هیدروسیکلون

هیدروسیکلون (که اغلب با نام کوتاه سیکلون خوانده می­شود) دستگاهی برای جداسازی یا تقسیم بندی ذرات در مایع سوسپانسیون بر اساس نسبت نیروی جاذبه مرکز آنها به مقاومت سیال است. این نسبت برای ذرات چگال و درشت (که جداسازی توسط اندازه مورد نیاز است) بالا و برای ذرات سبک و نرم پائین است. هیدروسیکلون هم چنین کاربردهایی در جداسازی مایعات با دانسیته­های مختلف پیدا کرده است.

تعریفی متفاوت: هیدروسیکلون یک دستگاه مکانیکی طراحی شده برای کاهش یا افزایش غلظت فاز پراکندگی، جامد، مایع یا گاز با دانسیته های مختلف، توسط

 

نیروی جاذبه مرکز یا نیروی گریز از مرکز با ورتکس می باشد.

نمایی از هیدروسیکلون:

1. ورودی مخلوط مایع – جامد
2. خروجی جامدات سنگین
3. خروجی مایع خالص

مخلوط به درون هیدروسیکلون به منظور ایجاد ورتکس تزریق می شود و بسته به دانسیته­های هر دو فاز، سرعت گریز از مرکز باعث پراکندگی فاز جهت کنار رفتن یا نزدیک شدن به هسته مرکزی ورتکس خواهد شد.

هیدروسیکلون به طور معمول دارای یک قسمت استوانه­ای در بالاست که در آن مایع به صورت قیف و به پایه مخروطی تغذیه می­شود. زاویه و در نتیجه طول بخش مخروطی نقش مهمی در تعیین ویژگی های عملیاتی ایفا می­کند.

طراحی

هیدروسیکلون یک جداساز است که دارای دو خروجی بر روی یک محور است: یکی در پایین (پاریز و یا رد) و یکی در بالا (سرریز یا پذیرش). پاریز عموما برای جز چگال­تر یا درشت­تر است، در حالی که سرریز جز سبک تر یا نرم­تر است. هیدروسیکلون هیچ قسمت متحرکی ندارد و عملکرد آن به دو پارامتر اصلی بستگی دارد:

1. خصوصیات جریان خوراک
2. هندسه سیکلون

 

نیروهای گریز از مرکز در هیدروسیکلون برای جداسازی آب روغنی

خصوصیات جریان خوراک شامل توزیع ذرات جامدات در جریان خوراک، دانسیته خمیر (درصد جامدات در اسلاری)، ویسکوزیته خمیر و فشار ورودی برای جداسازی جامد/مایع می­شود. در جریان خوراک مایع/مایع، به عنوان مثال در آب روغنی، ویژگی های اصلی خوراک بر اساس اندازه و توزیع قطرات روغن، چگالی روغن، چگالی آب، غلظت روغن، ویسکوزیته و درجه حرارت می­باشد.

هندسه سیکلون شامل شکل و سطح ورودی، ابعاد سیکلون (زاویه مخروطی، طول بخش استوانه­ای و طول کل سیکلون) و قطرهای ورودی، ورتکس و راس می­شود.

در داخل، اینرسی با مقاومت مایع جبران می­شود، با این اثر ذرات بزرگ­تر یا چگال تر به سمت دیواره برای خروج احتمالی در سمت پاریز با مقدار محدودی از مایع منتقل می­شوند، در حالی که ذرات نرم تر و یا با چگالی کمتر در مایع باقی می­مانند و از سمت سر ریز از طریق یک لوله به اندازۀ کمی به داخل بدنه سیکلون در مرکز خارج می شوند.

در هیدروسیکلون­ها ذراتی که نسبت به سیال چگال­تر هستند حذف می­شوند، در حالی که در هیدروسیکلون­های معکوس، ذراتی که چگالی کمتری نسبت به سیال دارند، حذف می­شوند. در هیدروسکلون معکوس، سرریز در راس و پاریز در انتها است. همچنین هیدروسیکلون­های جریان موازی وجود دارد که در آن هر دوی پذیرش و رد در راس حذف می­شوند. هیدروسیکلون­های جریان موازی ذراتی را که نسبت به سیال سبک­تر است حذف می­کنند.

هیدروسیکلون­ها می­توانند از فلز (عمدتا فولاد)، سرامیک یا پلاستیک (مانند پلی یورتان، پلی پروپیلن یا انواع دیگر) ساخته شوند. هیدروسیکلون­های فلزی یا سرامیکی برای شرایطی که به استحکام بیشتر یا از لحاظ حرارت یا فشار دوام نیاز دارند مورد استفاده قرار می­گیرند. هنگامی که سایش زیادی رخ می­دهد (مانند سایشی که با ذرات شن و ماسه رخ می­دهد) پلی یورتان بهتر از فلزات و سرامیک پاسخ گوست. فلز با پوشش پلی یورتان در موارد سایش و فشار بالا به صورت ترکیبی مورد استفاده قرار می­گیرد.

در سوسپانسیون ذرات با چگالی یکسان، یک بریدگی نسبتا تیز می تواند ایجاد شود. اندازه­ای که در آن جدا سازی ذرات انجام می­شود تابعی از قطر سیکلون، ابعاد خروجی، فشار تغذیه و ویژگی­های نسبی ذرات و مایع است. جداسازی کارا تابعی از غلظت جامدات است: در غلظت بالاتر، کارایی جداسازی پایین تر است. همچنین تفاوت قابل توجهی در چگالی سوسپانسیون بین خروجی انتهایی (نرم تر) و خروجی راس وجود دارد، جایی که جریان مایع کمی وجود دارد.

اگر رنج اندازه ذرات محدود شده باشد، اما تفاوت بین چگالی انواع ذرات وجود دارد، ذرات چگال تر به ترتیب از راس بیرون خواهند رفت. بنابراین این دستگاه به عنوان وسیله ای برای انتخاب غلظت به عنوان مثال، برای مواد معدنی است.

این دستگاه همچنین وابسته به سانتریفیوژ است. هر دوی آنها برای جدا سازی مواد سنگین تر و سبک تر در مایع با استفاده از نیروی گریز از مرکز در نظر گرفته شده­اند. سانتریفیوژها نیروی جداسازی را توسط چرخش کل تجهیزات تولید می­کنند؛ هیدروسیکلون­ها از نیروهای گریز از مرکز از حرکت مایعات را برای رسیدن به جدا سازی سیالات استفاده می­کنند.

معادلات طراحی

برای یک هیدروسیکلون برادلی، ابعاد هر بخش همیشه با همان نسبت است. افت فشار باید بین psi 20 و psi 60 باشد.

Di قطر داخلی است

Do قطر سر ریز است

Du قطر پا ریز است

Dc قطر چمبر است

L ارتفاع هیدروسیکلون است

l ارتفاع بخش استوانه ای هیدروسیکلون است

ι ارتفاع ورتکس لوله هیدروسیکلون است

Le طول لوله خروجی است

تتا زاویه انتهای هیدروسیکلون است

θ= 9°

کاربرد

هیدروسیکلون اغلب برای جداسازی مواد سنگین تر از یک مخلوط مایع توسط یک پمپ گریز از مرکز یا یک منبع پیوسته مایع تحت فشار استفاده می­شود. هیدروسیکلون در اکثر مواقع یک انتخاب مناسب برای فرآیندهایی است که در آن مواد نرم تر بخش مهمی از مخلوط هستند و که مواد سنگین تر به راحتی ته نشین می شوند.

به طور کلی، هیدروسیکلون­ها در سیستم­های جریان پیوسته به کار می­روند، به طوری که جریان داخلی لحظه­ای مایع به هیدروسیکلون برابر با کل جریان خروجی لحظه­ای مواد سبک­تر به علاوه­ی مواد سنگین­تر است. در مواردی که مواد سنگین­تر مقدار بسیار کوچکی از کل مایع است، گاهی اوقات جمع آوری آنها در پائین هیدروسیکلون برای حذف دسته­ای سودمند است.

کاربردها شامل:

• در صنعت نشاسته سیب زمینی، کاساوا، گندم، ذرت برای تغلیظ و شستن شیر نشاسته خام بکار می­رود. هیدروسیکلون جایگزین جداسازها به عنوان یک روش جدا سازی با قیمت مناسب­تر است.
• در آسیاب­های خمیر و کاغذ برای حذف ذرات شن و ماسه، مواد خام، پلاستیک و سایر آلاینده­ها مورد استفاده قرار می­گیرد.
• در صنعت حفاری برای جداسازی شن و ماسه از خاک رس گران برای روانکاری در طول حفاری استفاده می شود.
• در صنعت روغن برای جدا سازی روغن از آب یا بالعکس استفاده می­شود.
• در فلزکاری برای جدا سازی ذرات فلزی از مایع خنک کننده مورد استفاده قرار می­گیرد.
• در کارخانه­های سیب زمینی سرخ شده و چیپس سیب زمینی برای خط بازیابی نشاسته از آب هنگام برش و یا آب ضایعات مورد استفاده قرار می­گیرد.
• در فرآیند مواد معدنی، هیدروسیکلون­ها به طور گسترده­ای برای هر دو دسته از ذرات برای گردش در آسیاب گردشی و تمایز بین مواد معدنی اقتصادی و ضایعات سنگ مورد استفاده قرار می­گیرد.
• برای حذف ذرات شن و ماسه از آب آبیاری برای اهداف آبیاری قطره ای.

هیدروسیکلون­ها دستگاه پیوسته­ای هستند که از نیروی گریز از مرکز جهت سرعت دادن به نرخ ته نشینی ذرات استفاده می کنند. هنگامی که خوراک اسلاری وارد شده به هیدروسیکلون به صورت مماس تحت فشار قرار گیرد، به سبب نیروهای گریز از مرکز بالا، ذرات درشت­تر از اندازه “نقطه برش” به مجاورت دیوار ورتکس اولیه مهاجرت می کنند و جهت تخلیه حجم کمی از آب از طریق خروجی به جلو حرکت می­کنند. ذرات ریزتر از اندازه “نقطه برش” به داخل ورتکس ثانویه متحرک به سمت بالا، در امتداد محور هیدروسیکلون و تخلیه با بیشترین مقدار آب از طریق ورتکس یاب مهاجرت می­کنند.

کاربرد

هیدروسیکلون یکی از مهمترین دستگاه­های صنایع معادن است و به طور گسترده­ای در فرآیند صنعت معدن به عنوان یک جدا کننده مورد استفاده قرار می­گیرد که در اندازه جداسازی ریزتر بسیار کارآمد است. هیدروسیکلون به طور گسترده در عملیات سنگ شکن مدار بسته استفاده می­شود، اما همچنین دارای بسیاری از کاربردهای دیگر مانند دیسلیمینگ (desliming)، دگریتینگ (degriting) و تیکنینگ (thickening) است.

مزایا

1. ساختار فشرده و ساده
2. دارای قطعات ثابت
3. سرمایه گذاری کم و هزینه جاری
4. نصب آسان و کارکرد ساده
5. بهره وری بالا
6. مقاومت در برابر خوردگی بالا