Hydrocykloner – Effektiv separation för förbättrad bearbetning

Hydrocykloner använder vätskehastighet för att omvandla till roterande rörelse, med tyngre eller tätare partiklar som spiralerar runt innerväggen tills de kommer ut genom ett begränsat axiellt bottenutlopp som underflöde, medan finare partiklar strömmar ut via ett axiellt topputlopp.

Separationseffektiviteten i cykloner beror på flera viktiga design- och driftsvariabler, som kommer att diskuteras häri som faktorer som påverkar gradseparationseffektiviteten (GSE).

Storlek och densitet

Hydrocykloner använder storlek och densitet för att skilja material åt. Tyngre partiklar fastnar mot väggarna, gå sedan ut genom ett underflödesutlopp i botten. Lättare finare partiklar förblir svävande nära toppen och släpps ut via bräddavlopp (även kallade spetsar) på olika höjder beroende på nedströms applikationsbehov.

Separationsprestanda i cykloner beror på dess interna flödesfält, som kan justeras genom att optimera dess struktur eller ändra driftsparametrar. Matningsflödeshastighet och tryckskillnad över cyklonen har särskilt inflytande över den genererade centrifugalkraften.

Överensstämmelse mellan inloppstrycket och matningsflödet hjälper till att minimera partikeluppehållstiden i en cyklon, och att välja en med en stor spetsdiameter hjälper till att minimera risken för repning som uppstår när material kommer in i både bräddavlopp och underflödesutlopp samtidigt.

Tryckfall

Hydrocykloner kan blockeras med fasta föroreningar, skapa allvarliga drifts- och utrustningsproblem som matarpumpar. Regelbunden inspektion av deras foder för tecken på slitage är nyckeln till att minska denna risk.

För att uppnå en effektiv separationsprocess, diametern på en cyklon måste väljas noggrant i enlighet med dess tillämpning. Dessutom, ändrade flödeshastigheter eller ton per timme (tph) kan ändra dess skärpunkt och därmed påverka effektivitetsnivåerna.

Så snart slurry kommer in i en cyklon, den drivs till rotation av centrifugalkraft och börjar bilda en virvel inuti sin cylindriska kammare. Tyngre partiklar faller ner i cylindersektionen för att komma ut genom dess spets medan lättare material dras in i virvelns mitt genom inåtgående vätskerörelse och transporteras mot dess överflödesutlopp.

Uppslamningskoncentration

Hydrocyklonseparation kräver en viss mängd internt tryck som måste skapas i cyklonen för att nå framgång. Slamdens densitet, den inmatade volymen och storleken spelar alla en viktig roll för att skapa denna centrifugalkraft – trycker tyngre partiklar mot mitten snarare än mot dess spets och ut genom bräddavloppet.

Låg matningskoncentration kan resultera i grövre separation medan högt matningstryck ger finare resultat. Dessutom, inloppsstorleken kan ha stor inverkan på separationsresultaten; större inlopp ökar kapaciteten.

Yang et al. genomfört forskning för att utvärdera separationsprestandan hos hydrocykloner med olika huvuddiametrar genom att använda både simulerings- och experimentmetoder. Deras resultat visade att när de används för att separera slurry i mindre DC-hydrocykloner vid bräddavloppsutlopp ökar koncentrationen gradvis medan den minskar vid längre områden bort från cyklonens spets, vilket tyder på att dessa hydrocykloner uppnår förbättrad separationseffektivitet.

Vortex Finder

Matarmaterial införs tangentiellt i cyklonen och snurras för att generera centrifugalkraft som separerar tyngre partiklar från lättare., med lättare sådana som går ut genom ett bräddavlopp medan de är grövre, tyngre partiklar kommer ut via ett underflödesutlopp.

Partikelstorleken i en hydrocyklon påverkas av många variabler, såsom dess inloppshastighet, kortsluta flödeshastighetsförhållanden och separationseffektivitet. Att bedöma dessa influenser på partikelsnittstorlek i hydrocykloner, en modell som använder Reynolds stressanalys och volym av vätska användes för att förutsäga dess separationsprocess.

Resultaten visade att inloppshastigheten och Vortex Finder-längden har störst effekt på partikelsnittstorleken. En längre Vortex Finder kan minska tryckfallet och axiella/tangentiella/radiala hastigheter men skulle öka fluktuationerna i AVWZ; tjockare väggar kan fortfarande bidra till att minska dessa faktorer, har ändå mindre effekt på cirkulationsflödet i förseparerade utrymmen.