Hydrocykloner – Hur de separerar partiklar från vätskor

Hydrocykloner är en av de mest använda delarna av mineralbearbetningsutrustning. Deras grundläggande design är beroende av tryck utifrån för att producera en roterande rörelse i vätskeblandningen inuti den, orsakar att tunga partiklar samlas längs dess väggar innan de rinner ut genom dess bottenutlopp.

De separerar partiklar

Hydrocykloner är statiska enheter som använder centrifugalacceleration för att separera partiklar med olika densiteter från vätska. Täta partiklar – vare sig det är fast eller flytande – rör sig mot den yttre kanten av en virvel medan lättare partiklar vandrar mot dess centrala kärna, med grövre och större partiklar som lämnar via sitt underflöde, medan fina partiklar färdas längre uppförsbacke innan de kommer ut via sin spets genom centrifugalkraften och ut genom dess översvämning.

Separationsprestanda beror på flera faktorer, inklusive cyklonstorlek, diameter och form samt vätskedynamik och partikelegenskaper i förhållande till vätskemediets egenskaper. Slipmedel eller tätt tillfört material kommer sannolikt inte att separeras effektivt med hydrocykloner.

Olika studier har undersökt effekterna av partikelstorlek och form på separation. Resultaten har visat att dragkrafter är proportionella mot partiklar med maximal projicerad area längs riktningen för vätskeflödet i en hydrocyklon; Kashiwaya et al.. undersökte denna parameter på både enstaka och blandade separationer via CFD-DEM-kopplingsteknologi samt experimentella testmetoder.

Som ett mått på separationseffektivitet, mäta koncentrationen av “tunga” i bräddavloppet är det idealiska sättet att utvärdera hydrocyklonprestanda. Detta kan åstadkommas antingen på volymprocentbasis eller, mer exakt, med hjälp av viktmått.

De separerar grova partiklar

Hydrocykloner använder tangentiell inloppshastighet för att snurra en suspension inuti, skapar ett fallande externt virvelflöde och isolerar tunga komponenter från vätska. Tyngre komponenter agglomererar vid cyklonens väggar medan lättare finare partiklar passerar ut genom deras övre utlopp.

Hydrocykloner är bland den mest använda utrustningen för att separera fina och grova partiklar inom massa- och pappersindustrin, tack vare deras enkla design, kostnadseffektivitet, enkel drift och lång livslängd utan att behöva mycket i form av underhåll eller input från operatörer. Men även med alla sina fördelar kan de fortfarande uppleva prestandaförsämring över tiden.

Vid felsökning av problem med hydrocykloner, det kan vara till hjälp att förstå deras funktion och de faktorer som påverkar deras prestanda. En viktig faktor i deras separationseffektivitet är tryck som appliceras vid deras inlopp – som har en omedelbar inverkan på partikelskärningspunkten beroende på tryck som appliceras, konens diameterstorlek och materialtyp.

Hydrocykloner är utrustade med en av tre inloppskonstruktioner: tangentiell, involut eller båge. Testresultat utförda med alla tre inloppsdesignerna kan ses i figuren 7 och Tabell 2, varvid båginloppshydrocykloner konsekvent överträffade båda sina motsvarigheter över ett brett spektrum av storleksklassificeringsförhållanden (SC).

De separerar fina partiklar

Hydrocykloner kan användas för att separera fina partiklar genom att använda vätsketryck för att generera ett flödesmönster som separerar partiklar baserat på densitet och form. Justering av trycknivåer i matningsledningen ändrar separeringspunkten (även kallad cut point); lägre tryck skapar grövre snitt medan högre tryck ger finare separation.

Hydrocykloner använder sin konformade inre sektion för att skapa en zon med lågt tryck, vilket påskyndar partikelavsättningshastigheten. Snabbare sedimenterande partiklar migrerar mot väggen av cyklonen och går ut via dess spetsöppning som underflöde, medan långsammare sedimenterande partiklar som är tyngre än deras omgivande uppslamningsmedium dras nedåt av centrifugalkraften och dyker upp genom sin virvelsökare som översvämning.

På 6.5 mm från väggen på en cyklon, partikelfaser vid 6.5 mm avstånd från dess vägg mäts som summan av tryckgradientacceleration och motståndsacceleration, med dragacceleration definierad som relativ rörelse mellan faserna. Av alla inlopp som används för klassificeringsändamål, C:s starkare dragaccelerationsfält förklarar dess överlägsna klassificeringsskärpa vid högre matnings-SC.

De separerar vatten

Hydrocykloner använder vätsketryck för att generera centrifugalkraft och flödesmönster som kan separera partiklar eller droppar från flytande medium. För att denna separation ska kunna ske, deras densitet måste skilja sig väsentligt från det flytande mediets.

En typisk design involverar insprutning tangentiellt med hög hastighet i en övre cylindrisk sektion som förenar en konisk kropp, skapar en stark vätskerörelse som tvingar grövre material genom bottenaxiala utlopp som kallas rejektsidor, och finare genom toppaxiella rör som kallas överloppssidor.

Kontroll av skärstorleken kan åstadkommas genom att ändra matningstrycket in i cyklonen. Pilotförsök använder vanligtvis två ventiler för justering av flödesdelning mellan utlopp tills önskat d50-värde har uppnåtts; när detta har bestämts, en öppning kan ersätta dessa ventiler i rutindrift.

Denna utrustning används i stor utsträckning vid mineralbearbetning för att klassificera partiklar för återcirkulation i malningskretsar, skilja mellan ekonomiska mineraler och gånggas, separera olja från vatten i REFINERI OCH OFFSHORE OLJEINDUSTRIER och ta bort sand/slam från bevattning eller dricksvatten, bland många andra användningsområden. Dessutom, denna utrustning kan också användas som inkrementell anrikning för att minska belastningen på dyrare separationsutrustning samtidigt som den övergripande driftsekonomin förbättras.