Hydrocykloner til effektiv væske-faststofseparation

Hydrocykloner er designet til at forbedre separationsydelsen og samtidig sænke energiforbruget ved at ændre væskeflowet i enheden.

Primær separation finder sted i den cylindriske sektion af en cyklon, før partikler trænger ind i den koniske sektion for yderligere separationsprocesser, der afhænger af fødetæthed.

Cyklon geometri

En cyklon er et cirkulært stykke udstyr, der bruger centrifugalkraft til at adskille større partikler eller dråber fra et medium. Når dens centrifugalkraft overstiger væskes modstandskraft, større eller tættere partikler forlader gennem et øvre udløb i toppen, mens finere eller afviste partikler kommer ud via lavere rejektudløb ved bunden.

Tangentielle indløbsdesign fremmer stærk hvirveldannelse, stigende adskillelseseffektivitet. Desuden, designet forhindrer kortslutningsflow, som opstår, når højhastighedsgas kommer ind i separatoren.

For maksimal separationseffektivitet, kroppen/tønden på en cyklon skal være passende størrelse for at sikre optimal adskillelseseffektivitet. For at bestemme dette, kig efter en let viftespray, når materialet kommer ud af cyklonens top; dette indikerer, at den har fået den rigtige størrelse. Hvis der i stedet for materiale lækker ud under din separator, enten øge fødetryk/flow eller mindske snitstørrelsen (dvs. grov den op).

Overløbsspalter

Design af overløbsspalter har en enorm indflydelse på hydrocyklonseparationseffektivitet og splitforhold. Generelt, ydeevnen øges med stigende overløbsspaltebredde og faldende underløbsspaltebredde.

Når fodret ind i en cyklon, gylle roterer inden for dets cylindriske vægge og skaber centrifugalkraft til at sortere materialer efter densitet. Tunge partikler kolliderer mod væggen og trækkes ned gennem et udløbsrør kaldet vortexfinder, før de kommer ud gennem et underløbsudløbsrør; tunge forbliver fanget mod den og akkumuleres der, indtil de flyves over via vortexfinder eller vortexfinderudløbsrøret.

For optimal effektivitet af en hydrocyklon, et optimalt forhold mellem aksial og tangential hastighed skal opnås for at minimere turbulensintensitet og energitab inden for dens vægge samt gøre det muligt for lette partikler at få adgang til tilstrækkelig centrifugalkraft til at nå deres overløbsudløb.

Åbningsvinkler

Når den føres tangentielt ind i en cykloncylinder, dens roterende virkning konverterer væskehastigheden til centrifugalkraft, der trækker tungere partikler mod væggen, mens lettere finere partikler agglomererer og spiraler opad for at komme ud gennem dets øverste overløbsudløb; tungere grovere partikler falder derefter baglæns ind i dets bundaffaldsudløb med noget væske gennem et forlængerrør (kaldet vortex finder).

Hydrocyklonseparation kan gøres mere effektiv ved at bruge ikke-forskydningsstrømningsmønstre, der minimerer forskydningskræfter; forskydningsfrie designs kan give andre fordele i forhold til traditionel mediefiltrering, såsom forlænget kølevæskelevetid. Ved design af systemet, imidlertid, forskydning skal også overvejes.

Aksial hastighedsfordeling

Når centrifugalkraften kan overgå friktionskræfterne, som væsken oplever, tunge partikler adskilles fra væsken og kommer ud gennem et aksialt bundudløb (underløb) mens lettere væsker kommer ind gennem et topudløb af en hydrocyklon (flyde over).

En cyklon har to udløb på sin aksiale akse; en på bunden kendt som “afvise side,” og en anden større stikkontakt i toppen kendt som “overløbsside.” Tangentiel injektion i dets cylindriske kammer skaber et hvirvlende strømningsmønster; udledning fra overløbssiden går gennem et aksialt rør, der rager ud fra cyklonens top.

Imidlertid, iboende væskestrømningsegenskaber fører til ufuldkommen adskillelse og energitab uanset geometri. Sigter på optimalt design, forskellige væskestrømningsforbedrende designs er blevet foreslået og testet – såsom at indsætte en midterdel9, indre kegle11, dobbelt overløbsrør12-13, spaltekonus14 og overløbshætte15 for eksempel; alle har vist sig at reducere luftkernens diameter og samtidig øge partikelstørrelsesklassificeringens ydeevne.