Гидроциклон - Hydrocyclone

Схема гидроциклона:
  1. входит жидко-твердая смесь,
  2. уходят тяжелые твердые частицы,
  3. очищенные жидкие листья.

А гидроциклон (часто обозначается сокращенной формой циклон) представляет собой устройство для классификации, разделения или сортировки частиц в жидкой суспензии на основе соотношения их центростремительная сила к сопротивление 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, твердой, жидкой или газообразной различной плотности с помощью центростремительные силы или центробежные силы внутри вихря.[1]

Смесь вводится в гидроциклон таким образом, чтобы создать вихрь, и, в зависимости от относительных плотностей двух фаз, центробежное ускорение заставит дисперсную фазу двигаться от или к центральному ядру вихря.

Гидроциклон обычно имеет цилиндрическую секцию вверху, куда подается жидкость. по касательной, а конический база. Угол, а следовательно, и длина конической секции, играет роль в определении рабочих характеристик.

дизайн

Гидроциклон - это классификатор, имеющий на оси два выхода: один внизу (переполнение или отвергать) и один вверху (переполнение или принять). 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 распределение 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 в себя форму и площадь входа, размеры циклона (угол конуса, длину цилиндрической секции и общую длину циклона), а также диаметры входа, вихря и вершины.

Внутренне 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 в стенке. 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. Существуют также гидроциклоны с параллельным потоком, в которых как принять и отвергать удаляются на вершине. Гидроциклоны с параллельным потоком удаляют частицы, которые легче окружающей жидкости.[3]

Гидроциклоны могут быть изготовлены из металл (главным образом сталь ), керамика или пластик (такие как полиуретан, полипропилен, или другие типы). Металлические или керамические гидроциклоны используются в ситуациях, требующих большей прочности или долговечности с точки зрения нагрева или давления. Когда происходит много истирание (например, с песок частицы) полиуретан работает лучше, чем металлы или керамика. Металл с полиуретановой футеровкой применяется при комбинированном истирании и высоком давлении.

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 относится к центрифуга; Оба они предназначены для разделения тяжелых и легких веществ в жидкости путем приложения центробежной силы.[4] Центрифуги создают разделительную силу за счет вращения всего оборудования; гидроциклоны используют центробежные силы от движения жидкостей для достижения разделения.

Расчетные уравнения

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

Гидроциклон чаще всего используется для отделения «тяжелых» от жидкой смеси, образующейся в центробежном насосе или другом непрерывном источнике жидкости под давлением, или в двухфазных (газожидкостных) системах.[5] Гидроциклон, скорее всего, будет правильным выбором для процессов, в которых «легкие» составляют большую часть смеси и где «тяжелые компоненты» оседают довольно легко.

Обычно гидроциклоны используются в системах с непрерывным потоком, так что мгновенный приток жидкости к гидроциклону равен полному мгновенному оттоку «легких» плюс «тяжелых». В случаях, когда «тяжелые вещества» составляют очень небольшую часть всей жидкости, иногда выгодно накапливать их в нижней части гидроциклона для периодического удаления.

Приложения включают:

  • в картофель, маниока, пшеница и кукурузный крахмал промышленность как для концентрирования, так и для промывки сырого крахмального молока. Гидроциклон заменить разделители 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 масла от воды или наоборот.
  • В металлообработке для отделения металлических частиц от охлаждающей жидкости.
  • В жареный картофель и картофельные чипсы установки для поточной регенерации крахмала из воды для резки и сточных вод.
  • При переработке минерального сырья гидроциклоны широко используются как для классификации частиц для рециркуляции в шлифование схем и различать экономический минерал и порода.
  • Для удаления частиц песка и ила из поливной воды для капельное орошение целей.

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ Гидроциклон: д-р Дерек Алан Колман, факультет машиностроения, Саутгемптонский университет, Англия
  2. ^ Поведение гидроциклона
  3. ^ Принцип разделения В архиве 10 июня 2007 г. Wayback Machine
  4. ^ «Вращающийся сепаратор частиц: эффективный метод отделения капель и частиц микронного размера от жидкости» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) на 2015-02-22. Получено 2013-08-15.
  5. ^ Colli, A. N .; Fornés, J. P .; 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. Дои:10.1016 / j.electacta.2019.04.056.