Hydrocyklony do skutecznej separacji cieczy i ciał stałych

Hydrocyklony zaprojektowano w celu zwiększenia wydajności separacji przy jednoczesnym obniżeniu zużycia energii poprzez zmianę przepływu płynu w urządzeniu.

Pierwsza separacja odbywa się w cylindrycznej części cyklonu, zanim cząstki przedostaną się do części stożkowej w celu przeprowadzenia dodatkowych procesów separacji zależnych od gęstości surowca.

Geometria cyklonu

Cyklon to okrągłe urządzenie, które wykorzystuje siłę odśrodkową do oddzielania większych cząstek lub kropelek od ośrodka. Kiedy jego siła odśrodkowa przekracza siłę oporu płynów, większe lub gęstsze cząstki wychodzą przez górny wylot na górze, podczas gdy drobniejsze lub odrzucone cząstki wychodzą przez dolne wyloty odrzutów u podstawy.

Styczne konstrukcje wlotów sprzyjają tworzeniu się silnych wirów, zwiększenie efektywności separacji. Ponadto, konstrukcja zapobiega przepływowi zwarciowemu, który występuje, gdy gaz z dużą prędkością wpływa do separatora.

Dla maksymalnej wydajności separacji, Korpus/bęben cyklonu powinien być odpowiednio zwymiarowany, aby zapewnić optymalną skuteczność separacji. Aby to ustalić, poszukaj lekkiego rozprysku, gdy materiał opuszcza wierzchołek cyklonu; oznacza to, że został on odpowiednio dobrany. Jeśli zamiast tego materiał wycieka spod separatora, albo zwiększ ciśnienie/przepływ zasilania, albo zmniejsz rozmiar cięcia (tj. zgrubić to).

Szczeliny przelewowe

Konstrukcja szczelin przelewowych ma ogromny wpływ na skuteczność separacji hydrocyklonów i stopień podziału. Zazwyczaj, wydajność wzrasta wraz ze wzrostem szerokości szczeliny przelewowej i zmniejszeniem szerokości szczeliny dolniczej.

Po wprowadzeniu do cyklonu, zawiesina obraca się w swoich cylindrycznych ściankach, tworząc siłę odśrodkową, która sortuje materiały według gęstości. Ciężkie cząstki zderzają się ze ścianą i są ściągane w dół przez rurę odpływową zwaną wykrywaczem wirów, a następnie opuszczają ją przez dolną rurę wylotową; ciężkie pozostają przy nim uwięzione i gromadzą się tam do czasu przepłynięcia przez sondę wirową lub rurę odpływową sondy wirowej.

Dla optymalnej wydajności hydrocyklonu, należy osiągnąć optymalny stosunek prędkości osiowej do prędkości stycznej, aby zminimalizować intensywność turbulencji i straty energii w jej ściankach, a także umożliwić lekkim cząstkom dostęp do siły odśrodkowej wystarczającej do dotarcia do wylotu przelewowego.

Kąty otworów

Po podaniu stycznym do cylindra cyklonu, jego działanie wirujące przekształca prędkość cieczy w siłę odśrodkową, która przyciąga cięższe cząstki w kierunku ścianki, podczas gdy lżejsze, drobniejsze cząstki aglomerują i spiralnie w górę, aby wydostać się przez górny wylot przelewowy; cięższe i grubsze cząstki opadają następnie z powrotem do dolnego wylotu odrzutów wraz z pewną ilością płynu przez rurkę przedłużającą (zwany wykrywaczem wirów).

Separację hydrocyklonową można uczynić bardziej skuteczną, stosując wzorce przepływu bez ścinania, które minimalizują siły ścinające; konstrukcje pozbawione ścinania mogą oferować inne zalety w porównaniu z tradycyjnymi mediami filtracyjnymi, takie jak dłuższa żywotność chłodziwa. Podczas projektowania systemu, Jednakże, należy również wziąć pod uwagę ścinanie.

Osiowy rozkład prędkości

Kiedy siła odśrodkowa może przekroczyć siły tarcia występujące w płynie, ciężkie cząstki są oddzielane od cieczy i wychodzą przez osiowy dolny wylot (niedomiar) podczas gdy lżejsze ciecze wpływają przez górny wylot hydrocyklonu (przelewowy).

Cyklon ma dwa wyloty na swojej osi osiowej; jeden na dole, tzw “stronę odrzuconą,” i kolejny większy wylot na górze, znany jako “strona przelewowa.” Styczny wtrysk do cylindrycznej komory tworzy wirowy wzór przepływu; Wypływ od strony przelewowej odbywa się poprzez osiową rurę wystającą ze szczytu cyklonu.

Jednakże, nieodłączne cechy przepływu płynu prowadzą do niedoskonałej separacji i strat energii, niezależnie od geometrii. Dążenie do optymalnego projektu, zaproponowano i przetestowano różne projekty poprawy przepływu płynu – takie jak wkładanie korpusu centralnego 9, stożek wewnętrzny 11, podwójne rury przelewowe 12-13, na przykład stożek szczelinowy 14 i korek przelewowy 15; wszystkie wykazały, że zmniejszają średnicę rdzenia powietrznego, jednocześnie zwiększając skuteczność klasyfikacji wielkości cząstek.