Hydrocyklony patří mezi nejjednodušší zařízení na zpracování nerostů, často fungují bez nutnosti údržby nebo pozornosti kohokoli v provozu. Cyklony zůstávají vysoce účinnými separačními nástroji navzdory jejich složitému mechanismu kapaliny a strukturním konfiguracím, které ovlivňují výkon separace. Tento článek poskytne přehled jejich provozu a také možné kroky pro řešení problémů, když nefungují tak, jak byly navrženy.
Oddělují hrubé částice
Hydrocyklony’ Hlavním účelem je oddělení hrubých a jemných částic. Toto oddělení zajišťuje odstředivá síla působící na jeho vnitřní strukturu; těžší částice mají tendenci se pohybovat dolů do jeho vířivého proudu, zatímco jemnější se pohybují více k jeho okraji, s hrubými částicemi, které se případně vypouštějí skrz spodní hrdlo nebo vrchol, zatímco jemnější se pohybují směrem k přepadu a do horní přepadové komory.
Charakteristiky pohybu uvnitř hydrocyklonu určují jeho separační účinek, a výzkumníci prozkoumali tento aspekt, aby jej zvýšili. Výzkumníci, v čele s Zhangem, provedli rozsáhlé testy, aby porozuměli chování při pohybu částic, aby se zlepšil separační efekt tohoto cyklónu. Zhang zjistil, že za podmínek vysoké koncentrace krmení, jemné a střední částice s malou hustotou by mohly snadno vstupovat do přepadu, zatímco jemné a hrubé částice s velkou hustotou by mohly vstupovat vnitřními vířivými toky a být vypouštěny jeho výstupem jako přepad.
Vzduchové jádro se tvoří ve středu cyklonu, když je kapalina přiváděna tangenciálně do jeho válcové komory, vytváří intenzivní vířivý vír. Cyklon má axiální spodní výstup s omezeným přístupem, který omezuje vytékání veškeré jeho kapaliny kromě části. Jednou uvnitř, jeho tok protiproudý směrem k jeho hornímu výstupu dává vzniknout vzduchovému jádru v jádru.
Velikosti sekundárních válcových sekcí hydrocyklonů mají významný vliv na oblast toku cirkulace částic a separační výkon, přičemž hodnoty dokonalosti monotónně klesají s rostoucím průměrem této sekce. V důsledku hrubších částic cirkulujících ve vířivém toku cyklonu, dochází k nesprávnému umístění těchto částic, což vede k jejich rozptýlení po větším území. Zahrnutí hrubších částic snižuje výkon separace a zabraňuje vytváření efektivního vzoru kruhového proudění uvnitř cyklónu, a omezuje jeho separační schopnosti. Dosažená separační účinnost je uspokojivá; nicméně, hodnoty dokonalosti nesplňují očekávání kvůli rotačnímu odporu a viskozitě cyklónové kapaliny ovlivňující distribuci rychlosti částic a trajektorii pohybu.
Oddělují jemné částice
Hydrocyklony využívají odstředivou sílu a diferenciální proudění tekutiny k účinnému oddělení jemných a hrubých částic. Odstředivá síla je vytvářena nasměrováním vstupní tekutiny tangenciálně ke stěně válce, vytváří v kapalině kruhový pohyb, který způsobuje, že se těžké částice pohybují směrem ven a agregují, než se lehčí spirálovitě stočí po jeho stěně a ven horním přepadovým otvorem hydrocyklonu.
Účinnost hydrocyklonové separace silně závisí na konstrukci konstrukce, včetně rozměrů jeho vírového vyhledávače, přepadové a podtokové otvory a velikost cyklonu. Dále, větší průměry obecně poskytují lepší separační výkon.
Hydrocyklony se často používají v minerálních aplikacích, jako výroba betonového písku C-33, k řízení toho, jak velký materiál opouští rozmělňovací okruh. Různé typy rud mají různé velikosti uvolňování, které musí být pečlivě sledovány, aby se vytvořil ekonomicky proveditelný produkt.
Tlaková ztráta, množství energie potřebné k tomu, aby se částice pohybovaly hydrocyklonem, je nedílnou součástí jeho ovládání. Změna jeho vstupního tlaku může dramaticky změnit účinnost separace – například pokud je tlak nastaven na nižší než cílový, více jemných částic bude hlásit podtečení, což povede k hrubším řezným bodům; naopak, pokud tlak překročí cíl, více jemných částic se bude hlásit do přetečení, což vede ke snížení hodnot d50 a jemnější separaci.
Hustota vstupního materiálu může mít obrovský vliv na hydrocyklonové separace. Vyšší hustota může vést k hrubším řezům, zatímco nižší hustoty produkují jemnější řezy; pro výběr optimálního řešení hustoty krmiva je proto nezbytné, aby člověk porozuměl účelu jejich aplikace a zvolil hustotu krmiva podle toho.
Nastavení průměru hrdla umožňuje nastavení jemných obtoků zasílaných přímo do přepadu, zvýšení nebo snížení jejich toku přímo k němu a snížení toho, co se vrací zpět do cyklónu k dalšímu zpracování.
Oddělují kapaliny
Hydrocyklony oddělují kapaliny od jemných částic vytvořením vířivé akce, která vrhá těžší materiál na vnitřní stěnu válce, zatímco lehčí materiál se pohybuje směrem ven a dolů.. Tato separační metoda funguje nejlépe, když pevné látky mají průměr větší než 10 mikronů a mají kulovitý tvar; nicméně, jejich účinnost se liší podle podmínek; například, se zvyšující se koncentrací kejdy se zvyšuje i odolnost proti odstředivým silám částic zvyšujících jejich velikost a počet.
Kapalina vstupující do cyklonu z čerpadla musí překonat odpor; to způsobuje poklesy tlaku a zvýšení radiálního tlakového gradientu, což nakonec vede k interferenci sedimentačních stavů mezi částicemi a tekutinou. Proto, použití vrtné kapaliny s nízkou viskozitou je důležité – to umožňuje částicím různých velikostí usazovat se vlastní rychlostí, aniž by se zachytily mezi tekutinou a částicemi.
Hustota krmiva je dalším kritickým prvkem, který je třeba vzít v úvahu při výkonu hydrocyklonu. Aby byly splněny cílové velikosti řezu, hustota posuvu se musí shodovat s cílovou velikostí řezu, čehož lze dosáhnout buď změnou hustoty přívodu nebo změnou tlaku na vstupu – nižší tlak posílá více jemných částic do přetečení, vytvoření hrubší velikosti řezu; vyšší tlak posílá jemné částice do podtoku pro jemnější řezy.
Hydrocyklony jsou široce používány k řízení toho, jaké velikosti materiálu opouštějí drtící okruhy pro aplikace z tvrdé horniny a drahých kovů. Při aplikaci v těchto kontextech, okamžitý přítok tekutiny do hydrocyklonu se rovná celkovému okamžitému toku lehkých částic plus toku těžkých částic; těžké částice se budou pohybovat rychleji než lehké a hromadí se na horním přepadu hydrocyklonu.
Těžké materiály pak mohou být ze systému odstraněny. Veškerá zbývající tekutá směs v cyklonu bude poté odčerpána jeho spodním výstupem, známý jako Apex, přes trubku vírového vyhledávače.
Oddělují oleje
Hydrocyklony se staly inovativním řešením problému oddělování olejových částic od hrubého materiálu. Byla navržena speciální forma zařízení, která využívá smykovou sílu k oddělení kapiček oleje z kapalného média. Tato technologie může být použita při zpracování kovů k oddělení maziv od chladicí vody nebo vrtacích operací k odstranění písku a jílu z bahna..
Hydrocyklony se liší od jiných zařízení na zpracování nerostů v tom, že mají málo pohyblivých částí a závisí na geometrii a tlaku kapaliny, aby prováděly separační procesy.. Jsou navrženy tak, aby byly jednoduchými, ale spolehlivými stroji, které často fungují roky bez velkých nákladů na údržbu – přesto mnoho uživatelů neví, jak řešit problémy s hydrocyklonem, když něco nejde podle očekávání.
Jedním z klíčových problémů spojených s hydrocyklony je strhávání. Když se oddělí hrubý materiál od jemných, některé těžší materiály budou unášeny do přepadu, zatímco jiné zůstanou zachyceny pod proudem kvůli složitému vnitřnímu proudovému poli hydrocyklonu. Spojení více cyklonů dohromady může pomoci vyřešit tento problém, ale vyžaduje další čerpadla, potrubí a také investiční náklady.
Jako takový, je životně důležité, abychom pochopili, jak hydrocyklon funguje a jak funguje jeho oddělovací mechanismus. Aby částice vystoupila svým přepadem a byla vypuštěna do spodního toku, musí migrovat do poloh, kde odstředivá síla převyšuje sílu odporu – tyto tři oblasti lze identifikovat na obrysech radiální rychlosti uvnitř samotného hydrocyklonu; nejprve blízko její boční stěny, kde je axiální rychlost záporná, takže kapalina proudí dolů k jejímu spodnímu toku.
Druhá oblast leží uprostřed kuželové části, kde axiální rychlost je kladná a kapalina se pohybuje nahoru do přepadu. Zde dochází k největšímu oddělování. Konečně, na vrcholu kužele je záporná axiální rychlost vypouštěna zpět a smykové efekty pomáhají koncentrovat těžké fáze, které se přes něj uvolňují.