Idrocicloni per un'efficiente separazione dei solidi liquidi
Gli idrocicloni sono progettati per migliorare le prestazioni di separazione e contemporaneamente ridurre il consumo di energia alterando il flusso del fluido all'interno del dispositivo.
La separazione primaria avviene nella sezione cilindrica di un ciclone prima che le particelle entrino nella sezione conica per ulteriori processi di separazione che dipendono dalla densità di alimentazione.
Geometria del ciclone
Un ciclone è un'apparecchiatura circolare che utilizza la forza centrifuga per separare particelle o goccioline più grandi da un mezzo. Quando la sua forza centrifuga supera la forza di trascinamento dei fluidi, le particelle più grandi o più dense escono attraverso un'uscita superiore, mentre le particelle più fini o rifiutate escono attraverso le bocchette di scarto inferiori alla base.
I design dell'ingresso tangenziale promuovono una forte formazione di vortici, aumentare l’efficienza della separazione. Inoltre, il design impedisce il flusso di cortocircuito che si verifica quando il gas ad alta velocità entra nel separatore.
Per la massima efficienza di separazione, il corpo/barile di un ciclone deve essere opportunamente dimensionato per garantire un'efficienza di separazione ottimale. Per determinare questo, cercare un leggero spruzzo a ventaglio quando il materiale esce dall'apice del ciclone; questo indica che è stato dimensionato correttamente. Se invece il materiale fuoriesce da sotto il separatore, aumentare la pressione/flusso di alimentazione o diminuire la dimensione del taglio (i.e. ingrossarlo).
Fessure di troppopieno
La progettazione delle fessure di troppopieno ha un'enorme influenza sull'efficienza della separazione dell'idrociclone e sul rapporto di divisione. Generalmente, le prestazioni aumentano con l'aumentare della larghezza della fessura di troppopieno e con la diminuzione della larghezza della fessura di sottoflusso.
Quando immesso in un ciclone, il liquame ruota all'interno delle sue pareti cilindriche creando forza centrifuga per ordinare i materiali in base alla densità. Le particelle pesanti si scontrano contro il muro e vengono trascinate verso il basso attraverso un tubo di deflusso chiamato cercatore di vortice prima di uscire attraverso un tubo di scarico sottoflusso; quelli pesanti rimangono intrappolati contro di esso e quindi si accumulano finché non vengono sorvolati tramite il cercatore di vortici o il tubo di deflusso del cercatore di vortici.
Per l'efficienza ottimale di un idrociclone, è necessario raggiungere un rapporto ottimale tra velocità assiale e tangenziale per ridurre al minimo l'intensità della turbolenza e le perdite di energia all'interno delle sue pareti e consentire alle particelle leggere di accedere a una forza centrifuga sufficiente per raggiungere l'uscita di troppopieno.
Angoli dell'orifizio
Quando alimentato tangenzialmente in un cilindro a ciclone, la sua azione rotante converte la velocità del liquido in forza centrifuga che attira le particelle più pesanti verso la parete mentre le particelle più leggere e fini si agglomerano e si muovono a spirale verso l'alto per uscire attraverso l'uscita di troppopieno superiore; le particelle più pesanti e grossolane cadono quindi all'indietro nell'uscita di scarico inferiore con un po' di liquido attraverso un tubo di prolunga (chiamato cercatore di vortici).
La separazione dell'idrociclone può essere resa più efficace utilizzando modelli di flusso senza taglio che riducono al minimo le forze di taglio; i design senza taglio possono offrire altri vantaggi rispetto alla filtrazione con mezzi tradizionali, come una maggiore durata del refrigerante. Durante la progettazione del sistema, Tuttavia, bisogna considerare anche il taglio.
Distribuzione della velocità assiale
Quando la forza centrifuga può superare le forze di attrito subite dal fluido, le particelle pesanti vengono separate dal liquido ed escono attraverso un'uscita assiale sul fondo (sottoflusso) mentre i liquidi più leggeri entrano attraverso l'uscita superiore di un idrociclone (traboccare).
Un ciclone presenta due uscite sul suo asse assiale; uno sul fondo noto come “lato rifiuto,” e un altro sbocco più grande nella parte superiore noto come “lato troppopieno.” L'iniezione tangenziale nella sua camera cilindrica crea un modello di flusso vorticoso; lo scarico dal lato troppo pieno passa attraverso un tubo assiale che sporge dall'apice del ciclone.
Tuttavia, le caratteristiche intrinseche del flusso del fluido portano a una separazione imperfetta e a una perdita di energia indipendentemente dalla geometria. Mirare a un design ottimale, sono stati proposti e testati vari progetti di miglioramento del flusso di fluido – come l'inserimento di un corpo centrale9, cono interno11, tubi di troppopieno doppio12-13, cono a fessura14 e tappo di troppopieno15 per esempio; tutti hanno dimostrato di ridurre il diametro del nucleo d'aria aumentando al contempo le prestazioni di classificazione delle dimensioni delle particelle.