Υδροκυκλώνες – Πώς διαχωρίζουν τα σωματίδια από τα υγρά

Οι υδροκυκλώνες είναι ένα από τα πιο συχνά χρησιμοποιούμενα κομμάτια εξοπλισμού επεξεργασίας ορυκτών. Ο βασικός σχεδιασμός τους βασίζεται στην πίεση από το εξωτερικό για να παράγει μια περιστροφική κίνηση στο υγρό μείγμα μέσα σε αυτό, προκαλώντας τη συγκέντρωση βαρέων σωματιδίων κατά μήκος των τοιχωμάτων του πριν εκφορτωθούν μέσω της κάτω εξόδου του.

Διαχωρίζουν τα σωματίδια

Οι υδροκυκλώνες είναι στατικές συσκευές που χρησιμοποιούν φυγόκεντρη επιτάχυνση για να διαχωρίσουν σωματίδια διαφορετικής πυκνότητας από το ρευστό. Πυκνά σωματίδια – είτε στερεό είτε υγρό – κινούνται προς το εξωτερικό άκρο μιας δίνης ενώ ελαφρύτερα σωματίδια μεταναστεύουν προς τον κεντρικό πυρήνα της, με χονδρότερα και μεγαλύτερα σωματίδια που φεύγουν μέσω της υπορροής του, ενώ τα πρόστιμα ταξιδεύουν πιο ανηφορικά πριν εξέλθουν μέσω της κορυφής τους μέσω φυγόκεντρης δύναμης και βγαίνουν μέσω της υπερχείλισης.

Η απόδοση του διαχωρισμού εξαρτάται από πολλούς παράγοντες, συμπεριλαμβανομένου του μεγέθους του κυκλώνα, διάμετρος και σχήμα καθώς και δυναμική ρευστών και ιδιότητες σωματιδίων σε σχέση με τα χαρακτηριστικά υγρού μέσου. Το λειαντικό ή πυκνό υλικό τροφοδοσίας πιθανότατα δεν θα διαχωριστεί αποτελεσματικά με υδροκυκλώνες.

Διαφορετικές μελέτες έχουν διερευνήσει τις επιπτώσεις του μεγέθους και του σχήματος των σωματιδίων στον διαχωρισμό. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι οι δυνάμεις οπισθέλκουσας είναι ανάλογες με τα σωματίδια της μέγιστης προβαλλόμενης περιοχής κατά μήκος της κατεύθυνσης της ροής ρευστού σε έναν υδροκυκλώνα; Οι Kashiwaya et al.. διερεύνησε αυτή την παράμετρο τόσο σε απλούς όσο και σε μικτές διαχωρισμούς μέσω τεχνολογίας σύζευξης CFD-DEM καθώς και πειραματικών μεθόδων δοκιμής.

Ως μέτρο της αποτελεσματικότητας διαχωρισμού, μέτρηση της συγκέντρωσης του “βαριές” στην υπερχείλιση είναι ο ιδανικός τρόπος αξιολόγησης της απόδοσης του υδροκυκλώνα. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί είτε σε ογκομετρική ποσοστιαία βάση είτε, ακριβέστερα, χρησιμοποιώντας μετρήσεις βάρους.

Διαχωρίζουν τα χονδροειδή σωματίδια

Οι υδροκυκλώνες χρησιμοποιούν εφαπτομενική ταχύτητα εισόδου για να περιστρέψουν μια ανάρτηση μέσα, δημιουργώντας μια φθίνουσα εξωτερική ροή στροβιλισμού και απομονώνοντας βαριά συστατικά από το υγρό. Βαρύτερα συστατικά συσσωματώνονται στα τοιχώματα του κυκλώνα ενώ ελαφρύτερα λεπτότερα σωματίδια περνούν από την επάνω έξοδο τους.

Οι υδροκυκλώνες είναι από τον πιο συχνά χρησιμοποιούμενο εξοπλισμό για τον διαχωρισμό λεπτών και χονδρών σωματιδίων στη βιομηχανία χαρτοπολτού και χαρτιού, χάρη στην ευκολία σχεδιασμού τους, αποδοτικότητα κόστους, ευκολία στη λειτουργία και μεγάλη διάρκεια ζωής χωρίς να χρειάζονται πολλά από πλευράς συντήρησης ή εισόδου από τους χειριστές. Ωστόσο, ακόμη και με όλα τα πλεονεκτήματά τους, μπορεί να παρουσιάσουν πτώση της απόδοσης με την πάροδο του χρόνου.

Κατά την αντιμετώπιση προβλημάτων με υδροκυκλώνες, μπορεί να είναι χρήσιμο να κατανοήσουμε τη λειτουργία τους και τους παράγοντες που επηρεάζουν την απόδοσή τους. Ένα σημαντικό στοιχείο στην απόδοση διαχωρισμού τους είναι η πίεση που εφαρμόζεται στην είσοδο τους – που έχει άμεση επίδραση στο σημείο κοπής των σωματιδίων ανάλογα με την πίεση που εφαρμόζεται, μέγεθος διαμέτρου κώνου και τύπος υλικού.

Οι υδροκυκλώνες είναι εξοπλισμένοι με ένα από τα τρία σχέδια εισόδου: εφαπτομένης, έλικα ή τόξο. Τα αποτελέσματα των δοκιμών που πραγματοποιήθηκαν χρησιμοποιώντας και τα τρία σχέδια εισόδου φαίνονται στο σχήμα 7 και Πίνακας 2, όπου οι υδροκυκλώνες εισόδου τόξου ξεπερνούσαν σταθερά και τις δύο αντίστοιχες σε ένα ευρύ φάσμα συνθηκών ταξινόμησης μεγέθους (SC).

Διαχωρίζουν τα λεπτά σωματίδια

Οι υδροκυκλώνες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον διαχωρισμό των λεπτών σωματιδίων χρησιμοποιώντας πίεση ρευστού για τη δημιουργία ενός σχεδίου ροής που διαχωρίζει τα σωματίδια με βάση την πυκνότητα και το σχήμα. Η ρύθμιση των επιπέδων πίεσης στη γραμμή τροφοδοσίας αλλάζει το σημείο διαχωρισμού (ονομάζεται επίσης σημείο κοπής); Η χαμηλότερη πίεση δημιουργεί πιο χονδροειδή κοψίματα ενώ η υψηλότερη πίεση προκαλεί λεπτότερο διαχωρισμό.

Οι υδροκυκλώνες χρησιμοποιούν το εσωτερικό τους τμήμα σε σχήμα κώνου για να δημιουργήσουν μια ζώνη χαμηλής πίεσης, που επιταχύνει τον ρυθμό καθίζησης σωματιδίων. Τα ταχύτερα καθιζάνοντα σωματίδια μεταναστεύουν προς το τοίχωμα του κυκλώνα και εξέρχονται μέσω του ανοίγματος της κορυφής του ως υπορροή, ενώ τα σωματίδια βραδύτερης καθίζησης που είναι βαρύτερα από το περιβάλλον πολτός τους έλκονται προς τα κάτω με φυγόκεντρη δύναμη και αναδύονται μέσω του ανιχνευτή στροβιλισμού τους ως υπερχείλιση.

Στο 6.5 mm από το τοίχωμα ενός κυκλώνα, σωματιδιακές φάσεις σε 6.5 Η απόσταση mm από το τοίχωμά του μετράται ως το άθροισμα της επιτάχυνσης της κλίσης πίεσης και της επιτάχυνσης οπισθέλκουσας, με επιτάχυνση οπισθέλκουσας που ορίζεται ως σχετική κίνηση μεταξύ των φάσεων. Από όλες τις εισόδους που χρησιμοποιούνται για σκοπούς ταξινόμησης, Το ισχυρότερο πεδίο επιτάχυνσης οπισθέλκουσας του C εξηγεί την ανώτερη ευκρίνεια ταξινόμησης σε υψηλότερα SC τροφοδοσίας.

Διαχωρίζουν το νερό

Οι υδροκυκλώνες χρησιμοποιούν την πίεση ρευστού για να δημιουργήσουν φυγόκεντρη δύναμη και μοτίβα ροής που μπορούν να διαχωρίσουν σωματίδια ή σταγονίδια από υγρό μέσο. Για να γίνει αυτός ο χωρισμός, η πυκνότητά τους πρέπει να διαφέρει σημαντικά από αυτή του ρευστού μέσου.

Ένας τυπικός σχεδιασμός περιλαμβάνει την εφαπτομενική έγχυση τροφοδοσίας σε υψηλή ταχύτητα σε ένα άνω κυλινδρικό τμήμα που ενώνει ένα κωνικό σώμα, δημιουργώντας μια ισχυρή κίνηση ρευστού που αναγκάζει τα πιο χονδροειδή υλικά να περάσουν από κάτω-αξονικές εξόδους γνωστές ως πλευρές απόρριψης, και πιο λεπτές μέσω άνω αξονικών σωλήνων γνωστών ως πλευρές υπερχείλισης.

Ο έλεγχος του μεγέθους κοπής μπορεί να επιτευχθεί αλλάζοντας την πίεση τροφοδοσίας στον κυκλώνα. Οι πιλοτικές δοκιμές συνήθως χρησιμοποιούν δύο βαλβίδες για τη ρύθμιση του διαχωρισμού ροής μεταξύ των εξόδων έως ότου επιτευχθεί η επιθυμητή τιμή d50; αφού αυτό καθοριστεί, ένα στόμιο μπορεί να αντικαταστήσει αυτές τις βαλβίδες σε λειτουργία ρουτίνας.

Αυτός ο εξοπλισμός χρησιμοποιείται ευρέως στην επεξεργασία ορυκτών για την ταξινόμηση σωματιδίων για ανακυκλοφορία σε κυκλώματα λείανσης, διάκριση μεταξύ οικονομικών ορυκτών και γάγγας, Διαχωρίστε το λάδι από το νερό σε διυλιστήρια και υπεράκτιες ελαιοβιομηχανίες και αφαιρέστε την άμμο/ιλύ από την άρδευση ή τις παροχές πόσιμου νερού, μεταξύ πολλών άλλων χρήσεων. Επί πλέον, αυτός ο εξοπλισμός μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί ως σταδιακός εμπλουτισμός για τη μείωση του φορτίου σε πιο δαπανηρό εξοπλισμό διαχωρισμού, βελτιώνοντας παράλληλα τη συνολική οικονομία λειτουργίας.