ייעול הידרוציקלונים לתהליכי הפרדת וסיווג חומרים

המטרה היא להגיע לנקודה שבה מחצית מהחלקיקים מדווחים על גדותיהם בעוד שמחציתם עולים על גדותיהם, ניתן להשיג זאת על ידי אופטימיזציה של הפרדת ציקלון באמצעות חקירה וסימולציה ניסיונית.

מוצקים ומים מוזנים לתוך גליל הציקלון כדי ליצור תנועת מערבול המפנה חומר גס לכיוון הקיר (תת זרימה), בעוד שקנסות נעים לכיוון מאתר המערבולת והצפת העליון.

אופטימיזציה של תהליכי הפרדת וסיווג חומרים

הידרוציקלונים נמצאים בשימוש נפוץ ביישומי עיבוד מינרלים כדי להפריד תמיסות הזנה לשני זרמי פלט נפרדים – זרם תת-זרם להקטנת גודל נוספת במעגל הטחינה, ונחל שוצף שחוזר חזרה לצמח. כדי למקסם את יעילות ההפרדה ולמזער את צריכת האנרגיה, זה קריטי כי הן הגיאומטריה והן הממדים של מבנה צינור הגלישה שלו יילקחו בחשבון בקפידה בעת אופטימיזציה של יעילות ההפרדה וצריכת האנרגיה.

השגת מטרה זו יכולה להתבצע על ידי התאמת מספר השכבה המחורצת, קוטר צינור הצפת, וזווית חרוט של ציקלון כדי לעמוד בדרישות תהליך ספציפיות ובכך להקטין את ירידת לחץ הצפת מבלי להשפיע לרעה על יעילות ההפרדה.

בחנו את ביצועי הסיווג של הידרוציקלון באמצעות עיצוב כניסת קשת הכולל זווית חרוט של 30 מעלות בהשוואה לכניסות משיקיות בריכוזי מוצק הזנה שונים (SC). הדמיות CFD מדגימות שכניסות קשת מציגות הסרת חלקיקים עדינים וחדות סיווג מעולה בכל טווחי ה-SC.

עיצוב ציקלון

הידרוציקלונים הם כלי סגור שנועדו להמיר את מהירות הנוזל לתנועה סיבובית על ידי סיבוב כל גופו, ייצור כוח צנטריפוגלי שמאיץ את קצב השקיעה של חלקיקים כבדים תוך העברת חלקיקים עדינים יותר למרכזו והחוצה דרך גלישה.

סופות ציקלון’ הביצועים יכולים להיות מושפעים משישה מרכיבי מפתח. גורמים אלה כוללים את מבנה הכניסה, זווית חרוט, קוטר מאתר מערבולות וגודל שקע.

לשינוי אחוזי ההזנה מוצקים יכולה להיות השפעה דרמטית על יעילות ההפרדה. ריכוז מוצקים גבוה ייצור חתכים גסים בעוד שריכוזים נמוכים יותר יביאו להפרדה עדינה יותר. יֶתֶר עַל כֵּן, שינוי צפיפות ההזנה משפיע על נקודת החיתוך של ציקלון אך לא תמיד מעשי – כדי לטפל בבעיה זו שיטות אחרות של אופטימיזציה כגון הפחתת מהירות המשאבה עשויות לעזור.

ביצועי ציקלון

ביצועי ההידרוציקלון תלויים במשתנים שונים, כולל יעילות הפרדה, חלוקת גודל החלקיקים, מאפייני גלישה/יתר ולחץ הזנה. שינוי פרמטרים אלה יכול לשנות הן את נקודת החיתוך והן את יעילות ההפרדה שלה.

כוח צנטריפוגלי שנוצר על ידי הזרקה משיקית של נוזל לקטע גלילי יוצר כוח צנטריפוגלי שיוצר מערבולת נוזלית המפרידה בין חלקיקים עדינים לגסים יותר., עם רכיבים קלים יותר זורמים אל הגלישה ורכיבים כבדים יותר זורמים אל הגלישה. פיית קודקוד מעבירה חלקיקים עדינים כשהמים יוצאים מהציקלון.

זווית פתח שיוצרת איזון בין יעילות ההפרדה וירידה בלחץ יכולה לשפר באופן דרמטי את ביצועי ההידרוציקלון. גודל פתח קטן מפחית את הכוח הצנטריפוגלי תוך הגדלת ירידת הלחץ; פתח גדול מדי מפחית את שניהם. יֶתֶר עַל כֵּן, למיקום חריץ הצפת יש גם השפעה על יעילות ההפרדה: הימצאות מעליהם מפחיתה את התפלגות המהירות המשיקית תוך שיפור ההפרדה בעוד שהיותה קרובה מדי עלולה לגרום לשכבות מוגזמות המובילות לירידה ביעילות ההפרדה.

תחזוקת ציקלון

ניתן לשפר את ביצועי ההידרוציקלון באמצעות בדיקה נכונה, נוהלי ניתוח ותחזוקה. שימוש בציקלון בגודל המתאים להשגת קצב זרימה עקבי עם ירידה בלחץ הם כל המפתחות לשיפור יעילות ההפרדה.

שמור על קשר תקין בין יציאות הכניסה והיציאה של ציקלון על מנת למנוע מוצר גס מדי, ניתן להשיג זאת באמצעות גודל נכון של קטע הכניסה שלו ושל זווית החרוט.

שימוש בכניסת קשת מגביר את האצה הרדיאלית של שלב החלקיקים להשפעת הסיווג מראש תוך שימוש בזווית חרוט גדולה יותר משפר את Cf על ידי הקטנת זמן השהייה, יצירת שילוב אידיאלי לסיווג חלקיקים גדולים וכבדים יותר. שילוב זה גורם גם להפחתת כוחות החיכוך הנגרמים על ידי האצת שיפוע לחץ המפחיתה את כוח החיכוך אשר מוביל בסופו של דבר לסתימה נמוכה יותר ויעילות הפרדה גבוהה יותר – וקביעת גודל הידרוציקלון אידיאלי על ידי איזון משופרת של יעילות הפרדת חלקיקים קטנים יותר מול התנגדות הסתימה ויכולת הזרימה שלו היא המטרה.