Гідроциклони

опис

Гідроциклонимають конусоциліндричну форму з тангенціальним входом подачі в циліндричну секцію та виходом на кожній осі. Вихідний отвір у циліндричній секції називається вихровим шукачем і проходить у циклон, щоб зменшити потік короткого замикання безпосередньо від входу. На конічному кінці розташований другий випускний отвір, патрубок. Для розподілу за розміром обидва виходи зазвичай відкриті в атмосферу. Гідроциклони, як правило, працюють вертикально з патрубком у нижньому кінці, тому грубий продукт називається нижнім потоком, а дрібний продукт, що виходить із вихрового шукача, переливом. На малюнку 1 схематично показані основні потоки та конструктивні особливості типовогогідроциклон: два вихори, тангенціальний впускний отвір і осьові виходи. За винятком безпосередньої області тангенціального входу, рух рідини в циклоні має радіальну симетрію. Якщо один або обидва виходи відкриті в атмосферу, зона низького тиску викликає газове ядро вздовж вертикальної осі, усередині внутрішнього вихору.

Принцип роботи простий: рідина, що містить зважені частинки, входить у циклон тангенціально, обертається вниз і створює відцентрове поле у вільному вихровому потоці. Більші частинки рухаються крізь рідину до зовнішньої частини циклону спіральним рухом і виходять через патрубок разом із часткою рідини. Завдяки обмежувальній зоні патрубка встановлюється внутрішній вихор, який обертається в тому ж напрямку, що й зовнішній вихор, але тече вгору, і залишає циклон через вихровий шукач, переносячи з собою більшу частину рідини та дрібні частинки. Якщо пропускна здатність патрубка перевищена, повітряне ядро закривається, і вихід патрубка змінюється з бризок у формі парасольки на «мотузку» та втрату грубого матеріалу до переливу.

Діаметр циліндричної секції є основною змінною, що впливає на розмір частинок, які можна відокремити, хоча діаметри вихідного отвору можна змінювати незалежно, щоб змінити досягнутий поділ. У той час як перші дослідники експериментували з циклонами діаметром всього 5 мм, діаметр комерційних гідроциклонів коливається в даний час від 10 мм до 2,5 м, з роздільними розмірами для частинок щільністю 2700 кг/м3 1,5–300 мкм, зменшуючись зі збільшенням щільності частинок. Перепад робочого тиску коливається від 10 бар для малих діаметрів до 0,5 бар для великих агрегатів. Щоб збільшити ємність, кратні малгідроциклониможе бути розподілений з однієї живильної лінії.

Незважаючи на те, що принцип роботи простий, багато аспектів їх роботи ще недостатньо вивчені, а вибір гідроциклонів і прогнозування для промислової експлуатації є переважно емпіричними.

Класифікація

Баррі А. Уіллс, Джеймс А. Фінч FRSC, FCIM, P.Eng., у Wills' Mineral Processing Technology (восьме видання), 2016 р.

9.4.3 Гідроциклони проти екранів

Гідроциклони стали домінувати в класифікації, коли мова йде про дрібні частинки в закритих циклах подрібнення (<200 мкм). Однак останні розробки в технології сит (Розділ 8) відновили інтерес до використання сит у шліфувальних схемах. Сітки розділяються на основі розміру, і на них безпосередньо не впливає розподіл щільності кормових мінералів. Це може бути перевагою. Екрани також не мають частки обходу, і, як показав приклад 9.2, обхід може бути досить великим (у цьому випадку понад 30%). На малюнку 9.8 показано приклад різниці в кривій розподілу для циклонів і екранів. Дані отримані з концентратора El Brocal у Перу з оцінками до та після заміни гідроциклонів на Derrick Stack Sizer® (див. Розділ 8) у контурі подрібнення (Dündar et al., 2014). Відповідно до очікувань, порівняно з циклоном екран мав різкіше розділення (нахил кривої вищий) і невеликий обхід. Повідомлялося про збільшення потужності шліфувального контуру через вищий рівень руйнування після впровадження сита. Це пояснюється усуненням байпасу, що зменшує кількість дрібнодисперсного матеріалу, що повертається до розмельних млинів, що має тенденцію пом’якшувати удари частинок між частинками.

Однак зміна не є одним із шляхів: останнім прикладом є перехід від екрану до циклону, щоб скористатися додатковим зменшенням розміру більш щільних корисних копалин (Sasseville, 2015).

Металургійний процес і дизайн

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

Гідроциклони

Гідроциклони є кращими агрегатами для сортування або знешламлення великих об’ємів суспензії за низьких витрат і тому, що вони займають дуже мало площі або запасу. Вони працюють найбільш ефективно, коли подаються з рівномірною швидкістю потоку та щільністю целюлози, і використовуються окремо або в кластерах для отримання бажаної загальної продуктивності при необхідних розподілах. Можливості визначення розміру залежать від відцентрових сил, створених високими тангенціальними швидкостями потоку через блок. Основний вихор, утворений суспензією, що надходить, діє спірально вниз навколо внутрішньої стінки конуса. Тверді речовини викидаються назовні під дією відцентрової сили, тому, коли м’якоть рухається вниз, її щільність збільшується. Вертикальні складові швидкості біля стінок конуса діють вниз, а біля осі – вгору. Менш щільна відцентрово відокремлена фракція шламу витісняється вгору через вихровий шукач, щоб вийти через отвір у верхньому кінці конуса. Проміжна зона або оболонка між двома потоками має нульову вертикальну швидкість і відділяє більш грубі тверді речовини, що рухаються вниз, від більш дрібних твердих частинок, що рухаються вгору. Основна частина потоку проходить вгору всередині меншого внутрішнього вихору, а більші відцентрові сили викидають більші з дрібних частинок назовні, забезпечуючи більш ефективне розділення дрібних частинок. Ці частинки повертаються до зовнішнього вихру і знову повідомляють про подачу віджиму.

Геометрія та робочі умови в спіральній структурі потоку типовігідроциклонописані на рис. 8.13. Робочими змінними є щільність пульпи, швидкість потоку сировини, характеристики твердих речовин, тиск на вході сировини та падіння тиску через циклон. Змінними циклону є площа вхідного отвору для живлення, діаметр і довжина вихрового шукача та діаметр вихідного патрубка. На величину коефіцієнта лобового опору також впливає форма; чим більше частинка змінюється від сферичності, тим менший фактор її форми і тим більший її опір осіданню. Критична зона напруги може поширюватися на деякі частинки золота розміром до 200 мм, тому ретельний моніторинг процесу класифікації є важливим для зменшення надмірної переробки та утворення шламу, що виникає в результаті. Історично, коли мало уваги приділялося відновленню 150μм золотих зерен, перенесення золота у фракції шламу, мабуть, було значною мірою відповідальним за втрати золота, які, як було зареєстровано, досягали 40–60% у багатьох розсипних роботах.

На малюнку 8.14 (таблиця вибору Warman) показано попередній вибір циклонів для сепарації при різних розмірах D50 від 9–18 мікрон до 33–76 мікрон. Ця діаграма, як і інші подібні діаграми продуктивності циклону, базується на ретельно контрольованому подачі певного типу. Він передбачає вміст твердих речовин 2700 кг/м3 у воді як перше керівництво для вибору. Циклони більшого діаметру використовуються для отримання грубого поділу, але для належної роботи потрібні великі об’єми живлення. Для тонкого розділення при великих об’ємах подачі потрібні кластери циклонів малого діаметра, що працюють паралельно. Остаточні параметри конструкції для малого розміру повинні бути визначені експериментально, і важливо вибрати циклон приблизно посередині діапазону, щоб будь-які незначні коригування, які можуть знадобитися, можна було внести на початку роботи.

Стверджується, що циклон CBC (циркуляційний шар) класифікує алювіальні сировинні матеріали золота діаметром до 5 мм і забезпечує стабільно високу подачу віджиму з нижнього потоку. Поділ відбувається приблизно оD50/150 мікрон на основі кремнезему щільністю 2,65. Стверджується, що нижній потік циклону CBC особливо піддається віджиму через його відносно плавну криву розподілу розмірів і майже повне видалення дрібних частинок відходів. Однак, хоча ця система, як стверджується, виробляє високоякісний первинний концентрат еквівалентних важких мінералів за один прохід із корму відносно великого діапазону розмірів (наприклад, мінерального піску), немає таких показників продуктивності для алювіального кормового матеріалу, що містить дрібне та пластівчасте золото. . У таблиці 8.5 наведено технічні дані для AKWгідроциклонидля точок відрізу від 30 до 100 мікрон.

Таблиця 8.5. Технічні характеристики гідроциклонів AKW

Тип (KRS)	Діаметр (мм)	Падіння тиску	Ємність		Точка зрізу (мікрон)
Тип (KRS)	Діаметр (мм)	Падіння тиску	Шлам (м3/год)	Тверді речовини (т/год макс.).	Точка зрізу (мікрон)
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

Розвиток технологій подрібнення та класифікації залізної руди

А. Янкович, в Iron Ore, 2015

8.3.3.1 Гідроциклонні сепаратори

Гідроциклон, також відомий як циклон, є класифікуючим пристроєм, який використовує відцентрову силу для прискорення швидкості осідання частинок суспензії та розділення частинок відповідно до розміру, форми та питомої ваги. Він широко використовується в мінеральній промисловості, з його основним використанням у переробці корисних копалин як класифікатор, який виявився надзвичайно ефективним при тонкому розділенні. Він широко використовується в операціях подрібнення в замкнутому циклі, але знайшов багато інших застосувань, таких як знешламлення, видалення піску та згущення.

Типовий гідроциклон (рис. 8.12а) складається з посудини конічної форми, відкритого на вершині або нижнього потоку, з’єднаного з циліндричною секцією, яка має тангенціальний впускний отвір. Зверху циліндрична секція закрита пластиною, через яку проходить осьово встановлена переливна труба. Труба протягнута в корпус циклону за допомогою короткої знімної секції, відомої як вихровий шукач, яка запобігає короткому замиканню подачі безпосередньо в перелив. Подача подається під тиском через тангенціальний вхід, який надає пульпі обертовий рух. Це створює вихор у циклоні із зоною низького тиску вздовж вертикальної осі, як показано на малюнку 8.12b. Повітряне ядро розвивається вздовж осі, зазвичай пов’язане з атмосферою через верхівковий отвір, але частково утворене розчиненим повітрям, що виходить із розчину в зоні низького тиску. Відцентрова сила прискорює швидкість осідання частинок, тим самим розділяючи частинки за розміром, формою та питомою вагою. Частинки, що осідають швидше, рухаються до стінки циклону, де швидкість найменша, і мігрують до верхівкового отвору (нижнього потоку). Завдяки дії сили опору повільніше осідають частинки рухаються в бік зони низького тиску вздовж осі і виносяться вгору через вихрошукач до переливу.

Гідроциклони майже повсюдно використовуються в шліфувальних схемах через їх високу продуктивність і відносну ефективність. Вони також можуть класифікувати в дуже широкому діапазоні розмірів частинок (зазвичай 5–500 мкм), причому для більш тонкої класифікації використовуються одиниці меншого діаметру. Однак застосування циклону в схемах подрібнення магнетиту може призвести до неефективної роботи через різницю щільності між магнетитом і відходами мінералів (кремнезем). Магнетит має питому щільність близько 5,15, тоді як кремнезем має питому щільність близько 2,7. вгідроциклонищільні мінерали відокремлюються на дрібніші розміри, ніж легші мінерали. Таким чином, вивільнений магнетит концентрується в нижньому потоці циклону з подальшим надмірним подрібненням магнетиту. Napier-Munn та ін. (2005) зазначив, що зв'язок між виправленим розміром розрізу (d50c) і щільність частинок відповідає виразу наступної форми залежно від умов потоку та інших факторів:

d50c∝ρs−ρl−n

деρs – густина твердого тіла,ρl – густина рідини, аnстановить від 0,5 до 1,0. Це означає, що вплив мінеральної щільності на продуктивність циклону може бути досить значним. Наприклад, якщоd50c магнетиту становить 25 мкм, тодіd50c частинок кремнезему становитиме 40–65 мкм. На рисунку 8.13 показані криві ефективності циклонної класифікації для магнетиту (Fe3O4) і кремнезему (SiO2), отримані під час дослідження контуру подрібнення магнетиту промислового кульового млина. Розподіл розмірів для кремнезему набагато більш грубий, з ad50c для Fe3O4 становить 29 мкм, а для SiO2 – 68 мкм. Через це явище млини для подрібнення магнетиту в замкнутих контурах з гідроциклонами є менш ефективними та мають меншу продуктивність порівняно з іншими контурами для подрібнення основного металу.

Технологія процесів високого тиску: основи та застосування

MJ Cocero PhD, Бібліотека промислової хімії, 2001

Пристрої для розділення твердих речовин

•

Гідроциклон

Це один з найпростіших типів сепараторів твердих речовин. Це високоефективний сепараційний пристрій, який можна використовувати для ефективного видалення твердих частинок при високих температурах і тиску. Він економічний, оскільки не має рухомих частин і не потребує технічного обслуговування.

Ефективність розділення твердих речовин сильно залежить від розміру частинок і температури. Велика ефективність розділення близько 80% досягається для кремнезему та температур вище 300°C, тоді як у тому ж діапазоні температур ефективність загального розділення для більш щільних частинок циркону перевищує 99% [29].

Основним недоліком роботи гідроциклону є схильність деяких солей прилипати до стінок циклону.

•

Перехресна мікрофільтрація

Фільтри з перехресним потоком поводяться подібно до того, що зазвичай спостерігається при фільтрації з перехресним потоком за умов навколишнього середовища: збільшення швидкості зсуву та зменшення в’язкості рідини призводить до збільшення кількості фільтрату. Перехресна мікрофільтрація застосовувалася для розділення осаджених солей як твердих речовин, що давало ефективність розділення часток, як правило, понад 99,9%. Goemansта ін.[30] вивчали виділення нітрату натрію з надкритичної води. В умовах дослідження нітрат натрію був присутній у вигляді розплавленої солі та міг пройти через фільтр. Було отримано ефективність розділення, яка змінювалася залежно від температури, оскільки розчинність зменшується з підвищенням температури, коливаючись від 40% до 85%, для 400 °C і 470 °C відповідно. Ці дослідники пояснили механізм поділу як наслідок чіткої проникності фільтруючого середовища для надкритичного розчину, на відміну від розплавленої солі, на основі їх чітко відмінної в’язкості. Таким чином, було б можливим не тільки фільтрувати осаджені солі просто як тверді речовини, але також фільтрувати ті солі з низькою температурою плавлення, які знаходяться в розплавленому стані.

Проблеми з роботою були в основному через корозію фільтра солями.

Папір: переробка та перероблені матеріали

MR Doshi, JM Dyer, Reference Module in Materials Science and Materials Engineering, 2016

3.3 Очищення

Прибиральники абогідроциклонивидалення забруднювачів із целюлози на основі різниці щільності забруднювача та води. Ці апарати складаються з конічної або циліндрично-конічної ємності під тиском, в яку тангенціально з кінця великого діаметру подається пульпа (рис. 6). Під час проходження через очисник пульпа розвиває вихровий потік, схожий на циклонний. Потік обертається навколо центральної осі, коли він проходить від вхідного отвору до верхівки або нижнього отвору вздовж внутрішньої стінки очищувача. Швидкість обертання потоку прискорюється зі зменшенням діаметра конуса. Поруч із верхівкою отвір невеликого діаметру запобігає випуску більшої частини потоку, який замість цього обертається у внутрішньому вихорі в центрі очищувача. Потік у внутрішньому сердечнику тече від верхівкового отвору до витікання через вихровий шукач, розташований на кінці великого діаметру в центрі очищувача. Матеріал вищої щільності, сконцентрований біля стінки очищувача завдяки відцентровій силі, викидається на вершину конуса (Bliss, 1994, 1997).

Очисники класифікуються як високої, середньої або низької щільності залежно від щільності та розміру забруднень, які видаляються. Очисник високої щільності діаметром від 15 до 50 см (6–20 дюймів) використовується для видалення металевих залишків, канцелярських скріпок і скоб і зазвичай розміщується відразу після пульпера. Зі зменшенням діаметра очищувача підвищується його ефективність у видаленні дрібних забруднень. З практичних та економічних причин циклон діаметром 75 мм (3 дюйми) зазвичай є найменшим очисником, який використовується в паперовій промисловості.

Зворотні очисники та проточні очисники призначені для видалення забруднень низької щільності, таких як віск, полістирол та липкі речовини. Зворотні очисники названі так тому, що прийнятий потік збирається на вершині очисника, а відбраковані виходять через перелив. У наскрізному очиснику вихід приймальної та відкидної рідини знаходиться на одному кінці очисника, причому приймальна частина знаходиться біля стінки очисника, відокремленої від вихідної труби центральною трубою біля серцевини очисника, як показано на малюнку 7.

Центрифуги безперервної дії, які використовувалися в 1920-х і 1930-х роках для видалення піску з пульпи, були припинені після розробки гідроциклонів. Gyroclean, розроблений у Centre Technique du Papier, Гренобль, Франція, складається з циліндра, який обертається зі швидкістю 1200–1500 об/хв (Bliss, 1997; Julien Saint Amand, 1998, 2002). Поєднання відносно тривалого часу перебування та високої відцентрової сили дає забруднювачам низької щільності достатньо часу для міграції до серцевини очищувача, де вони відкидаються через центральний вихровий розряд.

MT Thew, в Encyclopedia of Separation Science, 2000

Конспект

Хоч тверде–рідкегідроциклонбуло встановлено протягом більшої частини 20-го століття, задовільна продуктивність розділення рідина-рідина була досягнута лише у 1980-х роках. Офшорна нафтова промисловість мала потребу в компактному, міцному та надійному обладнанні для видалення дрібнодисперсної забруднюючої нафти з води. Цю потребу задовольнив істотно інший тип гідроциклона, який, звичайно, не мав рухомих частин.

Після більш повного пояснення цієї потреби та порівняння її з циклонним розділенням твердої та рідини при переробці корисних копалин, наведено переваги, які надає гідроциклон перед типами обладнання, встановленого раніше для виконання цього обов’язку.

Критерії оцінки ефективності розділення перераховуються перед обговоренням ефективності з точки зору складу корму, контролю оператора та необхідної енергії, тобто продукту падіння тиску та витрати.

Навколишнє середовище для видобутку нафти встановлює певні обмеження для матеріалів, і це включає проблему ерозії частинок. Згадуються типові використані матеріали. Наведено відносні дані про вартість для типів установок для розділення нафти, як капітальних, так і поточних, хоча джерела рідкісні. Нарешті, описано деякі вказівки щодо подальшого розвитку, оскільки нафтова промисловість дивиться на обладнання, встановлене на морському дні або навіть на дні стовбура свердловини.

Відбір проб, контроль і балансування маси

Баррі А. Уіллс, Джеймс А. Фінч FRSC, FCIM, P.Eng., у Wills' Mineral Processing Technology (восьме видання), 2016 р.

3.7.1 Використання розміру частинок

Багато підрозділів, як напргідроциклониі гравітаційні сепаратори, забезпечують певний ступінь поділу за розміром, і дані про розмір частинок можна використовувати для балансування маси (Приклад 3.15).

Приклад 3.15 є прикладом мінімізації дисбалансу вузла; він надає, наприклад, початкове значення для узагальненої мінімізації методом найменших квадратів. Цей графічний підхід можна використовувати, коли є «зайві» компонентні дані; у прикладі 3.9 його можна було використати.

Приклад 3.15 використовує циклон як вузол. Другим вузлом є зумпф: це приклад 2 входів (свіжа подача та розвантаження кульового млина) та одного виходу (подача циклону). Це дає інший баланс маси (приклад 3.16).

У Розділі 9 ми повертаємося до цього прикладу схеми подрібнення, використовуючи скориговані дані для визначення кривої розподілу циклону.

Час розміщення: травень-07-2019