Hidrociclonii sunt printre cele mai ușoare piese de echipamente de prelucrare a mineralelor, funcționează adesea fără a necesita întreținere sau atenție din partea oricui în exploatare. Ciclonii rămân instrumente de separare extrem de eficiente, în ciuda mecanismelor lor complexe de fluid și a configurațiilor structurale care afectează performanța de separare. Acest articol va oferi o privire de ansamblu asupra funcționării lor, precum și posibilii pași de depanare atunci când nu funcționează conform proiectării.
Ele separă particulele grosiere
Hidrociclonii’ Scopul principal este separarea particulelor grosiere de cele fine. Forța centrifugă aplicată structurii sale interioare asigură această separare; particulele mai grele tind să se deplaseze în jos în fluxul său învolburat, în timp ce cele mai fine se deplasează mai mult spre marginea sa, cu particule grosiere care se descarcă în cele din urmă printr-o căptușeală inferioară sau un vârf, în timp ce cele mai fine se deplasează spre un preaplin și într-o cameră de preaplin superioară.
Caracteristicile de mișcare în cadrul unui hidrociclon determină efectul său de separare, iar cercetătorii au explorat acest aspect pentru a-l spori. Cercetători, condus de Zhang, a efectuat teste extinse pentru a înțelege comportamentul mișcării particulelor, astfel încât să îmbunătățească efectul de separare al acestui ciclon. Zhang a descoperit că în condiții de hrănire cu concentrație ridicată, particulele fine și medii cu densități mici ar putea pătrunde cu ușurință în revărsare, în timp ce particulele fine și grosiere de densitate mare ar putea pătrunde prin fluxuri turbionare interioare și pot fi evacuate prin evacuarea ca revărsare..
Un miez de aer se formează în centrul unui ciclon atunci când lichidul este introdus tangenţial în camera sa cilindrică, producând un vârtej învolburat intens. Un ciclon are o ieșire de jos axială cu acces restricționat care împiedică curgerea întregului său, cu excepția unei părți a lichidului său. Odată înăuntru, curgerea sa în contracurent către ieșirea sa superioară dă naștere unui miez de aer la miez.
Dimensiunile secțiunilor cilindrice secundare ale hidrociclonilor au o influență semnificativă asupra regiunii fluxului de circulație a particulelor și a performanței de separare, cu valorile perfecţiunii scăzând monoton pe măsură ce diametrul acestei secţiuni creşte. Datorită mai multor particule grosiere care circulă în fluxul învolburat al unui ciclon, are loc deplasarea greșită a acestor particule, ducând la dispersarea lor pe o zonă mai mare. Cuprinderea mai multor particule grosiere reduce performanța de separare și inhibă formarea unui model eficient de curgere circulară în interiorul ciclonului, și îi împiedică capacitățile de separare. Performanța de separare atinsă este satisfăcătoare; cu toate acestea, valorile de perfecțiune nu corespund așteptărilor din cauza rezistenței la rotație și a vâscozității lichidului ciclon care influențează distribuția vitezei particulelor și traiectoria de mișcare.
Ele separă particulele fine
Hidrocicloanele folosesc forța centrifugă și fluxul de fluid diferențial pentru a separa eficient particulele fine de cele grosiere. Forța centrifugă este creată prin direcționarea fluidului de admisie tangențial către peretele cilindrului, creând o mișcare circulară în lichidul său, ceea ce face ca particulele grele să se miște spre exterior și să se agrega, înainte ca cele mai ușoare să spiraleze în jos pe peretele său și să iasă prin deschiderea superioară a hidrociclonului..
Eficiența separării hidrociclonilor depinde în mare măsură de proiectarea structurii sale, inclusiv dimensiunile dispozitivului său de căutare de vortex, deschideri de preaplin și subplin și dimensiunea ciclonului. În plus, diametrele mai mari oferă, în general, performanțe de separare mai bune.
Hidrociclonii sunt adesea utilizați în aplicații minerale, cum ar fi producerea de nisip de beton C-33, pentru a controla ce dimensiune materialul iese din circuitul de mărunțire. Diferitele tipuri de minereu au dimensiuni diferite de eliberare care trebuie monitorizate îndeaproape pentru a crea un produs fezabil din punct de vedere economic.
Căderea de presiune, cantitatea de energie necesară pentru ca particulele să se deplaseze printr-un hidrociclon, este o componentă integrantă a controlului său. Varierea presiunii sale de intrare poate schimba dramatic eficiența separării – de exemplu, dacă presiunea este setată mai mică decât ținta, mai multe fine se vor raporta la un debit inferior, ceea ce duce la puncte de tăiere mai grosiere; invers, dacă presiunea depășește ținta, mai multe fine se vor raporta la preaplin, ducând la valori reduse d50 și o separare mai fină.
Densitatea materialului de furaj poate avea un efect enorm asupra separărilor cu hidrociclon. O densitate mai mare poate duce la tăieturi mai grosiere, în timp ce densitățile mai mici produc tăieturi mai fine; pentru a selecta o soluție optimă de alimentare cu densitate, este, prin urmare, esențial să înțelegem obiectivul aplicației lor și să alegeți o densitate a furajului în funcție de aceasta..
Ajustarea diametrului robinetului permite ajustarea finelor de bypass trimise direct la preaplin, creșterea sau scăderea fluxului lor direct către acesta și scăderea a ceea ce merge înapoi în ciclon pentru procesare ulterioară.
Ele separă lichidele
Hidrociclonii separă lichidele de particulele fine, creând o acțiune de vârtej care aruncă material mai greu pe peretele interior al cilindrului, în timp ce materialul mai ușor se mișcă în exterior și în jos.. Această metodă de separare funcționează cel mai bine atunci când solidele au diametre mai mari decât 10 microni și au formă sferică; cu toate acestea, eficiența lor variază în funcție de condiții; de exemplu, pe măsură ce concentrația de suspensie crește, la fel crește și rezistența împotriva forțelor centrifuge de la particulele care cresc dimensiunea și numărul acestora.
Fluidul care intră în ciclon de la o pompă trebuie să învingă rezistența; aceasta determină scăderi de presiune și o creștere a gradientului radial de presiune, rezultând în cele din urmă stări de interferență de sedimentare între particule și fluid. Prin urmare, utilizarea fluidului de foraj cu vâscozitate scăzută este importantă – aceasta permite particulelor de diferite dimensiuni să se depună cu propriile viteze, fără a fi prinse între fluid și particule.
Densitatea de alimentare este un alt element critic de luat în considerare în performanța hidrociclonului. Pentru a îndeplini dimensiunile de tăiere țintă, densitatea de alimentare trebuie să coincidă cu dimensiunea țintă a tăierii, care poate fi realizat fie prin modificarea densității alimentării, fie prin modificarea presiunii la intrare – presiunea mai mică trimite mai multe fine în preaplin, creând dimensiunea tăieturii mai grosiere; presiunea mai mare trimite finele în flux inferior pentru tăieturi mai fine.
Hidrociclonii sunt utilizați pe scară largă pentru a controla ce dimensiune materialul iese din circuitele de măcinare pentru aplicații de roci dure și metale prețioase. Când se aplică în aceste contexte, fluxul instantaneu de fluid către un hidrociclon este egal cu fluxul total instantaneu de particule uşoare plus debitul de particule grele; particulele grele se vor mișca mai rapid decât cele ușoare și se vor acumula în partea superioară a hidrociclonului.
Materialele grele pot fi apoi îndepărtate din sistem. Orice amestec de fluid rămas în ciclon va fi apoi pompat prin orificiul de evacuare inferior, cunoscut sub numele de Apex, printr-o conductă de găsire a vortexului.
Ele separă uleiurile
Hidrociclonii au devenit o soluție inovatoare la provocarea de a separa particulele uleioase de materialul grosier. A fost proiectată o formă specială a echipamentului care utilizează forța de forfecare pentru a separa picăturile de ulei de mediul lichid. Această tehnologie poate fi aplicată în prelucrarea metalelor pentru a separa lubrifianții din apa de răcire sau operațiunile de foraj pentru a îndepărta nisipul și argila din noroi.
Hidrociclonii diferă de alte echipamente de prelucrare a mineralelor prin faptul că prezintă puține părți mobile și depind de geometrie și presiunea fluidului pentru a efectua procesele de separare. Sunt proiectate pentru a fi piese simple, dar de încredere, care funcționează adesea ani de zile fără prea mult în ceea ce privește costurile de întreținere. – cu toate acestea, mulți utilizatori nu știu cum să depaneze un hidrociclon atunci când ceva nu merge așa cum se aștepta.
Una dintre provocările cheie asociate hidrociclonilor este antrenarea. Când materialul grosier este separat de cel fin, unele materiale mai grele vor fi transportate în preaplin, în timp ce altele rămân prinse sub curgere din cauza câmpului de curgere intern complex al unui hidrociclon.. Conectarea mai multor cicloane împreună poate ajuta la rezolvarea acestei probleme, dar necesită pompe suplimentare, conducte și costuri de investiții, de asemenea.
Ca atare, este extrem de important să înțelegem cum funcționează un hidrociclon și funcționează mecanismul său de separare. Pentru ca o particulă să iasă prin preaplin și să fie descărcată în debitul inferior, trebuie să migreze spre poziții în care forța centrifugă depășește forța de tracțiune – aceste trei zone pot fi identificate pe contururile de viteză radială din interiorul hidrociclonului însuși; mai întâi în apropierea peretelui său lateral, unde viteza axială este negativă, astfel încât lichidul curge în jos, spre debitul său inferior.
A doua zonă se află la mijlocul secțiunii conice, unde viteza axială este pozitivă și lichidul se deplasează în sus într-un preaplin. Aici are loc cea mai mare parte a separării. in sfarsit, la vârful conului există o viteză axială negativă descărcată înapoi, iar efectele de forfecare ajută la concentrarea fazelor grele care urmează să fie eliberate prin el.