Hydrocykloner

Beskrivning

Hydrocyklonerär kono-cylindriska i form, med ett tangentiellt foderinlopp i den cylindriska sektionen och ett utlopp vid varje axel. Utloppet vid det cylindriska avsnittet kallas virvelfinder och sträcker sig in i cyklonen för att minska kortslutningsflödet direkt från inloppet. I det koniska änden är det andra utloppet, tappen. För storleksseparation är båda utloppen i allmänhet öppna för atmosfären. Hydrocykloner drivs vanligtvis vertikalt med tappen i den nedre änden, varför den grova produkten kallas underflödet och den fina produkten, vilket lämnar virvelökaren, överflödet. Figur 1 visar schematiskt de viktigaste flödes- och designfunktionerna hos en typiskhydrocyklon: De två virvlarna, det tangentiella matningsinloppet och de axiella utloppen. Förutom det omedelbara området för det tangentiella inloppet, har vätskeförelsen i cyklonen radiell symmetri. Om ett eller båda utloppen är öppna för atmosfären, orsakar en lågtryckszon en gaskärna längs den vertikala axeln, inuti den inre virveln.

Driftsprincipen är enkel: vätskan, som bär de suspenderade partiklarna, kommer in i cyklonen tangentiellt, spiraler nedåt och producerar ett centrifugalfält i fritt virvelflöde. Större partiklar rör sig genom vätskan till utsidan av cyklonen i en spiralrörelse och går ut genom tappen med en bråkdel av vätskan. På grund av det begränsande området för tappen, är en inre virvel, som roterar i samma riktning som den yttre virveln men flyter uppåt, etableras och lämnar cyklonen genom virvelökaren, bär de flesta av vätskor och finare partiklar med den. Om tappkapaciteten överskrids stängs luftkärnan av och utsläppsutsläppet ändras från en paraplyformad spray till ett "rep" och en förlust av grovt material till överflödet.

Diametern för den cylindriska sektionen är den huvudsakliga variabeln som påverkar storleken på partikeln som kan separeras, även om utloppsdiametrarna kan ändras oberoende för att förändra den uppnådda separationen. Medan tidiga arbetare experimenterade med cykloner så små som 5 mm diameter, sträcker sig kommersiella hydrocyklondiametrar för närvarande från 10 mm till 2,5 m, med separeringsstorlekar för partiklar med densitet 2700 kg m - 3 av 1,5–300 μm, vilket minskar med ökad partikeltäthet. Drifttrycksfallet sträcker sig från 10 bar för små diametrar till 0,5 bar för stora enheter. För att öka kapaciteten, flera småhydrocyklonerkan manifoldas från en enda matningslinje.

Även om driftsprincipen är enkel, är många aspekter av deras drift fortfarande dåligt förstått, och hydrocyklonval och förutsägelse för industriell drift är till stor del empirisk.

Klassificering

Barry A. Wills, James A. Finch FRSC, FCIM, P.Eng., I Wills 'Mineral Processing Technology (åttonde upplagan), 2016

9.4.3 Hydrocykloner kontra skärmar

Hydrocykloner har kommit att dominera klassificeringen när de hanterar fina partikelstorlekar i stängda slipkretsar (<200 um). Den senaste utvecklingen inom skärmteknologi (kapitel 8) har emellertid förnyat intresset för att använda skärmar i slipningskretsar. Skärmar separeras på grundval av storlek och påverkas inte direkt av densitetsspridningen i matningsmineralerna. Detta kan vara en fördel. Skärmar har inte heller en förbikopplingsfraktion, och som exempel 9.2 har visat att förbikopplingen kan vara ganska stor (över 30% i så fall). Figur 9.8 visar ett exempel på skillnaden i partitionskurva för cykloner och skärmar. Uppgifterna kommer från El Brocal -koncentratorn i Peru med utvärderingar före och efter att hydrocyklonerna ersattes med en Derrick Stack Sizer® (se kapitel 8) i slipkretsen (Dündar et al., 2014). I överensstämmelse med förväntningar, jämfört med cyklonen, hade skärmen en skarpare separation (lutningen av kurvan är högre) och lite förbikoppling. En ökning av slipningskretskapaciteten rapporterades på grund av högre brytningshastigheter efter implementering av skärmen. Detta tillskrivs eliminering av förbikopplingen, vilket minskade mängden fint material som skickas tillbaka till slipningen Millswhich tenderar att kudda partikel -partikelpåverkan.

Byte är emellertid inte ett sätt: ett nyligen exempel är en switch från skärm till cyklon, för att dra nytta av den extra storleksminskningen av tätare betalare (Sasseville, 2015).

Metallurgisk process och design

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

Hydrocykloner

Hydrocykloner är föredragna enheter för storlek eller deslimerar stora uppslamningsvolymer billigt och eftersom de upptar mycket lite golvutrymme eller utrymme. De fungerar mest effektivt när de matas med en jämn flödeshastighet och massa densitet och används individuellt eller i kluster för att få önskad total kapacitet vid nödvändiga splittringar. Storleksfunktioner förlitar sig på centrifugalkrafter som genereras av höga tangentiella flödeshastigheter genom enheten. Den primära virveln som bildas av den inkommande uppslamningen verkar spiralt nedåt runt den inre konväggen. Fasta ämnen kastas utåt med centrifugalkraft så att när massan rör sig nedåt ökar dess densitet. Vertikala komponenter i hastigheten verkar nedåt nära konväggarna och uppåt nära axeln. Den mindre täta centrifugalt separerade slemfraktionen tvingas uppåt genom virvelökaren för att passera genom öppningen i konens övre ände. En mellanzon eller kuvert mellan de två flödena har noll vertikal hastighet och separerar de grovare fasta ämnena som rör sig nedåt från de finare fasta ämnena som rör sig uppåt. Huvuddelen av flödet passerar uppåt inom den mindre inre virveln och högre centrifugalkrafter kastar det större av de finare partiklarna utåt, vilket ger en mer effektiv separation i de finare betydelsen. Dessa partiklar återgår till den yttre virveln och rapporterar ännu en gång till jig -fodret.

Geometri och driftsförhållanden inom spiralflödesmönstret för en typiskhydrocyklonbeskrivs i fig 8.13. Operativa variabler är massa densitet, foderflödeshastighet, fastigheter, egenskaper, matinloppstryck och tryckfall genom cyklonen. Cyklonvariabler är area med foderinlopp, virvelfinderdiameter och längd och utloppsdiameter. Värdet på dragkoefficienten påverkas också av form; Ju mer en partikel varierar från sfäricitet, desto mindre är dess formfaktor och desto större är dess sedimenterande motstånd. Den kritiska stresszonen kan sträcka sig till vissa guldpartiklar så stora som 200 mm i storlek och noggrann övervakning av klassificeringsprocessen är således avgörande för att minska överdriven återvinning och den resulterande uppbyggnaden av slimmar. Historiskt sett, när liten uppmärksamhet ägnades åt återhämtningen av 150μM guldkorn, överföring av guld i slemfraktionerna verkar ha varit till stor del ansvariga för guldförluster som registrerades vara så höga som 40–60% i många guldplacerverksamheter.

Figur 8.14 (Warman Selection Chart) är ett preliminärt urval av cykloner för att separera vid olika D50 -SIZINGS från 9–18 mikron upp till 33–76 mikron. Detta diagram, som med andra sådana diagram över cyklonprestanda, är baserat på ett noggrant kontrollerat foder av en specifik typ. Det antar ett fasta innehåll på 2 700 kg/m3 i vatten som en första guide till urval. De större diametercyklonerna används för att producera grova separationer men kräver höga fodervolymer för korrekt funktion. Fina separationer vid höga fodervolymer kräver kluster av cykloner med små diameter som arbetar parallellt. De slutliga designparametrarna för nära storlek måste bestämmas experimentellt, och det är viktigt att välja en cyklon runt mitten av intervallet så att alla mindre justeringar som kan krävas kan göras i början av verksamheten.

CBC (cirkulerande bädd) cyklon påstås klassificera alluviala guldmatningsmaterial upp till 5 mm diameter och erhålla ett genomgående högt jig -foder från underflödet. Separation sker ungefärD50/150 mikron baserade på kiseldioxid av densitet 2,65. CBC Cyclone Underflow påstås vara särskilt mottaglig för JIG -separation på grund av dess relativt smidiga fördelningskurva och nästan fullständig avlägsnande av fint avfallspartiklar. Även om detta system påstås producera en högkvalitativ primär koncentrat av ekvivaliga tunga mineraler i ett pass från ett relativt långvarigt utfodring (t.ex. mineral sand), finns inga sådana prestanda siffror tillgängliga för alluvialt fodermaterial som innehåller fint och flakigt guld. Tabell 8.5Gives Tekniska data för AKWhydrocyklonerför avgränsningspunkter mellan 30 och 100 mikron.

Tabell 8.5. Tekniska data för AKW -hydrocykloner

Typ (KRS)	Diameter (mm)	Tryckfall	Kapacitet		Klipppunkt (mikron)
Typ (KRS)	Diameter (mm)	Tryckfall	Uppslamning (m3/h)	Fasta ämnen (T/H max).	Klipppunkt (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

Utvecklingen inom järnmalmsfinering och klassificeringsteknik

A. Jankovic, i järnmalm, 2015

8.3.3.1 Hydrocyklonseparatorer

Hydrocyklonen, även kallad cyklon, är en klassificeringsanordning som använder centrifugalkraft för att påskynda sedimenteringshastigheten för slampartiklar och separata partiklar efter storlek, form och specifik tyngdkraft. Det används ofta i mineralindustrin, med dess huvudsakliga användning i mineralbearbetning som en klassificering, vilket har visat sig vara extremt effektiv i fina separationsstorlekar. Det används i stor utsträckning i slipningsoperationer med sluten krets men har hittat många andra användningsområden, såsom desliming, decriting och förtjockning.

En typisk hydrocyklon (figur 8.12A) består av ett koniskt format kärl, öppet vid dess topp, eller underflöde, förenad med en cylindrisk sektion, som har ett tangentiellt foderinlopp. Överst på den cylindriska sektionen är stängd med en platta genom vilken passerar ett axiellt monterat överflödesrör. Röret sträcker sig in i cyklonens kropp med en kort, avtagbar sektion känd som virvelfinder, vilket förhindrar kortslutning av foder direkt in i överflödet. Fodret introduceras under tryck genom tangentiellt inträde, som ger en virvlande rörelse till massan. Detta genererar en virvel i cyklonen, med en lågtryckszon längs den vertikala axeln, såsom visas i figur 8.12b. En luftkärna utvecklas längs axeln, normalt ansluten till atmosfären genom spetsöppningen, men delvis skapad av upplöst luft som kommer ut ur lösningen i zonen med lågt tryck. Centrifugalkraften påskyndar partiklarnas sedimentering och därmed separerar partiklar efter storlek, form och specifik tyngdkraft. Snabbare sedimenterande partiklar flyttar till cyklonens vägg, där hastigheten är lägst och migrerar till toppöppningen (underflödet). På grund av dragkraftens verkan rör sig de långsammare sätande partiklarna mot zonen med lågt tryck längs axeln och transporteras uppåt genom virvelfinder till överflödet.

Hydrocykloner används nästan universellt i slipkretsar på grund av deras höga kapacitet och relativa effektivitet. De kan också klassificera över ett mycket brett utbud av partikelstorlekar (vanligtvis 5–500 μm), varvid mindre diameterenheter används för finare klassificering. Cyklonapplikation i magnetitslipningskretsar kan emellertid orsaka ineffektiv drift på grund av densitetsskillnaden mellan magnetit- och avfallsmineraler (kiseldioxid). Magnetit har en specifik densitet på cirka 5,15, medan kiseldioxid har en specifik densitet på cirka 2,7. Ihydrocykloner, täta mineraler separerar vid en finare skärstorlek än lättare mineraler. Därför koncentreras befriad magnetit i cyklonunderflödet, med följd av övergradering av magnetiten. Napier-Munn et al. (2005) noterade att förhållandet mellan den korrigerade skärstorleken (d50c) och partikeltäthet följer ett uttryck för följande form beroende på flödesförhållanden och andra faktorer:

D50C∝ρS - ρl - N

därρs är den fasta tätheten,ρl är vätsketätheten ochnär mellan 0,5 och 1,0. Detta innebär att effekten av mineraltäthet på cyklonprestanda kan vara ganska betydande. Till exempel omd50C av magnetiten är 25 μm, sedand50C kiseldioxidpartiklar kommer att vara 40–65 μm. Figur 8.13 visar cyklonklassificeringseffektivitetskurvorna för magnetit (Fe3O4) och kiseldioxid (SiO2) erhållen från undersökningen av en industriell bollkvarn magnetitslipningskrets. Storleksseparationen för kiseldioxid är mycket grovare, med end50C för Fe3O4 av 29 μm, medan det för SiO2 är 68 μm. På grund av detta fenomen är magnetitslipkvarnen i stängda kretsar med hydrocykloner mindre effektiva och har lägre kapacitet jämfört med andra basmetallorslipkretsar.

Högtrycksprocessteknik: Grundläggande och applikationer

MJ Cocero PhD, i Industrial Chemistry Library, 2001

Enheter

•

Hydrocyklon

Detta är en av de enklaste typerna av fasta separatorer. Det är en högeffektiv separationsanordning och kan användas för att effektivt ta bort fasta ämnen vid höga temperaturer och tryck. Det är ekonomiskt eftersom det inte har några rörliga delar och kräver lite underhåll.

Separationseffektiviteten för fasta ämnen är en stark funktion av partikelstorleken och temperaturen. Bruttoeparationseffektivitet nära 80% kan uppnås för kiseldioxid och temperaturer över 300 ° C, medan i samma temperaturområde är bruttoeparationseffektiviteten för tätare zirkonpartiklar större än 99% [29].

Det huvudsakliga handikappet för hydrocyklonoperation är tendensen för vissa salter att följa cyklonväggarna.

•

Korsmikrofiltrering

Korflödesfilter uppför sig på ett sätt som liknar det som normalt observerats vid tvärflödesfiltrering under omgivande förhållanden: ökade skjuvningshastigheter och minskad vätskeviskositet resulterar i ett ökat filtratantal. Korsmikrofiltrering har tillämpats på separationen av utfällda salter som fasta ämnen, vilket ger partikel-separationseffektivitet som vanligtvis överstiger 99,9%. Goemanset al.[30] studerade natriumnitratavskiljning från superkritiskt vatten. Under studiens förhållanden var natriumnitrat närvarande som det smälta saltet och kunde korsa filtret. Separationseffektivitet erhölls som varierade med temperaturen, eftersom lösligheten minskar när temperaturen ökar, mellan 40% och 85%, för 400 ° C respektive 470 ° C. Dessa arbetare förklarade separationsmekanismen som en följd av en tydlig permeabilitet hos filtreringsmediet mot den superkritiska lösningen, i motsats till det smälta saltet, baserat på deras tydligt distinkta viskositeter. Därför skulle det vara möjligt inte bara att filtrera utfällda salter bara som fasta ämnen utan också att filtrera de lågsmältpunktsalter som är i ett smält tillstånd.

Driftsproblemen berodde främst på filterkorrosion av salterna.

Papper: Återvinning och återvunna material

Herr Doshi, JM Dyer, i referensmodul inom materialvetenskap och materialteknik, 2016

3.3 Rengöring

Städare ellerhydrocyklonerTa bort föroreningar från massa baserat på densitetsskillnaden mellan föroreningar och vatten. Dessa anordningar består av koniska eller cylindriska-koniska tryckkärl i vilket massa matas tangentiellt vid den stora diametern (figur 6). Under passagen genom rengöraren utvecklar massan ett virvelflödesmönster, liknande det för en cyklon. Flödet roterar runt den centrala axeln när den går bort från inloppet och mot spetsen, eller underflödesöppning, längs insidan av renare väggen. Rotationsflödeshastigheten accelererar när konens diameter minskar. Nära spetsänden förhindrar den lilla diameteröppningen utsläpp av det mesta av flödet som istället roterar i en inre virvel i kärnan i rengöraren. Flödet vid den inre kärnan flödar från spetsöppningen tills den släpps ut genom virvelfinder, belägen vid den stora diametern i mitten av rengöraren. Materialet med högre densitet, som har koncentrerats vid renare vägg på grund av centrifugalkraft, släpps ut vid konens topp (Bliss, 1994, 1997).

Rengöringsmedel klassificeras som höga, medelstora eller låg densitet beroende på densitet och storlek på föroreningarna som tas bort. En rengöringsmedel med hög densitet, med diameter som sträcker sig från 15 till 50 cm (6–20 tum) används för att ta bort trampmetall, pappersklämmor och häftklamrar och är vanligtvis placerade omedelbart efter pulpen. När renare diameter minskar ökar dess effektivitet när det gäller att ta bort små föroreningar i små storlekar. Av praktiska och ekonomiska skäl är cyklonen på 75 mm (3 tum) i allmänhet den minsta rengöraren som används i pappersindustrin.

Omvänt rengöringsmedel och genomflödesrengöringsmedel är utformade för att ta bort föroreningar med låg densitet som vax, polystyren och klibbor. Omvänt rengöringsmedel är så namngivna eftersom Accepts -strömmen samlas in vid renare topp medan avvisningen går ut vid överflödet. I genomflödesrengöraren accepterar och avvisar och avvisar i samma ände av rengöraren, med accepter nära renare vägg separerade från avvisningen med ett centralt rör nära rengöringens kärna, som visas i figur 7.

Kontinuerliga centrifuger som användes på 1920- och 1930 -talet för att avlägsna sand från massa avbröts efter utvecklingen av hydrocykloner. Gyroclean, utvecklad vid Center Technique du Papier, Grenoble, Frankrike, består av en cylinder som roterar vid 1200–1500 rpm (Bliss, 1997; Julien Saint Amand, 1998, 2002). Kombinationen av relativt lång uppehållstid och hög centrifugalkraft möjliggör föroreningar med låg densitet tillräckligt med tid för att migrera till kärnan i rengöraren där de avvisas genom mitten av virvelutsläpp.

Mt thew, i Encyclopedia of Separation Science, 2000

Synopsis

Även om den fasta -vätskanhydrocyklonhar fastställts under större delen av 1900 -talet, tillfredsställande vätskeseparationsprestanda kom inte förrän på 1980 -talet. Offshore -oljeindustrin hade ett behov av kompakt, robust och pålitlig utrustning för att ta bort fint uppdelad förorenande olja från vatten. Detta behov tillfredsställdes av en signifikant annan typ av hydrocyklon, som naturligtvis inte hade några rörliga delar.

Efter att ha förklarat detta behov mer fullständigt och jämfört det med fast - vätskeky med cyklonisk separering vid mineralbearbetning, ges fördelarna att hydrocyklonen tilldelade typer av utrustning som har installerats tidigare för att uppfylla tullen.

Kriterier för utvärdering av separationsprestanda listas innan du diskuterar prestanda när det gäller foderkonstitution, operatörskontroll och den energi som krävs, dvs. produkten av tryckfall och flödeshastighet.

Miljön för petroleumproduktion sätter några begränsningar för material och detta inkluderar problemet med partikel erosion. Typiska material som används nämns. Relativa kostnadsdata för typer av oljeseparationsanläggning, både kapital och återkommande, beskrivs, även om källor är glesa. Slutligen beskrivs vissa pekare till vidareutveckling, eftersom oljeindustrin ser ut till utrustning installerad på havsbädden eller till och med längst ner i brunnborrningen.

Provtagning, kontroll och massbalansering

Barry A. Wills, James A. Finch FRSC, FCIM, P.Eng., I Wills 'Mineral Processing Technology (åttonde upplagan), 2016

3.7.1 Användning av partikelstorlek

Många enheter, till exempelhydrocykloneroch gravitationsseparatorer, producerar en grad av storleksseparation och partikelstorleksdata kan användas för massbalansering (exempel 3.15).

Exempel 3.15 är ett exempel på nodobalansminimering; Det tillhandahåller till exempel det initiala värdet för de generaliserade minsta kvadraterna minimering. Denna grafiska tillvägagångssätt kan användas när det finns "överskott" -komponentdata; I exempel 3.9 kunde det ha använts.

Exempel 3.15 använder cyklonen som nod. En andra nod är sumpen: detta är ett exempel på 2 ingångar (färskt foder och bollmilldischarge) och en utgång (cyklonfoder). Detta ger en annan massbalans (exempel 3.16).

I kapitel 9 återgår vi till detta slipningskretsexempel med justerade data för att bestämma cyklonpartitionskurvan.

Posttid: maj-07-2019