Хидроциклони су међу најједноставнијим деловима опреме за прераду минерала, често раде без потребе за одржавањем или пажњом било кога у раду. Циклони остају веома ефикасни алати за одвајање упркос својим сложеним флуидним механизмима и структурним конфигурацијама које утичу на перформансе одвајања. Овај чланак ће дати преглед њиховог рада, као и могуће кораке за решавање проблема када не раде како је дизајнирано.
Они одвајају грубе честице
Хидроциклони’ главна сврха је одвајање грубих од финих честица. Центрифугална сила примењена на његову унутрашњу структуру обезбеђује ово раздвајање; теже честице теже да се померају надоле у његов вртложни ток, док се ситније померају више према његовој ивици, са грубим честицама које се на крају испуштају кроз доњи поклопац или врх, док се ситније крећу према преливу и у горњу преливну комору.
Карактеристике кретања унутар хидроциклона одређују његов ефекат раздвајања, а истраживачи су истражили овај аспект да би га повећали. Истраживачи, на челу са Џангом, спровели опсежне тестове како би разумели понашање кретања честица како би побољшали ефекат раздвајања овог циклона. Зханг је то открио у условима храњења високе концентрације, фине и средње честице мале густине могу лако да уђу у прелив, док фине и грубе честице велике густине могу да уђу кроз унутрашње вртложне токове и да се испусте кроз његов излаз као преливање.
Ваздушно језгро се формира у центру циклона када се течност унесе тангенцијално у његову цилиндричну комору, стварајући интензиван вртложни вртлог. Циклон има аксијални доњи излаз са ограниченим приступом који спречава да исцури све осим дела течности. Једном унутра, његов ток у супротном смеру ка његовом горњем излазу ствара ваздушно језгро у језгру.
Величина секундарног цилиндричног пресека хидроциклона има значајан утицај на област протока честица и перформансе одвајања, при чему се вредности савршенства монотоно смањују како пречник овог пресека расте. Због више грубих честица које круже унутар вртложног тока циклона, долази до погрешног постављања ових честица, што доводи до њиховог ширења на већем подручју. Обухватање више грубих честица смањује перформансе одвајања и спречава формирање ефикасног кружног тока унутар циклона, и омета његове способности раздвајања. Постигнути учинак раздвајања је задовољавајући; међутим, вредности савршенства не испуњавају очекивања због отпора ротације и вискозитета циклонске течности који утичу на расподелу брзине честица и путању кретања.
Они одвајају фине честице
Хидроциклони користе центрифугалну силу и диференцијални проток течности да ефикасно одвоје фине од грубих честица. Центрифугална сила се ствара усмеравањем улазног флуида тангенцијално према зиду цилиндра, стварајући кружно кретање унутар течности које узрокује да се тешке честице померају напоље и агрегирају пре него што се лакше завоје низ њен зид и изађу из горњег отвора за преливање хидроциклона.
Ефикасност одвајања хидроциклона у великој мери зависи од дизајна његове структуре, укључујући и димензије његовог проналазача вртлога, преливних и доводних отвора и величине циклона. Надаље, већи пречници углавном дају боље перформансе одвајања.
Хидроциклони се често користе у минералним апликацијама, као што је производња песка за бетон Ц-33, за контролу материјала које величине излази из круга уситњавања. Различите врсте руде имају различите величине ослобађања које се морају пажљиво пратити како би се створио економски изводљив производ.
Пад притиска, количина енергије која је потребна честицама да се крећу кроз хидроциклон, саставни је део његове контроле. Промена његовог улазног притиска може драматично променити ефикасност одвајања – на пример, ако је притисак подешен нижи од циљног, више финих ће се јавити у доњи проток што доводи до грубљих тачака сечења; обрнуто, ако притисак премаши циљ, више финих ће се јавити у преливање што доводи до смањених вредности д50 и финијег одвајања.
Густина сировине може имати огроман утицај на одвајање хидроциклона. Већа густина може резултирати грубљим резовима, док мања густина производи финије резове; да би се изабрало решење оптималне густине хране, стога је неопходно да се разуме циљ њихове примене и да се одабере густина хране у складу са овим.
Подешавање пречника отвора омогућава подешавање ситних количина бајпаса који се шаљу директно у прелив, повећање или смањење њиховог протока директно према њему и смањење онога што се враћа у циклон ради даље обраде.
Они одвајају течности
Хидроциклони одвајају течности од финих честица стварајући вртложну акцију која баца тежи материјал на унутрашњи зид цилиндра док се лакши материјал креће ка споља и надоле. Ова метода раздвајања најбоље функционише када чврсте материје имају пречнике веће од 10 микрона и сферног су облика; међутим, њихова ефикасност варира у зависности од услова; на пример, како се концентрација суспензије повећава, тако се повећава и отпор центрифугалним силама честица које повећавају њихову величину и број.
Течност која улази у циклон из пумпе мора да савлада отпор; ово узрокује пад притиска и повећање радијалног градијента притиска, што на крају доводи до стања седиментације интерференције између честица и течности. Стога, употреба течности за бушење ниске вискозности је важна – ово омогућава честицама различитих величина да се таложе својом брзином без да буду заробљене између течности и честица.
Густина хране је још један критичан елемент који треба узети у обзир у перформансама хидроциклона. За постизање циљаних величина резова, густина хране мора да се поклапа са циљном величином резања, што се може постићи или променом густине довода или променом притиска на улазу – нижи притисак шаље више фина у преливање, стварајући грубље резове; виши притисак шаље ситне честице у доњи ток за финије резове.
Хидроциклони се нашироко користе за контролу материјала које величине излази из кругова уситњавања за примене у тврдим стенама и племенитим металима. Када се примени у овим контекстима, тренутни доток течности у хидроциклон једнак је укупном тренутном протоку лаких честица плус проток тешких честица; тешке честице ће се кретати брже од лаких и акумулирати се на горњем преливу хидроциклона.
Тешки материјали се тада могу уклонити из система. Сва преостала смеша течности у циклону ће се затим испумпати кроз његов доњи излаз, познат као Апек, преко цеви за проналажење вртлога.
Они одвајају уља
Хидроциклони су постали иновативно решење за изазов одвајања уљаних честица од грубог материјала. Дизајниран је посебан облик опреме који користи силу смицања за одвајање капљица уља из течног медија. Ова технологија се може применити у обради метала за одвајање мазива од расхладне воде или операција бушења за уклањање песка и глине из муља.
Хидроциклони се разликују од друге опреме за прераду минерала по томе што имају мало покретних делова и зависе од геометрије и притиска течности за обављање процеса сепарације. Дизајнирани су да буду једноставне, али поуздане машине које често раде годинама без много трошкова одржавања – ипак многи корисници не знају како да реше хидроциклон када нешто не иде како се очекивало.
Један од кључних изазова повезаних са хидроциклонима је увлачење. Када се груби материјал одвоји од ситних, неки тежи материјали ће се однети у прелив, док други остају ухваћени испод тока због сложеног унутрашњег поља струјања хидроциклона. Повезивање више циклона заједно може помоћи у решавању овог проблема, али захтева додатне пумпе, цевовода и инвестиционих трошкова такође.
Као такав, од виталног је значаја да се разуме како функционише хидроциклон и функционише његов механизам за одвајање. Да би честица изашла кроз свој прелив и била испуштена у свој доњи ток, морају да мигрирају ка позицијама где центрифугална сила прелази силу отпора – ове три области се могу идентификовати на контурама радијалних брзина унутар самог хидроциклона; прво близу његове бочне стране где је аксијална брзина негативна тако да течност тече наниже ка свом доњем току.
Друга област лежи на средини конусног пресека, где је аксијална брзина позитивна и течност се креће према горе у преливу. Овде се највише раздваја. Коначно, на врху конуса постоји негативна аксијална брзина која се враћа назад и ефекти смицања помажу концентрисати тешке фазе које се ослобађају кроз њега.