Idrocicloni – Separazione efficace per un'elaborazione migliorata
Gli idrocicloni utilizzano la velocità del liquido per convertirlo in movimento rotatorio, con particelle più pesanti o più dense che si avvolgono a spirale attorno alla parete interna fino ad uscire attraverso un'uscita inferiore assiale ristretta come sottoflusso, mentre le particelle più fini escono tramite un'uscita superiore assiale come troppopieno.
L'efficienza di separazione nei cicloni dipende da diverse variabili chiave di progettazione e funzionamento, che saranno discussi qui come fattori che influiscono sull'efficienza della separazione dei gradi (GSE).
Dimensioni e densità
Gli idrocicloni utilizzano dimensioni e densità per distinguere i materiali. Le particelle più pesanti rimangono intrappolate contro le pareti, quindi uscire attraverso un'uscita di sottoflusso sul fondo. Le particelle più fini e leggere rimangono sospese vicino alla parte superiore e vengono scaricate tramite le bocchette di troppopieno (detti anche rubinetti) ad altezze variabili a seconda delle esigenze dell'applicazione a valle.
Le prestazioni di separazione nei cicloni dipendono dal suo campo di flusso interno, che può essere regolato ottimizzandone la struttura o modificando i parametri operativi. La portata di alimentazione e la differenza di pressione attraverso il ciclone hanno un'influenza particolare sulla forza centrifuga generata.
La coerenza tra la pressione in ingresso e la portata di alimentazione aiuta a ridurre al minimo il tempo di permanenza delle particelle in un ciclone, e selezionarne uno con un diametro apicale ampio aiuta a ridurre al minimo il rischio di formazione di corde che si verifica quando il materiale entra contemporaneamente nelle uscite di troppopieno e di sottopieno.
Caduta di pressione
Gli idrocicloni possono bloccarsi a causa di contaminanti solidi, creando seri problemi operativi e di attrezzature come le pompe di alimentazione. L'ispezione regolare dei rivestimenti per eventuali segni di usura è fondamentale per ridurre questo rischio.
Per ottenere un processo di separazione efficiente, il diametro di un ciclone deve essere scelto attentamente in base alla sua applicazione. Inoltre, modificando le portate o le tonnellate all'ora (tph) può alterare il suo punto di taglio e quindi influenzare i livelli di efficienza.
Non appena i liquami entrano in un ciclone, viene spinto in rotazione dalla forza centrifuga e inizia a formare un vortice all'interno della sua camera cilindrica. Le particelle più pesanti cadono lungo la sezione del barile per uscire attraverso il suo apice mentre i materiali più leggeri vengono attirati al centro del vortice dal movimento del fluido verso l'interno e trasportati verso l'uscita di troppo pieno.
Concentrazione dei liquami
La separazione dell'idrociclone richiede una certa quantità di pressione interna che deve essere creata all'interno del ciclone per raggiungere il successo. Densità del liquame, il volume immesso e le dimensioni giocano tutti un ruolo fondamentale nella creazione di questa forza centrifuga – spingendo le particelle più pesanti verso il centro anziché verso il suo apice e fuori dall'uscita di troppopieno.
Una bassa concentrazione di alimentazione può comportare una separazione più grossolana mentre un'elevata pressione di alimentazione produce risultati più fini. Inoltre, la dimensione dell'ingresso può avere un grande impatto sui risultati della separazione; ingressi più grandi aumentano la capacità.
Yang et al. ha condotto una ricerca per valutare le prestazioni di separazione degli idrocicloni con vari diametri principali utilizzando sia metodi di simulazione che sperimentali. I loro risultati hanno dimostrato che, quando utilizzati per separare i liquami in idrocicloni Dc più piccoli, la concentrazione all'uscita del troppopieno aumenta gradualmente mentre diminuisce nelle aree più lontane dall'apice del ciclone., suggerendo che questi idrocicloni raggiungono una migliore efficienza di separazione.
Cercatore di vortici
Il materiale in ingresso viene introdotto tangenzialmente nel ciclone e centrifugato per generare una forza centrifuga che separa le particelle più pesanti da quelle più leggere, con quelli più leggeri che escono attraverso un'uscita di troppopieno mentre più grossolani, le particelle più pesanti escono attraverso un'uscita underflow.
La dimensione delle particelle tagliate in un idrociclone è influenzata da molte variabili, come la sua velocità di ingresso, rapporti di portata di cortocircuito ed efficienza di separazione. Valutare queste influenze sulla dimensione del taglio delle particelle negli idrocicloni, per prevederne il processo di separazione è stato utilizzato un modello che utilizza l'analisi dello stress di Reynolds e il volume del fluido.
I risultati hanno indicato che la velocità di ingresso e la lunghezza del Vortex Finder hanno l'effetto maggiore sulla dimensione del taglio delle particelle. Un cercatore di vortice più lungo potrebbe ridurre la caduta di pressione e le velocità assiali/tangenziali/radiali ma aumenterebbe le fluttuazioni di AVWZ; muri più spessi potrebbero comunque aiutare a ridurre questi fattori, tuttavia hanno un effetto minore sul flusso di circolazione negli spazi di pre-separazione.