućina-tekućina nije stigla do 1980-ih. Naftna industrija na moru imala je potrebu za kompaktnom, robusnom i pouzdanom opremom za uklanjanje fino usitnjenog kontaminantnog ulja iz vode. Ta je potreba zadovoljena bitno drugačijim tipom hidrociklona, koji naravno nije imao pokretnih dijelova.

Nakon potpunijeg objašnjenja ove potrebe i usporedbe s ciklonskom separacijom kruto-tekuće u preradi minerala, dane su prednosti koje je hidrociklon dao u odnosu na vrste opreme instalirane ranije za ispunjavanje dužnosti.

Kriteriji za procjenu učinkovitosti odvajanja navedeni su prije nego što se raspravlja o učinkovitosti u smislu konstitucije hrane, kontrole operatera i potrebne energije, tj. umnožak pada tlaka i protoka.

Okoliš za proizvodnju nafte postavlja neka ograničenja za materijale, a to uključuje problem erozije čestica. Spomenuti su tipični korišteni materijali. Navedeni su relativni podaci o troškovima za vrste postrojenja za separaciju ulja, kako kapitalna tako i povremena, iako su izvori rijetki. Na kraju, opisani su neki pokazatelji daljnjeg razvoja, jer 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., u Wills' Tehnologija obrade minerala (osmo izdanje), 2016.

3.7.1 Korištenje veličine čestica

Mnoge jedinice, kao nprhidrociklonii gravitacijski separatori, proizvode određeni stupanj odvajanja po veličini i podaci o veličini čestica mogu se koristiti za uravnoteženje mase (Primjer 3.15).

Primjer 3.15 je primjer minimizacije neravnoteže čvora; daje, na primjer, početnu vrijednost za generaliziranu minimalizaciju najmanjih kvadrata. Ovaj grafički pristup može se koristiti kad god postoji "višak" komponentnih podataka; u primjeru 3.9 moglo se koristiti.

Primjer 3.15 koristi ciklon kao čvor. Drugi čvor je korito: ovo je primjer 2 ulaza (svježi dovod i pražnjenje iz mlina) i jednog izlaza (dovod ciklona). Time se dobiva još jedna bilanca mase (Primjer 3.16).

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

Vrijeme objave: 7. svibnja 2019