Hydrosykloner for effektiv separering av flytende faste stoffer

Hydrosykloner er designet for å forbedre separasjonsytelsen og samtidig redusere energiforbruket ved å endre væskestrømmen i enheten.

Primær separasjon finner sted i den sylindriske seksjonen av en syklon før partikler kommer inn i den koniske seksjonen for ytterligere separasjonsprosesser som avhenger av matetetthet.

Syklongeometri

En syklon er et sirkulært utstyr som bruker sentrifugalkraft for å skille større partikler eller dråper fra et medium. Når sentrifugalkraften overstiger dragkraften til væsker, større eller tettere partikler går ut gjennom et øvre utløp på toppen, mens finere eller kasserte partikler kommer ut via nedre rejektutløp ved basen.

Tangentielle innløpsdesign fremmer sterk virveldannelse, øke separasjonseffektiviteten. Videre, designet forhindrer kortslutningsstrøm som oppstår når høyhastighetsgass kommer inn i separatoren.

For maksimal separasjonseffektivitet, kroppen/løpet til en syklon bør ha passende størrelse for å sikre optimal separasjonseffektivitet. For å bestemme dette, se etter en liten viftespray når materialet kommer ut av syklonens toppunkt; dette indikerer at den har fått riktig størrelse. Hvis i stedet materiale lekker ut fra under separatoren din i stedet, enten øke matetrykket/strømmen eller redusere kuttstørrelsen (dvs. grov den opp).

Overløpsspalter

Design av overløpsspalter har en enorm innflytelse på hydrosyklonseparasjonseffektivitet og splittelsesforhold. Generelt sett, ytelsen øker med økende overløpsspaltebredde og avtagende underløpsspaltebredde.

Når matet inn i en syklon, slurry roterer innenfor sine sylindriske vegger og skaper sentrifugalkraft for å sortere materialer etter tetthet. Tunge partikler kolliderer mot veggen og trekkes ned gjennom et utløpsrør kalt vortexfinder før de kommer ut gjennom et underløpsutløpsrør; tunge forblir fanget mot den og samler seg der til de flys over via virvelsøker eller utløpsrør for virvelsøker.

For optimal effektivitet av en hydrosyklon, et optimalt forhold mellom aksial og tangentiell hastighet må oppnås for å minimere turbulensintensitet og energitap innenfor veggene, samt gi lette partikler tilgang til tilstrekkelig sentrifugalkraft for å nå deres overløpsutløp.

Åpningsvinkler

Når den mates tangentielt inn i en syklonsylinder, dens roterende virkning konverterer væskehastigheten til sentrifugalkraft som trekker tyngre partikler mot veggen mens lettere finere partikler agglomererer og spiraler oppover for å gå ut gjennom det øverste overløpsutløpet.; tyngre grovere partikler faller deretter bakover inn i bunnrejektutløpet med litt væske gjennom et forlengelsesrør (kalt virvelsøker).

Hydrosyklonseparasjon kan gjøres mer effektiv ved å bruke ikke-skjærstrømningsmønstre som minimerer skjærkrefter; skjærfrie design kan tilby andre fordeler i forhold til tradisjonell mediefiltrering, for eksempel økt kjølevæskelevetid. Ved utforming av systemet, imidlertid, skjæring må også vurderes.

Aksialhastighetsfordeling

Når sentrifugalkraften kan overgå friksjonskreftene som oppleves av væske, tunge partikler separeres fra væske og kommer ut gjennom et aksialt bunnutløp (underflyt) mens lettere væsker kommer inn gjennom et topputløp på en hydrosyklon (flyte).

En syklon har to uttak på sin aksiale akse; en på bunnen kjent som “avvise siden,” og et annet større uttak på toppen kjent som “overløpssiden.” Tangentiell injeksjon i det sylindriske kammeret skaper et virvlende strømningsmønster; utslipp fra overløpssiden går gjennom et aksialt rør som stikker ut fra syklonens toppunkt.

Imidlertid, iboende væskestrømningsegenskaper fører til ufullkommen separasjon og energitap uavhengig av geometri. Tar sikte på optimal design, forskjellige utforminger for forbedret væskestrøm har blitt foreslått og testet – for eksempel å sette inn en senterkropp9, indre kjegle11, doble overløpsrør12-13, spaltekjegle14 og overløpshette15 for eksempel; alle har vist seg å redusere luftkjernediameteren samtidig som de øker ytelsen til partikkelstørrelsesklassifisering.