هیدروسیکلون ها – جداسازی ذرات درشت و ریز

هیدروسیکلون ها یکی از ساده ترین قطعات تجهیزات فرآوری مواد معدنی هستند, اغلب بدون نیاز به تعمیر و نگهداری یا توجه کسی در حال کار عمل می کنند. سیکلون ها علیرغم مکانیزم های پیچیده سیال و پیکربندی های ساختاری که بر عملکرد جداسازی تأثیر می گذارند، ابزار جداسازی بسیار مؤثر باقی می مانند.. این مقاله یک نمای کلی از عملکرد آنها و همچنین مراحل عیب یابی احتمالی زمانی که آنها مطابق طراحی عمل نمی کنند ارائه می دهد.

آنها ذرات درشت را از هم جدا می کنند

هیدروسیکلون ها’ هدف اصلی جداسازی ذرات درشت از ریز است. نیروی گریز از مرکز اعمال شده به ساختار داخلی آن این جدایی را تضمین می کند; ذرات سنگین تر تمایل دارند به سمت پایین در جریان چرخشی آن حرکت کنند در حالی که ذرات ریزتر بیشتر به سمت لبه آن حرکت می کنند., با ذرات درشت که در نهایت از طریق یک آستر یا راس پایینی تخلیه می شوند، در حالی که ذرات ریزتر به سمت سرریز و به محفظه سرریز بالایی حرکت می کنند..

ویژگی های حرکتی در یک هیدروسیکلون اثر جداسازی آن را تعیین می کند, و محققان این جنبه را برای افزایش آن بررسی کرده اند. محققین, به رهبری ژانگ, آزمایش‌های گسترده‌ای برای درک رفتار حرکت ذرات انجام داد تا اثر جداسازی این طوفان را بهبود بخشد. ژانگ کشف کرد که تحت شرایط تغذیه با غلظت بالا, ذرات ریز و متوسط ​​با چگالی کم به راحتی می توانند وارد سرریز شوند در حالی که ذرات ریز و درشت با چگالی بزرگ می توانند از طریق جریان های چرخشی داخلی وارد شده و از طریق خروجی آن به عنوان سرریز تخلیه شوند..

هنگامی که مایع به صورت مماس وارد محفظه استوانه ای آن می شود، هسته هوا در مرکز سیکلون تشکیل می شود., ایجاد یک گرداب چرخشی شدید. یک سیکلون دارای یک خروجی محوری پایین با دسترسی محدود است که مانع از خروج تمام مایعات به جز بخشی از آن می شود.. یک بار داخل, جریان مخالف جریان آن به سمت خروجی بالایی خود باعث ایجاد یک هسته هوا در هسته می شود.

اندازه بخش ثانویه استوانه ای هیدروسیکلون ها تأثیر قابل توجهی بر ناحیه جریان گردش ذرات و عملکرد جداسازی دارد., با افزایش قطر این بخش، مقادیر کمال به طور یکنواخت کاهش می یابد. به دلیل ذرات درشت بیشتری که در جریان چرخشی یک سیکلون در گردش هستند, جابجایی نادرست این ذرات رخ می دهد, منجر به پراکندگی آنها در یک منطقه بزرگتر می شود. در بر گرفتن ذرات درشت بیشتر عملکرد جداسازی را کاهش می دهد و از تشکیل الگوی جریان دایره ای موثر در داخل سیکلون جلوگیری می کند., و توانایی های جداسازی آن را مختل می کند. عملکرد جداسازی به دست آمده رضایت بخش است; با این حال, مقادیر کمال به دلیل مقاومت چرخشی و ویسکوزیته سیکلون مایع مؤثر بر توزیع سرعت ذرات و مسیر حرکت، انتظارات را برآورده نمی کند..

آنها ذرات ریز را از هم جدا می کنند

هیدروسیکلون ها از نیروی گریز از مرکز و جریان تفاضلی سیال برای جداسازی موثر ذرات ریز از درشت استفاده می کنند.. نیروی گریز از مرکز با هدایت سیال ورودی به صورت مماس به سمت دیواره سیلندر ایجاد می شود., ایجاد حرکت دایره ای در داخل مایع آن که باعث می شود ذرات سنگین به سمت بیرون حرکت کنند و قبل از اینکه ذرات سبک تر به سمت دیواره آن مارپیچی بروند و از دهانه سرریز بالایی هیدروسیکلون خارج شوند..

راندمان جداسازی هیدروسیکلون به شدت به طراحی ساختار آن بستگی دارد, از جمله ابعاد گرداب یاب آن, دهانه های سرریز و زیر جریان و اندازه سیکلون. بعلاوه, قطرهای بزرگتر به طور کلی عملکرد جداسازی بهتری را به همراه دارد.

هیدروسیکلون ها اغلب در کاربردهای معدنی مورد استفاده قرار می گیرند, مانند تولید ماسه بتن C-33, برای کنترل اندازه موادی که از مدار خرد کردن خارج می شود. انواع سنگ‌های مختلف اندازه‌های آزادسازی متفاوتی دارند که برای ایجاد یک محصول مقرون‌به‌صرفه باید به دقت نظارت شود..

افت فشار, مقدار انرژی لازم برای حرکت ذرات در یک هیدروسیکلون, جزء جدایی ناپذیر کنترل آن است. تغییر فشار ورودی آن می تواند به طور چشمگیری راندمان جداسازی را تغییر دهد – به عنوان مثال اگر فشار کمتر از هدف تعیین شود، ریزه های بیشتری به زیر جریان گزارش می شوند که منجر به نقاط برش درشت تر می شود; برعکس، اگر فشار از هدف فراتر رود، ریزه‌های بیشتری به سرریز گزارش می‌شوند که منجر به کاهش مقادیر d50 و جداسازی دقیق‌تر می‌شود..

چگالی مواد خوراک می تواند تأثیر زیادی بر جداسازی هیدروسیکلون داشته باشد. تراکم بالاتر می تواند منجر به برش های درشت تر شود در حالی که تراکم کمتر باعث برش های ظریف تر می شود; برای انتخاب یک محلول خوراک با چگالی بهینه، ضروری است که فرد هدف برنامه خود را درک کند و یک چگالی خوراک را بر اساس آن انتخاب کند..

تنظیم قطر اسپیگوت امکان تنظیم ریزه های بای پس ارسالی مستقیم به سرریز را فراهم می کند, افزایش یا کاهش جریان مستقیم آنها به سمت آن و کاهش آنچه که برای پردازش بیشتر به طوفان بازمی گردد..

مایعات را جدا می کنند

هیدروسیکلون ها مایعات را از ذرات ریز با ایجاد یک حرکت چرخشی جدا می کنند که مواد سنگین تر را به دیواره داخلی سیلندر پرتاب می کند در حالی که مواد سبک تر به سمت بیرون و پایین حرکت می کنند.. این روش جداسازی زمانی بهترین کار را انجام می دهد که قطر جامدات بیشتر از 10 میکرون و کروی شکل هستند; با این حال, کارایی آنها با شرایط متفاوت است; به عنوان مثال, با افزایش غلظت دوغاب، مقاومت در برابر نیروهای گریز از مرکز ناشی از افزایش اندازه و تعداد ذرات نیز افزایش می یابد..

سیالی که از پمپ وارد سیکلون می شود باید بر مقاومت غلبه کند; این باعث افت فشار و افزایش گرادیان فشار شعاعی می شود, در نهایت منجر به تداخل حالت های رسوبی بین ذرات و سیال می شود. بنابراین, استفاده از سیال حفاری با ویسکوزیته کم مهم است – این به ذرات با اندازه‌های مختلف اجازه می‌دهد تا بدون گیر افتادن بین سیال و ذرات با سرعت خاص خود ته نشین شوند.

چگالی خوراک عنصر حیاتی دیگری است که در عملکرد هیدروسیکلون باید در نظر گرفته شود. برای رسیدن به اندازه های برش هدف, تراکم خوراک باید با اندازه برش هدف منطبق باشد, که می تواند از طریق تغییر چگالی خوراک یا تغییر فشار در ورودی انجام شود – فشار کمتر ریزه های بیشتری را به سرریز می فرستد, ایجاد اندازه برش درشت تر; فشار بالاتر ریزدانه ها را برای برش های ریزتر به داخل جریان می فرستد.

هیدروسیکلون ها به طور گسترده ای برای کنترل اندازه موادی که از مدارهای خردایش خارج می شوند برای کاربردهای سنگ سخت و فلزات گرانبها استفاده می شوند.. وقتی در این زمینه ها اعمال شود, جریان سیال آنی به یک هیدروسیکلون برابر است با جریان کل ذرات سبک آنی به اضافه جریان ذرات سنگین; ذرات سنگین سریعتر از ذرات سبک حرکت می کنند و در بالای سرریز هیدروسیکلون جمع می شوند..

سپس مواد سنگین را می توان از سیستم حذف کرد. سپس هر مخلوط سیال باقیمانده در سیکلون از طریق خروجی پایین آن پمپ می شود, به عنوان Apex شناخته می شود, از طریق یک لوله گرداب یاب.

روغن ها را جدا می کنند

هیدروسیکلون ها به راه حلی نوآورانه برای چالش جداسازی ذرات روغنی از مواد درشت تبدیل شده اند.. شکل خاصی از تجهیزات طراحی شده است که از نیروی برشی برای جدا کردن قطرات روغن از محیط مایع استفاده می کند.. این فناوری را می توان در فلزکاری برای جدا کردن روان کننده ها از آب خنک کننده یا عملیات حفاری برای حذف ماسه و خاک رس از گل استفاده کرد..

هیدروسیکلون ها با سایر تجهیزات فرآوری مواد معدنی متفاوت هستند زیرا دارای قطعات متحرک کمی هستند و برای انجام فرآیندهای جداسازی به هندسه و فشار سیال وابسته هستند.. آنها به گونه ای طراحی شده اند که قطعات ساده و در عین حال قابل اعتمادی از ماشین آلات باشند که اغلب برای سال ها بدون هزینه های زیادی کار می کنند – با این حال، بسیاری از کاربران نمی‌دانند چگونه یک هیدروسیکلون را عیب‌یابی کنند، وقتی چیزی مطابق انتظار پیش نمی‌رود.

یکی از چالش های کلیدی مرتبط با هیدروسیکلون ها، حباب است. هنگامی که مواد درشت از ریز جدا می شود, برخی از مواد سنگین‌تر به داخل سرریز منتقل می‌شوند در حالی که برخی دیگر به دلیل میدان جریان داخلی پیچیده یک هیدروسیکلون در زیر جریان باقی می‌مانند.. اتصال چند سیکلون به یکدیگر ممکن است به حل این مشکل کمک کند، اما به پمپ های اضافی نیاز دارد, خطوط لوله و هزینه های سرمایه گذاری نیز.

به این ترتیب, درک نحوه عملکرد هیدروسیکلون و مکانیسم جداسازی آن بسیار مهم است. برای اینکه یک ذره از سرریز خود خارج شود و در زیر جریان خود تخلیه شود, آنها باید به سمت موقعیت هایی حرکت کنند که در آن نیروی گریز از مرکز از نیروی کشش بیشتر باشد – این سه ناحیه را می توان بر روی خطوط سرعت شعاعی در خود هیدروسیکلون شناسایی کرد; ابتدا در نزدیکی دیواره جانبی آن جایی که سرعت محوری منفی است بنابراین مایع به سمت پایین به سمت جریان زیرین جریان می یابد.

ناحیه دوم در وسط بخش مخروطی قرار دارد, که در آن سرعت محوری مثبت است و مایع به سمت بالا به سمت سرریز حرکت می کند. اینجا جایی است که بیشترین جداسازی اتفاق می افتد. در نهایت, در راس مخروط، سرعت محوری منفی وجود دارد که به بیرون تخلیه می شود و اثرات برشی به تمرکز فازهای سنگین کمک می کند تا از طریق آن آزاد شوند..