Hydrocyclones pour une séparation liquide-solide efficace
Les hydrocyclones sont conçus pour améliorer les performances de séparation tout en réduisant simultanément la consommation d'énergie en modifiant le débit de fluide à l'intérieur du dispositif..
La séparation primaire a lieu dans la section cylindrique d'un cyclone avant que les particules n'entrent dans la section conique pour des processus de séparation supplémentaires qui dépendent de la densité de l'alimentation..
Géométrie des cyclones
Un cyclone est un équipement circulaire qui utilise la force centrifuge pour séparer les grosses particules ou gouttelettes d'un milieu.. Lorsque sa force centrifuge dépasse la force de traînée des fluides, les particules plus grosses ou plus denses sortent par une sortie supérieure située au sommet, tandis que les particules plus fines ou rejetées sortent par des sorties de rejet inférieures à la base.
Les conceptions d'entrée tangentielles favorisent la forte formation de vortex, augmentation de l'efficacité de la séparation. En outre, la conception empêche l'écoulement de court-circuit qui se produit lorsque du gaz à grande vitesse pénètre dans le séparateur.
Pour une efficacité de séparation maximale, le corps/baril d'un cyclone doit être de taille appropriée pour garantir une efficacité de séparation optimale. Pour déterminer cela, recherchez un léger jet en éventail lorsque le matériau sort du sommet du cyclone; cela indique qu'il a été correctement dimensionné. Si, au contraire, du matériau s'échappe par le dessous de votre séparateur,, soit augmenter la pression/le débit d'alimentation, soit diminuer la taille de coupe (c'est à dire. grossir).
Fentes de débordement
La conception des fentes de trop-plein a une influence énorme sur l'efficacité de la séparation par hydrocyclone et le rapport de division. En général, les performances augmentent avec l'augmentation de la largeur de la fente de trop-plein et la diminution de la largeur de la fente de sous-verse.
Lorsqu'il est introduit dans un cyclone, la boue tourne à l'intérieur de ses parois cylindriques, créant une force centrifuge pour trier les matériaux par densité. Les particules lourdes entrent en collision contre le mur et sont tirées vers le bas par un tuyau de sortie appelé chercheur de vortex avant de sortir par un tuyau de sortie sous-verse.; les plus lourds restent coincés contre lui et s'y accumulent ainsi jusqu'à être survolés via le chercheur de vortex ou le tuyau d'évacuation du chercheur de vortex.
Pour une efficacité optimale d'un hydrocyclone, un rapport optimal entre les vitesses axiale et tangentielle doit être atteint afin de minimiser l'intensité des turbulences et les pertes d'énergie à l'intérieur de ses parois ainsi que permettre aux particules légères d'accéder à une force centrifuge suffisante pour atteindre leur sortie de trop-plein.
Angles des orifices
Lorsqu'il est introduit tangentiellement dans un cylindre cyclone, son action de rotation convertit la vitesse du liquide en force centrifuge qui attire les particules plus lourdes vers la paroi tandis que les particules plus légères et plus fines s'agglomèrent et spiralent vers le haut pour sortir par sa sortie de trop-plein supérieure.; les particules plus lourdes et plus grossières tombent ensuite dans sa sortie de rejet inférieure avec un peu de liquide à travers un tube d'extension (appelé chercheur de vortex).
La séparation par hydrocyclone peut être rendue plus efficace en utilisant des modèles d'écoulement sans cisaillement qui minimisent les forces de cisaillement.; les conceptions sans cisaillement peuvent offrir d'autres avantages par rapport à la filtration sur support traditionnel, tels qu'une durée de vie accrue du liquide de refroidissement. Lors de la conception du système, cependant, le cisaillement doit également être pris en compte.
Distribution de vitesse axiale
Lorsque la force centrifuge peut dépasser les forces de friction subies par le fluide, les particules lourdes sont séparées du liquide et sortent par une sortie inférieure axiale (sous-verse) tandis que les liquides plus légers entrent par une sortie supérieure d'un hydrocyclone (débordement).
Un cyclone comporte deux sorties sur son axe axial; un en bas connu sous le nom de “côté rejet,” et une autre sortie plus grande au sommet connue sous le nom de “côté trop-plein.” L'injection tangentielle dans sa chambre cylindrique crée un modèle d'écoulement tourbillonnant; l'évacuation du côté trop-plein passe par un tuyau axial dépassant du sommet du cyclone.
Cependant, les caractéristiques inhérentes d'écoulement du fluide conduisent à une séparation imparfaite et à une perte d'énergie quelle que soit la géométrie. Viser une conception optimale, diverses conceptions d'amélioration de l'écoulement des fluides ont été proposées et testées – comme l'insertion d'un corps central9, cône intérieur11, tuyaux de trop-plein doubles12-13, cône fendu 14 et bouchon de trop-plein 15 par exemple; tous ont montré qu'ils réduisaient le diamètre du noyau d'air tout en augmentant les performances de classification granulométrique.