Hydrosykloner – Hvordan de skiller partikler fra væsker

Hydrosykloner er en av de mest brukte delene av mineralbehandlingsutstyr. Deres grunnleggende design er avhengig av trykk utenfra for å produsere en roterende bevegelse i væskeblandingen inne i den, får tunge partikler til å samle seg langs veggene før de slippes ut gjennom bunnutløpet.

De skiller partikler

Hydrosykloner er statiske enheter som bruker sentrifugalakselerasjon for å skille partikler med forskjellige tettheter fra væske. Tette partikler – enten det er fast eller flytende – bevege seg mot ytterkanten av en virvel mens lettere partikler migrerer mot dens sentrale kjerne, med grovere og større partikler som går ut via understrømmen, mens finstoff reiser videre oppoverbakke før de kommer ut via toppen gjennom sentrifugalkraften og ut gjennom overløpet.

Separasjonsytelsen avhenger av flere faktorer, inkludert syklonstørrelse, diameter og form samt fluiddynamikk og partikkelegenskaper i forhold til flytende mediums egenskaper. Slipende eller tett matemateriale vil sannsynligvis ikke bli separert effektivt med hydrosykloner.

Ulike studier har utforsket effekten av partikkelstørrelse og form på separasjon. Resultater har vist at motstandskreftene er proporsjonale med partikler i det maksimale projiserte området langs væskestrømningsretningen i en hydrosyklon; Kashiwaya et al.. undersøkte denne parameteren på både enkelt- og blandede separasjoner via CFD-DEM-koblingsteknologi samt eksperimentelle testmetoder.

Som et mål på separasjonseffektivitet, måle konsentrasjonen av “tunge” i overløpet er den ideelle måten å evaluere hydrosyklonytelsen på. Dette kan oppnås enten på volumetrisk prosentbasis eller, mer nøyaktig, ved hjelp av vektmålinger.

De skiller grove partikler

Hydrosykloner bruker tangentiell innløpshastighet for å spinne en suspensjon inni, skaper en synkende ekstern virvelstrøm og isolerer tunge komponenter fra væske. Tyngre komponenter agglomererer ved syklonens vegger mens lettere finere partikler passerer ut gjennom deres topputløp.

Hydrosykloner er blant det mest brukte utstyret for å separere fine og grove partikler i tremasse- og papirindustrien, takket være deres enkle design, kostnadseffektivitet, enkel betjening og lang levetid uten å trenge mye i form av vedlikehold eller innspill fra operatører. Men selv med alle sine fordeler kan de fortsatt oppleve ytelsesnedgang over tid.

Ved feilsøking av problemer med hydrosykloner, det kan være nyttig å forstå deres virkemåte og faktorene som påvirker deres ytelse. En viktig faktor i deres separasjonseffektivitet er trykk påført ved innløpet – som har en umiddelbar innflytelse på partikkelskjæringspunktet avhengig av påført trykk, kjeglediameterstørrelse og materialtype.

Hydrosykloner er utstyrt med en av tre innløpsdesign: tangentiell, involutt eller bue. Testresultater utført ved bruk av alle tre innløpsdesignene kan sees i figuren 7 og Tabell 2, der lysbueinnløpshydrosykloner konsekvent overgikk begge sine motparter over et bredt spekter av størrelsesklassifiseringsforhold (SC).

De skiller fine partikler

Hydrosykloner kan brukes til å separere fine partikler ved å bruke væsketrykk for å generere et strømningsmønster som skiller partikler basert på tetthet og form. Justering av trykknivåer i mateledningen endrer separasjonspunktet (også kalt kuttpunkt); lavere trykk skaper grovere kutt mens høyere trykk gir finere separasjon.

Hydrosykloner bruker sin kjegleformede indre seksjon for å lage en sone med lavt trykk, som akselererer partikkelavsetningshastigheten. Raskere sedimenterende partikler migrerer mot syklonens vegg og går ut via dens apex-åpning som understrøm, mens langsommere sedimenterende partikler som er tyngre enn det omkringliggende slurrymediet trekkes nedover av sentrifugalkraften og dukker opp gjennom vortex-søkeren som overløp.

På 6.5 mm fra veggen til en syklon, partikkelfaser kl 6.5 mm avstand fra veggen måles som summen av trykkgradientakselerasjon og luftmotstandsakselerasjon, med luftmotstandsakselerasjon definert som relativ bevegelse mellom faser. Av alle innløp som brukes til klassifiseringsformål, Cs sterkere motstandsakselerasjonsfelt forklarer dens overlegne klassifiseringsskarphet ved høyere mate-SC-er.

De skiller vann

Hydrosykloner bruker væsketrykk for å generere sentrifugalkraft og strømningsmønstre som kan skille partikler eller dråper fra flytende medium. For at denne separasjonen skal finne sted, deres tetthet må avvike betydelig fra det flytende mediet.

En typisk design involverer å injisere fôr tangentielt med høy hastighet inn i en øvre sylindrisk seksjon som forbinder en konisk kropp, skaper en sterk væskebevegelse som tvinger grovere materialer gjennom bunnaksiale utløp kjent som avvisningssider, og finere gjennom toppaksiale rør kjent som overløpssider.

Kontroll av kuttstørrelsen kan oppnås ved å endre matetrykket inn i syklonen. Pilotforsøk bruker vanligvis to ventiler for justering av strømningsdeling mellom uttak til ønsket d50-verdi er oppfylt; når dette er bestemt, én åpning kan erstatte disse ventilene i rutinedrift.

Dette utstyret er mye brukt i mineralbehandling for å klassifisere partikler for resirkulering i slipekretser, skille mellom økonomiske mineraler og gang, skille olje fra vann i REFINERI OG OFFSHORE OLJEINDUSTRIER og fjern sand/slam fra vannings- eller drikkevannsforsyninger, blant mange andre bruksområder. Videre, dette utstyret kan også brukes som inkrementell anrikning for å redusere belastningen på mer kostbart separasjonsutstyr samtidig som det forbedrer den generelle driftsøkonomien.