ไฮโดรไซโคลน

คำอธิบาย

ไฮโดรไซโคลนมีรูปร่างคล้ายกรวยทรงกระบอก มีช่องป้อนเข้าแบบสัมผัสเข้าสู่ส่วนทรงกระบอกและมีช่องระบายออกที่แต่ละแกน ช่องระบายออกที่ส่วนทรงกระบอกเรียกว่า ตัวค้นหากระแสน้ำวน และยื่นเข้าไปในไซโคลนเพื่อลดการไหลลัดวงจรโดยตรงจากช่องระบายออก ที่ปลายกรวยมีทางออกที่สอง คือ สไปโกต เพื่อแยกขนาด ทางออกทั้งสองโดยทั่วไปจะเปิดสู่บรรยากาศ โดยทั่วไปแล้ว ไฮโดรไซโคลนจะทำงานในแนวตั้งโดยมีสไปโกตอยู่ที่ปลายด้านล่าง ดังนั้นผลิตภัณฑ์หยาบจึงเรียกว่า อันเดอร์โฟลว์ และผลิตภัณฑ์ละเอียด ออกจากตัวค้นหากระแสน้ำวน หรือ โอเวอร์โฟลว์ รูปที่ 1 แสดงแผนผังการไหลหลักและลักษณะการออกแบบของไซโคลนทั่วไปไฮโดรไซโคลน: กระแสน้ำวนสองเส้น คือ ทางเข้าสัมผัสและทางออกตามแนวแกน ยกเว้นบริเวณที่ติดกับทางเข้าสัมผัส การเคลื่อนที่ของของไหลภายในไซโคลนจะมีสมมาตรแบบรัศมี หากทางออกด้านใดด้านหนึ่งหรือทั้งสองด้านเปิดสู่ชั้นบรรยากาศ โซนความกดอากาศต่ำจะทำให้เกิดแกนก๊าซตามแนวแกนตั้งภายในกระแสน้ำวนชั้นใน

หลักการทำงานนั้นง่ายมาก: ของไหลที่นำพาอนุภาคแขวนลอยเข้าสู่ไซโคลนในแนวสัมผัส หมุนวนลงด้านล่าง และสร้างสนามแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางในกระแสน้ำวนอิสระ อนุภาคขนาดใหญ่จะเคลื่อนที่ผ่านของไหลไปยังด้านนอกของไซโคลนเป็นเกลียว และไหลออกทางสไปโกตพร้อมกับของเหลวเพียงบางส่วน เนื่องจากพื้นที่จำกัดของสไปโกต จึงเกิดกระแสน้ำวนด้านในที่หมุนไปในทิศทางเดียวกับกระแสน้ำวนด้านนอก แต่ไหลขึ้นด้านบน และออกจากไซโคลนผ่านตัวค้นหากระแสน้ำวน โดยนำพาของเหลวส่วนใหญ่และอนุภาคขนาดเล็กกว่าไปด้วย หากความจุของสไปโกตเกิน แกนกลางอากาศจะถูกปิด และการไหลออกของสไปโกตจะเปลี่ยนจากสเปรย์รูปร่มเป็น "เชือก" และสูญเสียวัสดุหยาบไปกับการไหลล้น

เส้นผ่านศูนย์กลางของส่วนทรงกระบอกเป็นตัวแปรหลักที่มีผลต่อขนาดของอนุภาคที่สามารถแยกออกได้ แม้ว่าเส้นผ่านศูนย์กลางทางออกสามารถเปลี่ยนแปลงได้อย่างอิสระเพื่อปรับเปลี่ยนการแยกที่เกิดขึ้น ในขณะที่คนงานยุคแรกๆ ได้ทดลองใช้ไซโคลนที่มีขนาดเล็กถึง 5 มิลลิเมตร แต่ปัจจุบันเส้นผ่านศูนย์กลางของไฮโดรไซโคลนเชิงพาณิชย์มีตั้งแต่ 10 มิลลิเมตร ถึง 2.5 เมตร โดยขนาดการแยกสำหรับอนุภาคที่มีความหนาแน่น 2700 กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร อยู่ที่ 1.5–300 ไมโครเมตร ซึ่งจะลดลงเมื่อความหนาแน่นของอนุภาคเพิ่มขึ้น ความดันตกขณะใช้งานมีตั้งแต่ 10 บาร์สำหรับอนุภาคที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดเล็กไปจนถึง 0.5 บาร์สำหรับหน่วยขนาดใหญ่ เพื่อเพิ่มขีดความสามารถ ไซโคลนขนาดเล็กหลายตัวไฮโดรไซโคลนอาจมีการต่อหลายท่อจากสายป้อนเส้นเดียว

แม้ว่าหลักการทำงานจะเรียบง่าย แต่หลายแง่มุมของการทำงานยังคงเข้าใจได้น้อย และการเลือกและการคาดการณ์ไฮโดรไซโคลนสำหรับการดำเนินการทางอุตสาหกรรมยังเป็นเพียงเชิงประจักษ์เป็นส่วนใหญ่

การจำแนกประเภท

Barry A. Wills, James A. Finch FRSC, FCIM, P.Eng., ใน Wills' Mineral Processing Technology (ฉบับที่แปด), 2016

9.4.3 ไฮโดรไซโคลนเทียบกับตะแกรง

ไฮโดรไซโคลนได้กลายมาเป็นที่นิยมในการจำแนกประเภทเมื่อต้องจัดการกับขนาดอนุภาคละเอียดในวงจรบดแบบปิด (<200 ไมโครเมตร) อย่างไรก็ตาม การพัฒนาเทคโนโลยีตะแกรงกรอง (บทที่ 8) ล่าสุดได้กลับมาได้รับความสนใจอีกครั้งในการใช้ตะแกรงกรองในวงจรบด ตะแกรงกรองแยกตามขนาดและไม่ได้รับอิทธิพลโดยตรงจากการกระจายตัวของความหนาแน่นในแร่ธาตุในวัตถุดิบ ซึ่งถือเป็นข้อได้เปรียบ นอกจากนี้ ตะแกรงกรองยังไม่มีเศษส่วนบายพาส และดังที่ตัวอย่างที่ 9.2 ได้แสดงให้เห็น อัตราส่วนบายพาสอาจมีขนาดใหญ่มาก (มากกว่า 30% ในกรณีนี้) รูปที่ 9.8 แสดงตัวอย่างความแตกต่างของเส้นโค้งการแบ่งส่วนสำหรับไซโคลนและตะแกรงกรอง ข้อมูลนี้มาจากเครื่องแยกตะกอน El Brocal ในประเทศเปรู พร้อมการประเมินก่อนและหลังการเปลี่ยนไฮโดรไซโคลนด้วย Derrick Stack Sizer® (ดูบทที่ 8) ในวงจรบด (Dündar et al., 2014) สอดคล้องกับที่คาดการณ์ไว้ เมื่อเทียบกับไซโคลน ตะแกรงมีการแยกตัวที่คมชัดกว่า (ความชันของเส้นโค้งสูงกว่า) และมีบายพาสน้อย มีรายงานว่าความจุของวงจรบดเพิ่มขึ้นเนื่องจากอัตราการแตกหักที่สูงขึ้นหลังจากติดตั้งตะแกรง ซึ่งเป็นผลมาจากการขจัดบายพาส ทำให้ปริมาณวัสดุละเอียดที่ส่งกลับไปยังเครื่องบดลดลง ซึ่งมีแนวโน้มที่จะช่วยลดแรงกระแทกระหว่างอนุภาค

อย่างไรก็ตาม การเปลี่ยนแปลงไม่ใช่ทางเดียว ตัวอย่างล่าสุดคือ การเปลี่ยนจากหน้าจอไปเป็นไซโคลน เพื่อใช้ประโยชน์จากการลดขนาดเพิ่มเติมของแร่ธาตุที่มีความหนาแน่นมากขึ้น (Sasseville, 2015)

กระบวนการทางโลหะวิทยาและการออกแบบ

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

ไฮโดรไซโคลน

ไฮโดรไซโคลนเป็นเครื่องที่เหมาะสำหรับการคัดขนาดหรือขจัดคราบไขมันที่มีปริมาณมากในราคาประหยัด เนื่องจากใช้พื้นที่หรือเฮดรูมน้อยมาก เครื่องนี้ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุดเมื่อป้อนวัสดุด้วยอัตราการไหลที่สม่ำเสมอและมีความหนาแน่นของเยื่อกระดาษ และสามารถใช้งานแบบเดี่ยวหรือแบบกลุ่มเพื่อให้ได้กำลังการผลิตรวมตามที่ต้องการในแต่ละรอบที่ต้องการ ความสามารถในการคัดขนาดขึ้นอยู่กับแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางที่เกิดจากความเร็วการไหลในแนวสัมผัสสูงผ่านเครื่อง กระแสน้ำวนหลักที่เกิดจากสารละลายที่ไหลเข้ามาจะเคลื่อนที่เป็นเกลียวลงรอบผนังกรวยด้านใน แรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางจะเหวี่ยงของแข็งออกด้านนอก ทำให้เมื่อเยื่อกระดาษเคลื่อนที่ลง ความหนาแน่นของของแข็งจะเพิ่มขึ้น ส่วนประกอบในแนวดิ่งของความเร็วจะเคลื่อนที่ลงใกล้กับผนังกรวยและเคลื่อนที่ขึ้นใกล้กับแกน เศษเมือกที่แยกด้วยแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางที่มีความหนาแน่นน้อยกว่าจะถูกดันขึ้นด้านบนผ่านตัวค้นหากระแสน้ำวนเพื่อผ่านช่องเปิดที่ปลายด้านบนของกรวย โซนกลางหรือซองกั้นระหว่างการไหลทั้งสองมีค่าความเร็วแนวตั้งเป็นศูนย์ และแยกของแข็งหยาบที่เคลื่อนที่ลงด้านล่างออกจากของแข็งละเอียดที่เคลื่อนที่ขึ้นด้านบน การไหลส่วนใหญ่ไหลขึ้นด้านบนภายในกระแสน้ำวนขนาดเล็ก และแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางที่สูงกว่าจะเหวี่ยงอนุภาคขนาดใหญ่ที่ละเอียดกว่าออกไปด้านนอก ส่งผลให้การแยกอนุภาคขนาดเล็กมีประสิทธิภาพมากขึ้น อนุภาคเหล่านี้จะกลับไปยังกระแสน้ำวนด้านนอกและรายงานไปยังฟีดจิ๊กอีกครั้ง

รูปทรงเรขาคณิตและสภาวะการทำงานภายในรูปแบบการไหลแบบเกลียวของแบบทั่วไปไฮโดรไซโคลนอธิบายไว้ในรูปที่ 8.13 ตัวแปรการทำงาน ได้แก่ ความหนาแน่นของเยื่อกระดาษ อัตราการไหลของสารป้อน ลักษณะของของแข็ง ความดันขาเข้า และความดันลดผ่านไซโคลน ตัวแปรของไซโคลน ได้แก่ พื้นที่ขาเข้า เส้นผ่านศูนย์กลางและความยาวของตัวค้นหากระแสน้ำวน และเส้นผ่านศูนย์กลางการปล่อยของหัวจ่าย ค่าสัมประสิทธิ์แรงต้านยังขึ้นอยู่กับรูปร่าง ยิ่งอนุภาคมีการเปลี่ยนแปลงจากความเป็นทรงกลมมากเท่าใด ปัจจัยรูปร่างก็จะยิ่งน้อยลง และความต้านทานการตกตะกอนก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น โซนความเค้นวิกฤตอาจขยายไปถึงอนุภาคทองคำบางอนุภาคที่มีขนาดใหญ่ถึง 200 มิลลิเมตร ดังนั้น การตรวจสอบกระบวนการจำแนกประเภทอย่างรอบคอบจึงเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อลดการรีไซเคิลที่มากเกินไปและการสะสมของเมือกที่เกิดขึ้น ในอดีต เมื่อไม่ค่อยให้ความสำคัญกับการกู้คืน 150μเมล็ดทองคำจำนวน m ทองคำที่ตกค้างอยู่ในเศษส่วนเมือกดูเหมือนว่าจะเป็นสาเหตุหลักของการสูญเสียทองคำ ซึ่งมีการบันทึกว่าสูงถึง 40–60% ในการดำเนินการขุดทองคำหลายแห่ง

รูปที่ 8.14 (แผนภูมิการเลือก Warman) เป็นการคัดเลือกไซโคลนเบื้องต้นสำหรับการแยกสารที่ขนาด D50 ต่างๆ ตั้งแต่ 9–18 ไมครอน ไปจนถึง 33–76 ไมครอน แผนภูมินี้ เช่นเดียวกับแผนภูมิอื่นๆ เกี่ยวกับประสิทธิภาพของไซโคลน อ้างอิงการป้อนสารแบบเฉพาะเจาะจงอย่างระมัดระวัง โดยสมมติว่ามีปริมาณของแข็งในน้ำ 2,700 กิโลกรัม/ลูกบาศก์เมตร เป็นแนวทางแรกในการเลือกไซโคลนที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่กว่าจะใช้สำหรับการแยกสารแบบหยาบ แต่ต้องการปริมาณสารป้อนสูงเพื่อให้ทำงานได้อย่างเหมาะสม การแยกสารแบบละเอียดที่ปริมาณสารป้อนสูงจำเป็นต้องใช้กลุ่มไซโคลนที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กทำงานแบบขนานกัน พารามิเตอร์การออกแบบขั้นสุดท้ายสำหรับการแยกสารแบบละเอียดต้องพิจารณาจากการทดลอง และสิ่งสำคัญคือต้องเลือกไซโคลนที่อยู่ในช่วงกลางของช่วง เพื่อให้สามารถปรับเปลี่ยนเล็กน้อยที่อาจเกิดขึ้นได้เมื่อเริ่มต้นการทำงาน

ไซโคลน CBC (ชั้นหมุนเวียน) ได้รับการกล่าวอ้างว่าสามารถจำแนกวัสดุป้อนทองคำจากตะกอนน้ำพาที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางสูงสุด 5 มม. และให้อัตราป้อนจิ๊กที่สูงอย่างสม่ำเสมอจากกระแสน้ำใต้ผิวดิน การแยกจะเกิดขึ้นที่เวลาประมาณD50/150 ไมครอน อ้างอิงจากซิลิกาที่มีความหนาแน่น 2.65 ไซโคลน CBC อันเดอร์โฟลว์อ้างว่าสามารถแยกตัวออกจากจิ๊กได้อย่างดี เนื่องจากเส้นโค้งการกระจายขนาดที่ค่อนข้างราบเรียบ และการกำจัดอนุภาคละเอียดของเสียได้เกือบสมบูรณ์ อย่างไรก็ตาม แม้ว่าระบบนี้จะอ้างว่าสามารถผลิตแร่หนักเข้มข้นคุณภาพสูงได้ในขั้นตอนเดียวจากแหล่งป้อนที่มีช่วงขนาดค่อนข้างยาว (เช่น ทรายแร่) แต่ยังไม่มีข้อมูลประสิทธิภาพดังกล่าวสำหรับวัสดุป้อนจากตะกอนน้ำพาที่มีทองคำละเอียดและทองคำเป็นแผ่น ตารางที่ 8.5 ให้ข้อมูลทางเทคนิคของ AKWไฮโดรไซโคลนสำหรับจุดตัดระหว่าง 30 ถึง 100 ไมครอน

ตารางที่ 8.5 ข้อมูลทางเทคนิคของไฮโดรไซโคลน AKW

ประเภท (KRS)	เส้นผ่านศูนย์กลาง (มม.)	ความดันลดลง	ความจุ		จุดตัด (ไมครอน)
ประเภท (KRS)	เส้นผ่านศูนย์กลาง (มม.)	ความดันลดลง	สารละลาย (ม3/ชม.)	ของแข็ง (t/h สูงสุด)	จุดตัด (ไมครอน)
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
(รวบ.)6118	300	0.5–1.5	40–140	40	50–100

การพัฒนาเทคโนโลยีการบดและจำแนกแร่เหล็ก

A. Jankovic, ใน Iron Ore, 2015

8.3.3.1 เครื่องแยกไฮโดรไซโคลน

ไฮโดรไซโคลน หรือที่เรียกอีกอย่างว่าไซโคลน เป็นอุปกรณ์จำแนกประเภทที่ใช้แรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางเพื่อเร่งอัตราการตกตะกอนของอนุภาคที่เป็นของเหลวข้นและอนุภาคที่แยกตามขนาด รูปร่าง และความถ่วงจำเพาะ ไฮโดรไซโคลนถูกใช้อย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมแร่ โดยส่วนใหญ่ใช้ในการแปรรูปแร่เป็นเครื่องจำแนกประเภท ซึ่งพิสูจน์แล้วว่ามีประสิทธิภาพสูงในการแยกขนาดที่ละเอียด ไฮโดรไซโคลนถูกใช้อย่างกว้างขวางในการบดแบบวงจรปิด แต่ก็มีการใช้งานอื่นๆ อีกมากมาย เช่น การกำจัดตะกรัน การกำจัดเศษหิน และการทำให้ข้นขึ้น

ไฮโดรไซโคลนทั่วไป (รูปที่ 8.12a) ประกอบด้วยภาชนะรูปทรงกรวย เปิดที่ปลายสุด หรือที่เรียกว่า underflow เชื่อมต่อกับส่วนทรงกระบอก ซึ่งมีช่องป้อนแบบสัมผัส ด้านบนของส่วนทรงกระบอกปิดด้วยแผ่นโลหะที่ท่อล้นที่ติดตั้งตามแนวแกนลอดผ่าน ท่อนี้ยื่นเข้าไปในตัวไซโคลนโดยส่วนสั้นๆ ที่ถอดออกได้ ซึ่งเรียกว่า vortex finder ซึ่งป้องกันการลัดวงจรของฟีดเข้าสู่ overflow โดยตรง ฟีดจะถูกป้อนภายใต้แรงดันผ่านทางเข้าแบบสัมผัส ซึ่งทำให้เยื่อกระดาษเกิดการหมุนวน ทำให้เกิดกระแสน้ำวนในไซโคลน โดยมีโซนความดันต่ำตามแนวแกนตั้ง ดังแสดงในรูปที่ 8.12b แกนอากาศจะพัฒนาขึ้นตามแนวแกน ซึ่งปกติจะเชื่อมต่อกับบรรยากาศผ่านช่องเปิดแบบสัมผัส แต่ส่วนหนึ่งเกิดจากอากาศที่ละลายออกมาจากสารละลายในเขตความดันต่ำ แรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางจะเร่งอัตราการตกตะกอนของอนุภาค จึงแยกอนุภาคตามขนาด รูปร่าง และความถ่วงจำเพาะ อนุภาคที่ตกตะกอนเร็วกว่าจะเคลื่อนที่ไปยังผนังของไซโคลนซึ่งมีความเร็วต่ำที่สุด และเคลื่อนตัวไปยังจุดยอด (underflow) เนื่องจากแรงต้าน อนุภาคที่ตกตะกอนช้ากว่าจะเคลื่อนที่ไปยังโซนความดันต่ำตามแนวแกน และถูกพัดพาขึ้นด้านบนผ่านตัวค้นหากระแสน้ำวนไปยังจุดล้น

ไฮโดรไซโคลนถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในวงจรบด เนื่องจากมีความจุสูงและมีประสิทธิภาพสัมพัทธ์ นอกจากนี้ยังสามารถจำแนกขนาดอนุภาคได้หลากหลายขนาด (โดยทั่วไปคือ 5–500 ไมโครเมตร) โดยหน่วยที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กกว่าจะถูกใช้สำหรับการจำแนกประเภทที่ละเอียดกว่า อย่างไรก็ตาม การใช้ไซโคลนในวงจรบดแมกนีไทต์อาจทำให้การทำงานไม่มีประสิทธิภาพเนื่องจากความแตกต่างของความหนาแน่นระหว่างแมกนีไทต์และแร่ธาตุเสีย (ซิลิกา) แมกนีไทต์มีความหนาแน่นจำเพาะประมาณ 5.15 ในขณะที่ซิลิกามีความหนาแน่นจำเพาะประมาณ 2.7ไฮโดรไซโคลนแร่ที่มีความหนาแน่นสูงจะแยกตัวออกในขนาดที่ตัดละเอียดกว่าแร่ที่มีน้ำหนักเบากว่า ดังนั้น แมกนีไทต์ที่หลุดออกมาจึงถูกทำให้กระจุกตัวอยู่ในกระแสน้ำใต้ไซโคลน ส่งผลให้แมกนีไทต์ถูกบดละเอียดเกินขนาด Napier-Munn และคณะ (2005) ระบุว่าความสัมพันธ์ระหว่างขนาดที่ตัดที่แก้ไขแล้ว (d50c) และความหนาแน่นของอนุภาคจะเป็นไปตามรูปแบบต่อไปนี้ ขึ้นอยู่กับสภาวะการไหลและปัจจัยอื่นๆ:

d50c∝ρs−ρl−n

ที่ไหนρs คือความหนาแน่นของของแข็งρl คือความหนาแน่นของของเหลว และnอยู่ระหว่าง 0.5 ถึง 1.0 ซึ่งหมายความว่าผลกระทบของความหนาแน่นของแร่ธาตุต่อประสิทธิภาพของไซโคลนอาจมีนัยสำคัญมาก ตัวอย่างเช่น หากd50c ของแมกนีไทต์คือ 25 μm จากนั้นdอนุภาคซิลิกา 50c จะมีขนาด 40–65 ไมโครเมตร รูปที่ 8.13 แสดงเส้นโค้งประสิทธิภาพการจำแนกไซโคลนสำหรับแมกนีไทต์ (Fe3O4) และซิลิกา (SiO2) ที่ได้จากการสำรวจวงจรบดแมกนีไทต์ในโรงสีลูกบอลอุตสาหกรรม การแยกขนาดของซิลิกาจะหยาบกว่ามาก โดยมีd50c สำหรับ Fe3O4 อยู่ที่ 29 ไมโครเมตร ในขณะที่ SiO2 อยู่ที่ 68 ไมโครเมตร ด้วยปรากฏการณ์นี้ เครื่องบดแมกนีไทต์ในวงจรปิดที่มีไฮโดรไซโคลนจึงมีประสิทธิภาพต่ำกว่าและมีกำลังการผลิตต่ำกว่าวงจรบดโลหะพื้นฐานอื่นๆ

เทคโนโลยีกระบวนการแรงดันสูง: พื้นฐานและการประยุกต์ใช้

MJ Cocero ปริญญาเอก สาขาเคมีอุตสาหกรรม ห้องสมุด, 2001

อุปกรณ์แยกของแข็ง

-

ไฮโดรไซโคลน

เครื่องแยกของแข็งชนิดนี้เป็นเครื่องแยกประเภทหนึ่งที่เรียบง่ายที่สุด เป็นอุปกรณ์แยกที่มีประสิทธิภาพสูง และสามารถใช้แยกของแข็งได้อย่างมีประสิทธิภาพที่อุณหภูมิและความดันสูง ประหยัดค่าใช้จ่ายเพราะไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวและต้องการการบำรุงรักษาน้อย

ประสิทธิภาพการแยกของแข็งขึ้นอยู่กับขนาดของอนุภาคและอุณหภูมิเป็นหลัก ประสิทธิภาพการแยกโดยรวมของซิลิกาและอุณหภูมิสูงกว่า 300°C สามารถทำได้เกือบ 80% ในขณะที่ในช่วงอุณหภูมิเดียวกัน ประสิทธิภาพการแยกโดยรวมของอนุภาคเซอร์คอนที่มีความหนาแน่นสูงกว่าจะสูงกว่า 99% [29]

ข้อเสียเปรียบหลักของการทำงานของไฮโดรไซโคลนคือแนวโน้มของเกลือบางชนิดที่จะเกาะติดกับผนังไซโคลน

-

การกรองแบบไมโครครอส

ตัวกรองแบบไหลไขว้มีพฤติกรรมคล้ายกับที่พบในการกรองแบบไหลไขว้ภายใต้สภาวะแวดล้อมทั่วไป กล่าวคือ อัตราเฉือนที่เพิ่มขึ้นและความหนืดของของไหลที่ลดลงส่งผลให้จำนวนสารกรองเพิ่มขึ้น มีการใช้ครอสไมโครฟิลเตรชันเพื่อแยกเกลือที่ตกตะกอนเป็นของแข็ง ซึ่งโดยทั่วไปแล้วให้ประสิทธิภาพการแยกอนุภาคสูงกว่า 99.9% Goemansและคณะ[30] ได้ศึกษาการแยกโซเดียมไนเตรตออกจากน้ำเหนือวิกฤต ภายใต้สภาวะของการศึกษา โซเดียมไนเตรตปรากฏเป็นเกลือหลอมเหลวและสามารถผ่านตัวกรองได้ ประสิทธิภาพการแยกที่ได้จะแตกต่างกันไปตามอุณหภูมิ เนื่องจากความสามารถในการละลายจะลดลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น โดยอยู่ระหว่าง 40% ถึง 85% ที่ 400 °C และ 470 °C ตามลำดับ นักวิจัยเหล่านี้ได้อธิบายกลไกการแยกนี้ว่าเป็นผลมาจากความสามารถในการซึมผ่านของตัวกลางกรองไปยังสารละลายเหนือวิกฤตได้อย่างชัดเจน ต่างจากเกลือหลอมเหลว โดยพิจารณาจากความหนืดที่แตกต่างกันอย่างชัดเจน ดังนั้น จึงเป็นไปได้ไม่เพียงแต่การกรองเกลือที่ตกตะกอนในสถานะของแข็งเท่านั้น แต่ยังกรองเกลือที่มีจุดหลอมเหลวต่ำที่อยู่ในสถานะหลอมเหลวได้อีกด้วย

ปัญหาในการใช้งานส่วนใหญ่เกิดจากการกัดกร่อนของเกลือของตัวกรอง

กระดาษ: การรีไซเคิลและวัสดุรีไซเคิล

MR Doshi, JM Dyer, ในโมดูลอ้างอิงในวิทยาศาสตร์วัสดุและวิศวกรรมวัสดุ, 2016

3.3 การทำความสะอาด

น้ำยาทำความสะอาดหรือไฮโดรไซโคลนกำจัดสิ่งปนเปื้อนออกจากเยื่อกระดาษโดยพิจารณาจากความแตกต่างของความหนาแน่นระหว่างสิ่งปนเปื้อนและน้ำ อุปกรณ์เหล่านี้ประกอบด้วยภาชนะแรงดันทรงกรวยหรือทรงกระบอก-ทรงกรวย ซึ่งเยื่อกระดาษจะถูกป้อนเข้าไปในแนวสัมผัสที่ปลายด้านที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่ (รูปที่ 6) ในระหว่างการผ่านเครื่องทำความสะอาด เยื่อกระดาษจะเกิดรูปแบบการไหลแบบกระแสน้ำวนคล้ายกับไซโคลน การไหลจะหมุนรอบแกนกลางขณะที่ไหลออกจากทางเข้าและไปยังจุดยอด หรือช่องเปิดด้านล่าง ตามแนวผนังด้านในของเครื่องทำความสะอาด ความเร็วของการไหลแบบหมุนจะเพิ่มขึ้นเมื่อเส้นผ่านศูนย์กลางของกรวยลดลง ใกล้กับจุดยอด ช่องเปิดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กจะป้องกันไม่ให้การไหลส่วนใหญ่ไหลออก ซึ่งจะหมุนวนเป็นกระแสน้ำวนด้านในที่แกนกลางของเครื่องทำความสะอาด การไหลที่แกนกลางจะไหลออกจากช่องเปิดด้านบนจนกระทั่งไหลออกผ่านตัวค้นหากระแสน้ำวน ซึ่งอยู่ที่ปลายด้านที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่ตรงกลางของเครื่องทำความสะอาด วัสดุที่มีความหนาแน่นสูงซึ่งกระจุกตัวอยู่ที่ผนังของเครื่องทำความสะอาดเนื่องจากแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลาง จะถูกระบายออกที่จุดยอดของกรวย (Bliss, 1994, 1997)

เครื่องทำความสะอาดสามารถจำแนกประเภทได้เป็นชนิดความหนาแน่นสูง ปานกลาง และต่ำ ขึ้นอยู่กับความหนาแน่นและขนาดของสิ่งปนเปื้อนที่ต้องการกำจัด เครื่องทำความสะอาดความหนาแน่นสูงที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางตั้งแต่ 15 ถึง 50 เซนติเมตร (6–20 นิ้ว) ใช้สำหรับกำจัดเศษโลหะ คลิปหนีบกระดาษ และลวดเย็บกระดาษ และมักจะติดตั้งไว้ถัดจากเครื่องผลิตเยื่อกระดาษทันที เมื่อเส้นผ่านศูนย์กลางของเครื่องทำความสะอาดลดลง ประสิทธิภาพในการกำจัดสิ่งปนเปื้อนขนาดเล็กก็จะเพิ่มขึ้น ด้วยเหตุผลเชิงปฏิบัติและเศรษฐกิจ ไซโคลนขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 75 มิลลิเมตร (3 นิ้ว) จึงเป็นเครื่องทำความสะอาดขนาดเล็กที่สุดที่ใช้ในอุตสาหกรรมกระดาษโดยทั่วไป

เครื่องทำความสะอาดแบบย้อนกลับและเครื่องทำความสะอาดแบบไหลผ่าน (throughflow cleaners) ออกแบบมาเพื่อกำจัดสิ่งปนเปื้อนที่มีความหนาแน่นต่ำ เช่น ขี้ผึ้ง โพลีสไตรีน และสารเหนียว เครื่องทำความสะอาดแบบย้อนกลับได้รับการตั้งชื่อเช่นนี้เนื่องจากกระแสน้ำที่รับเข้าจะถูกรวบรวมไว้ที่ปลายสุดของเครื่องทำความสะอาด ในขณะที่น้ำเสียจะถูกระบายออกที่จุดล้น ในเครื่องทำความสะอาดแบบไหลผ่าน เครื่องทำความสะอาดจะรับและน้ำเสียจะระบายออกที่ปลายด้านเดียวกันของเครื่องทำความสะอาด โดยท่อรับอยู่ใกล้กับผนังของเครื่องทำความสะอาดจะแยกออกจากน้ำเสียด้วยท่อกลางใกล้กับแกนของเครื่องทำความสะอาด ดังแสดงในรูปที่ 7

เครื่องเหวี่ยงแยกแบบต่อเนื่องที่ใช้ในช่วงทศวรรษ 1920 และ 1930 เพื่อแยกทรายออกจากเยื่อกระดาษถูกยกเลิกไปหลังจากการพัฒนาไฮโดรไซโคลน เครื่องไจโรคลีน ซึ่งพัฒนาขึ้นที่ศูนย์เทคนิคดูปาปิเยร์ เมืองเกรอนอบล์ ประเทศฝรั่งเศส ประกอบด้วยทรงกระบอกที่หมุนด้วยความเร็ว 1,200–1,500 รอบต่อนาที (Bliss, 1997; Julien Saint Amand, 1998, 2002) ด้วยระยะเวลาการพักตัวที่ค่อนข้างนานและแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางที่สูง ทำให้สารปนเปื้อนที่มีความหนาแน่นต่ำมีเวลาเพียงพอในการเคลื่อนย้ายไปยังแกนกลางของเครื่องทำความสะอาด ซึ่งจะถูกกำจัดออกผ่านกระแสน้ำวนที่ศูนย์กลาง

MT Thew, ในสารานุกรมวิทยาศาสตร์การแยก, 2000

เรื่องย่อ

แม้ว่าของแข็งและของเหลวไฮโดรไซโคลนได้รับการยอมรับมาเกือบตลอดศตวรรษที่ 20 แต่ประสิทธิภาพการแยกของเหลว-ของเหลวที่น่าพอใจยังไม่เกิดขึ้นจนกระทั่งช่วงทศวรรษ 1980 อุตสาหกรรมน้ำมันนอกชายฝั่งต้องการอุปกรณ์ที่มีขนาดกะทัดรัด ทนทาน และเชื่อถือได้สำหรับการแยกน้ำมันปนเปื้อนที่แยกตัวออกจากน้ำ ความต้องการนี้ได้รับการตอบสนองด้วยไฮโดรไซโคลนชนิดที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างมาก ซึ่งแน่นอนว่าไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว

หลังจากอธิบายความต้องการนี้โดยละเอียดยิ่งขึ้นและเปรียบเทียบกับการแยกแบบไซโคลนของแข็งและของเหลวในกระบวนการแปรรูปแร่ ต่อไปนี้คือข้อดีที่ไฮโดรไซโคลนมอบให้เหนือประเภทของอุปกรณ์ที่ติดตั้งไว้ก่อนหน้านี้เพื่อทำหน้าที่ดังกล่าว

เกณฑ์การประเมินประสิทธิภาพการแยกจะถูกระบุไว้ก่อนที่จะหารือเกี่ยวกับประสิทธิภาพในแง่ขององค์ประกอบของฟีด การควบคุมของผู้ปฏิบัติงาน และพลังงานที่ต้องการ นั่นคือผลคูณของการลดความดันและอัตราการไหล

สภาพแวดล้อมสำหรับการผลิตปิโตรเลียมกำหนดข้อจำกัดบางประการสำหรับวัสดุ ซึ่งรวมถึงปัญหาการกัดเซาะของอนุภาค มีการกล่าวถึงวัสดุทั่วไปที่ใช้ มีการสรุปข้อมูลต้นทุนสัมพัทธ์สำหรับประเภทของโรงแยกน้ำมัน ทั้งแบบทุนและแบบหมุนเวียน แม้ว่าจะมีแหล่งข้อมูลไม่มากนัก สุดท้ายนี้ มีการอธิบายแนวทางการพัฒนาเพิ่มเติม เนื่องจากอุตสาหกรรมน้ำมันกำลังพิจารณาอุปกรณ์ที่ติดตั้งบนพื้นทะเลหรือแม้แต่ที่ก้นหลุมเจาะ

การสุ่มตัวอย่าง การควบคุม และการปรับสมดุลมวล

Barry A. Wills, James A. Finch FRSC, FCIM, P.Eng., ใน Wills' Mineral Processing Technology (ฉบับที่แปด), 2016

3.7.1 การใช้ขนาดอนุภาค

หลายหน่วยงาน เช่นไฮโดรไซโคลนและตัวแยกแรงโน้มถ่วง ทำให้เกิดการแยกขนาดในระดับหนึ่ง และสามารถนำข้อมูลขนาดอนุภาคไปใช้ในการปรับสมดุลมวลได้ (ตัวอย่าง 3.15)

ตัวอย่างที่ 3.15 เป็นตัวอย่างของการลดความไม่สมดุลของโหนดให้น้อยที่สุด ซึ่งให้ค่าเริ่มต้นสำหรับการลดค่ากำลังสองน้อยที่สุดโดยทั่วไป วิธีการแบบกราฟิกนี้สามารถใช้ได้เมื่อใดก็ตามที่มีข้อมูลส่วนประกอบ "ส่วนเกิน" ซึ่งในตัวอย่างที่ 3.9 สามารถใช้ได้

ตัวอย่างที่ 3.15 ใช้ไซโคลนเป็นโหนด โหนดที่สองคือบ่อพักน้ำ ซึ่งเป็นตัวอย่างของอินพุต 2 ตัว (ฟีดสดและฟีดจากบอลมิลล์) และเอาต์พุต 1 ตัว (ฟีดไซโคลน) ซึ่งจะทำให้เกิดสมดุลมวลอีกตัวหนึ่ง (ตัวอย่างที่ 3.16)

ในบทที่ 9 เราจะกลับไปที่ตัวอย่างวงจรการบดโดยใช้ข้อมูลที่ปรับแล้วเพื่อกำหนดเส้นโค้งการแบ่งไซโคลน

เวลาโพสต์: 07 พ.ค. 2562