Хидроциклони за ефективно разделяне на течно и твърдо вещество

Хидроциклоните са предназначени да подобрят ефективността на разделяне, като същевременно намаляват консумацията на енергия чрез промяна на потока на течността в устройството.

Първичното разделяне се извършва в цилиндричната секция на циклона, преди частиците да навлязат в коничната секция за допълнителни процеси на разделяне, които зависят от плътността на захранването.

Циклонна геометрия

Циклонът е кръгло оборудване, което използва центробежна сила за отделяне на по-големи частици или капчици от среда. Когато неговата центробежна сила надвишава съпротивителната сила на течностите, по-големи или по-плътни частици напускат през горен изход в горната част, докато по-фините или отхвърлените частици излизат през по-ниски изходи за отхвърлени в основата.

Конструкциите на тангенциалния вход насърчават образуването на силни вихри, повишаване на ефективността на разделяне. Освен това, дизайнът предотвратява потока на късо съединение, който възниква, когато газ с висока скорост навлезе в сепаратора.

За максимална ефективност на разделяне, тялото/цевта на циклона трябва да бъде подходящо оразмерена, за да се осигури оптимална ефективност на разделяне. За да се определи това, потърсете леко раздуващо се пръскане, докато материалът излиза от върха на циклона; това показва, че е правилно оразмерен. Ако вместо това материал изтича отдолу на вашия сепаратор, или увеличете захранващото налягане/потока, или намалете размера на рязане (т.е. огрубете го).

Преливни процепи

Дизайнът на преливните прорези има огромно влияние върху ефективността на разделяне на хидроциклоните и съотношението на разделяне. Като цяло, производителността се увеличава с увеличаване на ширината на преливния процеп и намаляване на ширината на процепа под преливника.

При подаване в циклон, суспензията се върти в своите цилиндрични стени, създавайки центробежна сила за сортиране на материалите по плътност. Тежките частици се сблъскват със стената и се изтеглят надолу през изходяща тръба, наречена вихров търсач, преди да излязат през изходна тръба под потока; тежките остават уловени срещу него и по този начин се натрупват там, докато не бъдат прелети през вихровия търсач или изходящата тръба на вихровия търсач.

За оптимална ефективност на хидроциклон, трябва да се постигне оптимално съотношение между аксиална и тангенциална скорост, за да се сведе до минимум интензитета на турбулентността и загубите на енергия в стените му, както и да се даде възможност на леките частици да достигнат достатъчна центробежна сила, за да достигнат изхода на преливника.

Ъгли на отвора

Когато се подава тангенциално в циклонен цилиндър, неговото въртеливо действие преобразува скоростта на течността в центробежна сила, която дърпа по-тежките частици към стената, докато по-леките по-фини частици се агломерират и спираловидно нагоре, за да излязат през горния изход на преливника; по-тежките по-груби частици след това падат назад в долния отвор за отхвърляне с малко течност през удължителна тръба (наречен търсач на вихри).

Разделянето с хидроциклони може да бъде направено по-ефективно, като се използват модели на поток без срязване, които минимизират силите на срязване; конструкциите без срязване могат да предложат други предимства пред традиционното филтриране на медиите, като например увеличен живот на охлаждащата течност. При проектирането на системата, обаче, трябва да се вземе предвид и срязването.

Разпределение на аксиалната скорост

Когато центробежната сила може да надмине силите на триене, изпитвани от течността, тежките частици се отделят от течността и излизат през аксиален долен изход (подток) докато по-леките течности влизат през горния изход на хидроциклона (преливане).

Циклонът има два изхода по аксиалната си ос; един на дъното, известен като “отхвърляне страна,” и друг по-голям изход на върха, известен като “преливна страна.” Тангенциалното впръскване в неговата цилиндрична камера създава модел на завихрен поток; изпускането от страната на преливника преминава през аксиална тръба, излизаща от върха на циклона.

Въпреки това, присъщите характеристики на флуидния поток водят до несъвършено разделяне и загуба на енергия независимо от геометрията. Стремеж към оптимален дизайн, предложени и тествани са различни дизайни за подобряване на флуидния поток – като вмъкване на централно тяло9, вътрешен конус11, двойни преливни тръби12-13, процепен конус14 и преливна капачка15 например; всички са показали, че намаляват диаметъра на въздушната сърцевина, като същевременно увеличават производителността на класификацията по размер на частиците.