Separatore a ciclone – Efficienza superiore per la separazione solido-liquido
Il flusso dell'idrociclone può essere descritto da un insieme di equazioni alle derivate parziali non lineari. Quando si modella questo dispositivo in dettaglio, previsioni riguardanti il profilo di concentrazione dei liquami, velocità di scorrimento assiale e radiale, le prestazioni di classificazione dimensionale sono incluse come parti del suo modello.
I cicloni variano notevolmente nelle loro prestazioni a seconda di molte variabili come la dimensione del cono, dimensioni di uscita e pressione di alimentazione. Quando si considerano le impostazioni della pressione ai fini della separazione, è importante ricordare che una pressione più elevata produrrà tagli più grossolani mentre una pressione più bassa produrrà tagli più fini.
La forza centrifuga del ciclone
Gli idrocicloni utilizzano la forza centrifuga per separare la sospensione in due componenti. Le particelle di densità più elevata migrano verso i lati e vengono scaricate attraverso l'uscita inferiore mentre le particelle di densità più bassa si muovono verso l'alto verso un cercatore di vortice e fuori attraverso un'apertura apicale (sottoflusso).
La fluidodinamica computazionale viene utilizzata per osservare il movimento delle particelle all'interno di un separatore a ciclone. I ricercatori utilizzano questo approccio per calcolare con precisione i movimenti del flusso multifase e valutare il loro effetto sull'efficienza della separazione [30].
Numerosi fattori influenzano le prestazioni di un separatore a ciclone, compresa la pressione di alimentazione, dimensione e densità delle particelle, concentrazione dei liquami e geometria del ciclone stesso. Una dimensione dell'apice maggiore o un angolo del cono più lungo possono migliorare l'efficienza di separazione mantenendo la perdita di carico entro un intervallo accettabile per garantire un funzionamento corretto; una minore perdita di carico porta a una minore usura che ne prolungherà la durata nel tempo.
L’angolo del ciclone
La geometria del separatore a ciclone gioca un ruolo fondamentale nel processo di separazione. L'ingresso, l'angolo del cono e il diametro di scarico influiscono tutti sulle sue prestazioni.
Gli studi hanno dimostrato che l'angolo di ingresso di un separatore a ciclone influisce in modo significativo sulla sua efficienza di separazione. Quando il suo condotto di ingresso è regolato ad angolo ottuso, cambiamenti nella distribuzione delle dimensioni delle particelle [48].
Anche la temperatura può avere un impatto negativo sulle prestazioni del ciclone. Quando la temperatura del condotto di aspirazione aumenta, la viscosità dinamica dei flussi di particelle aumenta con conseguente minore efficienza di separazione.
La lunghezza e l'altezza possono svolgere un ruolo fondamentale nel modo in cui i cicloni separano i fluidi di processo, con sezioni di cono più lunghe che producono una separazione più fine mentre quelle più corte producono tagli più grossolani. Quando si seleziona un ciclone è opportuno adattare la sua lunghezza alla distribuzione granulometrica desiderata del fluido di processo in modo da selezionare un'unità di dimensioni adeguate per la propria applicazione.
La lunghezza del ciclone
Gli idrocicloni funzionano entrando nel liquame a velocità relativamente elevata in direzione tangenziale e spostandolo verso il basso, alla fine separandosi in due flussi – le particelle più dense escono dal lato di scarto con un liquido limitato, mentre le particelle più fini o più leggere escono dal lato di trabocco e vengono raccolte come liquide per gravità.
Le prestazioni del separatore idrociclonico dipendono da molte variabili, compresa la dimensione delle particelle, densità e concentrazione dei solidi nel liquame. Anche la pressione di alimentazione ha un effetto sulle prestazioni: l'aumento della pressione di alimentazione aumenta la forza centrifuga che migliora l'efficienza di separazione ma può aumentare l'usura del dispositivo.
Anche la lunghezza gioca un ruolo fondamentale nella performance; i cicloni più grandi producono dimensioni di taglio più grossolane mentre i cicloni più piccoli forniscono una maggiore precisione di separazione delle particelle. Inoltre, i cicloni più lunghi hanno aumentato la turbolenza e la miscelazione delle richieste di energia che richiedono un consumo energetico aggiuntivo per il funzionamento, rendendoli così più costosi delle unità più brevi.
La pressione del ciclone
I separatori a ciclone sono progettati per rimuovere particelle fini come la sabbia dai sistemi dei liquidi di processo e impedire loro di intasare gli scambiatori di calore, sistemi di raffreddamento dell'acqua, valvole, ugelli o pompe deviando via queste particelle fini.
Poiché la sospensione entra in un ciclone con flusso tangenziale, viene rapidamente accelerato dalla forza centrifuga per essere spinto contro le sue pareti dall'accelerazione centrifuga. Grande, le particelle più dense vengono separate e scaricate attraverso il troppo pieno mentre le particelle più fini e leggere si depositano sul fondo e fuoriescono attraverso il sottopieno.
Dimensioni, la pressione di alimentazione e la concentrazione dei solidi svolgono tutti un ruolo fondamentale nell'efficienza di separazione di qualsiasi sistema a ciclone. Mantenendo queste variabili quanto più stabili possibile, le prestazioni del ciclone aumenteranno sostanzialmente. Comprendere le loro interazioni e gli effetti sulle prestazioni del separatore è fondamentale per progettare e risolvere i problemi dei sistemi di separazione in modo efficiente e corretto. Inoltre, comprendere l'impatto del controllo del livello sul funzionamento dei cicloni di ingresso e di disappannamento aiuta a diagnosticare problemi come le scarse prestazioni di separazione, il trascinamento di liquidi nei recipienti adiacenti o i problemi di bloccaggio del gas della pompa in modo più rapido e preciso.