Хидроциклони

Опис

Хидроциклонису коно-цилиндричног облика, са тангенцијалним улазом у цилиндрични пресек и излазом на свакој оси. Излаз на цилиндричном делу назива се проналазач вртлога и протеже се у циклон да би се смањио проток кратког споја директно из улаза. На коничном крају је други излаз, отвор. За раздвајање величина, оба излаза су углавном отворена за атмосферу. Хидроциклони углавном раде вертикално са отвором на доњем крају, па се груби производ назива доњи, а фини производ, остављајући тражило вртлога, преливање. Слика 1 шематски приказује главни ток и карактеристике дизајна типикахидроциклон: два вртлога, тангенцијални улаз и аксијални излаз. Осим за непосредну област тангенцијалног улаза, кретање флуида унутар циклона има радијалну симетрију. Ако су један или оба излаза отворена за атмосферу, зона ниског притиска изазива гасно језгро дуж вертикалне осе, унутар унутрашњег вртлога.

Принцип рада је једноставан: течност, носећи суспендоване честице, улази у циклон тангенцијално, спирално се спушта надоле и ствара центрифугално поље у слободном вртложном току. Веће честице се крећу кроз течност ка спољашњости циклона у спиралном кретању и излазе кроз отвор са делом течности. Због граничне површине отвора, унутрашњи вртлог, који ротира у истом правцу као и спољашњи вртлог, али тече нагоре, успоставља се и напушта циклон кроз проналазач вртлога, носећи са собом већину течности и ситнијих честица. Ако је капацитет отвора прекорачен, ваздушно језгро се затвара и излив из отвора се мења од прскања у облику кишобрана у 'конопац' и губитак грубог материјала у преливу.

Пречник цилиндричног пресека је главна варијабла која утиче на величину честица које се могу одвојити, иако се пречници излаза могу мењати независно како би се променило постигнуто раздвајање. Док су рани радници експериментисали са циклонима пречника од само 5 мм, комерцијални пречници хидроциклона тренутно се крећу од 10 мм до 2,5 м, са величинама раздвајања за честице густине 2700 кг м−3 од 1,5–300 μм, које се смањују са повећаном густином честица. Радни пад притиска креће се од 10 бара за мале пречнике до 0,5 бара за велике јединице. За повећање капацитета, више малиххидроциклонимогу се разводити из једне доводне линије.

Иако је принцип рада једноставан, многи аспекти њиховог рада су још увек слабо схваћени, а избор хидроциклона и предвиђање за индустријски рад су углавном емпиријски.

Класификација

Барри А. Виллс, Јамес А. Финцх ФРСЦ, ФЦИМ, П.Енг., Виллсова технологија прераде минерала (осмо издање), 2016.

9.4.3 Хидроциклони наспрам сита

Хидроциклони су почели да доминирају у класификацији када се ради о финим величинама честица у затвореним круговима за млевење (<200 µм). Међутим, недавни развој технологије сита (поглавље 8) обновио је интересовање за коришћење сита у круговима за млевење. Сита се одвајају на основу величине и на њих не утиче директно распрострањеност густине у минералима у храни. Ово може бити предност. Екрани такође немају премосни удео, а као што је показао пример 9.2, обилазак може бити прилично велик (преко 30% у том случају). Слика 9.8 приказује пример разлике у криву поделе за циклоне и сита. Подаци су из Ел Броцал концентратора у Перуу са проценама пре и после замене хидроциклона са Деррицк Стацк Сизер® (погледајте Поглавље 8) у кругу за млевење (Дундар ет ал., 2014). У складу са очекивањима, у поређењу са циклоном, екран је имао оштрије раздвајање (нагиб кривине је већи) и мало заобилажења. Пријављено је повећање капацитета круга за млевење због веће стопе лома након имплементације сита. Ово се приписује елиминацији бајпаса, смањујући количину финог материјала који се враћа у млин за млевење који има тенденцију да ублажи ударе честица-честица.

Међутим, промена није једносмерна: недавни пример је прелазак са екрана на циклон, да би се искористила предност додатног смањења величине гушћих минерала за плаћање (Сассевилле, 2015).

Металуршки процес и дизајн

Еоин Х. Мацдоналд, у Хандбоок оф Голд Екплоратион анд Евалуатион, 2007.

Хидроциклони

Хидроциклони су пожељне јединице за димензионисање или одстрањивање великих количина стајњака, јефтино и зато што заузимају врло мало простора на поду или висине. Они раде најефикасније када се напајају равномерним протоком и густином пулпе и користе се појединачно или у групама да би се добили жељени укупни капацитети при потребним поделама. Могућности димензионисања се ослањају на центрифугалне силе које стварају велике тангенцијалне брзине протока кроз јединицу. Примарни вртлог формиран од надолазеће суспензије делује спирално наниже око унутрашњег зида конуса. Чврсте материје се избацују напоље помоћу центрифугалне силе, тако да како се пулпа креће наниже њена густина се повећава. Вертикалне компоненте брзине делују надоле у близини зидова конуса и нагоре у близини осе. Мање густа центрифугално издвојена фракција слузи се потискује нагоре кроз вортекс тражило да прође кроз отвор на горњем крају конуса. Средња зона или омотач између два тока има нулту вертикалну брзину и одваја грубље чврсте материје које се крећу надоле од финијих чврстих материја које се крећу нагоре. Највећи део протока пролази нагоре унутар мањег унутрашњег вртлога, а веће центрифугалне силе избацују веће од финијих честица напоље, чиме се обезбеђује ефикасније одвајање у финијим величинама. Ове честице се враћају у спољашњи вортекс и поново се јављају у џиг.

Геометрија и услови рада унутар спиралног обрасца тока типичнехидроциклонописани су на слици 8.13. Оперативне варијабле су густина пулпе, брзина протока, карактеристике чврстих материја, улазни притисак и пад притиска кроз циклон. Циклонске варијабле су површина улаза за напајање, пречник и дужина налазача вртлога и пречник испуштања отвора. На вредност коефицијента отпора утиче и облик; што се честица више разликује од сферичности, мањи је њен фактор облика и већа је отпорност на таложење. Зона критичног напрезања може се проширити на неке честице злата величине до 200 мм и стога је пажљиво праћење процеса класификације неопходно да би се смањило прекомерно рециклирање и резултирајуће накупљање слузи. Историјски, када је мало пажње посвећено опоравку 150μм златних зрна, чини се да је преношење злата у фракцијама слузи у великој мери одговорно за губитке злата који су забележени и до 40–60% у многим операцијама постављања злата.

Слика 8.14 (Варманова табела избора) је прелиминарни избор циклона за одвајање при различитим величинама Д50 од 9–18 микрона до 33–76 микрона. Овај графикон, као и други такви графикони перформанси циклона, заснован је на пажљиво контролисаном уносу одређеног типа. Претпоставља се садржај чврстих материја од 2.700 кг/м3 у води као први водич за одабир. Циклони већег пречника се користе за производњу грубих сепарација, али захтевају велике количине довода за правилно функционисање. Фине сепарације при великим количинама хране захтевају кластере циклона малог пречника који раде паралелно. Коначни параметри дизајна за блиску димензионисање морају се одредити експериментално, и важно је одабрати циклон око средине опсега тако да се на почетку рада могу извршити било каква мања подешавања која могу бити потребна.

Тврди се да циклон ЦБЦ (кружно корито) класификује материјале за напајање алувијалног злата пречника до 5 мм и добија конзистентно висок довод из доњег тока. Раздвајање се одвија у приближноD50/150 микрона на основу силицијум диоксида густине 2,65. Тврди се да је доњи ток ЦБЦ циклона посебно погодан за сепарацију помоћу шаблона због своје релативно глатке криве расподеле величине и скоро потпуног уклањања финих честица отпада. Међутим, иако се за овај систем тврди да производи висококвалитетни примарни концентрат једнаких тешких минерала у једном пролазу из релативно великог опсега хране (нпр. минерални песак), такви подаци о перформансама нису доступни за алувијални материјал за храну који садржи фино и љуспичасто злато. . Табела 8.5 даје техничке податке за АКВхидроциклониза граничне тачке између 30 и 100 микрона.

Табела 8.5. Технички подаци за АКВ хидроциклоне

Тип (КРС)	Пречник (мм)	Пад притиска	Капацитет		Тачка резања (микрони)
Тип (КРС)	Пречник (мм)	Пад притиска	Стајњак (м3/х)	Чврсте материје (т/х мак).	Тачка резања (микрони)
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
(РВН)6118	300	0,5–1,5	40–140	40	50–100

Развој технологије уситњавања и класификације руде гвожђа

А. Јанковић, у Гвоздена руда, 2015

8.3.3.1 Хидроциклонски сепаратори

Хидроциклон, који се такође назива циклон, је уређај за класификацију који користи центрифугалну силу да убрза стопу таложења честица каше и одвоји честице према величини, облику и специфичној тежини. Широко се користи у индустрији минерала, при чему је његова главна употреба у преради минерала као класификатор, који се показао изузетно ефикасним при финим величинама сепарације. Широко се користи у операцијама млевења затвореног круга, али је пронашао и многе друге употребе, као што су одстрањивање, одстрањивање и згушњавање.

Типичан хидроциклон (слика 8.12а) састоји се од конусног облика, отвореног на врху или доњег тока, спојеног са цилиндричним делом, који има тангенцијални улаз за напајање. Врх цилиндричног пресека је затворен плочом кроз коју пролази аксијално постављена преливна цев. Цев је продужена у тело циклона кратким, уклоњивим делом познатим као вортек финдер, који спречава кратки спој довода директно у прелив. Сировина се уводи под притиском кроз тангенцијални улаз, који даје вртложно кретање пулпи. Ово генерише вртлог у циклону, са зоном ниског притиска дуж вертикалне осе, као што је приказано на слици 8.12б. Ваздушно језгро се развија дуж осе, нормално повезано са атмосфером кроз отвор на врху, али делимично створено раствореним ваздухом који излази из раствора у зони ниског притиска. Центрифугална сила убрзава брзину таложења честица, чиме се одвајају честице према величини, облику и специфичној тежини. Честице које се брже таложе крећу се ка зиду циклона, где је брзина најмања, и мигрирају ка отвору врха (подлив). Услед дејства силе отпора, честице које се спорије таложе крећу се ка зони ниског притиска дуж осе и носе се нагоре кроз вортекс тражило до прелива.

Хидроциклони се скоро универзално користе у круговима за млевење због њиховог великог капацитета и релативне ефикасности. Они такође могу да класификују у веома широком опсегу величина честица (обично 5–500 μм), при чему се јединице мањег пречника користе за финију класификацију. Међутим, примена циклона у круговима за млевење магнетита може изазвати неефикасан рад због разлике у густини између магнетита и отпадних минерала (силицијум диоксид). Магнетит има специфичну густину од око 5,15, док силицијум има специфичну густину од око 2,7. Инхидроциклони, густи минерали се одвајају финије величине од лакших минерала. Због тога се ослобођени магнетит концентрише у доњем току циклона, са последичним прекомерним млевењем магнетита. Напиер-Мунн и др. (2005) је приметио да је однос између кориговане величине реза (d50ц) и густина честица следи израз следећег облика у зависности од услова струјања и других фактора:

д50ц∝ρс−ρл−н

гдеρс је густина чврстих тела,ρл је густина течности, иnје између 0,5 и 1,0. То значи да утицај минералне густине на перформансе циклона може бити прилично значајан. На пример, ако јеd50ц магнетита је 25 μм, а затимd50ц честица силицијум диоксида биће 40–65 μм. На слици 8.13 приказане су криве ефикасности класификације циклона за магнетит (Фе3О4) и силицијум диоксид (СиО2) добијене испитивањем круга за млевење магнетита у индустријском кугличном млину. Раздвајање величине за силицијум је много грубље, са аd50ц за Фе3О4 од 29 μм, док је за СиО2 68 μм. Због ове појаве, млинови за млевење магнетита у затвореним круговима са хидроциклонима су мање ефикасни и имају мањи капацитет у поређењу са другим круговима за млевење базних метала.

Процесна технологија високог притиска: основе и примене

Др МЈ Цоцеро, у Библиотеци индустријске хемије, 2001

Уређаји за одвајање чврстих материја

•

Хидроциклон

Ово је један од најједноставнијих типова сепаратора чврстих материја. То је уређај за одвајање високе ефикасности и може се користити за ефикасно уклањање чврстих материја на високим температурама и притисцима. Економичан је јер нема покретних делова и захтева мало одржавања.

Ефикасност раздвајања чврстих материја је јака функција величине честица и температуре. Бруто ефикасност сепарације близу 80% је достижна за силицијум диоксид и температуре изнад 300°Ц, док је у истом температурном опсегу бруто ефикасност сепарације за гушће честице циркона већа од 99% [29].

Главни недостатак рада хидроциклона је склоност неких соли да приањају на зидове циклона.

•

Унакрсна микрофилтрација

Филтери са унакрсним протоком се понашају на начин сличан оном који се обично примећује код филтрације унакрсног тока у условима околине: повећане брзине смицања и смањени вискозитет флуида резултирају повећаним бројем филтрата. Унакрсна микрофилтрација је примењена за одвајање преципитираних соли као чврстих материја, дајући ефикасност одвајања честица која обично прелази 99,9%. Гоемансет ал.[30] проучавао је одвајање натријум нитрата из суперкритичне воде. У условима студије, натријум нитрат је био присутан као растопљена со и био је способан да прође кроз филтер. Добијена је ефикасност раздвајања која варира са температуром, пошто растворљивост опада како температура расте, у распону између 40% и 85%, за 400 °Ц и 470 °Ц, респективно. Ови радници су објаснили механизам раздвајања као последицу изразите пропустљивости медијума за филтрирање према суперкритичном раствору, за разлику од растопљене соли, на основу њихових јасно различитих вискозитета. Стога би било могуће не само филтрирати исталожене соли само као чврсте материје, већ и филтрирати оне соли ниске тачке топљења које су у растопљеном стању.

Проблеми у раду настали су углавном због корозије филтера од соли.

Папир: рециклажа и рециклирани материјали

МР Досхи, ЈМ Диер, у Референтном модулу из науке о материјалима и инжењерства материјала, 2016.

3.3 Чишћење

Чистачи илихидроциклониуклонити загађиваче из пулпе на основу разлике у густини између загађивача и воде. Ови уређаји се састоје од конусне или цилиндрично-конусне посуде под притиском у коју се пулпа уводи тангенцијално на крају великог пречника (слика 6). Током проласка кроз чистач, пулпа развија вртложни образац струјања, сличан оном у циклону. Проток се ротира око централне осе док пролази од улаза ка врху, или отвору испод тока, дуж унутрашњег зида пречистача. Брзина ротације се убрзава како се пречник конуса смањује. У близини врха врха отвор малог пречника спречава испуштање већег дела протока који се уместо тога ротира у унутрашњем вртлогу у језгру чистача. Проток у унутрашњем језгру тече од отвора на врху све док се не испусти кроз проналазач вртлога, који се налази на крају великог пречника у центру чистача. Материјал веће густине, који је концентрисан на зиду чистача услед центрифугалне силе, испушта се на врху конуса (Блисс, 1994, 1997).

Средства за чишћење су класификована као висока, средња или ниска густина у зависности од густине и величине загађивача који се уклањају. Средство за чишћење велике густине, пречника у распону од 15 до 50 цм (6-20 ин) се користи за уклањање неравног метала, спајалица и спајалица и обично се поставља одмах иза пулпера. Како се пречник чистача смањује, његова ефикасност у уклањању малих загађивача се повећава. Из практичних и економских разлога, циклон пречника 75 мм (3 инча) је генерално најмањи чистач који се користи у индустрији папира.

Реверзни чистач и чистач протока су дизајнирани да уклоне загађиваче мале густине као што су восак, полистирен и лепкови. Реверзни чистачи су тако названи јер се ток прихвата скупља на врху чистача, док одбачени излаз излази на преливу. У проточном чистачу, прихвата и одбија излаз на истом крају чистача, са прихватама у близини зида чистача одвојеним од отпадних вода централном цеви близу језгра чистача, као што је приказано на слици 7.

Континуиране центрифуге које су коришћене 1920-их и 1930-их за уклањање песка из пулпе прекинуте су након развоја хидроциклона. Гироцлеан, развијен у Центру Тецхникуе ду Папиер, Гренобле, Француска, састоји се од цилиндра који се ротира на 1200–1500 о/мин (Блисс, 1997; Јулиен Саинт Аманд, 1998, 2002). Комбинација релативно дугог времена задржавања и велике центрифугалне силе омогућава загађивачима мале густине довољно времена да мигрирају у језгро чистача где се одбацују кроз централно вртложно пражњење.

МТ Тхев, у Енцицлопедиа оф Сепаратион Сциенце, 2000

Синопсис

Иако чврста-течнахидроциклонје успостављена током већег дела 20. века, задовољавајуће перформансе одвајања течности од течности нису стигле све до 1980-их. Индустрија нафте на мору имала је потребу за компактном, робусном и поузданом опремом за уклањање фино подељеног загађујућег уља из воде. Ову потребу је задовољио знатно другачији тип хидроциклона, који наравно није имао покретне делове.

Након потпунијег објашњења ове потребе и поређења са циклонском сепарацијом чврстог и течног у преради минерала, дате су предности које је хидроциклон дао у односу на типове опреме инсталиране раније да би испунио задатак.

Критеријуми за процену перформанси сепарације су наведени пре дискусије о перформансама у смислу састава хране, контроле оператера и потребне енергије, тј. производа пада притиска и протока.

Окружење за производњу нафте поставља одређена ограничења за материјале, а то укључује и проблем ерозије честица. Наведени су типични материјали који се користе. Подаци о релативним трошковима за типове постројења за сепарацију уља, како капиталних тако и периодичних, су наведени, иако су извори оскудни. На крају, описани су неки путокази за даљи развој, пошто нафтна индустрија гледа на опрему инсталирану на морском дну или чак на дну бушотине.

Узорковање, контрола и балансирање масе

Барри А. Виллс, Јамес А. Финцх ФРСЦ, ФЦИМ, П.Енг., Виллсова технологија прераде минерала (осмо издање), 2016.

3.7.1 Употреба величине честица

Многе јединице, као нпрхидроциклонии гравитационих сепаратора, производе степен раздвајања величине и подаци о величини честица могу се користити за балансирање масе (Пример 3.15).

Пример 3.15 је пример минимизације неравнотеже чворова; даје, на пример, почетну вредност за генерализовану минимизацију најмањих квадрата. Овај графички приступ се може користити кад год постоји „вишак“ података о компонентама; у примеру 3.9 могао се користити.

Пример 3.15 користи циклон као чвор. Други чвор је резервоар: ово је пример 2 улаза (свеже напајање и испуштање кугличног млина) и једног излаза (циклонско напајање). Ово даје још један баланс масе (Пример 3.16).

У Поглављу 9 враћамо се на овај пример кола за млевење користећи прилагођене податке да бисмо одредили криву поделе циклона.

Време објаве: 07.05.2019