Υδροκυκλώνες – Αποτελεσματικός διαχωρισμός για βελτιωμένη επεξεργασία

Οι υδροκυκλώνες χρησιμοποιούν την ταχύτητα του υγρού για να μετατραπούν σε περιστροφική κίνηση, με βαρύτερα ή πυκνότερα σωματίδια να κινούνται σπειροειδώς γύρω από το εσωτερικό τοίχωμα μέχρι να εξέλθουν μέσω μιας περιορισμένης αξονικής εξόδου ως υπορροή, ενώ τα λεπτότερα σωματίδια εξέρχονται μέσω μιας αξονικής άνω εξόδου ως υπερχείλιση.

Η απόδοση διαχωρισμού στους κυκλώνες εξαρτάται από πολλές βασικές μεταβλητές σχεδιασμού και λειτουργίας, τα οποία θα συζητηθούν εδώ ως παράγοντες που επηρεάζουν την αποτελεσματικότητα διαχωρισμού βαθμών (ΓΣΕ).

Μέγεθος και Πυκνότητα

Οι υδροκυκλώνες χρησιμοποιούν το μέγεθος και την πυκνότητα για να διακρίνουν τα υλικά. Τα βαρύτερα σωματίδια παγιδεύονται στους τοίχους, στη συνέχεια βγείτε από μια έξοδο υπορροής στο κάτω μέρος. Τα ελαφρύτερα λεπτότερα σωματίδια παραμένουν αιωρούμενα κοντά στην κορυφή και εκκενώνονται μέσω των εξόδων υπερχείλισης (που ονομάζονται επίσης σούβλες) σε διάφορα ύψη ανάλογα με τις ανάγκες της κατάντη εφαρμογής.

Η απόδοση διαχωρισμού σε κυκλώνες εξαρτάται από το εσωτερικό πεδίο ροής του, το οποίο μπορεί να προσαρμοστεί μέσω της βελτιστοποίησης της δομής του ή της αλλαγής των παραμέτρων λειτουργίας. Ο ρυθμός ροής τροφοδοσίας και η διαφορά πίεσης κατά μήκος του κυκλώνα έχουν ιδιαίτερη επίδραση στη φυγόκεντρη δύναμη που δημιουργείται.

Η συνέπεια μεταξύ της πίεσης εισόδου και του ρυθμού ροής τροφοδοσίας βοηθά στην ελαχιστοποίηση του χρόνου παραμονής των σωματιδίων σε έναν κυκλώνα, και η επιλογή ενός με μεγάλη διάμετρο κορυφής βοηθά στην ελαχιστοποίηση του κινδύνου σχοινιού που συμβαίνει όταν το υλικό εισέρχεται ταυτόχρονα στις εξόδους υπερχείλισης και υπορροής.

Πτώση πίεσης

Οι υδροκυκλώνες μπορούν να μπλοκαριστούν με στερεούς ρύπους, δημιουργώντας σοβαρά προβλήματα λειτουργίας και εξοπλισμού όπως αντλίες τροφοδοσίας. Η τακτική επιθεώρηση των επενδύσεών τους για σημάδια φθοράς είναι το κλειδί για τη μείωση αυτού του κινδύνου.

Για να επιτευχθεί μια αποτελεσματική διαδικασία διαχωρισμού, η διάμετρος ενός κυκλώνα πρέπει να επιλέγεται προσεκτικά ανάλογα με την εφαρμογή του. Επί πλέον, μεταβαλλόμενους ρυθμούς ροής ή τόνους ανά ώρα (tph) μπορεί να αλλάξει το σημείο κοπής του και έτσι να επηρεάσει τα επίπεδα απόδοσης.

Μόλις ο πολτός εισέλθει σε έναν κυκλώνα, προωθείται σε περιστροφή με φυγόκεντρη δύναμη και αρχίζει να σχηματίζει μια δίνη μέσα στον κυλινδρικό του θάλαμο. Βαρύτερα σωματίδια πέφτουν κάτω από το τμήμα της κάννης για να βγουν από την κορυφή του, ενώ ελαφρύτερα υλικά έλκονται στο κέντρο της δίνης με κίνηση ρευστού προς τα μέσα και μεταφέρονται προς την έξοδο υπερχείλισής του.

Συγκέντρωση ιλύος

Ο διαχωρισμός των υδροκυκλώνων απαιτεί μια ορισμένη ποσότητα εσωτερικής πίεσης που πρέπει να δημιουργηθεί μέσα στον κυκλώνα για να επιτευχθεί επιτυχία. Η πυκνότητα του πολτού, Ο όγκος που τροφοδοτείται σε αυτό και το μέγεθος παίζουν αναπόσπαστο ρόλο στη δημιουργία αυτής της φυγόκεντρης δύναμης – ωθώντας βαρύτερα σωματίδια προς το κέντρο και όχι προς την κορυφή του και έξω από την έξοδο υπερχείλισης.

Η χαμηλή συγκέντρωση τροφοδοσίας μπορεί να οδηγήσει σε πιο χοντρό διαχωρισμό, ενώ η υψηλή πίεση τροφοδοσίας παράγει καλύτερα αποτελέσματα. Επί πλέον, Το μέγεθος εισόδου μπορεί να έχει μεγάλη επίδραση στα αποτελέσματα διαχωρισμού; Οι μεγαλύτερες εισαγωγές αυξάνουν τη χωρητικότητα.

Οι Yang et al. διεξήγαγε έρευνα για την αξιολόγηση της απόδοσης διαχωρισμού υδροκυκλώνων με διάφορες κύριες διαμέτρους χρησιμοποιώντας μεθόδους προσομοίωσης και πειράματος. Τα αποτελέσματά τους έδειξαν ότι όταν χρησιμοποιείται για τον διαχωρισμό του πολτού σε μικρότερους υδροκυκλώνες Dc στην έξοδο υπερχείλισης η συγκέντρωση σταδιακά αυξάνεται ενώ μειώνεται σε πιο απομακρυσμένες περιοχές μακριά από την κορυφή του κυκλώνα, υποδηλώνοντας ότι αυτοί οι υδροκυκλώνες επιτυγχάνουν βελτιωμένη απόδοση διαχωρισμού.

Vortex Finder

Το υλικό τροφοδοσίας εισάγεται εφαπτομενικά στον κυκλώνα και περιστρέφεται για να δημιουργήσει φυγόκεντρη δύναμη που διαχωρίζει τα βαρύτερα σωματίδια από τα ελαφρύτερα, με τους ελαφρύτερους να εξέρχονται από μια έξοδο υπερχείλισης ενώ είναι πιο χονδροειδείς, βαρύτερα σωματίδια εξέρχονται μέσω μιας εξόδου υπορροής.

Το μέγεθος κοπής σωματιδίων σε έναν υδροκυκλώνα επηρεάζεται από πολλές μεταβλητές, όπως η ταχύτητα εισόδου του, αναλογίες ταχύτητας ροής βραχυκυκλώματος και απόδοση διαχωρισμού. Για την αξιολόγηση αυτών των επιρροών στο μέγεθος κοπής σωματιδίων σε υδροκυκλώνες, ένα μοντέλο που χρησιμοποιεί ανάλυση καταπόνησης Reynolds και όγκο υγρού χρησιμοποιήθηκε για την πρόβλεψη της διαδικασίας διαχωρισμού του.

Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η ταχύτητα εισόδου και το μήκος του Vortex Finder έχουν τη μεγαλύτερη επίδραση στο μέγεθος κοπής σωματιδίων. Ένα μακρύτερο Vortex Finder θα μπορούσε να μειώσει την πτώση πίεσης και τις αξονικές/εφαπτομενικές/ακτινικές ταχύτητες, αλλά θα αύξανε τις διακυμάνσεις του AVWZ; παχύτεροι τοίχοι θα μπορούσαν ακόμα να βοηθήσουν στη μείωση αυτών των παραγόντων, αλλά έχουν μικρότερη επίδραση στη ροή κυκλοφορίας σε χώρους προ-διαχωρισμού.