Хидроциклони

Опис

Хидроциклониимаат коно-цилиндрична форма, со тангенцијален влез во цилиндричниот дел и излез на секоја оска. Излезот на цилиндричниот дел се нарекува пронаоѓач на вител и се протега во циклонот за да го намали протокот на краток спој директно од влезот. На конусниот крај е вториот излез, шипката. За поделба на големината, двата излеза се генерално отворени за атмосферата. Хидроциклоните генерално работат вертикално со шипката на долниот крај, па оттука грубиот производ се нарекува подлив и фин производ, оставајќи го пронаоѓачот на вител, прелевање. Слика 1 шематски ги прикажува главните карактеристики на протокот и дизајнот на типиченхидроциклон: двата вртлози, тангенталниот довод за довод и аксијалните излези. Освен за непосредниот регион на тангенцијалниот влез, движењето на течноста во циклонот има радијална симетрија. Ако еден или двата излеза се отворени за атмосферата, зоната со низок притисок предизвикува гасно јадро долж вертикалната оска, внатре во внатрешниот вител.

Принципот на работа е едноставен: течноста, која ги носи суспендираните честички, влегува во циклонот тангенцијално, спирала надолу и создава центрифугално поле во слободен проток на вител. Поголемите честички се движат низ течноста кон надворешноста на циклонот во спирално движење и излегуваат низ шипката со дел од течноста. Поради ограничувачката област на шпицот, се воспоставува внатрешен вител, кој ротира во иста насока како и надворешниот вител, но тече нагоре, кој го напушта циклонот низ пронаоѓачот на вител, носејќи ги повеќето од течноста и поситните честички со себе. Ако се надмине капацитетот на шипката, воздушното јадро се затвора и празнењето на шипката се менува од распрскувач во облик на чадор во „јаже“ и губење на груб материјал до прелевањето.

Дијаметарот на цилиндричниот пресек е главната променлива што влијае на големината на честичката што може да се одвои, иако дијаметрите на излезот може да се менуваат независно за да се промени постигнатото одвојување. Додека раните работници експериментирале со циклони со пречник од 5 mm, комерцијалните дијаметри на хидроциклоните моментално се движат од 10 mm до 2,5 m, со раздвојни големини за честички со густина од 2700 kg m−3 од 1,5–300 μm, што се намалува со зголемена густина на честички. Падот на работниот притисок се движи од 10 бари за мали дијаметри до 0,5 бари за големи единици. За да се зголеми капацитетот, повеќекратни малихидроциклониможе да се размножува од една линија за напојување.

Иако принципот на работа е едноставен, многу аспекти на нивната работа сè уште се слабо разбрани, а изборот и предвидувањето на хидроциклоните за индустриско работење се главно емпириски.

Класификација

Бери А. Вилс, Џејмс А. Финч FRSC, FCIM, P.Eng., во Технологијата за обработка на минерали на Вилс (осмо издание), 2016 година

9.4.3 Хидроциклони наспроти екрани

Хидроциклоните доминираат во класификацијата кога се работи за големини на фини честички во затворени кола за мелење (<200 µm). Сепак, неодамнешниот развој на технологијата на екранот (Поглавје 8) го обнови интересот за користење на екрани во кола за мелење. Екраните се одделуваат врз основа на големината и не се директно под влијание на густината што се шири во минералите за добиточна храна. Ова може да биде предност. Екраните исто така немаат бајпас фракција, и како што покажа примерот 9.2, бајпасот може да биде доста голем (над 30% во тој случај). Слика 9.8 покажува пример за разликата во кривата на партицијата за циклони и екрани. Податоците се од концентраторот El Brocal во Перу со проценки пред и откако хидроциклоните беа заменети со Derrick Stack Sizer® (види Поглавје 8) во колото за мелење (Dündar et al., 2014). Во согласност со очекувањата, во споредба со циклонот, екранот имаше поостро раздвојување (наклонот на кривата е поголем) и мал бајпас. Пријавено е зголемување на капацитетот на колото за мелење поради повисоките стапки на кршење по имплементирањето на екранот. Ова се припишува на елиминацијата на бајпасот, намалувајќи ја количината на фин материјал испратен назад во мелниците за мелење, што има тенденција да ги амортизира ударите од честички-честички.

Меѓутоа, промената не е еден начин: неодамнешен пример е префрлување од екран на циклон, за да се искористи дополнителното намалување на големината на погустите минерали (Sasseville, 2015).

Металуршки процес и дизајн

Еоин Х. Мекдоналд, во Прирачник за истражување и евалуација на злато, 2007 година

Хидроциклони

Хидроциклоните се претпочитани единици за евтино одредување на големината или отстранување на големи количини на кашеста маса и затоа што зафаќаат многу мал простор или простор за глава. Тие работат најефективно кога се хранат со рамномерна брзина на проток и густина на пулпата и се користат поединечно или во групи за да се добијат посакуваните вкупни капацитети при потребните разделби. Можностите за димензионирање се потпираат на центрифугалните сили генерирани од високите тангенцијални брзини на проток низ единицата. Примарниот вител формиран од влезната кашеста маса делува спирално надолу околу внатрешниот ѕид на конусот. Цврстите материи се исфрлаат нанадвор со помош на центрифугална сила, така што како што пулпата се движи надолу нејзината густина се зголемува. Вертикалните компоненти на брзината делуваат надолу во близина на ѕидовите на конусот и нагоре во близина на оската. Помалку густата центрифугално одвоена фракција на слуз е принудена нагоре низ пронаоѓачот на вител за да помине низ отворот на горниот крај на конусот. Средна зона или обвивка помеѓу двата текови има нула вертикална брзина и ги одвојува покрупните цврсти материи што се движат надолу од поситните цврсти материи што се движат нагоре. Најголемиот дел од протокот поминува нагоре во помалиот внатрешен вител и повисоките центрифугални сили ги исфрлаат поголемите од поситните честички нанадвор со што се обезбедува поефикасно раздвојување во пофините димензии. Овие честички се враќаат во надворешниот вител и се известуваат уште еднаш до храната за жига.

Геометријата и условите за работа во спиралниот тек шема на типиченхидроциклонсе опишани на сл. 8.13. Оперативните променливи се густината на пулпата, брзината на проток на храна, карактеристиките на цврстите материи, влезниот притисок на доводот и падот на притисокот низ циклонот. Променливите на циклонот се областа на влезот на храната, дијаметарот и должината на пронаоѓачот на вител, и дијаметарот на празнење на шипката. На вредноста на коефициентот на влечење влијае и обликот; колку повеќе честичката се разликува од сферичноста, толку е помал нејзиниот фактор на форма и поголема отпорност на таложење. Критичната зона на стрес може да се прошири на некои златни честички со големина од 200 mm и затоа внимателното следење на процесот на класификација е од суштинско значење за да се намали прекумерното рециклирање и како резултат на тоа таложење на лигите. Историски гледано, кога малку внимание беше посветено на обновувањето на 150μm златни зрна, пренесувањето на златото во фракциите на лигите се чини дека е во голема мера одговорно за загубите на злато кои беа забележани дека се високи до 40-60% во многу операции за поставување злато.

Слика 8.14 (Табела за избор на Warman) е прелиминарен избор на циклони за одвојување во различни димензии на D50 од 9–18 микрони до 33–76 микрони. Оваа табела, како и кај другите такви графикони на перформансите на циклонот, се заснова на внимателно контролирана храна од специфичен тип. Претпоставува содржина на цврсти материи од 2.700 kg/m3 во вода како прв водич за селекција. Циклоните со поголем дијаметар се користат за производство на груби сепарации, но бараат големи количини на храна за правилно функционирање. Фините раздвојувања при големи количини на храна бараат кластери од циклони со мал дијаметар кои работат паралелно. Конечните дизајнерски параметри за приближување на големината мора да се определат експериментално, и важно е да се избере циклон околу средината на опсегот за да може да се направат сите помали прилагодувања што може да бидат потребни на почетокот на работата.

Циклонот CBC (циркулирачко корито) се тврди дека ги класифицира алувијалните златни материјали за напојување до дијаметар од 5 mm и добива постојано висока жигана храна од доводот. Раздвојувањето се одвива приближноD50/150 микрони врз основа на силика со густина 2,65. Се тврди дека циклонот CBC е особено подложен на раздвојување со жига поради неговата релативно мазна крива на дистрибуција на големината и речиси целосно отстранување на ситните честички на отпадот. Сепак, иако се тврди дека овој систем произведува висококвалитетен примарен концентрат на еднакви тешки минерали во еден премин од храна со релативно долг опсег (на пр. минерални песоци), нема такви податоци за перформансите за алувијалниот добиточен материјал кој содржи фино и ронлив злато . Во табела 8.5 се дадени техничките податоци за AKWхидроциклониза отсечни точки помеѓу 30 и 100 микрони.

Табела 8.5. Технички податоци за AKW хидроциклони

Тип (KRS)	Дијаметар (мм)	Пад на притисок	Капацитет		Точка на сечење (микрони)
Тип (KRS)	Дијаметар (мм)	Пад на притисок	Кашеста маса (m3/hr)	Цврсти материи (t/h max).	Точка на сечење (микрони)
2118 година	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

Развој на технологиите за сечење и класификација на железна руда

А. Јанковиќ, во Железна руда, 2015 г

8.3.3.1 Хидроциклонски сепаратори

Хидроциклонот, познат и како циклон, е уред за класификација што користи центрифугална сила за да ја забрза стапката на таложење на честичките од кашеста маса и да ги одделува честичките според големината, обликот и специфичната тежина. Широко се користи во индустријата за минерали, при што неговата главна употреба во преработката на минерали е како класификатор, што се покажа исклучително ефикасно при фини големини на сепарација. Интензивно се користи во операциите за мелење со затворено коло, но има најдено многу други намени, како што се бришење, бришење и згуснување.

Типичен хидроциклон (слика 8.12а) се состои од конусно обликуван сад, отворен на својот врв или довод, споен со цилиндричен пресек, кој има тангенцијален влез за храна. Врвот на цилиндричниот пресек е затворен со плоча низ која минува аксијално монтирана преливна цевка. Цевката се протега во телото на циклонот со краток, отстранлив дел познат како пронаоѓач на вител, кој спречува краток спој на храната директно во преливот. Напојувањето се внесува под притисок преку тангенталниот влез, кој дава вителско движење на пулпата. Ова генерира вител во циклонот, со зона со низок притисок долж вертикалната оска, како што е прикажано на Слика 8.12б. По должината на оската се развива воздушно јадро, нормално поврзано со атмосферата преку отворот на врвот, но делумно создадено од растворениот воздух што излегува од растворот во зоната на низок притисок. Центрифугалната сила ја забрзува стапката на таложење на честичките, а со тоа ги одвојува честичките според големината, обликот и специфичната тежина. Честичките кои побрзо се таложат се движат до ѕидот на циклонот, каде што брзината е најмала, и мигрираат до отворот на врвот (подлив). Поради дејството на силата на влечење, честичките кои побавно се таложат се движат кон зоната на низок притисок по должината на оската и се носат нагоре низ пронаоѓачот на вител до преливот.

Хидроциклоните се речиси универзално користени во кола за мелење поради нивниот висок капацитет и релативна ефикасност. Тие исто така можат да класифицираат во многу широк опсег на големини на честички (обично 5-500 μm), а единиците со помал дијаметар се користат за пофина класификација. Меѓутоа, примената на циклонот во кола за мелење со магнетит може да предизвика неефикасно работење поради разликата во густината помеѓу магнетитот и отпадните минерали (силика). Магнетитот има специфична густина од околу 5,15, додека силициум диоксид има специфична густина од околу 2,7. Вохидроциклони, густите минерали се одвојуваат со пофина големина од полесните минерали. Затоа, ослободениот магнетит се концентрира во дотокот на циклонот, со последователно премелење на магнетитот. Напиер-Мун и сор. (2005) забележа дека врската помеѓу коригираната големина на сечењето (d50c) и густината на честичките следи израз на следнава форма во зависност од условите на проток и други фактори:

d50c∝ρs−ρl−n

кадеρs е густината на цврстите материи,ρl е густината на течноста иnе помеѓу 0,5 и 1,0. Ова значи дека ефектот на минералната густина врз перформансите на циклонот може да биде доста значаен. На пример, ако наd50c од магнетитот е 25 μm, а потоа наd50c од силициум честички ќе биде 40-65 μm. Слика 8.13 ги прикажува кривите на ефикасноста на класификацијата на циклонот за магнетит (Fe3O4) и силика (SiO2) добиени од испитувањето на колото за мелење на индустриска мелница со топчиња со магнетит. Раздвојувањето на големината за силициум диоксид е многу погрубо, со ad50c за Fe3O4 од 29 μm, додека онаа за SiO2 е 68 μm. Поради оваа појава, мелниците за мелење со магнетит во затворени кола со хидроциклони се помалку ефикасни и имаат помал капацитет во споредба со другите кола за мелење со базни метали.

Технологија на процесот на висок притисок: Основи и апликации

Д-р МЈ Коцеро, во библиотека за индустриска хемија, 2001 година

Уреди за одвојување цврсти материи

•

Хидроциклон

Ова е еден од наједноставните типови на сепаратори на цврсти материи. Тој е уред за одвојување со висока ефикасност и може да се користи за ефикасно отстранување на цврсти материи при високи температури и притисоци. Економичен е бидејќи нема подвижни делови и бара малку одржување.

Ефикасноста на одвојување на цврсти материи е силна функција на големината и температурата на честичките. Бруто ефикасноста на раздвојување близу 80% е остварлива за силициум диоксид и температури над 300°C, додека во истиот температурен опсег, бруто ефикасноста на раздвојување за погусти циркон честички се поголеми од 99% [29].

Главниот хендикеп во работата на хидроциклонот е тенденцијата на некои соли да се прилепуваат на ѕидовите на циклонот.

•

Вкрстен микро-филтрација

Филтрите со вкрстен проток се однесуваат на начин слично на она што обично се забележува при филтрација на вкрстен проток во амбиентални услови: зголемените стапки на смолкнување и намалениот вискозитет на течност резултираат со зголемен број на филтрати. Вкрстена микрофилтрација е применета за одвојување на таложените соли како цврсти материи, што дава ефикасност на сепарација на честички обично надминува 99,9%. Гомановиet al.[30] го проучувал одвојувањето на натриум нитрат од суперкритична вода. Во услови на студијата, натриум нитрат беше присутен како стопена сол и беше способен да го премине филтерот. Добиени се ефикасности на раздвојување кои варираат со температурата, бидејќи растворливоста се намалува како што се зголемува температурата, движејќи се помеѓу 40% и 85%, за 400 °C и 470 °C, соодветно. Овие работници го објаснија механизмот за одвојување како последица на посебната пропустливост на медиумот за филтрирање кон суперкритичниот раствор, наспроти стопената сол, врз основа на нивните јасно различни вискозитети. Затоа, би било можно не само да се филтрираат преципитираните соли само како цврсти материи, туку и да се филтрираат оние соли со ниска точка на топење кои се во стопена состојба.

Работните проблеми беа главно поради корозија на филтерот од солите.

Хартија: Рециклирање и рециклирани материјали

MR Doshi, JM Dyer, во референтен модул за наука за материјали и инженерство на материјали, 2016

3.3 Чистење

Средства за чистење илихидроциклониотстранете ги загадувачите од пулпата врз основа на разликата во густината помеѓу загадувачот и водата. Овие уреди се состојат од конусен или цилиндрично-конусен сад под притисок во кој пулпата се внесува тангенцијално на крајот со голем дијаметар (Слика 6). За време на минување низ чистачот, пулпата развива шема на проток на вител, слична на онаа на циклонот. Протокот се ротира околу централната оска додека минува подалеку од влезот и кон врвот, или отворот на доводот, долж внатрешната страна на ѕидот за чистење. Брзината на ротациониот тек се забрзува како што се намалува дијаметарот на конусот. Во близина на врвот на врвот, отворот со мал дијаметар го спречува испуштањето на поголемиот дел од протокот кој наместо тоа ротира во внатрешен вител во јадрото на чистачот. Протокот во внатрешното јадро тече од отворот на врвот додека не се испушти низ пронаоѓачот на вител, кој се наоѓа на крајот со голем дијаметар во центарот на чистачот. Материјалот со поголема густина, кој е концентриран на ѕидот на чистачот поради центрифугалната сила, се испушта на врвот на конусот (Bliss, 1994, 1997).

Средствата за чистење се класифицирани како висока, средна или мала густина во зависност од густината и големината на загадувачите што се отстрануваат. Средство за чистење со висока густина, со дијаметар кој се движи од 15 до 50 cm (6-20 инчи) се користи за отстранување на скитниот метал, штипки за хартија и спојници и обично се поставува веднаш по пулперот. Како што се намалува дијаметарот на средството за чистење, се зголемува неговата ефикасност во отстранувањето на малите загадувачи. Од практични и економски причини, циклонот со дијаметар од 75 mm (3 инчи) е генерално најмалиот чистач што се користи во индустријата за хартија.

Средствата за чистење обратно и проточните средства за чистење се дизајнирани да ги отстранат загадувачите со мала густина како што се восок, полистирен и лепливи материи. Реверзните средства за чистење се така именувани затоа што протокот за прифаќање се собира на врвот на чистачот додека отфрлените излегуваат на преливот. Во чистачот на протекување, го прифаќа и отфрла излезот на истиот крај на чистачот, со приемници во близина на ѕидот на чистачот одвоен од отпадоците со централна цевка во близина на јадрото на чистачот, како што е прикажано на слика 7.

Континуираните центрифуги користени во 1920-тите и 1930-тите за отстранување на песок од пулпата беа прекинати по развојот на хидроциклоните. Gyroclean, развиен во Centre Technique du Papier, Гренобл, Франција, се состои од цилиндар кој ротира со 1200–1500 вртежи во минута (Блис, 1997; Џулиен Сент Аман, 1998, 2002). Комбинацијата на релативно долго време на престој и висока центрифугална сила им овозможува на загадувачите со мала густина доволно време да мигрираат до јадрото на чистачот каде што се отфрлаат преку испуштањето на централниот вител.

MT Thew, во Encyclopedia of Separation Science, 2000 година

Синопсис

Иако цврсто-течностхидроциклоне воспоставена во поголемиот дел од 20 век, задоволителни перформанси за одвојување течност-течност пристигнаа дури во 1980-тите. Нафтената индустрија на офшор имаше потреба од компактна, робусна и сигурна опрема за отстранување на ситно поделеното загадувачко масло од водата. Оваа потреба ја задоволуваше значително различен тип на хидроциклон, кој секако немаше подвижни делови.

По поцелосно објаснување на оваа потреба и споредување со циклонското одвојување цврсто-течно во преработката на минерали, дадени се предностите што ги дава хидроциклонот во однос на типовите на опрема инсталирана порано за да се исполни должноста.

Критериумите за проценка на перформансите на раздвојувањето се наведени пред да се дискутира за перформансите во однос на конституцијата на добиточната храна, контролата на операторот и потребната енергија, т.е. производ на падот на притисокот и протокот.

Околината за производство на нафта поставува одредени ограничувања за материјалите и ова го вклучува проблемот со ерозија на честички. Се споменуваат типични употребени материјали. Податоците за релативни трошоци за типови постројки за сепарација на нафта, капитални и повторливи, се наведени, иако изворите се ретки. Конечно, опишани се некои насоки за понатамошен развој, бидејќи нафтената индустрија гледа на опрема инсталирана на морското дно или дури и на дното на бунарот.

Земање примероци, контрола и балансирање на масата

3.7.1 Употреба на големина на честички

Многу единици, како на прхидроциклонии гравитационите сепаратори, произведуваат одреден степен на одвојување на големината и податоците за големината на честичките може да се користат за балансирање на масата (Пример 3.15).

Примерот 3.15 е пример за минимизирање на нерамнотежа на јазлите; ја обезбедува, на пример, почетната вредност за генерализираното минимизирање на најмалите квадрати. Овој графички пристап може да се користи секогаш кога има „вишок“ податоци за компонентите; во Пример 3.9 можеше да се користи.

Примерот 3.15 го користи циклонот како јазол. Вториот јазол е јазолот: ова е пример за 2 влезови (свежа храна и празнење на топката) и еден излез (циклонско снабдување). Ова дава друга рамнотежа на масата (Пример 3.16).

Во Поглавје 9 се враќаме на овој пример на колото за мелење користејќи прилагодени податоци за одредување на кривата на циклонска партиција.

Време на објавување: мај-07-2019 година