Гидроциклон (часто упоминаются в сокращенном виде гидроциклоне или циклон ) представляет собой устройство для классификации, раздельные или сортировок частиц в жидкой суспензии , основанной на соотношении их центростремительной силы к сопротивлению жидкости . Это соотношение высокое для плотных (где требуется разделение по плотности) и крупных (где требуется разделение по размеру) частиц, и низкое для легких и мелких частиц. Гидроциклоны также находят применение при разделении жидкостей разной плотности.
Другое описание: гидроциклон - это механическое устройство, предназначенное для уменьшения или увеличения концентрации дисперсной фазы, твердого вещества, жидкости или газа различной плотности за счет центростремительных сил или центробежных сил в вихре. [1]
Смесь вводится в гидроциклон таким образом, чтобы создать вихрь, и, в зависимости от относительной плотности двух фаз, центробежное ускорение заставит дисперсную фазу двигаться от или к центральному ядру вихря.
Гидроциклон обычно имеет цилиндрическую секцию вверху, куда жидкость подается по касательной , и коническое основание. Угол и, следовательно, длина конической секции играет роль в определении рабочих характеристик.
Дизайн [ править ]
Гидроциклон - это классификатор, который имеет два выхода на оси: один внизу (нижний поток или отклонение ) и один вверху ( переток или прием ). Нижний продукт обычно представляет собой более плотную или более крупную фракцию, а выходящий поток - более легкую или более мелкую фракцию. В нем нет движущихся частей, и его работа зависит от двух основных параметров:
- Характеристики питающего потока.
- Геометрия циклона.
Характеристики потока сырья включают в себя гранулометрический состав твердых частиц в потоке сырья, плотность пульпы (процент твердых веществ в суспензии), вязкость пульпы и давление на входе для разделения твердой и жидкой фаз. В исходных потоках жидкость / жидкость, например в нефтесодержащей воде, основные характеристики сырья основаны на размере и распределении масляных капель, плотности нефти, плотности воды, концентрации нефти, вязкости и температуры.
Геометрия циклона включает форму и площадь входа, размеры циклона (угол конуса, длину цилиндрической секции и общая длина циклона), а также диаметры входа, вихря и вершины.
Внутри инерции противодействует сопротивление жидкости, в результате чего более крупные или более плотные частицы транспортируются к стенке для возможного выхода на стороне нижнего потока с ограниченным количеством жидкости, в то время как более мелкие или менее плотные частицы остаются внутри. жидкость и выходит со стороны перелива через трубку, слегка проходящую в корпус циклона в центре. [2]
Передние гидроциклоны удаляют частицы, которые более плотны, чем окружающая жидкость, а обратные гидроциклоны удаляют частицы, которые менее плотны, чем окружающая жидкость. В обратном гидроциклоне перелив находится на вершине, а нижний сток - у основания. Есть также гидроциклоны параллельных потоков , где оба принимают и отвергают , удаляются на вершине. Гидроциклоны с параллельным потоком удаляют частицы, которые легче окружающей жидкости. [3]
Гидроциклоны могут быть изготовлены из металла (в основном из стали ), керамики или пластика (например, из полиуретана , полипропилена или других типов). Металлические или керамические гидроциклоны используются в ситуациях, требующих большей прочности или долговечности с точки зрения нагрева или давления. При сильном истирании (например, частиц песка ) полиуретан работает лучше, чем металлы или керамика. Металлический футерованный полиуретаном применяется в случаях комбинированного истирания и высокого давления.
В суспензии частиц одинаковой плотности можно сделать относительно острый разрез. Размер, при котором разделяются частицы, зависит от диаметра циклона, выходных размеров, давления подачи и относительных характеристик частиц и жидкости. Эффективность разделения зависит от концентрации твердых веществ: чем выше концентрация, тем ниже эффективность разделения. Также существует значительная разница в плотности суспензии между выходом из основания (мелочь) и выходом из вершины, где поток жидкости невелик.
Если диапазон размеров частиц ограничен, но есть различия в плотности между типами частиц, более плотные частицы будут выходить предпочтительно на вершине. Таким образом, устройство является средством избирательного концентрирования, например, минералов.
Это устройство также связано с центрифугой ; Оба они предназначены для разделения тяжелых и легких веществ в жидкости за счет применения центробежной силы. [4] Центрифуги создают разделительную силу за счет вращения всего оборудования; гидроциклоны используют центробежные силы движения жидкостей для достижения разделения.
Расчетные уравнения [ править ]
Для гидроциклона Bradley размеры каждой детали всегда в одинаковых пропорциях. Падение давления должно составлять от 20 до 60 фунтов на квадратный дюйм.
- Di - входной диаметр
- Do - диаметр перелива
- Du - диаметр нижнего слива
- Dc - диаметр камеры
- L - высота гидроциклона
- l - высота цилиндрической части гидроциклона
- ℓ - высота вихревой трубы гидроциклона
- Le - длина выпускной трубы
- Тета - угол у основания гидроциклона.
- Di / Dc = 1/90
- Do / Dc = 1/5
- Du / Dc = -
- L / Dc = -
- l / Dc = 1/2
- ℓ / Dc = 1/3
- Тета = 9 градусов
Использует [ редактировать ]
Гидроциклон чаще всего используется для отделения «тяжелых» от жидкой смеси, возникающей в центробежном насосе или другом непрерывном источнике жидкости под давлением, или двухфазных (газожидкостных) системах. [5] Гидроциклон, скорее всего, будет правильным выбором для процессов, где «легкие» составляют большую часть смеси и где «тяжелые» оседают довольно легко.
Обычно гидроциклоны используются в системах с непрерывным потоком, так что мгновенный приток жидкости в гидроциклон равен полному мгновенному оттоку «легких» плюс «тяжелых». В тех случаях, когда «тяжелые вещества» составляют очень небольшую часть всей жидкости, иногда выгодно накапливать их в нижней части гидроциклона для периодического удаления.
Приложения включают:
- В производстве картофеля , маниоки , пшеницы и кукурузного крахмала как для концентрирования, так и для промывки сырого крахмального молока. Гидроциклоны заменяют сепараторы как более экономичный метод разделения.
- На целлюлозно-бумажных комбинатах для удаления песка, скоб, пластиковых частиц и других загрязнений.
- В буровой промышленности для отделения песка от дорогой глины, которая используется для смазки во время бурения.
- В нефтяной промышленности для отделения нефти от воды или наоборот .
- В металлообработке для отделения металлических частиц от охлаждающей жидкости.
- На заводах по производству картофеля фри и картофельных чипсов для поточного восстановления крахмала из воды для резки и сточных вод.
- При переработке полезных ископаемых гидроциклоны широко используются как для классификации частиц для рециркуляции в контурах измельчения, так и для различения полезных ископаемых и пустой породы .
- Для удаления частиц песка и ила из поливной воды в целях капельного орошения .
См. Также [ править ]
Ссылки [ править ]
- ^ Гидроциклон: д-р Дерек Алан Колман, факультет машиностроения, Саутгемптонский университет, Англия
- ^ Поведение гидроциклона
- ^ Принцип разделения архивации 10 июня 2007, в Wayback Machine
- ^ «Вращающийся сепаратор частиц: эффективный метод отделения капель и частиц микронного размера от жидкостей» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 22 февраля 2015 года . Проверено 15 августа 2013 .
- ^ Колли, АН; Fornés, JP; González Pérez, O .; Бисанг, Дж. М. (июнь 2019 г.). «Оценка модифицированного гидроциклона как электрохимического реактора для обработки двухфазных (газожидкостных) систем». Electrochimica Acta . 309 : 219–227. DOI : 10.1016 / j.electacta.2019.04.056 .
