Hydrocyklóny

Popis

Hydrocyklónymajú kono-cylindrický tvar s tangenciálnym prívodom do valcovej časti a výstupom na každej osi. Výstup vo valcovej časti sa nazýva vyhľadávač vírov a zasahuje do cyklónu, aby sa znížil skratový tok priamo zo vstupu. Na kónickom konci je druhý výstup, hrdlo. Na oddelenie veľkosti sú oba výstupy vo všeobecnosti otvorené do atmosféry. Hydrocyklóny sú vo všeobecnosti prevádzkované vertikálne s hrdlom na spodnom konci, preto sa hrubý produkt nazýva spodný tok a jemný produkt, pričom opúšťa vyhľadávač vírov, prepad. Obrázok 1 schematicky znázorňuje hlavné prúdenie a konštrukčné znaky typickéhohydrocyklón: dva víry, tangenciálny prívod a axiálne výstupy. S výnimkou bezprostrednej oblasti tangenciálneho vstupu má pohyb tekutiny v cyklóne radiálnu symetriu. Ak sú jeden alebo oba výstupy otvorené do atmosféry, nízkotlaková zóna spôsobí, že plynové jadro pozdĺž zvislej osi vo vnútri vnútorného víru.

Princíp činnosti je jednoduchý: kvapalina nesúca suspendované častice vstupuje do cyklónu tangenciálne, špirálovite sa smerom nadol a vytvára odstredivé pole vo voľnom vírivom prúdení. Väčšie častice sa pohybujú cez kvapalinu smerom von z cyklónu v špirálovom pohybe a vychádzajú cez hrdlo s frakciou kvapaliny. V dôsledku obmedzujúcej oblasti hrdla sa vytvorí vnútorný vír, ktorý sa otáča v rovnakom smere ako vonkajší vír, ale prúdi nahor, a opúšťa cyklón cez vyhľadávač vírov, pričom so sebou nesie väčšinu kvapaliny a jemnejších častíc. Ak je prekročená kapacita hrdla, vzduchové jadro sa uzatvorí a výstup hrdla sa zmení z dáždnikovitého spreja na „lano“ a strata hrubého materiálu prepadom.

Priemer valcovej časti je hlavnou premennou ovplyvňujúcou veľkosť častíc, ktoré možno oddeliť, hoci výstupné priemery možno nezávisle meniť, aby sa zmenila dosiahnutá separácia. Zatiaľ čo prví pracovníci experimentovali s cyklónmi s priemerom len 5 mm, priemery komerčných hydrocyklónov sa v súčasnosti pohybujú od 10 mm do 2,5 m, pričom separačné veľkosti častíc s hustotou 2700 kg m-3 sú 1,5–300 μm, ktoré klesajú so zvyšujúcou sa hustotou častíc. Pokles prevádzkového tlaku sa pohybuje od 10 barov pre malé priemery do 0,5 barov pre veľké jednotky. Ak chcete zvýšiť kapacitu, niekoľko malýchhydrocyklónymôžu byť napájané z jedného prívodného potrubia.

Aj keď je princíp činnosti jednoduchý, mnohé aspekty ich činnosti sú stále nedostatočne pochopené a výber a predpovedanie hydrocyklónu pre priemyselnú prevádzku sú do značnej miery empirické.

Klasifikácia

Barry A. Wills, James A. Finch FRSC, FCIM, P.Eng., vo Willsovej technológii spracovania minerálov (ôsme vydanie), 2016

9.4.3 Hydrocyklóny verzus clony

Hydrocyklóny sa stali dominantnými v klasifikácii pri práci s jemnými časticami v uzavretých mlecích okruhoch (<200 µm). Avšak nedávny vývoj v sitovej technológii (kapitola 8) obnovil záujem o používanie sitiek v mlecích okruhoch. Sitá sa oddeľujú na základe veľkosti a nie sú priamo ovplyvnené hustotou rozptýlenou v kŕmnych mineráloch. To môže byť výhoda. Obrazovky tiež nemajú obtokovú časť a ako ukazuje príklad 9.2, obtok môže byť dosť veľký (v takom prípade viac ako 30 %). Obrázok 9.8 zobrazuje príklad rozdielu v deliacej krivke pre cyklónové a sitá. Údaje pochádzajú z koncentrátora El Brocal v Peru s hodnoteniami pred a po nahradení hydrocyklónov zariadením Derrick Stack Sizer® (pozri kapitolu 8) v mlecom okruhu (Dündar et al., 2014). V súlade s očakávaním malo sito v porovnaní s cyklónom ostrejšie oddelenie (sklon krivky je vyšší) a malý obtok. Zvýšenie kapacity brúsneho okruhu bolo zaznamenané v dôsledku vyššej miery zlomenia po implementácii sita. Bolo to spôsobené odstránením obtoku, čím sa znížilo množstvo jemného materiálu odosielaného späť do mlecích mlynov, ktorý má tendenciu tlmiť nárazy častíc a častíc.

Prechod však nie je jedným zo spôsobov: nedávnym príkladom je prechod z obrazovky na cyklón, aby sa využilo dodatočné zmenšenie veľkosti hustejších platových minerálov (Sasseville, 2015).

Hutnícky proces a dizajn

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

Hydrocyklóny

Hydrocyklóny sú uprednostňované jednotky na dimenzovanie alebo odhlieňovanie veľkých objemov kalu lacno a pretože zaberajú veľmi malý priestor na podlahe alebo svetlú výšku. Najúčinnejšie fungujú, keď sa plnia pri rovnomernom prietoku a hustote buničiny a používajú sa jednotlivo alebo v zhlukoch na získanie požadovaných celkových kapacít pri požadovaných deleniach. Možnosti dimenzovania sa spoliehajú na odstredivé sily generované vysokými tangenciálnymi rýchlosťami prúdenia cez jednotku. Primárny vír vytvorený prichádzajúcou kašou pôsobí špirálovito smerom nadol okolo vnútornej steny kužeľa. Pevné látky sú vymrštené smerom von odstredivou silou, takže keď sa dužina pohybuje smerom nadol, jej hustota sa zvyšuje. Vertikálne zložky rýchlosti pôsobia smerom nadol v blízkosti stien kužeľa a smerom nahor v blízkosti osi. Menej hustá odstredivou separovaná frakcia slizu je tlačená smerom hore cez vírový vyhľadávač, aby prešla cez otvor na hornom konci kužeľa. Stredná zóna alebo obal medzi týmito dvoma prúdmi má nulovú vertikálnu rýchlosť a oddeľuje hrubšie pevné látky pohybujúce sa smerom nadol od jemnejších pevných látok pohybujúcich sa nahor. Prevažná časť prúdu prechádza nahor v rámci menšieho vnútorného víru a vyššie odstredivé sily vrhajú väčšie z jemnejších častíc smerom von, čím poskytujú účinnejšiu separáciu v jemnejších triedeniach. Tieto častice sa vracajú do vonkajšieho víru a opäť sa hlásia do podávača prípravku.

Geometria a prevádzkové podmienky v rámci špirálového prietokového vzoru typickéhohydrocyklónsú popísané na obr. 8.13. Prevádzkové premenné sú hustota buničiny, prietok privádzaného materiálu, charakteristiky pevných látok, vstupný tlak privádzaného materiálu a pokles tlaku v cyklóne. Cyklónové premenné sú plocha prívodu náplne, priemer a dĺžka detektora víru a priemer vypúšťacieho hrdla. Hodnotu koeficientu odporu vzduchu ovplyvňuje aj tvar; čím viac sa častica líši od sférickosti, tým menší je jej tvarový faktor a tým väčší je jej odpor pri usadzovaní. Zóna kritického napätia sa môže rozšíriť na niektoré zlaté častice s veľkosťou až 200 mm a starostlivé sledovanie procesu klasifikácie je preto nevyhnutné na zníženie nadmernej recyklácie a následného vytvárania slizu. Historicky, keď sa obnove 150 venovala malá pozornosťμm zlatých zŕn, zdá sa, že prenos zlata vo frakciách slizu bol do značnej miery zodpovedný za straty zlata, ktoré boli zaznamenané až do výšky 40 – 60 % v mnohých operáciách ryžovania zlata.

Obrázok 8.14 (Warman Selection Chart) je predbežný výber cyklónov na separáciu pri rôznych veľkostiach D50 od 9–18 mikrónov až po 33–76 mikrónov. Táto tabuľka, rovnako ako ostatné takéto tabuľky výkonu cyklónu, je založená na starostlivo kontrolovanom podávaní špecifického typu. Ako prvé vodítko pri výbere predpokladá obsah pevných látok 2 700 kg/m3 vo vode. Cyklóny s väčším priemerom sa používajú na výrobu hrubých separácií, ale pre správnu funkciu vyžadujú veľké objemy privádzaného materiálu. Jemné separácie pri vysokých objemoch náplne vyžadujú zhluky cyklónov s malým priemerom pracujúcich paralelne. Konečné konštrukčné parametre pre tesné dimenzovanie sa musia určiť experimentálne a je dôležité vybrať cyklón okolo stredu rozsahu, aby bolo možné vykonať akékoľvek menšie úpravy, ktoré môžu byť potrebné na začiatku prevádzky.

O cyklóne CBC (cirkulujúce lôžko) sa tvrdí, že klasifikuje aluviálne zlaté vstupné materiály až do priemeru 5 mm a získava konzistentne vysoké dávkovanie prípravku z podtoku. Oddelenie prebieha približne oD50/150 mikrónov na báze oxidu kremičitého s hustotou 2,65. Tvrdí sa, že spodný tok cyklónu CBC je zvlášť vhodný na oddeľovanie pomocou prípravku, pretože má relatívne hladkú krivku distribúcie veľkosti a takmer úplné odstránenie jemných častíc odpadu. Aj keď sa tvrdí, že tento systém produkuje prvotriedny primárny koncentrát ekvivalentných ťažkých minerálov v jednom prechode z krmiva s relatívne dlhou veľkosťou (napr. minerálne piesky), nie sú k dispozícii žiadne takéto hodnoty výkonnosti pre aluviálny kŕmny materiál obsahujúci jemné a vločkovité zlato. . Tabuľka 8.5 uvádza technické údaje pre AKWhydrocyklónypre medzné body medzi 30 a 100 mikrónov.

Tabuľka 8.5. Technické údaje pre hydrocyklóny AKW

Typ (KRS)	Priemer (mm)	Pokles tlaku	Kapacita		Bod rezu (mikróny)
Typ (KRS)	Priemer (mm)	Pokles tlaku	Kal (m3/h)	Tuhé látky (t/h max.).	Bod rezu (mikróny)
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

Vývoj technológií drvenia a klasifikácie železnej rudy

A. Jankovič, v Železnej Rude, 2015

8.3.3.1 Hydrocyklónové odlučovače

Hydrocyklón, tiež označovaný ako cyklón, je klasifikačné zariadenie, ktoré využíva odstredivú silu na zrýchlenie rýchlosti usadzovania častíc kalu a separáciu častíc podľa veľkosti, tvaru a špecifickej hmotnosti. Je široko používaný v priemysle minerálov, pričom jeho hlavné použitie pri spracovaní minerálov je ako triedič, ktorý sa ukázal ako mimoriadne účinný pri jemných separačných veľkostiach. Široko sa používa v brúsnych operáciách s uzavretým okruhom, ale našiel si mnoho ďalších použití, ako je odvápňovanie, odstraňovanie piesku a zahusťovanie.

Typický hydrocyklón (obrázok 8.12a) pozostáva z kónicky tvarovanej nádoby, otvorenej na svojom vrchole alebo spodného toku, spojenej s valcovou časťou, ktorá má tangenciálny vstup na prívod. Horná časť valcovej časti je uzavretá doskou, cez ktorú prechádza axiálne namontované prepadové potrubie. Potrubie je predĺžené do tela cyklónu pomocou krátkej odnímateľnej časti známej ako vírový vyhľadávač, ktorá zabraňuje skratu krmiva priamo do prepadu. Krmivo sa zavádza pod tlakom cez tangenciálny vstup, ktorý dodáva buničine vírivý pohyb. To vytvára vír v cyklóne s nízkotlakovou zónou pozdĺž vertikálnej osi, ako je znázornené na obrázku 8.12b. Pozdĺž osi sa vyvíja vzduchové jadro, ktoré je normálne spojené s atmosférou cez vrcholový otvor, ale čiastočne vytvorené rozpusteným vzduchom vychádzajúcim z roztoku v zóne nízkeho tlaku. Odstredivá sila urýchľuje rýchlosť usadzovania častíc, čím sa častice oddeľujú podľa veľkosti, tvaru a špecifickej hmotnosti. Rýchlejšie usadzujúce sa častice sa pohybujú k stene cyklónu, kde je rýchlosť najnižšia, a migrujú do vrcholového otvoru (podtok). Pôsobením unášacej sily sa pomalšie usadzujúce častice pohybujú smerom k zóne nízkeho tlaku pozdĺž osi a sú unášané nahor cez vyhľadávač vírov k prepadu.

Hydrocyklóny sú takmer univerzálne používané v mlecích okruhoch kvôli ich vysokej kapacite a relatívnej účinnosti. Môžu tiež klasifikovať vo veľmi širokom rozsahu veľkosti častíc (zvyčajne 5–500 μm), jednotky s menším priemerom sa používajú na jemnejšiu klasifikáciu. Aplikácia cyklónu v obvodoch na mletie magnetitu však môže spôsobiť neefektívnu prevádzku v dôsledku rozdielu hustoty medzi magnetitom a odpadovými minerálmi (oxid kremičitý). Magnetit má špecifickú hustotu približne 5,15, zatiaľ čo oxid kremičitý má špecifickú hustotu približne 2,7. Inhydrocyklóny, husté minerály sa oddeľujú pri jemnejšej veľkosti rezu ako ľahšie minerály. Uvoľnený magnetit sa preto sústreďuje v podtoku cyklónu s následným prebrúsením magnetitu. Napier-Munn a kol. (2005) poznamenali, že vzťah medzi korigovanou veľkosťou rezu (d50c) a hustota častíc je vyjadrená v nasledujúcom tvare v závislosti od podmienok prúdenia a iných faktorov:

d50c∝ρs−ρl−n

kdeρs je hustota pevných látok,ρl je hustota kvapaliny anje medzi 0,5 a 1,0. To znamená, že vplyv hustoty minerálov na výkon cyklónu môže byť dosť významný. Napríklad, akd50c magnetitu je 25 μm, potomd50 c častíc oxidu kremičitého bude 40–65 μm. Obrázok 8.13 ukazuje krivky účinnosti klasifikácie cyklónu pre magnetit (Fe3O4) a oxid kremičitý (SiO2) získané z prieskumu priemyselného guľového mlyna na drvenie obvodu magnetitu. Veľkosť separácie oxidu kremičitého je oveľa hrubšia, pričom ad50c pre Fe3O4 29 μm, zatiaľ čo pre Si02 je 68 μm. V dôsledku tohto javu sú mlyny na mletie magnetitu v uzavretých okruhoch s hydrocyklónmi menej efektívne a majú nižšiu kapacitu v porovnaní s inými okruhmi na mletie základných kovov.

Vysokotlaková procesná technológia: Základy a aplikácie

MJ Cocero PhD, v knižnici priemyselnej chémie, 2001

Zariadenia na separáciu pevných látok

•

Hydrocyklón

Ide o jeden z najjednoduchších typov separátorov pevných látok. Je to vysokoúčinné separačné zariadenie a možno ho použiť na efektívne odstraňovanie pevných látok pri vysokých teplotách a tlakoch. Je ekonomický, pretože nemá žiadne pohyblivé časti a vyžaduje len malú údržbu.

Účinnosť separácie pevných látok je silnou funkciou veľkosti častíc a teploty. Hrubá separačná účinnosť takmer 80% je dosiahnuteľná pre oxid kremičitý a teploty nad 300°C, zatiaľ čo v rovnakom teplotnom rozsahu je hrubá separačná účinnosť pre hustejšie zirkónové častice vyššia ako 99% [29].

Hlavnou nevýhodou prevádzky hydrocyklónu je tendencia niektorých solí priľnúť na steny cyklónu.

•

Krížová mikrofiltrácia

Filtre s priečnym tokom sa správajú podobným spôsobom, aký sa bežne pozoruje pri filtrácii s priečnym tokom za podmienok okolia: zvýšené šmykové rýchlosti a znížená viskozita tekutiny majú za následok zvýšený počet filtrátov. Krížová mikrofiltrácia sa použila na separáciu vyzrážaných solí ako pevných látok, čím sa dosiahla účinnosť separácie častíc typicky presahujúca 99,9 %. Goemansa kol.[30] študovali separáciu dusičnanu sodného zo superkritickej vody. V podmienkach štúdie bol dusičnan sodný prítomný ako roztavená soľ a bol schopný prejsť cez filter. Získali sa účinnosti separácie, ktoré sa menili s teplotou, pretože rozpustnosť klesá so zvyšujúcou sa teplotou, v rozsahu medzi 40 % a 85 %, pre 400 °C, respektíve 470 °C. Títo pracovníci vysvetlili separačný mechanizmus ako dôsledok zreteľnej priepustnosti filtračného média smerom k superkritickému roztoku, na rozdiel od roztavenej soli, na základe ich jasne odlišných viskozít. Preto by bolo možné nielen filtrovať vyzrážané soli len ako pevné látky, ale tiež filtrovať tie soli s nízkou teplotou topenia, ktoré sú v roztavenom stave.

Prevádzkové problémy boli spôsobené hlavne koróziou filtra soľami.

Papier: Recyklácia a recyklované materiály

MR Doshi, JM Dyer, v referenčnom module v materiálovej vede a materiálovom inžinierstve, 2016

3.3 Čistenie

Čistiace prostriedky resphydrocyklónyodstrániť kontaminanty z buničiny na základe rozdielu hustoty medzi kontaminantom a vodou. Tieto zariadenia pozostávajú z kužeľovej alebo cylindricko-kužeľovej tlakovej nádoby, do ktorej sa buničina privádza tangenciálne na konci s veľkým priemerom (obrázok 6). Počas prechodu cez čistič buničina vytvára vírový prúd, podobný vzoru cyklónu. Prúd sa otáča okolo stredovej osi, keď prechádza preč od vstupu a smerom k vrcholu alebo otvoru spodného toku pozdĺž vnútornej steny čističa. Rotačná rýchlosť prúdenia sa zrýchľuje so zmenšujúcim sa priemerom kužeľa. Otvor s malým priemerom v blízkosti vrcholového konca zabraňuje vypúšťaniu väčšiny prúdu, ktorý sa namiesto toho otáča vo vnútornom víri v jadre čističa. Prúd vo vnútornom jadre odteká z vrcholového otvoru, až kým nevyteká cez vyhľadávač vírov, ktorý sa nachádza na konci s veľkým priemerom v strede čističa. Materiál s vyššou hustotou, ktorý sa koncentruje na stene čističa v dôsledku odstredivej sily, sa vypúšťa na vrchole kužeľa (Bliss, 1994, 1997).

Čistiace prostriedky sú klasifikované ako vysoká, stredná alebo nízka hustota v závislosti od hustoty a veľkosti odstraňovaných nečistôt. Čistiaci prostriedok s vysokou hustotou s priemerom v rozmedzí od 15 do 50 cm (6–20 palcov) sa používa na odstraňovanie kovového odpadu, kancelárskych sponiek a sponiek a zvyčajne sa umiestňuje hneď za rozvlákňovačom. Keď sa priemer čističa zmenšuje, jeho účinnosť pri odstraňovaní malých nečistôt sa zvyšuje. Z praktických a ekonomických dôvodov je cyklón s priemerom 75 mm (3 palce) všeobecne najmenší čistič používaný v papierenskom priemysle.

Reverzné čističe a prietokové čističe sú navrhnuté tak, aby odstraňovali nečistoty s nízkou hustotou, ako je vosk, polystyrén a lepkavé látky. Reverzné čističe sú tak pomenované, pretože akceptovaný prúd sa zhromažďuje na vrchole čističa, zatiaľ čo odpady vychádzajú z prepadu. V prietokovom čističi výstup pre príjem a výpľuv na rovnakom konci čističa, s výstupom v blízkosti steny čističa oddeleným od odpadu centrálnou rúrkou blízko jadra čističa, ako je znázornené na obrázku 7.

Kontinuálne odstredivky používané v 20. a 30. rokoch 20. storočia na odstraňovanie piesku z buničiny boli prerušené po vývoji hydrocyklónov. Gyroclean, vyvinutý v Centre Technique du Papier, Grenoble, Francúzsko, pozostáva z valca, ktorý sa otáča rýchlosťou 1200 – 1500 otáčok za minútu (Bliss, 1997; Julien Saint Amand, 1998, 2002). Kombinácia relatívne dlhej doby zdržania a vysokej odstredivej sily umožňuje kontaminantom s nízkou hustotou dostatočný čas na to, aby migrovali do jadra čističa, kde sú odmietnuté cez centrálny vírivý výboj.

MT Thew, v Encyclopedia of Separation Science, 2000

Súhrn

Hoci tuhá látka-kvapalinahydrocyklónbola zavedená po väčšinu 20. storočia, uspokojivý výkon separácie kvapalina-kvapalina sa dostavil až v 80. rokoch 20. storočia. Odvetvie ťažby ropy na mori potrebovalo kompaktné, robustné a spoľahlivé zariadenie na odstraňovanie jemne rozptýleného kontaminujúceho oleja z vody. Túto potrebu uspokojil výrazne odlišný typ hydrocyklónu, ktorý samozrejme nemal žiadne pohyblivé časti.

Po podrobnejšom vysvetlení tejto potreby a porovnaní s cyklónovou separáciou tuhá látka-kvapalina pri spracovaní nerastov sú uvedené výhody, ktoré hydrocyklón poskytoval v porovnaní s typmi zariadení inštalovaných skôr na splnenie povinnosti.

Kritériá hodnotenia účinnosti separácie sú uvedené pred diskusiou o výkonnosti z hľadiska zloženia krmiva, riadenia operátorom a potrebnej energie, tj súčin poklesu tlaku a prietoku.

Prostredie na výrobu ropy stanovuje určité obmedzenia pre materiály, medzi ktoré patrí aj problém erózie častíc. Uvádzajú sa typické používané materiály. Sú načrtnuté údaje o relatívnych nákladoch pre typy zariadení na separáciu oleja, kapitálové aj opakujúce sa, hoci zdroje sú zriedkavé. Nakoniec sú opísané niektoré ukazovatele ďalšieho vývoja, pretože ropný priemysel sa zameriava na zariadenia inštalované na morskom dne alebo dokonca na dne vrtu.

Odber vzoriek, kontrola a vyvažovanie hmotnosti

Barry A. Wills, James A. Finch FRSC, FCIM, P.Eng., vo Willsovej technológii spracovania minerálov (ôsme vydanie), 2016

3.7.1 Použitie veľkosti častíc

Mnohé jednotky, ako naprhydrocyklónya gravitačné separátory vytvárajú určitý stupeň separácie podľa veľkosti a údaje o veľkosti častíc možno použiť na hmotnostné vyváženie (príklad 3.15).

Príklad 3.15 je príkladom minimalizácie nerovnováhy uzlov; poskytuje napríklad počiatočnú hodnotu pre zovšeobecnenú minimalizáciu najmenších štvorcov. Tento grafický prístup je možné použiť vždy, keď existuje „nadbytok“ údajov komponentov; v príklade 3.9 mohol byť použitý.

Príklad 3.15 používa ako uzol cyklón. Druhým uzlom je žumpa: toto je príklad 2 vstupov (čerstvé krmivo a guľové vypúšťanie) a jedného výstupu (cyklónové napájanie). Získa sa tak ďalšia hmotnostná bilancia (príklad 3.16).

V kapitole 9 sa vrátime k tomuto príkladu mlecieho okruhu pomocou upravených údajov na určenie cyklónovej rozdeľovacej krivky.

Čas odoslania: máj-07-2019