Hydrocyklóny patria medzi najjednoduchšie zariadenia na spracovanie nerastov, často fungujú bez potreby údržby alebo pozornosti od kohokoľvek v prevádzke. Cyklóny zostávajú vysoko účinnými separačnými nástrojmi napriek ich zložitým mechanizmom tekutín a štruktúrnym konfiguráciám, ktoré ovplyvňujú výkon separácie. Tento článok poskytne prehľad o ich činnosti, ako aj o možných krokoch na riešenie problémov, keď nefungujú tak, ako boli navrhnuté.
Oddeľujú hrubé častice
Hydrocyklóny’ Hlavným účelom je oddelenie hrubých a jemných častíc. Toto oddelenie zabezpečuje odstredivá sila aplikovaná na jeho vnútornú štruktúru; ťažšie častice majú tendenciu pohybovať sa smerom dole do jeho vírivého prúdu, zatiaľ čo jemnejšie častice sa pohybujú viac k jeho okraju, s hrubými časticami, ktoré sa prípadne vypúšťajú cez spodnú vložku alebo vrchol, zatiaľ čo jemnejšie sa pohybujú smerom k prepadu a do hornej prepadovej komory.
Charakteristiky pohybu v rámci hydrocyklónu určujú jeho separačný účinok, a výskumníci skúmali tento aspekt, aby ho zvýšili. Výskumníci, pod vedením Zhanga, vykonali rozsiahle testy na pochopenie správania pohybu častíc, aby sa zlepšil separačný efekt tohto cyklónu. Zhang zistil, že za podmienok vysokej koncentrácie kŕmenia, jemné a stredné častice s malou hustotou by mohli ľahko vstúpiť do prepadu, zatiaľ čo jemné a hrubé častice s veľkou hustotou by mohli vniknúť cez vnútorné vírivé prúdy a byť vypustené cez jeho výstup ako prepad.
Vzduchové jadro sa vytvorí v strede cyklónu, keď sa kvapalina privádza tangenciálne do jeho valcovej komory, vytvára intenzívny vírivý vír. Cyklón má axiálny spodný výstup s obmedzeným prístupom, ktorý obmedzuje všetku jeho kvapalinu okrem časti vytekať von. Raz vo vnútri, jeho tok protiprúdne smerom k jeho hornému výstupu dáva vznik vzduchovému jadru v jadre.
Veľkosti sekundárnych valcových sekcií hydrocyklónov majú významný vplyv na oblasť toku cirkulácie častíc a výkon separácie, pričom hodnoty dokonalosti monotónne klesajú s rastúcim priemerom tohto úseku. V dôsledku hrubších častíc cirkulujúcich vo vírivom prúde cyklónu, dochádza k nesprávnemu umiestneniu týchto častíc, čo vedie k ich rozptýleniu na väčšom území. Zahrnutie hrubších častíc znižuje výkon separácie a bráni vytváraniu efektívneho vzoru kruhového prúdenia vo vnútri cyklónu, a obmedzuje jeho separačné schopnosti. Dosiahnutý separačný výkon je uspokojivý; však, hodnoty dokonalosti nespĺňajú očakávania z dôvodu rotačného odporu a viskozity cyklónovej kvapaliny ovplyvňujúcej distribúciu rýchlosti častíc a trajektóriu pohybu.
Oddeľujú jemné častice
Hydrocyklóny využívajú odstredivú silu a rozdielny prietok tekutiny na efektívne oddelenie jemných a hrubých častíc. Odstredivá sila vzniká nasmerovaním vstupnej tekutiny tangenciálne k stene valca, vytvára kruhový pohyb vo svojej kvapaline, ktorý spôsobuje, že sa ťažké častice pohybujú smerom von a agregujú sa predtým, ako sa ľahšie častice špirálovito dostanú po jej stene a vyjdú cez horný prepadový otvor hydrocyklónu.
Účinnosť hydrocyklónovej separácie do značnej miery závisí od konštrukcie konštrukcie, vrátane rozmerov jeho vírového vyhľadávača, prepadové a podtokové otvory a veľkosť cyklónu. Ďalej, väčšie priemery vo všeobecnosti poskytujú lepší separačný výkon.
Hydrocyklóny sa často používajú v minerálnych aplikáciách, ako výroba betónového piesku C-33, na kontrolu veľkosti materiálu opúšťajúceho okruh drvenia. Rôzne druhy rúd majú rozdielne veľkosti uvoľňovania, ktoré sa musia dôkladne monitorovať, aby sa vytvoril ekonomicky realizovateľný produkt.
Pokles tlaku, množstvo energie potrebnej na pohyb častíc hydrocyklónom, je neoddeliteľnou súčasťou jeho kontroly. Zmena jeho vstupného tlaku môže dramaticky zmeniť účinnosť separácie – napríklad ak je tlak nastavený nižší ako cieľová hodnota, viac jemných častíc sa bude hlásiť k podtečeniu, čo vedie k hrubším rezným bodom; naopak, ak tlak prekročí cieľovú hodnotu, viac jemných častíc sa ohlási do pretečenia, čo vedie k zníženým hodnotám d50 a jemnejšej separácii.
Hustota vstupného materiálu môže mať obrovský vplyv na hydrocyklónové separácie. Vyššia hustota môže viesť k hrubším rezom, zatiaľ čo nižšia hustota vedie k jemnejším rezom; pre výber optimálneho riešenia hustoty krmiva je preto nevyhnutné, aby človek pochopil účel ich aplikácie a podľa toho zvolil hustotu krmiva.
Nastavenie priemeru hrdla umožňuje nastavenie jemných častíc obtoku posielaných priamo do prepadu, zvýšenie alebo zníženie ich prietoku priamo k nej a zníženie toho, čo sa vracia späť do cyklónu na ďalšie spracovanie.
Oddeľujú tekutiny
Hydrocyklóny oddeľujú kvapaliny od jemných častíc vytvorením vírivého účinku, ktorý vrhá ťažší materiál na vnútornú stenu valca, zatiaľ čo ľahší materiál sa pohybuje smerom von a nadol.. Táto separačná metóda funguje najlepšie, keď pevné látky majú priemer väčší ako 10 mikrónov a sú guľovitého tvaru; však, ich účinnosť sa líši v závislosti od podmienok; napríklad, so zvyšujúcou sa koncentráciou kalu sa zvyšuje aj odolnosť proti odstredivým silám častíc zvyšujúcich ich veľkosť a počet.
Kvapalina vstupujúca do cyklónu z čerpadla musí prekonať odpor; to spôsobuje poklesy tlaku a zvýšenie radiálneho tlakového gradientu, čo v konečnom dôsledku vedie k interferenčným stavom sedimentácie medzi časticami a tekutinou. Preto, použitie vrtnej kvapaliny s nízkou viskozitou je dôležité – to umožňuje časticiam rôznych veľkostí usadzovať sa vlastnou rýchlosťou bez toho, aby sa zachytili medzi tekutinou a časticami.
Hustota krmiva je ďalším kritickým prvkom, ktorý treba zvážiť pri výkone hydrocyklónu. Na splnenie cieľových veľkostí strihu, hustota krmiva sa musí zhodovať s cieľovou veľkosťou rezu, čo možno dosiahnuť buď zmenou hustoty prívodu alebo zmenou tlaku na vstupe – nižší tlak posiela viac jemných častíc do pretečenia, vytvorenie hrubšej veľkosti rezu; vyšší tlak posiela jemné častice do podtoku pre jemnejšie rezy.
Hydrocyklóny sa široko používajú na riadenie toho, aká veľkosť materiálu opúšťa drviace okruhy pre aplikácie z tvrdých hornín a drahých kovov.. Pri použití v týchto kontextoch, okamžitý prítok tekutiny do hydrocyklónu sa rovná celkovému okamžitému toku ľahkých častíc plus toku ťažkých častíc; ťažké častice sa budú pohybovať rýchlejšie ako ľahké a hromadia sa pri hornom prepade hydrocyklónu.
Ťažké materiály je potom možné zo systému odstrániť. Všetka zostávajúca tekutá zmes v cyklóne sa potom odčerpá cez jeho spodný výstup, známy ako Apex, cez vírovú vyhľadávaciu trubicu.
Oddeľujú oleje
Hydrocyklóny sa stali inovatívnym riešením problému oddeľovania olejových častíc od hrubého materiálu. Bola navrhnutá špeciálna forma zariadenia, ktorá využíva šmykovú silu na oddelenie kvapiek oleja od kvapalného média. Túto technológiu možno použiť pri obrábaní kovov na oddelenie mazív od chladiacej vody alebo vŕtanie na odstránenie piesku a hliny z bahna.
Hydrocyklóny sa líšia od iných zariadení na spracovanie nerastov tým, že majú málo pohyblivých častí a pri vykonávaní separačných procesov závisia od geometrie a tlaku tekutiny.. Sú navrhnuté ako jednoduché, ale spoľahlivé stroje, ktoré často fungujú roky bez veľkých nákladov na údržbu – napriek tomu mnohí používatelia nevedia, ako riešiť problémy s hydrocyklónom, keď niečo nejde podľa očakávania.
Jednou z kľúčových výziev spojených s hydrocyklónmi je strhávanie. Keď sa oddelí hrubý materiál od jemných, niektoré ťažšie materiály budú zanesené do prepadu, zatiaľ čo iné zostanú zachytené pod prúdom v dôsledku zložitého vnútorného prúdového poľa hydrocyklónu. Spojenie viacerých cyklónov môže pomôcť vyriešiť tento problém, ale vyžaduje si ďalšie čerpadlá, potrubia a investičné náklady.
Ako taký, je životne dôležité, aby človek pochopil, ako hydrocyklón funguje a funguje jeho separačný mechanizmus. Aby častica vystúpila cez svoj prepad a bola vypustená do jeho spodného toku, musia migrovať do polôh, kde odstredivá sila prevyšuje odporovú silu – tieto tri oblasti možno identifikovať na obrysoch radiálnej rýchlosti v rámci samotného hydrocyklónu; najprv v blízkosti jeho bočnej steny, kde je axiálna rýchlosť záporná, takže kvapalina prúdi dole smerom k jej spodnému toku.
Druhá oblasť leží v strede kužeľovej časti, kde axiálna rýchlosť je kladná a kvapalina sa pohybuje nahor do prepadu. Tu dochádza k najväčšiemu oddeľovaniu. Konečne, na vrchole kužeľa je záporná axiálna rýchlosť vypúšťaná späť von a šmykové efekty pomáhajú koncentrovať ťažké fázy, ktoré sa cez ňu uvoľňujú.