Hydrocyclonen

Beschrijving

Hydrocyclonenzijn cono-cilindrisch van vorm, met een tangentiële voedingsinlaat in de cilindrische sectie en een uitlaat op elke as. De stopcontact bij de cilindrische sectie wordt de Vortex Finder genoemd en strekt zich uit in de cycloon om de kortsluitstroom rechtstreeks uit de inlaat te verminderen. Aan het conische uiteinde staat de tweede uitlaat, de spigot. Voor size scheiding staan beide verkooppunten over het algemeen open voor de atmosfeer. Hydrocyclonen worden over het algemeen verticaal bediend met de spigot aan de onderkant, vandaar dat het grove product de Underflow en het Fine Product wordt genoemd, waardoor de Vortex Finder, de overloop. Figuur 1 toont schematisch de belangrijkste stroom- en ontwerpkenmerken van een typischehydrocyclon: De twee wervelingen, de tangentiële voedingsinlaat en de axiale stopcontacten. Behalve het directe gebied van de tangentiële inlaat, heeft de vloeistofbeweging in de cycloon radiale symmetrie. Als een of beide stopcontacten open zijn voor de atmosfeer, veroorzaakt een lagedrukzone een gaskern langs de verticale as, in de binnenste draaikolk.

Het werkingsprincipe is eenvoudig: de vloeistof, die de gesuspendeerde deeltjes draagt, komt tangentieel de cycloon binnen, spreidt naar beneden en produceert een centrifugaal veld in vrije draaikolk. Grotere deeltjes bewegen door de vloeistof naar de buitenkant van de cycloon in een spiraalvormige beweging en verlaat door de spie met een fractie van de vloeistof. Vanwege het beperkende gebied van de spigot, wordt een binnenste draaikolk, die in dezelfde richting roteert als de buitenste draaikolk maar naar boven stroomt, vastgesteld en de cycloon door de vortexzoeker laat, met het grootste deel van de vloeistof en fijnere deeltjes. Als de spigotcapaciteit wordt overschreden, wordt de luchtkern gesloten en verandert de spigotafvoer van een overkoepelende spray in een 'touw' en een verlies van grof materiaal tot de overloop.

De diameter van de cilindrische sectie is de belangrijkste variabele die de grootte van de deeltjes die kan worden gescheiden beïnvloedt, hoewel de uitlaatdiameters onafhankelijk kunnen worden gewijzigd om de bereikte scheiding te wijzigen. Terwijl vroege werknemers experimenteerden met cyclonen zo klein als een diameter van 5 mm, variëren commerciële hydrocyclondiameters momenteel van 10 mm tot 2,5 m, met scheidingsgroottes voor dichtheidsdeeltjes 2700 kg m - 3 van 1,5 - 300 μm, afnemen met verhoogde deeltjesdichtheid. De bedieningsdrukval varieert van 10 bar voor kleine diameters tot 0,5 bar voor grote eenheden. Om de capaciteit te vergroten, meerdere kleinehydrocyclonenkan worden verdeeld uit een enkele voederlijn.

Hoewel het werkingsprincipe eenvoudig is, zijn veel aspecten van hun werking nog steeds slecht begrepen en zijn de selectie en voorspelling van hydrocyclone en voorspelling voor industriële werking grotendeels empirisch.

Classificatie

Barry A. Wills, James A. Finch FRSC, FCIM, P.eng., In Wills 'Mineral Processing Technology (Eighth Edition), 2016

9.4.3 Hydrocyclonen versus schermen

Hydrocyclonen zijn de classificatie gaan domineren bij het omgaan met fijne deeltjesgroottes in gesloten slijpcircuits (<200 µm). Recente ontwikkelingen in schermtechnologie (hoofdstuk 8) hebben echter de interesse hernieuwd in het gebruik van schermen in slijpcircuits. Schermen gescheiden op basis van de grootte en worden niet direct beïnvloed door de spreiding van de dichtheid in de voedermineralen. Dit kan een voordeel zijn. Schermen hebben ook geen bypass -fractie, en zoals voorbeeld 9.2 heeft aangetoond, kan bypass vrij groot zijn (in dat geval meer dan 30%). Figuur 9.8 Toont een voorbeeld van het verschil in partitiecurve voor cyclonen en schermen. De gegevens zijn van de El Brocal -concentrator in Peru met evaluaties voor en nadat de hydrocyclonen werden vervangen door een Derrick Stack Sizer® (zie hoofdstuk 8) in het slijpcircuit (Dündar et al., 2014). In overeenstemming met de verwachting, vergeleken met de cycloon, had het scherm een scherpere scheiding (helling van curve is hoger) en weinig bypass. Een toename van het slijpcircuitcapaciteit werd gerapporteerd als gevolg van hogere breukpercentages na de implementatie van het scherm. Dit werd toegeschreven aan de eliminatie van de bypass, waardoor de hoeveelheid fijn materiaal werd teruggebracht dat wordt teruggestuurd naar de slijpen Millswhich heeft de neiging om deeltjes -deeltjeseffecten te kussen.

Uitschakeling is echter niet één manier: een recent voorbeeld is een overstap van scherm naar cycloon, om te profiteren van de extra maatreductie van de Denser PayMinerals (Sasseville, 2015).

Metallurgisch proces en ontwerp

Eoin H. MacDonald, in Handbook of Gold Exploration and Evaluation, 2007

Hydrocyclonen

Hydrocyclonen zijn de voorkeurseenheden voor het goedkoper en deslimeren van grote slurry -volumes en omdat ze heel weinig vloerruimte of hoofdruimte bezetten. Ze werken het meest effectief wanneer ze worden gevoed met een gelijkmatige stroomsnelheid en pulpdichtheid en worden afzonderlijk of in clusters gebruikt om de gewenste totale capaciteiten te verkrijgen bij vereiste splitsingen. Grote mogelijkheden zijn afhankelijk van centrifugale krachten gegenereerd door hoge tangentiële stroomsnelheden door de eenheid. De primaire vortex gevormd door de inkomende slurry werkt spiraalvormig naar beneden rond de binnenste kegelwand. Vaste stoffen worden naar buiten geslingerd door centrifugale kracht, zodat naarmate de pulp naar beneden beweegt, zijn dichtheid toeneemt. Verticale componenten van de snelheid werken naar beneden nabij de kegelwanden en omhoog nabij de as. De minder dichte centrifugaal gescheiden slijmfractie wordt omhoog gedwongen door de vortex -vinder om door de opening aan de bovenkant van de kegel te flauwvallen. Een tussenliggende zone of envelop tussen de twee stromen heeft een nul verticale snelheid en scheidt de grovere vaste stoffen die naar beneden bewegen van de fijnere vaste stoffen die omhoog bewegen. Het grootste deel van de stroom passeert omhoog binnen de kleinere binnenwerving en hogere centrifugale krachten gooien de grotere van de fijnere deeltjes naar buiten, waardoor een efficiëntere scheiding in de fijnere grootte wordt gebracht. Deze deeltjes keren terug naar de buitenste draaikolk en rapporteren opnieuw aan de jig -feed.

De geometrie en bedrijfsomstandigheden binnen het spiraalstroompatroon van een typischhydrocyclonworden beschreven in Fig. 8.13. Operationele variabelen zijn pulpdichtheid, voedingsstroomsnelheid, vaste stofkarakteristieken, voederinlaatdruk en drukval door de cycloon. Cycloonvariabelen zijn gebied van voederinlaat, vortex -vinderdiameter en lengte en spigotafvoerdiameter. De waarde van de sleepcoëfficiënt wordt ook beïnvloed door vorm; Hoe meer een deeltje varieert van sfericiteit, hoe kleiner de vormfactor is en hoe groter de bezinkingsweerstand. De kritische stresszone kan zich uitstrekken tot sommige gouden deeltjes tot 200 mm groot en zorgvuldige monitoring van het classificatieproces is dus essentieel om overmatige recycling en de resulterende opbouw van slijm te verminderen. Historisch gezien, toen er weinig aandacht werd besteed aan het herstel van 150μM goudkorrels, overdracht van goud in de slijmfracties lijkt grotendeels verantwoordelijk te zijn geweest voor goudverliezen die werden geregistreerd om zo hoog te zijn als 40-60% in veel goudplaceroperaties.

Figuur 8.14 (Warman Selection Chart) is een voorlopige selectie van cyclonen voor het scheiden van verschillende D50 -grootte van 9-18 micron tot 33-76 micron. Deze grafiek, zoals bij andere dergelijke grafieken van cycloonprestaties, is gebaseerd op een zorgvuldig gecontroleerde feed van een specifiek type. Het gaat uit van een vaste stof van 2.700 kg/m3 in water als een eerste gids voor selectie. De cyclonen met een grotere diameter worden gebruikt om grove scheidingen te produceren, maar vereisen hoge voedingsvolumes voor de juiste functie. Fijne scheidingen bij hoge voedingsvolumes vereisen clusters van cyclonen met kleine diameter die parallel werken. De uiteindelijke ontwerpparameters voor nauwe maat moeten experimenteel worden bepaald, en het is belangrijk om een cycloon rond het midden van het bereik te selecteren, zodat eventuele kleine aanpassingen kunnen worden gemaakt aan het begin van de bewerkingen.

Er wordt beweerd dat de CBC (circulerend bed) cycloon alluviale goudvoedingsmaterialen tot een diameter van 5 mm classificeert en een consistent hoge jig -feed van de onderloop verkrijgt. Scheiding vindt ongeveer ongeveer plaatsD50/150 micron op basis van silica van dichtheid 2.65. Er wordt beweerd dat de CBC -cycloononderstroom bijzonder vatbaar is voor jigscheiding vanwege de relatief gladde distributiecurve van de grootte en bijna volledige verwijdering van deeltjes met fijnafval. Hoewel wordt beweerd dat dit systeem een hoogwaardig primair concentraat van equant zware mineralen produceert in één pass van een relatief lange groottebereikvoeding (bijv. Mineraalzand), zijn dergelijke prestatiefiguren niet beschikbaar voor alluviaal voedingsmateriaal dat fijn en schilferig goud bevat. Tabel 8.5giveert de technische gegevens voor AKWhydrocyclonenvoor afsluitpunten tussen 30 en 100 micron.

Tabel 8.5. Technische gegevens voor AKW -hydrocyclonen

Type (KRS)	Diameter (mm)	Druk	Capaciteit		Snijdpunt (micron)
Type (KRS)	Diameter (mm)	Druk	Slurry (m3/uur)	Vaste stoffen (t/h max).	Snijdpunt (micron)
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

Ontwikkelingen in verbods- en classificatietechnologieën van ijzererts

A. Jankovic, in Iron Ore, 2015

8.3.3.1 Hydrocyclonafscheiders

De hydrocyclone, ook wel cycloon genoemd, is een classificerend apparaat dat centrifugale kracht gebruikt om de bezinksnelheid van slurrypartikelen en afzonderlijke deeltjes te versnellen volgens de grootte, vorm en specifiek gewicht. Het wordt veel gebruikt in de mineralenindustrie, waarbij het belangrijkste gebruik in minerale verwerking als classificator is, die extreem efficiënt is gebleken bij fijne scheidingsgroottes. Het wordt uitgebreid gebruikt bij slijpbewerkingen met gesloten circuit, maar heeft vele andere toepassingen gevonden, zoals desliming, degrading en verdikking.

Een typische hydrocyclone (figuur 8.12a) bestaat uit een conisch gevormd vat, open aan zijn top of onderloop, samengevoegd met een cilindrisch gedeelte, met een tangentiële voedingsinlaat. De bovenkant van het cilindrische gedeelte is gesloten met een plaat waardoor een axiaal gemonteerde overlooppijp doorkomt. De pijp wordt uitgebreid in het lichaam van de cycloon door een korte, verwijderbare sectie die bekend staat als de Vortex Finder, die kortsluiting van voeding rechtstreeks in de overloop voorkomt. De feed wordt geïntroduceerd onder druk door de tangentiële ingang, die een wervelende beweging aan de pulp geeft. Dit genereert een draaikolk in de cycloon, met een lagedrukzone langs de verticale as, zoals weergegeven in figuur 8.12b. Een aircore ontwikkelt zich langs de as, normaal verbonden met de atmosfeer via de topopening, maar gedeeltelijk gecreëerd door opgeloste lucht die uit oplossing komt in de zone van lage druk. De centrifugale kracht versnelt de bezinksnelheid van de deeltjes, waardoor deeltjes worden gescheiden volgens de grootte, vorm en soortelijk gewicht. Snellere bezettingsdeeltjes bewegen naar de wand van de cycloon, waar de snelheid het laagst is en migreren naar de topopening (onderloop). Vanwege de werking van de sleepkracht, bewegen de langzamere settlingdeeltjes naar de zone van lage druk langs de as en worden omhoog naar boven gedragen door de vortex-vinder naar de overloop.

Hydrocyclonen worden bijna universeel gebruikt in slijpcircuits vanwege hun hoge capaciteit en relatieve efficiëntie. Ze kunnen ook classificeren over een zeer breed scala aan deeltjesgroottes (meestal 5-500 μm), waarbij kleinere diameter -eenheden worden gebruikt voor fijnere classificatie. Cycloon -toepassing in magnetiet slijpcircuits kan echter inefficiënte werking veroorzaken vanwege het dichtheidsverschil tussen magnetiet- en afvalmineralen (silica). Magnetiet heeft een specifieke dichtheid van ongeveer 5,15, terwijl silica een specifieke dichtheid van ongeveer 2,7 heeft. Inhydrocyclonen, Dichte mineralen scheiden op een fijnere snijgrootte dan lichtere mineralen. Daarom wordt bevrijd magnetiet geconcentreerd in de cycloononderstroom, met als gevolg van overgrind van het magnetiet. Napier-Munn et al. (2005) merkte op dat de relatie tussen de gecorrigeerde snijgrootte (d50c) en deeltjesdichtheid volgt een uitdrukking van de volgende vorm, afhankelijk van stroomomstandigheden en andere factoren:

D50C∝ρS - ρl - N

waarρS is de dichtheid van vaste stoffen,ρl is de vloeibare dichtheid, ennligt tussen 0,5 en 1,0. Dit betekent dat het effect van minerale dichtheid op cycloonprestaties behoorlijk belangrijk kan zijn. Bijvoorbeeld als ded50c van het magnetiet is 25 μm, dan ded50 ° C silica -deeltjes zal 40-65 μm zijn. Figuur 8.13 toont de cycloonclassificatie -efficiëntiecurves voor magnetiet (Fe3O4) en silica (SiO2) verkregen uit de enquête van een industriële kogelmolen magnetiet slijpcircuit. De groottescheiding voor silica is veel grover, met eend50c voor Fe3O4 van 29 μm, terwijl die voor SiO2 68 μm is. Vanwege dit fenomeen zijn de magnetiet -slijpmolens in gesloten circuits met hydrocyclonen minder efficiënt en hebben ze een lagere capaciteit in vergelijking met andere maalcircuits van de basismetalore.

Hoge drukprocestechnologie: fundamentals en toepassingen

MJ Cocero PhD, in Industrial Chemistry Library, 2001

Devices-scheidingsapparaten

•

Hydrocyclon

Dit is een van de eenvoudigste soorten vaste stofscheiding. Het is een zeer efficiënt scheidende apparaat en kan worden gebruikt om vaste stoffen effectief te verwijderen bij hoge temperaturen en drukken. Het is economisch omdat het geen bewegende delen heeft en weinig onderhoud vereist.

De scheidingsefficiëntie voor vaste stoffen is een sterke functie van de deeltjesgrootte en de temperatuur. De efficiëntie van de bruto scheidingen in de buurt van 80% zijn haalbaar voor silica en temperaturen boven 300 ° C, terwijl in hetzelfde temperatuurbereik, bruto scheidingsefficiënties voor dichtere zirkoondeeltjes groter zijn dan 99% [29].

De belangrijkste handicap van de werking van de hydrocyclon is de neiging van sommige zouten om zich aan de cycloonwanden te hechten.

•

Kruisfiltratie

Cross-flowfilters gedragen zich op een manier vergelijkbaar met die normaal waargenomen in doorkruisfiltratie onder omgevingsomstandigheden: verhoogde afschuifsnelheden en verminderde vloeistofviscositeit resulteren in een verhoogd filtraatnummer. Cross-microfiltratie is toegepast op de scheiding van neergeslagen zouten als vaste stoffen, waardoor de efficiëntie van deeltjesscheiding is dat meestal meer dan 99,9%meer dan 99,9%. Goomanset al..[30] bestudeerde natriumnitraatscheiding van superkritisch water. Onder de omstandigheden van het onderzoek was natriumnitraat aanwezig als het gesmolten zout en was in staat om het filter over te steken. Scheidingsefficiënties werden verkregen die varieerde met de temperatuur, omdat de oplosbaarheid afneemt naarmate de temperatuur toeneemt, variërend tussen 40% en 85%, respectievelijk voor 400 ° C en 470 ° C. Deze werknemers legden het scheidingsmechanisme uit als gevolg van een duidelijke permeabiliteit van het filtermedium naar de superkritische oplossing, in tegenstelling tot het gesmolten zout, op basis van hun duidelijk verschillende viscositeiten. Daarom zou het niet alleen mogelijk zijn om neergeslagen zouten alleen als vaste stoffen te filteren, maar ook om die laagsmeltende zouten te filteren die zich in een gesmolten toestand bevinden.

De operationele problemen waren voornamelijk te wijten aan filtercorrosie door de zouten.

Papier: recycling en gerecyclede materialen

De heer Doshi, JM Dyer, in referentiemodule in Materials Science and Materials Engineering, 2016

3.3 Reiniging

Schoonmakers ofhydrocyclonenVerwijder verontreinigingen van pulp op basis van het dichtheidsverschil tussen het verontreiniging en het water. Deze apparaten bestaan uit een conisch of cilindrisch-conisch drukvat waarin pulp tangentieel wordt gevoed aan het uiteinde van de grote diameter (figuur 6). Tijdens doorgang door de reiniger ontwikkelt de pulp een vortexstroompatroon, vergelijkbaar met dat van een cycloon. De stroom roteert rond de centrale as terwijl deze weggaat van de inlaat en naar de top, of onderloopopening, langs de binnenkant van de reinigingswand. De rotatiestroomsnelheid versnelt naarmate de diameter van de kegel afneemt. Nabij het uiteinde van de top voorkomt de opening van de kleine diameter de ontlading van het grootste deel van de stroom die in plaats daarvan roteert in een binnenste draaikolk bij de kern van de reiniger. De stroom bij de binnenste kern stroomt van de topopening totdat deze door de vortex -vinder loste, gelegen aan het uiteinde van de grote diameter in het midden van de reiniger. Het materiaal met een hogere dichtheid, geconcentreerd aan de wand van de reiniger als gevolg van centrifugale kracht, wordt ontslagen aan de top van de kegel (Bliss, 1994, 1997).

Reinigers worden geclassificeerd als hoog, medium of lage dichtheid, afhankelijk van de dichtheid en de grootte van de verontreinigingen die worden verwijderd. Een reinigingsmiddel met hoge dichtheid, met een diameter variërend van 15 tot 50 cm (6-20 in) wordt gebruikt om trampmetaal, papieren clips en nietjes te verwijderen en wordt meestal onmiddellijk gepositioneerd na de pulper. Naarmate de reinigingsdiameter afneemt, neemt de efficiëntie ervan bij het verwijderen van contaminanten van kleine grootte toe. Om praktische en economische redenen is de cycloon van 75 mm (3 in) diameter over het algemeen de kleinste reiniger die in de papierindustrie wordt gebruikt.

Omgekeerde reinigingsmiddelen en doorloopreinigers zijn ontworpen om verontreinigingen met lage dichtheid te verwijderen, zoals was, polystyreen en stickies. Omgekeerde reinigingsmiddelen worden zo genoemd omdat de accepteertstroom wordt verzameld bij de schonere top terwijl de afwijzingen bij de overloop afgaan. In de doorloopreiniger accepteert en verwerpt de uitgang aan hetzelfde uiteinde van de reiniger, met accepteert in de buurt van de reinigingswand gescheiden van de afwijzingen door een centrale buis nabij de kern van de reiniger, zoals weergegeven in figuur 7.

Continue centrifuges die in de jaren 1920 en 1930 werden gebruikt om zand van pulp te verwijderen, werden stopgezet na de ontwikkeling van hydrocyclonen. De Gyroclean, ontwikkeld bij Center Techniek du Papier, Grenoble, Frankrijk, bestaat uit een cilinder die roteert op 1200-1500 tpm (Bliss, 1997; Julien Saint Amand, 1998, 2002). De combinatie van relatief lange verblijftijd en hoge centrifugale kracht zorgt ervoor dat verontreinigingen met lage dichtheid voldoende tijd kunnen migreren naar de kern van de reiniger waar ze worden afgewezen door de centrale vortexafvoer.

Mt Thew, in Encyclopedia of Separation Science, 2000

Synopsis

Hoewel het vaste -vloeistofhydrocyclonHet grootste deel van de 20e eeuw is vastgesteld, de bevredigende vloeistof -vloeistofscheidingsprestaties kwamen pas in de jaren tachtig aan. De offshore olie -industrie had behoefte aan compacte, robuuste en betrouwbare apparatuur voor het verwijderen van fijn verdeelde verontreinigende olie uit water. Aan deze behoefte werd voldaan door een aanzienlijk ander type hydrocyclone, dat natuurlijk geen bewegende delen had.

Na het verklaren van deze behoefte meer volledig en het vergelijken met vaste -vloeistof cyclonische scheiding bij minerale verwerking, worden de voordelen die de hydrocyclone verleende over soorten apparatuur die eerder zijn geïnstalleerd om aan de plicht te voldoen.

Scheidingsprestatiebeoordelingscriteria worden vermeld voordat de prestaties worden besproken in termen van voederconstructie, bedieningscontrole en de vereiste energie, dwz het product van drukval en stroomsnelheid.

De omgeving voor petroleumproductie stelt enkele beperkingen voor materialen en dit omvat het probleem van deeltjeserosie. Typische gebruikte materialen worden genoemd. Relatieve kostengegevens voor soorten oliescheidingsplanten, zowel kapitaal als terugkerende, zijn uiteengezet, hoewel bronnen schaars zijn. Ten slotte worden enkele aanwijzingen voor verdere ontwikkeling beschreven, omdat de olie -industrie naar apparatuur op de zeebodem of zelfs op de bodem van de boorput zoekt.

Bemonstering, controle en massabalancing

Barry A. Wills, James A. Finch FRSC, FCIM, P.eng., In Wills 'Mineral Processing Technology (Eighth Edition), 2016

3.7.1 Gebruik van deeltjesgrootte

Veel eenheden, zoalshydrocyclonenen zwaartekrachtafscheiders, produceren een mate van groottescheiding en de gegevens van de deeltjesgrootte kunnen worden gebruikt voor massabalancing (voorbeeld 3.15).

Voorbeeld 3.15 is een voorbeeld van de minimalisatie van het knooppunt onbalans; Het biedt bijvoorbeeld de initiële waarde voor de gegeneraliseerde minimalisatie van de kleinste kwadraten. Deze grafische benadering kan worden gebruikt wanneer er "overtollige" componentgegevens zijn; In Voorbeeld 3.9 had het kunnen worden gebruikt.

Voorbeeld 3.15 gebruikt de cycloon als het knooppunt. Een tweede knooppunt is de carter: dit is een voorbeeld van 2 ingangen (verse feed en bal milldischarge) en één uitgang (cycloonvoer). Dit geeft een andere massabalans (voorbeeld 3.16).

In hoofdstuk 9 keren we terug naar dit voorbeeld van het slijpcircuit met behulp van aangepaste gegevens om de cycloonpartitiecurve te bepalen.

Posttijd: mei-07-2019