Размещено на http://www.allbest.ru/

ТЕМА 10. ГИДРОЦИКЛОНЫ

Гидроциклоны применяются для классификации или сгущения пульп, содержащих мелкие и тонкодисперсные частицы, в центробежном поле. Общий вид гидроциклона показан на рис. 14.1.

1 - питающая труба, 2 - сливной патрубок, 3 - песковая насадка

Тангенциальный ввод питания под напором создает в гидроциклоне вращательное движение с высокой угловой (тангенциальной) скоростью (рис. 14.2).

1 - подача питания, 2 - выпуск крупных сгущенных частиц, 3 - сливные мелкие частицы, 4 - воздушный столб

Рис. 14.2. Распределение потоков в гидроциклоне

Дойдя до вершины конической части жидкость, находящаяся ближе к оси, изменяет свое направление, сохраняя вращательное движение. Этот поток поступает вверх к сливному патрубку. Режим движения турбулентный.

Вблизи оси аппарата тангенциальная скорость потока увеличивается настолько, что вдоль оси образуется столб воздуха.

Скорость вращения потока вблизи оси аппарата одинакова по всей высоте, поэтому воздушный столб имеет цилиндрическую форму. Радиус воздушного столба равен ~ 0.6 радиуса сливного патрубка. При изменении давления питания радиус воздушного столба изменяется на ± 3-5%. При низком давлении или большом гидравлическом сопротивлении на сливном патрубке воздушный столб может исчезать.

Результирующая скорость внутрициклонного потока жидкости определяется тремя составляющими: 1) тангенциальной (окружной) V, направленной в горизонтальной плоскости перпендикулярно радиусу гидроциклона; 2) радиальной U, направленной в горизонтальной плоскости вдоль радиуса, 3) вертикальной W, идущей параллельно оси гидроциклона (рис. 14.3).

С уменьшением радиуса вращения суспензии тангенциальная скорость V увеличивается. Вблизи воздушного столба она достигает максимума и снижается. Резкое снижение скорости V наблюдается у стенки гидроциклона (см. рис. 14.3). С уменьшением радиуса радиальная скорость U снижается. Абсолютное значение радиальной составляющей скорости мало по сравнению со значением тангенциальной составляющей. Вертикальная составляющая скорости W у стенки гидроциклона направлена вниз, ближе к центру она меняет направление и поток устремляется вверх (рис. 14.2).

До 20-30% общего потока образует в верхней части гидроциклона циркулирующий контур (рис. 14.4, а).

В гидроциклоне центробежная сила увеличивается от периферии к оси. На частицу действуют в противоположном направлении две радиальные силы: центробежная и сила сопротивления жидкости, направленная к оси аппарата.

а б

Рис. 14.4. Образование циркулирующего контура потоков (а) и распределение частиц в гидроциклоне

Крупные и тяжелые частицы под действием центробежной силы преодолевают сопротивление среды и достигают стенки гидроциклона. Мелкие и легкие частицы движутся к оси до тех пор, пока центробежная сила, высокая при малых радиусах гидроциклона, не уравновесит силу давления потока. Поэтому крупные частицы собираются у стенки аппарата, а мелкие - ближе к оси (см. рис. 14.4,б). Расстояние от оси до частицы соответствует ее крупности и плотности.

Разгрузка частиц происходит под действием сил, которые возле стенки направлены вниз, а в центре аппарата - вверх.

Фактор разделения в гидроциклоне:

Fr = V 2 / r g .

Здесь V - тангенциальная скорость, r - расстояние от частицы до центра аппарата.

Основные факторы, влияющие на работу гидроциклонов можно разделить на две группы: конструктивные и технологические. К конструктивным относятся следующие:

диаметр цилиндрической части гидроциклона,

диаметры патрубков - питающего, сливного и пескового,

угол конусности гидроциклона,

угол наклона оси гидроциклона к горизонту,

способ удаления слива,

давление на входе (напор).

К технологическим факторам относятся:

объемная производительность аппарата,

содержание твердого в питании,

гранулометрический состав питания,

вещественный состав питания.

При прочих равных условиях, чем мельче обрабатываемые частицы, тем меньше должен быть диаметр цилиндрической части гидроциклона.

Соотношение диаметров патрубков аппарата влияет на гидродинамику потока внутри него и соответственно на показатели разделения. Существует понятие - разгрузочное отношение, которое определяется как отношение диаметра песковой насадки к диаметру сливного патрубка D _песк / d _сл . При увеличении разгрузочного отношения увеличивается выход песков с одновременным уменьшением их крупности и содержания твердого в них. Соответственно снижается крупность слива и его выход. Для обеспечения эффективной классификации подбирают оптимальное разгрузочное отношение.

Нижний край сливного патрубка должен быть погружен в гидроциклон немного ниже питающего патрубка. При увеличении глубины погружения сливного патрубка в гидроциклон происходит увеличение крупности слива.

Диаметр питающего патрубка в основном оказывает прямо пропорциональное влияние только на производительность аппарата. Качественные показатели классификации изменяются незначительно.

При увеличении угла конусности гидроциклона при прочих равных условиях снижается объемная производительность и выход песков с одновременным повышением крупности продуктов классификации. Гидроциклоны с большим углом конусности используются при обработке грубозернистых пульп, а с малым углом - для получения тонкого слива (10 - 20 мкм) в операциях обесшламливания. Обычно угол конусности в гидроциклонах, применяемых для классификации и сгущения равен 10-20^о.

На обогатительных предприятиях гидроциклоны могут устанавливаться вертикально, наклонно или горизонтально. При наклонной или горизонтальной установке гидроциклона песковые насадки могут иметь несколько больший диаметр для обеспечения таких же показателей разделения, как и при вертикальной установке аппарата. В этом случае пески содержат меньше тонких шламов и твердой фазы, а слив получается более крупным.

На показатели работы гидроциклона заметное влияние может оказывать сливная труба (рис. 15.1).

Рис. 15.1. Расположение сливной трубы. 1 - сливной патрубок, 2 - сливная труба

гидроциклон скорость циркулирующий труба

Чем больше перепад высоты h между ее концами, тем больше она действует как сифон. Большой перепад способствует засасыванию в слив крупных частиц. Для обеспечения нормальной работы гидроциклона необходимо, чтобы диаметр сливной трубы был больше диаметра сливного патрубка.

Давление на входе (напор) в гидроциклон при заданной объемной производительности и параметрах насосной установки в основном определяется диаметрами сливного и питающего отверстий. Обычно на обогатительных фабриках работают с напором в пределах 0.05 - 0.15 МПа (0.5 - 1.5 кг/см²). Для получения тонкого слива с высоким содержанием твердого необходимо поддерживать более высокие значения давления на входе.

Для классификации рудных пульп используются гидроциклоны маленького диаметра небольшой производительности, которые объединяются в батарею (рис. 15.2).

Рис. 15.2. Батарея из 28 гидроциклонов диаметром 200 мм суммарной производительностью 1700 м³/ч

Обычно расположение гидроциклонов относительно питающей трубы радиальное. Это обеспечивает более равномерное распределение питания.

В практике углеобогащения используют низконапорные гидроциклоны диаметром от 350 до 1000 мм для сгущения, расположенные под небольшим углом к горизонту (рис. 15.3).

Рис. 15.3. Низконапорные гидроциклоны большого диаметра и производительности

Ввод исходного питания по спирали более эффективен, чем тангенциальный, т.к. снижает турбулентность и абразивное действие струи в зоне питания.

Основным параметром, характеризующим классификацию твердого, является граничная крупность разделения. Под граничной крупностью здесь подразумевается крупность такого бесконечно узкого класса зерен, который поровну распределяется между сливом и сгущенным. Т.е. эти частицы находятся в равновесии под действием основных сил - центробежной и сопротивления жидкости.

Вода, уходящая со сгущенным продуктом (в промежутках между частицами), несет с собой и частицы мельче d_гран. Они распределяются между сливом и песками количественно так же, как и вода.

Разделение по крупному граничному зерну (0.1-0.8мм) производится в аппаратах большого диаметра при повышенной концентрации твердого (>20%) в питании и низком давлении 20-50 кПа. При разделении по более мелкому зерну применяются гидроциклоны малого диаметра с удлиненной цилиндрической частью и малым углом конусности, давление питания высокое, концентрация твердого в питании низкая.

Классификационные и сгустительные гидроциклоны отличаются режимом работы. Классификационные гидроциклоны работают в режиме, при котором по оси аппарата существует сквозной столб воздуха, сгущенный продукт выгружается в виде расходящейся веером струи. При хорошей классификации не получается эффективного сгущения. При сгущении в гидроциклоне плотность сгущенного продукта тем больше, чем меньше диаметр песковой насадки и выше напор.

Размещено на Allbest.ru