Hydrocykloner för effektiv vätskeavskiljning

Hydrocykloner är utformade för att förbättra separationsprestandan samtidigt som energiförbrukningen sänks genom att ändra vätskeflödet i enheten.

Primär separering sker i den cylindriska sektionen av en cyklon innan partiklar kommer in i den koniska sektionen för ytterligare separationsprocesser som beror på matningstätheten.

Cyklongeometri

En cyklon är en cirkulär utrustning som använder centrifugalkraft för att separera större partiklar eller droppar från ett medium. När dess centrifugalkraft överstiger vätskors dragkraft, större eller tätare partiklar lämnar genom ett övre utlopp i toppen, medan finare eller kasserade partiklar kommer ut via lägre rejektutlopp vid basen.

Tangentiella inloppskonstruktioner främjar stark virvelbildning, öka separationseffektiviteten. Dessutom, konstruktionen förhindrar kortslutningsflöde som uppstår när höghastighetsgas kommer in i separatorn.

För maximal separationseffektivitet, kroppen/pipan på en cyklon bör vara av lämplig storlek för att säkerställa optimal separationseffektivitet. För att bestämma detta, leta efter en liten fläktspray när materialet lämnar toppen av cyklonen; detta indikerar att den har rätt storlek. Om istället material läcker ut under din separator istället, antingen öka matningstrycket/flödet eller minska skärstorleken (dvs. grova upp det).

Överloppsslitsar

Design av bräddavloppsslitsar har ett enormt inflytande på hydrocyklonseparationseffektiviteten och klyvningsförhållandet. I allmänhet, prestandan ökar med ökande överloppsslitsbredd och minskande underflödesslitsbredd.

När den matas in i en cyklon, slurry roterar inom sina cylindriska väggar och skapar centrifugalkraft för att sortera material efter densitet. Tunga partiklar kolliderar mot väggen och dras ner genom ett utloppsrör som kallas virvelsökare innan de går ut genom ett underflödesutloppsrör; tunga förblir instängda mot den och ackumuleras där tills de flygs över via virvelsökaren eller virvelsökarens utflödesrör.

För optimal effektivitet av en hydrocyklon, ett optimalt förhållande mellan axiell och tangentiell hastighet måste uppnås för att minimera turbulensintensitet och energiförluster inom dess väggar samt möjliggöra för lätta partiklar att komma åt tillräcklig centrifugalkraft för att nå deras överflödesutlopp.

Mynningsvinklar

När den matas tangentiellt in i en cykloncylinder, dess snurrande verkan omvandlar vätskehastigheten till centrifugalkraft som drar tyngre partiklar mot väggen medan lättare finare partiklar agglomererar och spiralformar uppåt för att komma ut genom dess övre överflödesutlopp; tyngre grövre partiklar faller sedan bakåt i dess bottenavfallsutlopp med lite vätska genom ett förlängningsrör (kallas virvelsökare).

Hydrocyklonseparation kan göras mer effektiv genom att använda icke-skjuvningsflödesmönster som minimerar skjuvkrafter; skjuvfria konstruktioner kan erbjuda andra fördelar jämfört med traditionell mediafiltrering, såsom ökad kylvätskelivslängd. Vid design av systemet, dock, skjuvning måste också beaktas.

Axial hastighetsfördelning

När centrifugalkraften kan överträffa friktionskrafterna som upplevs av vätska, tunga partiklar separeras från vätskan och kommer ut genom ett axiellt bottenutlopp (underflöde) medan lättare vätskor kommer in genom ett övre utlopp på en hydrocyklon (svämma över).

En cyklon har två utlopp på sin axiella axel; en på botten känd som “avvisa sidan,” och ett annat större uttag på toppen känd som “översvämningssida.” Tangentiell injektion i dess cylindriska kammare skapar ett virvlande flödesmönster; utsläpp från bräddningssidan går genom ett axiellt rör som skjuter ut från cyklonens spets.

Dock, inneboende vätskeflödesegenskaper leder till ofullständig separation och energiförlust oavsett geometri. Strävar efter optimal design, olika vätskeflödesförbättringsdesigner har föreslagits och testats – som att sätta in en mittkropp9, inre kon11, dubbla bräddrör12-13, slitskon 14 och överloppslock 15 till exempel; alla har visat sig minska luftkärnans diameter samtidigt som de ökar partikelstorleksklassificeringens prestanda.