Hidrocicloane

Descriere

Hidrocicloaneau formă cono-cilindrică, cu o intrare tangențială în secțiunea cilindrică și o ieșire pe fiecare axă. Ieșirea de la secțiunea cilindrică se numește detector de vortex și se extinde în ciclon pentru a reduce curgerea de scurtcircuit direct de la intrare. La capătul conic se află a doua ieșire, robinetul. Pentru separarea granulometrică, ambele ieșiri sunt în general deschise către atmosferă. Hidrocicloanele funcționează în general vertical cu robinetul la capătul inferior, prin urmare, produsul grosier se numește debit inferior, iar produsul fin, lăsând detectorul de vortex, preaplin. Figura 1 prezintă schematic principalele caracteristici de curgere și de proiectare ale unui tipic...hidrociclonCele două vârtejuri, orificiul de admisie tangențial și orificiile de evacuare axiale. Cu excepția regiunii imediate a orificiului de admisie tangențial, mișcarea fluidului în interiorul ciclonului are simetrie radială. Dacă unul sau ambele orificii de evacuare sunt deschise către atmosferă, o zonă de joasă presiune provoacă un miez de gaz de-a lungul axei verticale, în interiorul vârtejului interior.

Principiul de funcționare este simplu: fluidul, care transportă particulele în suspensie, intră tangențial în ciclon, se spiralează în jos și produce un câmp centrifug în curgere vortex liberă. Particulele mai mari se mișcă prin fluid spre exteriorul ciclonului într-o mișcare spiralată și ies prin robinet cu o fracțiune din lichid. Datorită zonei limitate a robinetului, se formează un vortex interior, care se rotește în aceeași direcție ca și vortexul exterior, dar curge în sus, și părăsește ciclonul prin detectorul de vortex, transportând cu el cea mai mare parte a lichidului și a particulelor mai fine. Dacă capacitatea robinetului este depășită, miezul de aer este închis, iar descărcarea robinetului se schimbă dintr-un jet în formă de umbrelă într-o „frânghie” și o pierdere de material grosier către preaplin.

Diametrul secțiunii cilindrice este variabila majoră care afectează dimensiunea particulelor care pot fi separate, deși diametrele de ieșire pot fi modificate independent pentru a modifica separarea obținută. În timp ce primii cercetători au experimentat cu cicloane de până la 5 mm în diametru, diametrele comerciale ale hidrociclonelor variază în prezent de la 10 mm la 2,5 m, cu dimensiuni de separare pentru particule cu densitatea de 2700 kg m−3 de 1,5–300 μm, scăzând odată cu creșterea densității particulelor. Căderea de presiune de funcționare variază de la 10 bar pentru diametre mici la 0,5 bar pentru unități mari. Pentru a crește capacitatea, se pot instala mai multe hidrocicloane mici.hidrocicloanepoate fi conectată la o singură linie de alimentare.

Deși principiul de funcționare este simplu, multe aspecte ale funcționării lor sunt încă puțin înțelese, iar selecția și predicția hidrociclonilor pentru funcționarea industrială sunt în mare parte empirice.

Clasificare

Barry A. Wills, James A. Finch FRSC, FCIM, P.Eng., în lucrarea lui Wills, Tehnologia de prelucrare a mineralelor (ediția a opta), 2016

9.4.3 Hidrocicloane versus ecrane

Hidrociclonele au ajuns să domine clasificarea atunci când se lucrează cu dimensiuni fine ale particulelor în circuite de măcinare închise (<200 µm). Cu toate acestea, dezvoltările recente în tehnologia sitelor (Capitolul 8) au reînnoit interesul pentru utilizarea sitelor în circuitele de măcinare. Sitele se separă în funcție de dimensiune și nu sunt influențate direct de dispersia densității în mineralele de alimentare. Acest lucru poate fi un avantaj. De asemenea, sitele nu au o fracție de bypass și, așa cum a arătat Exemplul 9.2, bypass-ul poate fi destul de mare (peste 30% în acest caz). Figura 9.8 prezintă un exemplu de diferență în curba de partiție pentru cicloane și site. Datele provin de la concentratorul El Brocal din Peru, cu evaluări înainte și după înlocuirea hidrociclonelor cu un Derrick Stack Sizer® (vezi Capitolul 8) în circuitul de măcinare (Dündar et al., 2014). În concordanță cu așteptările, comparativ cu ciclonul, sita a avut o separare mai clară (panta curbei este mai mare) și un bypass mic. O creștere a capacității circuitului de măcinare a fost raportată datorită ratelor de rupere mai mari după implementarea sitei. Acest lucru a fost atribuit eliminării bypass-ului, reducând cantitatea de material fin trimisă înapoi la morile de măcinare, ceea ce tinde să amortizeze impactul particule-particule.

Trecerea nu este însă unidirecțională: un exemplu recent este trecerea de la sitare la ciclon, pentru a profita de reducerea suplimentară a dimensiunii mineralelor de mare densitate (Sasseville, 2015).

Procesul și proiectarea metalurgică

Eoin H. Macdonald, în Manualul de explorare și evaluare a aurului, 2007

Hidrocicloane

Hidrocicloanele sunt unități preferate pentru dimensionarea sau dezumflarea volumelor mari de nămol, la un preț redus și deoarece ocupă foarte puțin spațiu pe podea sau înălțime liberă. Acestea funcționează cel mai eficient atunci când sunt alimentate la un debit și o densitate a pulpei uniforme și sunt utilizate individual sau în grupuri pentru a obține capacitățile totale dorite la divizările necesare. Capacitățile de dimensionare se bazează pe forțele centrifuge generate de vitezele mari de curgere tangențiale prin unitate. Vârtejul primar format de nămolul de intrare acționează spiralat în jos în jurul peretelui interior al conului. Solidele sunt aruncate în exterior de forța centrifugă, astfel încât, pe măsură ce pulpa se mișcă în jos, densitatea sa crește. Componentele verticale ale vitezei acționează în jos, în apropierea pereților conului, și în sus, în apropierea axei. Fracția de nămol, mai puțin densă, separată centrifugal, este forțată în sus prin detectorul de vârtej pentru a trece prin deschiderea de la capătul superior al conului. O zonă intermediară sau o anvelopă între cele două fluxuri are viteză verticală zero și separă solidele mai grosiere care se mișcă în jos de solidele mai fine care se mișcă în sus. Cea mai mare parte a fluxului trece în sus în interiorul vortexului interior mai mic, iar forțele centrifuge mai mari aruncă particulele mai mari și mai fine în exterior, asigurând astfel o separare mai eficientă a granulelor mai fine. Aceste particule se întorc în vortexul exterior și se raportează din nou la alimentarea dispozitivului de prelucrare.

Geometria și condițiile de funcționare în cadrul modelului de curgere în spirală al unui aparat tipichidrociclonsunt descrise în Fig. 8.13. Variabilele operaționale sunt densitatea pulpei, debitul de alimentare, caracteristicile solidelor, presiunea de intrare în alimentare și căderea de presiune prin ciclon. Variabilele ciclonului sunt aria de intrare în alimentare, diametrul și lungimea detectorului de vortex și diametrul de descărcare al robinetului. Valoarea coeficientului de rezistență este, de asemenea, afectată de formă; cu cât o particulă variază mai mult de la sfericitate, cu atât factorul său de formă este mai mic și cu atât rezistența sa la tasare este mai mare. Zona de stres critic se poate extinde la unele particule de aur cu dimensiuni de până la 200 mm, iar monitorizarea atentă a procesului de clasificare este, prin urmare, esențială pentru a reduce reciclarea excesivă și acumularea rezultată de nămol. Din punct de vedere istoric, când s-a acordat puțină atenție recuperării a 150μÎn cazul granulelor de aur, reportul aurului în fracțiunile de nămol pare să fi fost în mare măsură responsabil pentru pierderile de aur, care au fost înregistrate la până la 40-60% în multe operațiuni de extracție aurieră.

Figura 8.14 (Tabelul de selecție Warman) reprezintă o selecție preliminară de cicloane pentru separarea la diferite dimensiuni D50, de la 9–18 microni până la 33–76 microni. Acest tabel, la fel ca alte tabele similare de performanță a cicloanelor, se bazează pe o alimentare atent controlată de un anumit tip. Presupune un conținut de solide de 2.700 kg/m3 în apă ca prim ghid pentru selecție. Cicloanele cu diametru mai mare sunt utilizate pentru a produce separări grosiere, dar necesită volume mari de alimentare pentru o funcționare corectă. Separările fine la volume mari de alimentare necesită grupuri de cicloane cu diametru mic care funcționează în paralel. Parametrii finali de proiectare pentru dimensionare apropiată trebuie determinați experimental și este important să se selecteze un ciclon în jurul mijlocului intervalului, astfel încât orice ajustări minore care ar putea fi necesare să poată fi făcute la începutul operațiunilor.

Ciclonul CBC (cu pat circulant) este considerat capabil să clasifice materialele de alimentare cu aur aluvionar cu diametrul de până la 5 mm și să obțină o cantitate constantă de aur din fluxul inferior. Separarea are loc la aproximativD50/150 microni pe baza silicei cu densitatea de 2,65. Se pretinde că subcurgerea ciclonului CBC este deosebit de potrivită pentru separarea cu dispozitiv de prindere datorită curbei sale de distribuție a dimensiunilor relativ netede și îndepărtării aproape complete a particulelor fine de deșeuri. Cu toate acestea, deși se pretinde că acest sistem produce un concentrat primar de înaltă calitate de minerale grele equant într-o singură trecere, dintr-o alimentare cu interval granulometric relativ lung (de exemplu, nisipuri minerale), nu sunt disponibile astfel de cifre de performanță pentru materialele de alimentare aluviale care conțin aur fin și fulgi. Tabelul 8.5 prezintă datele tehnice pentru AKW.hidrocicloanepentru puncte limită între 30 și 100 microni.

Tabelul 8.5. Date tehnice pentru hidrocicloanele AKW

Tip (KRS)	Diametru (mm)	Cădere de presiune	Capacitate		Punct de tăiere (microni)
Tip (KRS)	Diametru (mm)	Cădere de presiune	Nămol (m3/oră)	Solide (t/h max).	Punct de tăiere (microni)
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

Dezvoltări în tehnologiile de mărunțire și clasificare a minereului de fier

A. Jankovic, în Minereu de fier, 2015

8.3.3.1 Separatoare cu hidrociclon

Hidrociclonul, denumit și ciclon, este un dispozitiv de clasificare care utilizează forța centrifugă pentru a accelera rata de decantare a particulelor de suspensie și a separa particulele în funcție de dimensiune, formă și greutate specifică. Este utilizat pe scară largă în industria mineralelor, principala sa utilizare în prelucrarea mineralelor fiind ca clasificator, care s-a dovedit extrem de eficient la separarea fină a dimensiunilor. Este utilizat pe scară largă în operațiunile de măcinare cu circuit închis, dar a găsit multe alte utilizări, cum ar fi descărcarea șlamului, dezaboaierea și îngroșarea.

Un hidrociclon tipic (Figura 8.12a) constă dintr-un vas de formă conică, deschis la vârf sau la curgerea inferioară, unit cu o secțiune cilindrică, care are o intrare tangențială de alimentare. Partea superioară a secțiunii cilindrice este închisă cu o placă prin care trece o conductă de preaplin montată axial. Conducta este prelungită în corpul ciclonului printr-o secțiune scurtă, detașabilă, cunoscută sub numele de detector de vortex, care previne scurtcircuitarea alimentării direct în preaplin. Alimentarea este introdusă sub presiune prin intrarea tangențială, care imprimă o mișcare de vârtej pulpei. Aceasta generează un vortex în ciclon, cu o zonă de joasă presiune de-a lungul axei verticale, așa cum se arată în Figura 8.12b. De-a lungul axei se dezvoltă un miez de aer, conectat în mod normal la atmosferă prin deschiderea la vârf, dar creat parțial de aerul dizolvat care iese din soluție în zona de joasă presiune. Forța centrifugă accelerează viteza de decantare a particulelor, separând astfel particulele în funcție de dimensiune, formă și greutate specifică. Particulele care se tasează mai rapid se deplasează spre peretele ciclonului, unde viteza este cea mai mică, și migrează spre deschiderea apexului (curgere inferioară). Datorită acțiunii forței de rezistență, particulele care se tasează mai lent se deplasează spre zona de joasă presiune de-a lungul axei și sunt transportate în sus prin detectorul de vortex către preaplin.

Hidrocicloanele sunt utilizate aproape universal în circuitele de măcinare datorită capacității lor ridicate și eficienței relative. De asemenea, pot clasifica pe o gamă foarte largă de dimensiuni ale particulelor (de obicei 5–500 μm), unități cu diametru mai mic fiind utilizate pentru o clasificare mai fină. Cu toate acestea, aplicarea cicloanelor în circuitele de măcinare a magnetitei poate cauza o funcționare ineficientă din cauza diferenței de densitate dintre magnetită și mineralele reziduale (silice). Magnetita are o densitate specifică de aproximativ 5,15, în timp ce silicea are o densitate specifică de aproximativ 2,7. Înhidrocicloane, mineralele dense se separă la o dimensiune de tăiere mai fină decât mineralele mai ușoare. Prin urmare, magnetita eliberată este concentrată în subcursul ciclonului, cu o supra-măcinare consecutivă a magnetitei. Napier-Munn și colab. (2005) au observat că relația dintre dimensiunea corectată a tăierii (d50c) și densitatea particulelor urmează o expresie de următoarea formă, în funcție de condițiile de curgere și de alți factori:

d50c∝ρs−ρl−n

undeρs este densitatea solidelor,ρl este densitatea lichidului șineste între 0,5 și 1,0. Aceasta înseamnă că efectul densității mineralelor asupra performanței ciclonului poate fi destul de semnificativ. De exemplu, dacăd50c din magnetită are 25 μm, atuncid50c de particule de silice vor avea 40–65 μm. Figura 8.13 prezintă curbele de eficiență a clasificării cicloanelor pentru magnetită (Fe3O4) și silice (SiO2) obținute din studiul unui circuit de măcinare a magnetitei cu o moară industrială cu bile. Separarea granulometrică pentru silice este mult mai grosieră, cu od50c pentru Fe3O4 de 29 μm, în timp ce cea pentru SiO2 este de 68 μm. Din cauza acestui fenomen, morile de măcinare a magnetitei în circuite închise cu hidrocicloane sunt mai puțin eficiente și au o capacitate mai mică în comparație cu alte circuite de măcinare a minereurilor metalice de bază.

Tehnologia proceselor de înaltă presiune: Fundamente și aplicații

Doctorat MJ Cocero, în Chimie Industrială, Biblioteca, 2001

Dispozitive de separare a solidelor

•

Hidrociclon

Acesta este unul dintre cele mai simple tipuri de separatoare de solide. Este un dispozitiv de separare de înaltă eficiență și poate fi utilizat pentru a îndepărta eficient solidele la temperaturi și presiuni ridicate. Este economic deoarece nu are piese mobile și necesită puțină întreținere.

Eficiența de separare pentru solide este o funcție puternică de dimensiunea particulelor și de temperatură. Eficiențele brute de separare de aproape 80% sunt realizabile pentru silice și temperaturi peste 300°C, în timp ce în același interval de temperatură, eficiențele brute de separare pentru particulele de zircon mai dense sunt mai mari de 99% [29].

Principalul handicap al funcționării hidrociclonului este tendința unor săruri de a adera la pereții ciclonului.

•

Microfiltrare încrucișată

Filtrele cu flux încrucișat se comportă într-un mod similar cu cel observat în mod normal în filtrarea cu flux încrucișat în condiții ambientale: ratele de forfecare crescute și vâscozitatea redusă a fluidului duc la o creștere a numărului de filtrați. Microfiltrarea încrucișată a fost aplicată la separarea sărurilor precipitate sub formă de solide, oferind eficiențe de separare a particulelor care depășesc de obicei 99,9%. Goemansși colab.[30] a studiat separarea azotatului de sodiu din apa supercritică. În condițiile studiului, azotatul de sodiu era prezent sub formă de sare topită și era capabil să traverseze filtrul. S-au obținut eficiențe de separare care au variat în funcție de temperatură, deoarece solubilitatea scade odată cu creșterea temperaturii, variind între 40% și 85%, pentru 400 °C și respectiv 470 °C. Acești cercetători au explicat mecanismul de separare ca o consecință a unei permeabilități distincte a mediului de filtrare față de soluția supercritică, spre deosebire de sarea topită, pe baza vâscozităților lor clar distincte. Prin urmare, ar fi posibil nu numai să se filtreze sărurile precipitate doar ca solide, ci și să se filtreze acele săruri cu punct de topire scăzut care se află în stare topită.

Problemele de funcționare s-au datorat în principal coroziunii filtrelor de către săruri.

Hârtie: Reciclare și materiale reciclate

MR Doshi, JM Dyer, în Modulul de referință în Știința materialelor și Ingineria materialelor, 2016

3.3 Curățare

Curățătorie sauhidrocicloaneîndepărtează contaminanții din celuloză pe baza diferenței de densitate dintre contaminant și apă. Aceste dispozitive constau dintr-un vas sub presiune conic sau cilindro-conic în care celuloza este alimentată tangențial la capătul cu diametru mare (Figura 6). În timpul trecerii prin dispozitivul de curățare, celuloza dezvoltă un model de curgere vortex, similar cu cel al unui ciclon. Curgerea se rotește în jurul axei centrale pe măsură ce trece de la intrare și spre vârf, sau deschiderea de curgere inferioară, de-a lungul interiorului peretelui dispozitivului de curățare. Viteza de rotație a curgerii accelerează pe măsură ce diametrul conului scade. În apropierea capătului vârfului, deschiderea cu diametru mic previne descărcarea majorității fluxului, care în schimb se rotește într-un vortex interior în miezul dispozitivului de curățare. Fluxul din miezul interior curge departe de deschiderea vârfului până când se descarcă prin detectorul de vortex, situat la capătul cu diametru mare din centrul dispozitivului de curățare. Materialul cu densitate mai mare, fiind concentrat la peretele dispozitivului de curățare datorită forței centrifuge, este descărcat la vârful conului (Bliss, 1994, 1997).

Curățătorile sunt clasificate ca fiind de densitate mare, medie sau mică, în funcție de densitatea și dimensiunea contaminanților îndepărtați. Un curățător de densitate mare, cu un diametru cuprins între 15 și 50 cm (6-20 in), este utilizat pentru a îndepărta metalul uzat, agrafele de hârtie și capsele și este de obicei poziționat imediat după pulper. Pe măsură ce diametrul curățătorului scade, eficiența sa în îndepărtarea contaminanților de dimensiuni mici crește. Din motive practice și economice, ciclonul cu diametrul de 75 mm (3 in) este, în general, cel mai mic curățător utilizat în industria hârtiei.

Curățătoarele inverse și cele cu flux continuu sunt concepute pentru a îndepărta contaminanții cu densitate mică, cum ar fi ceara, polistirenul și substanțele lipicioase. Curățătoarele inverse sunt denumite astfel deoarece fluxul de substanțe acceptate este colectat la vârful curățătorului, în timp ce resturile ies la preaplin. În curățătorul cu flux continuu, substanțele acceptate și resturile ies la același capăt al curățătorului, substanțele acceptate din apropierea peretelui curățătorului fiind separate de resturi printr-un tub central din apropierea miezului curățătorului, așa cum se arată în Figura 7.

Centrifugele continue utilizate în anii 1920 și 1930 pentru îndepărtarea nisipului din celuloză au fost întrerupte după dezvoltarea hidrociclonelor. Gyroclean, dezvoltat la Centrul Tehnic al Hârtiei din Grenoble, Franța, constă dintr-un cilindru care se rotește la 1200–1500 rpm (Bliss, 1997; Julien Saint Amand, 1998, 2002). Combinația dintre timpul de staționare relativ lung și forța centrifugă ridicată permite contaminanților cu densitate mică să migreze suficient către miezul curățitorului, unde sunt respinși prin descărcarea vortex centrală.

MT Thew, în Enciclopedia Științei Separării, 2000

Rezumat

Deși solid-lichidhidrociclonDeși metoda separării lichid-lichid a fost stabilită pentru cea mai mare parte a secolului al XX-lea, performanța satisfăcătoare a separării lichid-lichid nu a apărut decât în anii 1980. Industria petrolieră offshore avea nevoie de echipamente compacte, robuste și fiabile pentru îndepărtarea petrolului contaminant fin divizat din apă. Această nevoie a fost satisfăcută de un tip semnificativ diferit de hidrociclon, care, bineînțeles, nu avea piese mobile.

După explicarea mai detaliată a acestei necesități și compararea ei cu separarea ciclonică solid-lichid în prelucrarea mineralelor, sunt prezentate avantajele pe care le-a conferit hidrociclonul față de tipurile de echipamente instalate anterior pentru a îndeplini această sarcină.

Criteriile de evaluare a performanței separării sunt enumerate înainte de a discuta performanța în ceea ce privește constituția alimentării, controlul operatorului și energia necesară, adică produsul dintre căderea de presiune și debit.

Mediul pentru producția de petrol impune anumite constrângeri pentru materiale, inclusiv problema eroziunii particulelor. Sunt menționate materialele tipice utilizate. Sunt prezentate date despre costurile relative pentru tipurile de instalații de separare a petrolului, atât cele de capital, cât și cele recurente, deși sursele sunt rare. În cele din urmă, sunt descrise câteva indicii pentru dezvoltarea ulterioară, deoarece industria petrolieră se orientează către echipamentele instalate pe fundul mării sau chiar pe fundul găurii de sondă.

Eșantionare, control și echilibrare a masei

Barry A. Wills, James A. Finch FRSC, FCIM, P.Eng., în lucrarea lui Wills, Tehnologia de prelucrare a mineralelor (ediția a opta), 2016

3.7.1 Utilizarea dimensiunii particulelor

Multe unități, cum ar fihidrocicloaneși separatoarele gravitaționale produc un grad de separare granulometrică, iar datele privind dimensiunea particulelor pot fi utilizate pentru echilibrarea masei (Exemplul 3.15).

Exemplul 3.15 este un exemplu de minimizare a dezechilibrului nodurilor; acesta oferă, de exemplu, valoarea inițială pentru minimizarea generalizată prin metoda celor mai mici pătrate. Această abordare grafică poate fi utilizată ori de câte ori există date componente „în exces”; în Exemplul 3.9 ar fi putut fi utilizată.

Exemplul 3.15 folosește ciclonul ca nod. Un al doilea nod este bazinul de colectare: acesta este un exemplu cu 2 intrări (alimentare proaspătă și descărcare moară cu bile) și o ieșire (alimentare ciclon). Aceasta oferă un alt bilanț masic (Exemplul 3.16).

În Capitolul 9 vom reveni la acest exemplu de circuit de măcinare folosind date ajustate pentru a determina curba de partiție a ciclonului.

Data publicării: 07 mai 2019