Hidrosiklon

Penerangan

Hidrosiklonberbentuk kono-silinder, dengan salur masuk suapan tangen ke dalam bahagian silinder dan salur keluar pada setiap paksi. Alur keluar di bahagian silinder dipanggil pencari vorteks dan memanjang ke dalam siklon untuk mengurangkan aliran litar pintas terus dari salur masuk. Di hujung kon adalah alur keluar kedua, spigot. Untuk pengasingan saiz, kedua-dua saluran biasanya terbuka kepada atmosfera. Hidrosiklon biasanya dikendalikan secara menegak dengan spigot di hujung bawah, oleh itu hasil kasar dipanggil aliran bawah dan hasil halus, meninggalkan pencari pusaran, limpahan. Rajah 1 secara skematik menunjukkan aliran utama dan ciri reka bentuk tipikalhidrosiklon: dua vorteks, salur masuk suapan tangen dan salur keluar paksi. Kecuali kawasan terdekat salur masuk tangen, gerakan bendalir dalam siklon mempunyai simetri jejari. Jika satu atau kedua-dua alur keluar terbuka ke atmosfera, zon tekanan rendah menyebabkan teras gas di sepanjang paksi menegak, di dalam pusaran dalaman.

Prinsip operasi adalah mudah: bendalir, membawa zarah terampai, memasuki siklon secara tangen, berputar ke bawah dan menghasilkan medan emparan dalam aliran pusaran bebas. Zarah yang lebih besar bergerak melalui bendalir ke luar siklon dalam gerakan lingkaran, dan keluar melalui spigot dengan sebahagian kecil daripada cecair. Disebabkan oleh kawasan spigot yang mengehadkan, pusaran dalam, berputar dalam arah yang sama dengan pusaran luar tetapi mengalir ke atas, terwujud dan meninggalkan siklon melalui pencari pusaran, membawa sebahagian besar zarah cecair dan lebih halus bersamanya. Jika kapasiti spigot melebihi, teras udara ditutup dan pelepasan spigot berubah daripada semburan berbentuk payung kepada 'tali' dan kehilangan bahan kasar kepada limpahan.

Diameter bahagian silinder adalah pembolehubah utama yang mempengaruhi saiz zarah yang boleh dipisahkan, walaupun diameter alur keluar boleh diubah secara bebas untuk mengubah pemisahan yang dicapai. Semasa pekerja awal bereksperimen dengan siklon sekecil diameter 5 mm, diameter hidrosiklon komersial kini berkisar antara 10 mm hingga 2.5 m, dengan saiz pemisah untuk zarah berketumpatan 2700 kg m−3 daripada 1.5–300 μm, berkurangan dengan peningkatan ketumpatan zarah. Penurunan tekanan operasi berjulat daripada 10 bar untuk diameter kecil hingga 0.5 bar untuk unit besar. Untuk meningkatkan kapasiti, berbilang kecilhidrosiklonboleh dilipatgandakan daripada satu baris suapan.

Walaupun prinsip operasi adalah mudah, banyak aspek operasi mereka masih kurang difahami, dan pemilihan hidrosiklon dan ramalan untuk operasi industri sebahagian besarnya adalah empirikal.

Pengelasan

Barry A. Wills, James A. Finch FRSC, FCIM, P.Eng., dalam Teknologi Pemprosesan Mineral Wills (Edisi Kelapan), 2016

9.4.3 Hidrosiklon Berbanding Skrin

Hidrosiklon telah mendominasi pengelasan apabila berurusan dengan saiz zarah halus dalam litar pengisaran tertutup (<200 µm). Walau bagaimanapun, perkembangan terkini dalam teknologi skrin (Bab 8) telah memperbaharui minat untuk menggunakan skrin dalam litar pengisaran. Skrin berasingan berdasarkan saiz dan tidak dipengaruhi secara langsung oleh ketumpatan penyebaran dalam mineral suapan. Ini boleh menjadi kelebihan. Skrin juga tidak mempunyai pecahan pintasan, dan seperti yang ditunjukkan oleh Contoh 9.2, pintasan boleh menjadi agak besar (lebih 30% dalam kes itu). Rajah 9.8menunjukkan contoh perbezaan dalam lengkung sekatan untuk siklon dan skrin. Data adalah daripada penumpu El Brocal di Peru dengan penilaian sebelum dan selepas hidrosiklon digantikan dengan Derrick Stack Sizer® (lihat Bab 8) dalam litar pengisaran (Dündar et al., 2014). Selaras dengan jangkaan, berbanding dengan siklon skrin mempunyai pemisahan yang lebih tajam (cerun lengkung lebih tinggi) dan sedikit pintasan. Peningkatan kapasiti litar pengisaran dilaporkan disebabkan oleh kadar pecah yang lebih tinggi selepas melaksanakan skrin. Ini disebabkan oleh penghapusan pintasan, mengurangkan jumlah bahan halus yang dihantar semula ke kilang pengisar yang cenderung untuk melindungi kesan zarah-zarah.

Pertukaran bukan satu cara, walau bagaimanapun: contoh terkini ialah beralih daripada skrin kepada siklon, untuk mengambil kesempatan daripada pengurangan saiz tambahan galian berbayar yang lebih padat (Sasseville, 2015).

Proses dan reka bentuk metalurgi

Eoin H. Macdonald, dalam Buku Panduan Penerokaan dan Penilaian Emas, 2007

Hidrosiklon

Hidrosiklon ialah unit pilihan untuk mensaiz atau mengecilkan volum buburan besar dengan murah dan kerana ia menduduki ruang lantai atau ruang kepala yang sangat sedikit. Mereka beroperasi dengan paling berkesan apabila disuap pada kadar aliran sekata dan ketumpatan pulpa dan digunakan secara individu atau dalam kelompok untuk mendapatkan jumlah kapasiti yang dikehendaki pada pemisahan yang diperlukan. Keupayaan saiz bergantung pada daya emparan yang dijana oleh halaju aliran tangen yang tinggi melalui unit. Pusaran utama yang terbentuk oleh buburan yang masuk bertindak secara berpusar ke bawah di sekeliling dinding kon dalam. Pepejal dilemparkan ke luar oleh daya emparan supaya apabila pulpa bergerak ke bawah ketumpatannya meningkat. Komponen menegak halaju bertindak ke bawah berhampiran dinding kon dan ke atas berhampiran paksi. Pecahan lendir yang dipisahkan secara emparan yang kurang tumpat dipaksa ke atas melalui pencari pusaran untuk pengsan melalui bukaan di hujung atas kon. Zon atau sampul perantaraan di antara kedua-dua aliran mempunyai halaju menegak sifar dan memisahkan pepejal kasar yang bergerak ke bawah daripada pepejal halus yang bergerak ke atas. Sebahagian besar aliran mengalir ke atas dalam pusaran dalam yang lebih kecil dan daya emparan yang lebih tinggi membuang zarah yang lebih besar ke luar dengan itu memberikan pemisahan yang lebih cekap dalam saiz yang lebih halus. Zarah-zarah ini kembali ke pusaran luar dan melaporkan sekali lagi kepada suapan jig.

Geometri dan keadaan operasi dalam corak aliran lingkaran yang tipikalhidrosiklonditerangkan dalam Rajah 8.13. Pembolehubah operasi ialah ketumpatan pulpa, kadar aliran suapan, ciri pepejal, tekanan masuk suapan dan penurunan tekanan melalui siklon. Pembolehubah siklon ialah kawasan salur masuk suapan, diameter dan panjang pencari vorteks, dan diameter nyahcas spigot. Nilai pekali seretan juga dipengaruhi oleh bentuk; semakin banyak zarah berbeza dari sfera semakin kecil faktor bentuknya dan semakin besar rintangan pengendapannya. Zon tegasan kritikal boleh meluas ke beberapa zarah emas sebesar 200 mm dan pemantauan teliti proses pengelasan adalah penting untuk mengurangkan kitar semula yang berlebihan dan terhasilnya pembentukan lendir. Dari segi sejarah, apabila sedikit perhatian diberikan kepada pemulihan 150μm bijirin emas, hantaran emas dalam pecahan lendir nampaknya bertanggungjawab terhadap kerugian emas yang direkodkan setinggi 40–60% dalam banyak operasi penempatan emas.

Rajah 8.14 (Carta Pemilihan Warman) ialah pemilihan awal siklon untuk diasingkan pada pelbagai saiz D50 daripada 9–18 mikron sehingga 33–76 mikron. Carta ini, seperti carta prestasi siklon yang lain, adalah berdasarkan suapan yang dikawal dengan teliti bagi jenis tertentu. Ia menganggap kandungan pepejal 2,700 kg/m3 dalam air sebagai panduan pertama untuk pemilihan. Siklon berdiameter lebih besar digunakan untuk menghasilkan pemisahan kasar tetapi memerlukan isipadu suapan yang tinggi untuk berfungsi dengan betul. Pemisahan halus pada isipadu suapan yang tinggi memerlukan gugusan siklon berdiameter kecil yang beroperasi secara selari. Parameter reka bentuk akhir untuk saiz rapat mesti ditentukan secara eksperimen, dan adalah penting untuk memilih siklon di sekitar pertengahan julat supaya sebarang pelarasan kecil yang mungkin diperlukan boleh dibuat pada permulaan operasi.

Siklon CBC (circulating bed) didakwa mengklasifikasikan bahan suapan emas aluvium sehingga diameter 5 mm dan memperoleh suapan jig yang tinggi secara konsisten daripada aliran bawah. Pemisahan berlaku pada kira-kiraD50/150 mikron berdasarkan silika ketumpatan 2.65. Aliran bawah siklon CBC didakwa sangat sesuai untuk pengasingan jig kerana lengkung pengedaran saiznya yang agak licin dan penyingkiran zarah sisa halus yang hampir lengkap. Walau bagaimanapun, walaupun sistem ini didakwa menghasilkan pekat utama gred tinggi mineral berat yang setara dalam satu laluan daripada suapan julat saiz yang agak panjang (cth pasir mineral), tiada angka prestasi sedemikian tersedia untuk bahan suapan aluvium yang mengandungi emas halus dan serpihan. . Jadual 8.5memberi data teknikal untuk AKWhidrosiklonuntuk titik potong antara 30 dan 100 mikron.

Jadual 8.5. Data teknikal untuk hidrosiklon AKW

Jenis (KRS)	Diameter (mm)	Penurunan tekanan	Kapasiti		Titik potong (mikron)
Jenis (KRS)	Diameter (mm)	Penurunan tekanan	Buburan (m3/jam)	Pepejal (t/j maks).	Titik potong (mikron)
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

Perkembangan dalam pengurangan bijih besi dan teknologi klasifikasi

A. Jankovic, dalam Bijih Besi, 2015

8.3.3.1 Pemisah hidrosiklon

Hidrosiklon, juga dirujuk sebagai siklon, ialah peranti pengelasan yang menggunakan daya emparan untuk mempercepatkan kadar mendap zarah buburan dan zarah berasingan mengikut saiz, bentuk dan graviti tentu. Ia digunakan secara meluas dalam industri mineral, dengan kegunaan utamanya dalam pemprosesan mineral sebagai pengelas, yang telah terbukti sangat cekap pada saiz pemisahan halus. Ia digunakan secara meluas dalam operasi pengisaran litar tertutup tetapi telah menemui banyak kegunaan lain, seperti menyahlimi, merendahkan dan menebal.

Hidrosiklon biasa (Rajah 8.12a) terdiri daripada bekas berbentuk kon, terbuka pada puncaknya, atau aliran bawah, bercantum pada bahagian silinder, yang mempunyai salur masuk suapan tangen. Bahagian atas bahagian silinder ditutup dengan plat yang melaluinya melalui paip limpahan yang dipasang secara paksi. Paip itu dilanjutkan ke dalam badan siklon dengan bahagian pendek yang boleh ditanggalkan dikenali sebagai pencari pusaran, yang menghalang litar pintas suapan terus ke dalam limpahan. Suapan dimasukkan di bawah tekanan melalui kemasukan tangen, yang memberikan gerakan berpusar ke pulpa. Ini menghasilkan pusaran dalam siklon, dengan zon tekanan rendah di sepanjang paksi menegak, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 8.12b. Teras udara berkembang di sepanjang paksi, biasanya disambungkan ke atmosfera melalui bukaan puncak, tetapi sebahagiannya dicipta oleh udara terlarut yang keluar dari larutan dalam zon tekanan rendah. Daya emparan mempercepatkan kadar mendap zarah, dengan itu memisahkan zarah mengikut saiz, bentuk, dan graviti tentu. Zarah mendap lebih cepat bergerak ke dinding siklon, di mana halaju paling rendah, dan berhijrah ke bukaan puncak (aliran bawah). Disebabkan oleh tindakan daya seretan, zarah termendap perlahan bergerak ke arah zon tekanan rendah sepanjang paksi dan dibawa ke atas melalui pencari pusaran ke limpahan.

Hidrosiklon hampir digunakan secara universal dalam litar pengisaran kerana kapasiti tinggi dan kecekapan relatifnya. Mereka juga boleh mengelaskan dalam julat saiz zarah yang sangat luas (biasanya 5-500 μm), unit diameter yang lebih kecil digunakan untuk pengelasan yang lebih halus. Walau bagaimanapun, aplikasi siklon dalam litar pengisaran magnetit boleh menyebabkan operasi yang tidak cekap disebabkan oleh perbezaan ketumpatan antara magnetit dan mineral sisa (silika). Magnetit mempunyai ketumpatan spesifik kira-kira 5.15, manakala silika mempunyai ketumpatan khusus kira-kira 2.7. Dalamhidrosiklon, mineral tumpat diasingkan pada saiz potongan yang lebih halus daripada mineral yang lebih ringan. Oleh itu, magnetit terbebas sedang tertumpu dalam aliran bawah siklon, dengan akibat pengisaran berlebihan magnetit. Napier-Munn et al. (2005) menyatakan bahawa hubungan antara saiz potongan yang diperbetulkan (d50c) dan ketumpatan zarah mengikut ungkapan bentuk berikut bergantung pada keadaan aliran dan faktor lain:

d50c∝ρs−ρl−n

di manaρs ialah ketumpatan pepejal,ρl ialah ketumpatan cecair, dannadalah antara 0.5 dan 1.0. Ini bermakna kesan ketumpatan mineral terhadap prestasi siklon boleh menjadi agak ketara. Sebagai contoh, jikad50c daripada magnetit ialah 25 μm, kemudiand50c zarah silika akan menjadi 40–65 μm. Rajah 8.13 menunjukkan lengkung kecekapan pengelasan siklon bagi magnetit (Fe3O4) dan silika (SiO2) yang diperoleh daripada tinjauan litar pengisar magnetit kilang bebola industri. Pemisahan saiz untuk silika adalah lebih kasar, dengan ad50c untuk Fe3O4 sebanyak 29 μm, manakala untuk SiO2 ialah 68 μm. Disebabkan fenomena ini, kilang pengisar magnetit dalam litar tertutup dengan hidrosiklon adalah kurang cekap dan mempunyai kapasiti yang lebih rendah berbanding litar pengisar metalore asas yang lain.

Teknologi Proses Tekanan Tinggi: Asas dan Aplikasi

MJ Cocero PhD, dalam Perpustakaan Kimia Industri, 2001

Peranti pengasing pepejal

•

Hidrosiklon

Ini adalah salah satu jenis pemisah pepejal yang paling mudah. Ia adalah peranti pemisah berkecekapan tinggi dan boleh digunakan untuk mengeluarkan pepejal dengan berkesan pada suhu dan tekanan tinggi. Ia menjimatkan kerana ia tidak mempunyai bahagian yang bergerak dan memerlukan sedikit penyelenggaraan.

Kecekapan pengasingan untuk pepejal adalah fungsi kuat saiz zarah dan suhu. Kecekapan pemisahan kasar hampir 80% boleh dicapai untuk silika dan suhu melebihi 300°C, manakala dalam julat suhu yang sama, kecekapan pemisahan kasar untuk zarah zirkon yang lebih tumpat adalah lebih besar daripada 99% [29].

Kecacatan utama operasi hidrosiklon adalah kecenderungan beberapa garam untuk melekat pada dinding siklon.

•

Penapisan mikro silang

Penapis aliran silang berkelakuan dengan cara yang serupa dengan yang biasanya diperhatikan dalam penapisan aliran silang di bawah keadaan ambien: peningkatan kadar ricih dan pengurangan kelikatan bendalir menghasilkan bilangan turasan yang meningkat. Penapisan mikro silang telah digunakan untuk pengasingan garam termendak sebagai pepejal, memberikan kecekapan pemisahan zarah biasanya melebihi 99.9%. Goemanset al.[30] mengkaji pengasingan natrium nitrat daripada air superkritikal. Di bawah keadaan kajian, natrium nitrat hadir sebagai garam cair dan mampu melintasi penapis. Kecekapan pemisahan diperolehi yang berubah mengikut suhu, kerana keterlarutan berkurangan apabila suhu meningkat, antara 40% dan 85%, masing-masing untuk 400 °C dan 470 °C. Pekerja-pekerja ini menerangkan mekanisme pemisahan sebagai akibat daripada kebolehtelapan medium penapisan yang berbeza terhadap larutan superkritikal, berbanding dengan garam cair, berdasarkan kelikatannya yang jelas berbeza. Oleh itu, adalah mungkin bukan sahaja untuk menapis garam termendak semata-mata sebagai pepejal tetapi juga untuk menapis garam takat lebur rendah yang berada dalam keadaan cair.

Masalah operasi adalah terutamanya disebabkan oleh kakisan penapis oleh garam.

Kertas: Kitar Semula dan Bahan Kitar Semula

MR Doshi, JM Dyer, dalam Modul Rujukan dalam Sains Bahan dan Kejuruteraan Bahan, 2016

3.3 Pembersihan

Pembersih atauhidrosiklonmembuang bahan cemar daripada pulpa berdasarkan perbezaan ketumpatan antara bahan cemar dan air. Peranti ini terdiri daripada bekas tekanan kon atau silinder-kon di mana pulpa dimasukkan secara tangen pada hujung diameter besar (Rajah 6). Semasa laluan melalui pembersih, pulpa membentuk corak aliran pusaran, serupa dengan siklon. Aliran berputar mengelilingi paksi tengah apabila ia berlalu dari salur masuk dan ke arah puncak, atau bukaan aliran bawah, di sepanjang bahagian dalam dinding yang lebih bersih. Halaju aliran putaran memecut apabila diameter kon berkurangan. Berhampiran hujung puncak bukaan diameter kecil menghalang pelepasan kebanyakan aliran yang sebaliknya berputar dalam pusaran dalaman pada teras pembersih. Aliran pada teras dalam mengalir menjauh dari bukaan puncak sehingga ia menyahcas melalui pencari pusaran, terletak pada hujung diameter besar di tengah pembersih. Bahan ketumpatan yang lebih tinggi, telah tertumpu pada dinding pembersih disebabkan oleh daya emparan, dilepaskan pada puncak kon (Bliss, 1994, 1997).

Pembersih dikelaskan sebagai ketumpatan tinggi, sederhana atau rendah bergantung kepada ketumpatan dan saiz bahan cemar yang dikeluarkan. Pembersih berketumpatan tinggi, dengan diameter antara 15 hingga 50 cm (6–20 in) digunakan untuk menanggalkan logam tramp, klip kertas dan kokot dan biasanya diletakkan serta-merta mengikut pulper. Apabila diameter lebih bersih berkurangan, kecekapannya dalam mengeluarkan bahan cemar bersaiz kecil meningkat. Atas sebab praktikal dan ekonomi, siklon berdiameter 75 mm (3 in) biasanya merupakan pembersih terkecil yang digunakan dalam industri kertas.

Pembersih terbalik dan pembersih aliran masuk direka untuk membuang bahan cemar ketumpatan rendah seperti lilin, polistirena dan pelekit. Pembersih terbalik dinamakan sedemikian kerana strim terima dikumpul di puncak yang lebih bersih manakala penolakan keluar di limpahan. Dalam pembersih aliran masuk, terima dan tolak keluar pada hujung pembersih yang sama, dengan penerimaan berhampiran dinding pembersih dipisahkan daripada penolakan oleh tiub pusat berhampiran teras pembersih, seperti ditunjukkan dalam Rajah 7.

Emparan berterusan yang digunakan pada tahun 1920-an dan 1930-an untuk mengeluarkan pasir daripada pulpa telah dihentikan selepas pembangunan hidrosiklon. Gyroclean, dibangunkan di Centre Technique du Papier, Grenoble, Perancis, terdiri daripada silinder yang berputar pada 1200–1500 rpm (Bliss, 1997; Julien Saint Amand, 1998, 2002). Gabungan masa tinggal yang agak lama dan daya emparan yang tinggi membolehkan bahan cemar ketumpatan rendah masa yang mencukupi untuk berhijrah ke teras pembersih di mana ia ditolak melalui nyahcas pusaran tengah.

MT Thew, dalam Ensiklopedia Sains Pemisahan, 2000

Sinopsis

Walaupun pepejal-cecairhidrosiklontelah ditubuhkan untuk kebanyakan abad ke-20, prestasi pemisahan cecair-cecair yang memuaskan tidak tiba sehingga tahun 1980-an. Industri minyak luar pesisir memerlukan peralatan yang padat, teguh dan boleh dipercayai untuk mengeluarkan minyak pencemar yang terbahagi halus daripada air. Keperluan ini dipenuhi oleh jenis hidrosiklon yang berbeza dengan ketara, yang sudah tentu tidak mempunyai bahagian yang bergerak.

Selepas menjelaskan keperluan ini dengan lebih lengkap dan membandingkannya dengan pemisahan pepejal-cecair siklonik dalam pemprosesan mineral, kelebihan yang diberikan oleh hidrosiklon berbanding jenis peralatan yang dipasang lebih awal untuk memenuhi tugas diberikan.

Kriteria penilaian prestasi pemisahan disenaraikan sebelum membincangkan prestasi dari segi perlembagaan suapan, kawalan operator dan tenaga yang diperlukan, iaitu produk penurunan tekanan dan kadar alir.

Persekitaran untuk pengeluaran petroleum menetapkan beberapa kekangan untuk bahan dan ini termasuk masalah hakisan zarah. Bahan-bahan biasa yang digunakan disebut. Data kos relatif untuk jenis loji pengasingan minyak, modal dan berulang, digariskan, walaupun sumbernya jarang. Akhir sekali, beberapa petunjuk kepada pembangunan selanjutnya diterangkan, kerana industri minyak melihat kepada peralatan yang dipasang di dasar laut atau bahkan di bahagian bawah lubang telaga.

Persampelan, Kawalan, dan Pengimbangan Jisim

Barry A. Wills, James A. Finch FRSC, FCIM, P.Eng., dalam Teknologi Pemprosesan Mineral Wills (Edisi Kelapan), 2016

3.7.1 Penggunaan Saiz Zarah

Banyak unit, sepertihidrosiklondan pemisah graviti, menghasilkan tahap pemisahan saiz dan data saiz zarah boleh digunakan untuk pengimbangan jisim (Contoh 3.15).

Contoh 3.15 ialah contoh pengecilan ketidakseimbangan nod; ia menyediakan, sebagai contoh, nilai awal untuk pengecilan kuasa dua terkecil umum. Pendekatan grafik ini boleh digunakan apabila terdapat data komponen "lebihan"; dalam Contoh 3.9 ia boleh digunakan.

Contoh 3.15 menggunakan siklon sebagai nod. Nod kedua ialah bah: ini ialah contoh 2 input (suapan segar dan pelepasan kilang bebola) dan satu output (suapan siklon). Ini memberikan satu lagi keseimbangan jisim (Contoh 3.16).

Dalam Bab 9 kita kembali kepada contoh litar pengisaran ini menggunakan data terlaras untuk menentukan lengkung partition siklon.

Masa siaran: Mei-07-2019