A hidrociklonok az ásványfeldolgozó berendezések legegyszerűbb darabjai közé tartoznak, gyakran anélkül működnek, hogy karbantartást vagy figyelmet igényelnének. A ciklonok továbbra is rendkívül hatékony elválasztóeszközök maradnak, annak ellenére, hogy bonyolult folyadékmechanizmusaik és szerkezeti konfigurációik befolyásolják az elválasztási teljesítményt. Ez a cikk áttekintést ad működésükről, valamint a lehetséges hibaelhárítási lépésekről, ha nem a tervezett módon működnek.
Elválasztják a durva részecskéket
Hidrociklonok’ fő célja a durva és finom részecskék elkülönítése. A belső szerkezetére kifejtett centrifugális erő biztosítja ezt az elválasztást; a nehezebb részecskék hajlamosak lefelé mozogni az örvénylő áramlásba, míg a finomabbak inkább a széle felé mozognak, a durva részecskék végül egy alsó csapbélésen vagy csúcsán keresztül távoznak, míg a finomabb részecskék a túlfolyó felé és a felső túlfolyó kamrába mozognak.
A hidrociklonon belüli mozgási jellemzők meghatározzák annak elválasztó hatását, és a kutatók feltárták ezt a szempontot annak növelése érdekében. Kutatók, Zhang vezetésével, kiterjedt teszteket végzett a részecskék mozgási viselkedésének megértésére, hogy javítsa a ciklon elválasztó hatását. Zhang felfedezte, hogy magas koncentrációjú takarmányozási körülmények között, a kis sűrűségű finom és közepes részecskék könnyen bejuthatnak a túlfolyóba, míg a nagy sűrűségű finom és durva részecskék a belső örvénylő áramlásokon keresztül juthatnak be, és túlfolyóként távozhatnak a kimenetén..
Levegőmag képződik a ciklon közepén, amikor a folyadékot érintőlegesen vezetik be a hengeres kamrába, intenzív örvénylő örvényt keltve. A ciklonnak van egy axiális alsó kimenete, amely korlátozott hozzáféréssel rendelkezik, amely megakadályozza a folyadék egy részének kivételével, hogy kifolyjon.. Egyszer bent, ellenáramú áramlása a felső kimenete felé levegőmagot hoz létre a magban.
A hidrociklonok másodlagos-hengeres metszetének mérete jelentős hatással van a részecskecirkuláció áramlási tartományára és az elválasztási teljesítményre, a tökéletességi értékek monoton csökkenésével, ahogy e szakasz átmérője nő. A ciklon örvénylő áramlásában keringő durvább részecskék miatt, ezek a részecskék helytelenül elhelyezkednek, ami nagyobb területen való szétszóródásához vezet. A durvább részecskék bevonása csökkenti az elválasztási teljesítményt és gátolja a hatékony körkörös áramlási minta kialakulását a ciklon belsejében, és gátolja az elválasztási képességeit. Az elért elválasztási teljesítmény kielégítő; viszont, a tökéletességi értékek nem felelnek meg az elvárásoknak a forgási ellenállás és a ciklon folyadék viszkozitása miatt, amely befolyásolja a részecskesebesség eloszlását és mozgási pályáját.
Finom részecskéket választanak el
A hidrociklonok centrifugális erőt és differenciális folyadékáramlást alkalmaznak a finom és durva részecskék hatékony elkülönítésére. A centrifugális erő úgy jön létre, hogy a bemenő folyadékot érintőlegesen a henger fala felé irányítják, körkörös mozgást hoz létre a folyadékban, aminek következtében a nehéz részecskék kifelé mozognak és aggregálódnak, mielőtt a könnyebb részecskék lefelé spiráloznának a falán, és kilépnének a hidrociklon felső túlfolyó nyílásán..
A hidrociklon elválasztás hatékonysága nagymértékben függ a szerkezet kialakításától, beleértve az örvénykereső méreteit is, túlfolyó és alulfolyó nyílások és a ciklon mérete. Továbbá, a nagyobb átmérők általában jobb elválasztási teljesítményt eredményeznek.
A hidrociklonokat gyakran használják ásványi alkalmazásokban, mint a C-33-as betonhomok gyártása, szabályozni, hogy milyen méretű anyag hagyja el az aprítókört. A különböző érctípusok eltérő felszabadulási méretűek, amelyeket szorosan figyelemmel kell kísérni a gazdaságilag megvalósítható termék létrehozása érdekében.
Nyomáscsökkenés, az az energiamennyiség, amelyre a részecskék hidrociklonon való áthaladásához szükség van, vezérlésének szerves része. A bemeneti nyomás változtatása drámaian megváltoztathatja az elválasztás hatékonyságát – például ha a nyomás a célnál alacsonyabbra van állítva, akkor több finomság fog alulfolyni, ami durvább vágási pontokhoz vezet; fordítva, ha a nyomás meghaladja a célt, több finomság jelentkezik a túlcsordulásban, ami csökkenti a d50 értékeket és finomabb elválasztást.
A takarmány-alapanyag sűrűsége óriási hatással lehet a hidrociklonos elválasztásra. A nagyobb sűrűség durvább vágásokat, míg az alacsonyabb sűrűség finomabb vágásokat eredményezhet; az optimális sűrűségű takarmánymegoldás kiválasztásához ezért elengedhetetlen, hogy megértsük az alkalmazás célját, és ennek megfelelően válasszuk ki a takarmánysűrűséget..
A csap átmérőjének beállítása lehetővé teszi a közvetlenül a túlfolyóba küldött bypass finomságok beállítását, növelve vagy csökkentve az áramlásukat közvetlenül felé, és csökkentve azt, ami a ciklonba kerül vissza további feldolgozásra.
Elválasztják a folyadékokat
A hidrociklonok elválasztják a folyadékokat a finom részecskéktől azáltal, hogy örvénylő hatást hoznak létre, amely a nehezebb anyagokat a henger belső falához dobja, míg a könnyebb anyagok kifelé és lefelé mozognak.. Ez az elválasztási módszer akkor működik a legjobban, ha a szilárd anyagok átmérője nagyobb, mint 10 mikron méretűek és gömb alakúak; viszont, hatékonyságuk a körülményektől függően változik; például, a hígtrágya koncentrációjának növekedésével a részecskékből származó centrifugális erőkkel szembeni ellenállás is növekszik, növelve méretüket és számukat.
A szivattyúból a ciklonba belépő folyadéknak le kell győznie az ellenállást; ez nyomásesést és a radiális nyomásgradiens növekedését okozza, végső soron zavaró ülepedési állapotokat eredményez a részecskék és a folyadék között. Ezért, az alacsony viszkozitású fúrófolyadék használata fontos – ez lehetővé teszi a különböző méretű részecskék saját sebességük szerinti leülepedését anélkül, hogy a folyadék és a részecskék közé szorulnának.
A takarmánysűrűség egy másik kritikus tényező, amelyet figyelembe kell venni a hidrociklon teljesítményében. A megcélzott vágási méretek eléréséhez, a takarmánysűrűségnek meg kell egyeznie a cél vágási mérettel, amely a betáplálás sűrűségének vagy a bemeneti nyomás megváltoztatásával érhető el – az alacsonyabb nyomás több finomanyagot küld a túlfolyóba, durvább vágásméret kialakítása; a nagyobb nyomás a finomszemcséket az alulfolyóba küldi a finomabb vágások érdekében.
A hidrociklonokat széles körben alkalmazzák kemény kőzet- és nemesfém-alkalmazások esetén annak szabályozására, hogy milyen méretű anyagok lépjenek ki az aprítókörökből. Ha ezekben az összefüggésekben alkalmazzák, a hidrociklonba történő pillanatnyi folyadék beáramlás egyenlő a teljes pillanatnyi könnyű részecskeárammal plusz a nehézrészecske-áramlással; a nehéz részecskék gyorsabban mozognak, mint a könnyűek, és a hidrociklon felső túlcsordulásakor gyűlnek össze.
A nehéz anyagok ezután eltávolíthatók a rendszerből. A ciklonban maradó folyadékkeveréket ezután az alsó kimeneten keresztül kiszivattyúzzák, Apex néven ismert, örvénykereső csövön keresztül.
Elválasztják az olajokat
A hidrociklonok innovatív megoldást jelentenek az olajos részecskék durva anyagoktól való elkülönítésének kihívására. A berendezésnek egy speciális formáját tervezték, amely nyíróerőt használ az olajcseppek folyékony közegtől való elkülönítésére. Ez a technológia alkalmazható fémmegmunkálásban a kenőanyagoknak a hűtővíztől való elválasztására, vagy fúrási műveletek során a homok és agyag eltávolítására az iszapból.
A hidrociklonok abban különböznek a többi ásványfeldolgozó berendezéstől, hogy kevés mozgó alkatrészt tartalmaznak, és a geometriától és a folyadéknyomástól függenek az elválasztási folyamatok végrehajtása során.. Úgy tervezték, hogy egyszerű, de megbízható gépek legyenek, amelyek gyakran évekig működnek anélkül, hogy jelentős karbantartási költségekkel járnának – Mégis sok felhasználó nem tudja, hogyan hárítson el egy hidrociklont, ha valami nem a várt módon történik.
A hidrociklonokkal kapcsolatos egyik legfontosabb kihívás a beemelés. Amikor a durva anyagot elválasztják a finomszemcséktől, néhány nehezebb anyag a túlfolyóba kerül, míg mások a hidrociklon összetett belső áramlási tere miatt alulfolyva maradnak. Több ciklon összekapcsolása segíthet megoldani ezt a problémát, de ehhez további szivattyúkra van szükség, csővezetékek és beruházási költségek is.
Mint olyan, létfontosságú, hogy valaki megértse, hogyan működik a hidrociklon és hogyan működik az elválasztó mechanizmusa. Ahhoz, hogy egy részecske kilépjen a túlfolyásán keresztül, és az alulfolyóba kerüljön, olyan helyzetek felé kell vándorolniuk, ahol a centrifugális erő meghaladja a légellenállási erőt – ez a három terület a hidrociklonon belüli radiális sebességkontúrokon azonosítható; először az oldalfala közelében, ahol az axiális sebesség negatív, így a folyadék lefelé áramlik az alulfolyó felé.
A második terület a kúpos szakasz közepén található, ahol az axiális sebesség pozitív, és a folyadék felfelé mozog, túlfolyóba. Itt történik a legtöbb elválasztás. Végül, a kúp csúcsán negatív axiális sebesség kisül vissza, és a nyíróhatások elősegítik a nehéz fázisok azon keresztül történő felszabadulását..