Некоторые технологические расчеты гидроциклона

Распределение твердых частиц происходит лишь в условиях «свободного падения», когда в гидроциклоне еще не произошло накопления твердых частиц. При работе на фабричных пульпах распределение плотности пульпы и крупности ее твердой фазы в гидроциклоне носит несколько иной характер, чем описано выше.

Исследования, проведенные в институте Горно-химического сырья (В. М. Борисовым и А. И. Ангеловым), а также в Институте Горного дела им. акад. А. А. Скочинского (В. И. Классеном и М. Г. Акоповым), показали, что в нижней части гидроциклона плотность пульпы устанавливается более высокой, чем в верхней. В более плотной нижней части пульпы концентрируются более крупные и тяжелые по удельному весу зерна, а в верхней, разжиженной части – тонкие шламы. Характер распределения крупности и плотности пульпы в гидроциклоне зависит от физических свойств и содержания ее твердой фазы.

В данном примере твердой фазой являлся магнетит крупностью частиц -100 мк, содержание класса -35 мк – 71,9%, плотность исходной пульпы 1,5, плотность слива 1,33 г/см3. Производительность гидроциклона: питание 84,5 л/мин; слив 71,6 л/мин, пески 12,9 л/мин; давление на входе 2,7 кг/см2.

Технологический расчет гидроциклона сводится к определению его технологических показателей в зависимости от условий работы. К технологическим показателям классификатора, каким является гидроциклон, относятся: производительность, крупность граничных зерен, выход и характеристика крупности слива и песков, содержание твердого в последних, эффективность классификации.

Технологические показатели могут быть определены лишь приближенно и не для всех случаев практики в связи с разнообразием исходных факторов, влияющих на эти показатели.

Производительность гидроциклона

Объемная производительность гидроциклона может быть определена по количеству пульпы, проходящему через питающий патрубок.

Физическая сущность процессов классификации зерен в гидроциклоне и в отстойниках аналогична, но в первом случае процесс происходит в поле центробежной силы, а во втором – в поле силы тяжести.

Крупность граничных зерен

При определении крупности граничных зерен в гидроциклоне можно воспользоваться теми же методами, которые применяют для расчета отстойников.

Для упрощения допустим, что, несмотря на разницу в радиальной скорости жидкости в разных сечениях по высоте циклона, для расчета можно пользоваться усредненными значениями этой скорости на каждом радиусе. Такое упрощение соответствует допущению, что скорость восходящего потока жидкости в отстойнике одинакова во всех точках любого горизонтального сечения вблизи свободной поверхности жидкости.

Величина этой скорости изменяется по мере приближения к оси циклона.

Для зерен, которые в данном коаксиальном сечении находятся в равновесном состоянии (не выносятся радиальным потоком к центру и не движутся к периферии), должно иметь место равенство скоростей движения жидкости и зерен в радиальном, но противоположном направлениях.

Движению зерен в радиальном направлении под действием центробежной силы, убывающей от оси к периферии гидроциклона, противодействует сила сопротивления жидкости, движущейся в противоположном направлении с переменной радиальной скоростью. Так как радиальная скорость жидкости на постоянных радиусах изменяется в то же время и по высоте, то сила ее сопротивления движению зерна будет переменной, таким образом скорость движения зерен в радиальном направлении будет различной не только на разных радиусах, но и на одном радиусе в разных сечениях по высоте.

Предлагаемый способ выбора и расчета гидроциклона основывается на изложенных выше теоретических соображениях и на результатах обобщения показателей работы гидроциклонов в промышленности.

Практически выбор и расчет гидроциклонов сводятся к следующему.

Определение размера, производительности и числа гидроциклонов. Диаметр гидроциклонов определяется не только производительностью, но и требуемой крупностью слива.