Хидроциклоните са сред най-лесните съоръжения за обработка на минерали, често работят, без да се нуждаят от поддръжка или внимание от някой, който работи. Циклоните остават високоефективни инструменти за разделяне въпреки техните сложни флуидни механизми и структурни конфигурации, които влияят на ефективността на разделяне. Тази статия ще даде общ преглед на тяхната работа, както и възможни стъпки за отстраняване на неизправности, когато не работят по предназначение.
Те отделят едрите частици
Хидроциклони’ Основната цел е отделяне на едри от фини частици. Центробежната сила, приложена към вътрешната му структура, осигурява това разделяне; по-тежките частици са склонни да се движат надолу във въртящия се поток, докато по-фините се движат повече към ръба му, с груби частици, които в крайна сметка се изхвърлят през долната обвивка на щуцера или върха, докато по-фините се движат към преливник и в горна преливна камера.
Характеристиките на движение в рамките на хидроциклон определят неговия ефект на разделяне, и изследователите са изследвали този аспект, за да го увеличат. Изследователи, начело с Джан, проведе обширни тестове, за да разбере поведението на движението на частиците, така че да подобри ефекта на разделяне на този циклон. Джан откри, че при условия на хранене с висока концентрация, фини и средни частици с малка плътност могат лесно да навлязат в преливника, докато фини и едри частици с голяма плътност могат да навлязат през вътрешни завихрящи се потоци и да бъдат изхвърлени през изхода като преливник.
Въздушна сърцевина се образува в центъра на циклона, когато течността се вкарва тангенциално в неговата цилиндрична камера, създавайки интензивен въртящ се вихър. Циклонът има аксиален долен изход с ограничен достъп, който ограничава изтичането на цялата течност освен част. Веднъж вътре, потокът му в противоток към горния му изход води до въздушна сърцевина в сърцевината.
Размерите на вторично-цилиндричните секции на хидроциклоните имат значително влияние върху областта на циркулационния поток на частиците и ефективността на разделяне, със стойности на съвършенство, намаляващи монотонно с нарастване на диаметъра на този участък. Поради повече груби частици, циркулиращи във въртящия се поток на циклон, възниква неправилно поставяне на тези частици, което води до разпръскването им на по-голяма територия. Обхващането на повече груби частици намалява производителността на разделяне и възпрепятства образуването на ефективен модел на кръгъл поток вътре в циклона, и възпрепятства възможностите му за разделяне. Постигнатата производителност на разделяне е задоволителна; обаче, Стойностите за съвършенство не отговарят на очакванията поради съпротивлението на въртене и вискозитета на циклонната течност, влияещи върху разпределението на скоростта на частиците и траекторията на движение.
Те отделят фините частици
Хидроциклоните използват центробежна сила и диференциален флуиден поток за ефективно отделяне на фини от едри частици. Центробежната сила се създава чрез насочване на входната течност тангенциално към стената на цилиндъра, създавайки кръгово движение в течността, което кара тежките частици да се движат навън и да се агрегират, преди по-леките да се спускат спираловидно надолу по стената и да излязат през горния преливен отвор на хидроциклона.
Ефективността на отделяне на хидроциклони зависи силно от структурата му, включително размерите на неговия вихров търсач, преливни и долни отвори и размер на циклона. Освен това, по-големите диаметри обикновено водят до по-добро разделяне.
Хидроциклоните често се използват в минерални приложения, като производство на пясък за бетон C-33, за да контролира какъв размер на материала излиза от веригата за раздробяване. Различните видове руда имат различни размери на освобождаване, които трябва да се наблюдават внимателно, за да се създаде икономически осъществим продукт.
Падане на налягането, количеството енергия, необходимо на частиците да се движат през хидроциклон, е неразделна част от неговия контрол. Промяната на входното му налягане може драматично да промени ефективността на разделяне – например, ако налягането е зададено по-ниско от целевото, повече фини ще докладват за недостиг, което води до по-груби точки на рязане; обратно, ако налягането надхвърли целта, повече фини частици ще се отчитат в преливане, което води до намалени стойности на d50 и по-фино разделяне.
Плътността на захранващия материал може да има огромен ефект върху отделянето на хидроциклони. По-високата плътност може да доведе до по-груби срезове, докато по-ниските плътности водят до по-фини срезове; за да изберете решение за фураж с оптимална плътност, следователно е важно човек да разбере целта на своето приложение и да избере плътност на фуража според това.
Регулирането на диаметъра на щуцера позволява регулиране на байпасните фини частици, изпращани директно към преливника, увеличаване или намаляване на техния поток директно към него и намаляване на това, което се връща обратно в циклона за по-нататъшна обработка.
Те разделят течностите
Хидроциклоните отделят течностите от фините частици, като създават въртеливо действие, което изхвърля по-тежък материал срещу вътрешната стена на цилиндър, докато по-лекият материал се движи навън и надолу. Този метод на разделяне работи най-добре, когато твърдите вещества имат диаметри, по-големи от 10 микрона и имат сферична форма; обаче, тяхната ефективност варира в зависимост от условията; например, тъй като концентрацията на суспензията се увеличава, съпротивлението срещу центробежните сили от частиците се увеличава, увеличавайки техния размер и брой.
Течността, влизаща в циклона от помпа, трябва да преодолее съпротивлението; това причинява спадове на налягането и увеличаване на градиента на радиалното налягане, което в крайна сметка води до интерферентни състояния на утаяване между частици и течност. Следователно, използването на сондажна течност с нисък вискозитет е важно – това позволява на частици с различни размери да се утаяват със свои собствени скорости, без да се улавят между течност и частици.
Плътността на захранването е друг критичен елемент, който трябва да се има предвид при работата на хидроциклона. За постигане на целеви размери на рязане, плътността на захранването трябва да съвпада с целевия размер на разреза, което може да се постигне или чрез промяна на плътността на захранването, или чрез промяна на налягането на входа – по-ниското налягане изпраща повече фини частици в преливник, създаване на по-груб размер на рязане; по-високото налягане изпраща фини частици в долния поток за по-фини срезове.
Хидроциклоните са широко използвани за контролиране на това какъв размер на материала излиза от вериги за раздробяване за приложения с твърди скали и благородни метали. Когато се прилага в тези контексти, моментният поток на течност към хидроциклон е равен на общия моментен поток от леки частици плюс поток от тежки частици; тежките частици ще се движат по-бързо от леките и ще се натрупват в горния преливник на хидроциклона.
След това тежките материали могат да бъдат отстранени от системата. След това всяка останала течна смес в циклона ще бъде изпомпана през долния изход, известен като Apex, чрез вихрова търсачна тръба.
Те разделят маслата
Хидроциклоните се превърнаха в иновативно решение на предизвикателството за отделяне на мазни частици от груб материал. Проектирана е специална форма на оборудването, която използва сила на срязване за отделяне на капчици масло от течна среда. Тази технология може да се приложи в металообработването за отделяне на смазочни материали от охлаждаща вода или сондажни операции за отстраняване на пясък и глина от кал.
Хидроциклоните се различават от друго оборудване за обработка на минерали по това, че имат малко движещи се части и зависят от геометрията и налягането на флуида, за да извършват процеси на разделяне. Те са проектирани да бъдат прости, но надеждни машини, които често работят с години без много разходи за поддръжка – въпреки това много потребители не знаят как да отстранят проблема с хидроциклон, когато нещо не върви според очакванията.
Едно от ключовите предизвикателства, свързани с хидроциклоните, е увличането. Когато едрият материал се отделя от фините, някои по-тежки материали ще бъдат пренесени в преливника, докато други ще останат уловени под потока поради сложното вътрешно поле на потока на хидроциклона. Свързването на няколко циклона заедно може да помогне за решаването на този проблем, но изисква допълнителни помпи, тръбопроводи и инвестиционни разходи.
Като такъв, жизненоважно е човек да разбере как работи хидроциклонът и неговият механизъм за разделяне. За една частица да излезе през своя преливник и да бъде изхвърлена в своя долен поток, те трябва да мигрират към позиции, където центробежната сила надвишава съпротивителната сила – тези три области могат да бъдат идентифицирани на контурите на радиалната скорост в самия хидроциклон; първо близо до страничната му стена, където аксиалната скорост е отрицателна, така че течността тече надолу към долния поток.
Втората област се намира в средата на коничното сечение, където аксиалната скорост е положителна и течността се движи нагоре в преливник. Тук се случва най-често разделянето. Накрая, на върха на конуса има отрицателна аксиална скорост, изхвърляна обратно и ефектите на срязване спомагат за концентрирането на тежки фази, които да бъдат освободени през него.