Idrocicloni – Come separano le particelle dai liquidi

Gli idrocicloni sono uno degli apparecchi per la lavorazione dei minerali più frequentemente utilizzati. Il loro design di base si basa sulla pressione esterna per produrre un movimento rotatorio nella miscela liquida al suo interno, facendo sì che le particelle pesanti si raccolgano lungo le sue pareti prima di scaricarsi attraverso l'uscita inferiore.

Separano le particelle

Gli idrocicloni sono dispositivi statici che utilizzano l'accelerazione centrifuga per separare particelle di diversa densità dal fluido. Particelle dense – se solido o liquido – si muovono verso il bordo esterno di un vortice mentre le particelle più leggere migrano verso il suo nucleo centrale, con particelle più grossolane e più grandi che escono attraverso il suo sottoflusso, mentre le particelle fini viaggiano più in salita prima di uscire dal loro apice attraverso la forza centrifuga e fuori attraverso il suo troppopieno.

Le prestazioni di separazione dipendono da diversi fattori, compresa la dimensione del ciclone, diametro e forma nonché fluidodinamica e proprietà delle particelle in relazione alle caratteristiche del mezzo liquido. Il materiale in alimentazione abrasivo o denso probabilmente non verrà separato in modo efficace con gli idrocicloni.

Diversi studi hanno esplorato gli effetti della dimensione e della forma delle particelle sulla separazione. I risultati hanno dimostrato che le forze di resistenza sono proporzionali all'area massima proiettata delle particelle lungo la direzione del flusso del fluido in un idrociclone; Kashiwaya et al.. hanno studiato questo parametro sia su separazioni singole che miste tramite la tecnologia di accoppiamento CFD-DEM e metodi di prova sperimentali.

Come misura dell'efficienza di separazione, misurare la concentrazione di “pesanti” nel troppopieno è il modo ideale per valutare le prestazioni dell'idrociclone. Ciò può essere ottenuto su base percentuale volumetrica o, più accuratamente, utilizzando misurazioni del peso.

Separano le particelle grossolane

Gli idrocicloni utilizzano la velocità di ingresso tangenziale per far girare una sospensione all'interno, creando un flusso a vortice esterno discendente e isolando i componenti pesanti dal liquido. I componenti più pesanti si agglomerano sulle pareti del ciclone mentre le particelle più leggere e fini escono attraverso l'uscita superiore.

Gli idrocicloni sono tra le apparecchiature più frequentemente utilizzate per la separazione delle particelle fini e grossolane nell'industria della pasta e della carta, grazie alla loro facilità di progettazione, efficacia in termini di costi, facilità d'uso e lunga durata senza richiedere molto in termini di manutenzione o input da parte degli operatori. Tuttavia, nonostante tutti i vantaggi, nel tempo potrebbero comunque riscontrare un calo delle prestazioni.

Durante la risoluzione dei problemi con gli idrocicloni, può essere utile comprenderne il funzionamento e i fattori che ne influenzano le prestazioni. Una considerazione importante nella loro efficienza di separazione è la pressione applicata al loro ingresso – che ha un'influenza immediata sul punto di taglio delle particelle a seconda della pressione applicata, dimensione del diametro del cono e tipo di materiale.

Gli idrocicloni sono dotati di uno dei tre modelli di ingresso: tangenziale, evolvente o arco. I risultati dei test condotti utilizzando tutti e tre i modelli di ingresso sono visibili nella Figura 7 e Tabella 2, in cui gli idrocicloni con ingresso ad arco hanno costantemente sovraperformato entrambi i loro omologhi in un'ampia gamma di condizioni di classificazione dimensionale (SC).

Separano le particelle fini

Gli idrocicloni possono essere utilizzati per separare le particelle fini utilizzando la pressione del fluido per generare un modello di flusso che separa le particelle in base alla densità e alla forma. La regolazione dei livelli di pressione nella linea di alimentazione altera il punto di separazione (chiamato anche punto di taglio); una pressione più bassa crea tagli più grossolani mentre una pressione più alta produce una separazione più fine.

Gli idrocicloni utilizzano la loro sezione interna a forma di cono per creare una zona di bassa pressione, che accelera la velocità di sedimentazione delle particelle. Le particelle che si depositano più velocemente migrano verso la parete del ciclone ed escono attraverso la sua apertura apicale come flusso inferiore, mentre le particelle a sedimentazione più lente e più pesanti del mezzo di impasto circostante vengono spinte verso il basso dalla forza centrifuga ed emergono attraverso il cercatore di vortice come trabocco.

A 6.5 mm dalla parete di un ciclone, fasi delle particelle a 6.5 La distanza in mm dalla sua parete viene misurata come la somma dell'accelerazione del gradiente di pressione e dell'accelerazione della resistenza, con accelerazione di trascinamento definita come movimento relativo tra le fasi. Di tutte le prese utilizzate a fini di classificazione, Il campo di accelerazione di resistenza più forte di C spiega la sua nitidezza di classificazione superiore a SC con avanzamento più elevato.

Separano l'acqua

Gli idrocicloni utilizzano la pressione del fluido per generare forza centrifuga e schemi di flusso in grado di separare particelle o goccioline dal mezzo liquido. Affinché questa separazione possa avvenire, la loro densità deve differire notevolmente da quella del mezzo fluido.

Un progetto tipico prevede l'iniezione tangenziale del mangime ad alta velocità in una sezione cilindrica superiore che si unisce a un corpo conico, creando un forte movimento del fluido che forza i materiali più grossolani attraverso le uscite assiali inferiori note come lati di scarto, e quelli più fini attraverso i tubi assiali superiori noti come lati di troppopieno.

Il controllo delle dimensioni di taglio può essere ottenuto modificando la pressione di alimentazione nel ciclone. Le prove pilota utilizzano solitamente due valvole per la regolazione della suddivisione del flusso tra le uscite fino al raggiungimento del valore d50 desiderato; una volta determinato questo, un orifizio può sostituire queste valvole durante il funzionamento di routine.

Questa apparecchiatura è ampiamente utilizzata nella lavorazione dei minerali per classificare le particelle da ricircolare nei circuiti di macinazione, distinguere tra minerali economici e ganga, separare l'olio dall'acqua nelle RAFFINERIE E INDUSTRIE PETROLIFERE OFFSHORE e rimuovere sabbia/limo dall'irrigazione o dalle riserve di acqua potabile, tra molti altri usi. Inoltre, questa apparecchiatura può essere utilizzata anche come arricchimento incrementale per ridurre il carico su apparecchiature di separazione più costose, migliorando al tempo stesso l'economia complessiva delle operazioni.