What are the factors affecting the efficiency of hydrocyclones?

كنوع من معدات الفصل عالية الكفاءة، استُخدم جهاز الهيدروسايكلون على نطاق واسع في العديد من المجالات، مثل معالجة المعادن، والبترول، والصناعات الكيميائية، وحماية البيئة، وغيرها. بفضل عدم وجود أجزاء متحركة، وبنيته البسيطة، وقدرته الإنتاجية الكبيرة لكل وحدة حجم، ومساحته الصغيرة، وكفاءة الفرز العالية، وحجم الفرز الدقيق، والعديد من المزايا الأخرى. في صناعة معالجة المعادن، يُستخدم بشكل رئيسي في الفرز والفرز والتركيز وإزالة الطين وغيرها من المهام الرئيسية؛ وفي صناعة البترول، يُستخدم في تجفيف النفط الخام وإزالة الرمال وغيرها من العمليات؛ وفي الصناعة الكيميائية، يُمكنه تحقيق فصل المواد الصلبة عن السائلة، وتصنيف المنتجات، وغيرها من الوظائف؛ وفي صناعة حماية البيئة، يُستخدم في معالجة مياه الصرف الصحي، وتجفيف الحمأة، وغيرها من المجالات.

ومع ذلك، أثناء التشغيل الفعلي، تتأثر كفاءة تشغيل الهيدروسايكلون بمجموعة من العوامل. وتُعد الدراسة المتعمقة لهذه العوامل المؤثرة بالغة الأهمية لتحسين أداء المعدات، وتحسين كفاءة الإنتاج، وخفض تكاليف الإنتاج، وتحقيق كفاءة استخدام الموارد.

一.العوامل المؤثرة على كفاءة الأعاصير المائية

1. خصائص الخام

(1)كثافة

تؤثر كثافة الخام بشكل كبير على حجم جسيمات الهيدروسيكلون. فعندما تكون كثافة الخام كبيرة، وبنفس قوة الطرد المركزي ومقاومة السوائل، تكون قوة الطرد المركزي على جسيمات الخام أكبر نسبيًا، مما يسهل التغلب على مقاومة السوائل للتحرك نحو الجدار، وبالتالي تحقيق فصل الجسيمات الدقيقة، وبالتالي يكون حجم التصنيف أدق. على العكس من ذلك، إذا كانت كثافة الخام صغيرة، تكون قوة الطرد المركزي على جسيمات الخام ضعيفة نسبيًا، ويصعب فصلها بفعالية، ويصبح حجم التصنيف خشنًا.

(2)تكوين حجم الجسيمات

يُعد تركيب حجم جسيمات الخام أحد العوامل الرئيسية المؤثرة على كفاءة الهيدروسيكلون. إذا كان محتوى الحبيبات الخشنة في خام التغذية مرتفعًا، فسيحتاج الهيدروسيكلون إلى معالجة جزيئات أكبر حجمًا، مما يزيد من حمل معالجة المعدات. لضمان تصنيف أفضل، من الضروري زيادة ضغط التغذية بشكل مناسب لزيادة معدل تدفق الملاط، وتعزيز قوة الطرد المركزي لفصل الجسيمات الخشنة. في الوقت نفسه، يجب أيضًا تعديل حجم منفذ التغذية وفقًا لذلك، مع زيادة نسبة منفذ التغذية إلى قطر الهيدروسيكلون بشكل مناسب، والتي يتم التحكم فيها عمومًا عند 0.16 - 0.20، بحيث تدخل المواد الخشنة إلى الإعصار بسلاسة للفصل.

على العكس من ذلك، إذا كان محتوى الحبيبات الدقيقة في خام التغذية مرتفعًا، يمكن تقليل ضغط التغذية بشكل مناسب لمنع السحق المفرط للمواد ذات الحبيبات الدقيقة، وعادةً ما يتم الحفاظ على نسبة فتحة التغذية إلى قطر الهيدروسايكلون عند 0.14 - 0.16، لأن المواد ذات الحبيبات الدقيقة في ضغط التغذية الأصغر والحجم المناسب لفتحة التغذية، يمكن أن تكون أكثر فعالية في قوة الطرد المركزي ودور المقاومة لتحقيق تصنيف السائل لتجنب أن يكون ضغط التغذية كبيرًا جدًا أو أن فتحة التغذية ليست بالحجم الصحيح تجنب الضغط الزائد أو الحجم غير المناسب لفتحة التغذية، مما يؤدي إلى تأثير تصنيف ضعيف للمواد ذات الحبيبات الدقيقة.

(3)تركيز الملاط

يؤثر تركيز الملاط بشكل معقد على كفاءة الهيدروسايكلون. فعندما يكون تركيز الملاط مرتفعًا، تزداد لزوجته وكثافته، مما يزيد بشكل ملحوظ من مقاومة حركة الجسيمات في الملاط. في هذه الحالة، يصعب فصل الجسيمات الدقيقة بفعالية عن الجسيمات الخشنة تحت تأثير قوة الطرد المركزي، مما يؤدي إلى تدرج خشن في الحجم. في الوقت نفسه، قد يؤدي ارتفاع تركيز الملاط إلى اضطراب في مجال التدفق الداخلي للسايكلون، مما يؤثر على تأثير الفصل.

على العكس من ذلك، إذا كان تركيز الملاط منخفضًا جدًا، فرغم أنه يُساعد على فصل الجسيمات الدقيقة، ويمكن الحصول على حجم تصنيف أدق، إلا أنه يُقلل من الطاقة الإنتاجية للمعدات ويزيد من تكاليف الإنتاج. لأن تركيز الملاط المنخفض جدًا يعني انخفاض كمية المواد الصلبة التي تدخل الإعصار في وحدة الزمن، وانخفاض كفاءة معالجة المعدات. لذلك، عادةً ما يلزم تحديد تركيز الملاط المناسب بدقة من خلال اختبار تجهيز الخام، وفقًا لخصائص الخام المحددة ومتطلبات الإنتاج.

2. العوامل الهيكلية

(1)قطر العمود وارتفاعه

قطر العمود هو الحجم الرئيسي لمواصفات الهيدروسيكلون، والذي يرتبط ارتباطًا وثيقًا بحجم المكونات الأخرى، ويحدد حجم الفصل والقدرة الإنتاجية للمعدات. عندما تظل النسبة بين ضغط التغذية وفتحة التغذية وفتحة الفائض وقطر الإعصار دون تغيير، فإن القدرة الإنتاجية للهيدروسيكلون ستزداد بشكل كبير مع زيادة قطر العمود. وذلك لأن زيادة القطر تزيد من الحجم داخل الإعصار، والذي يمكنه استيعاب المزيد من الملاط، وبالتالي زيادة السعة لكل وحدة زمنية. ومع ذلك، مع زيادة قطر العمود، يصبح حجم الفصل أكثر خشونة بالمقابل. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن سرعة دوران الملاط داخل الإعصار تنخفض نسبيًا بعد زيادة القطر، وتضعف قوة الطرد المركزي، وتقل قدرة الفصل للجسيمات الدقيقة.

يؤثر ارتفاع العمود بشكل أساسي على طول الوقت الذي يتعرض فيه الملاط لقوة الطرد المركزي في الإعصار. وبصفة عامة، كلما زاد ارتفاع العمود، زادت مدة بقاء الملاط في الإعصار، وكلما زاد الوقت الذي يمكن أن تستغرقه قوة الطرد المركزي، والتي تساعد على فصل المواد ذات الحبيبات الدقيقة، أن تجعل فصل حجم الجسيمات الدقيقة أكثر دقة. ومع ذلك، عندما يتجاوز ارتفاع العمود حدًا معينًا، سيزداد فقدان ضغط التغذية بشكل كبير. وذلك لأن الملاط يتدفق داخل جسم العمود الأطول وتزداد مقاومة الاحتكاك مع جدار الوعاء، مما يؤدي إلى استهلاك مفرط للضغط. عندما يكون فقدان الضغط كبيرًا جدًا، فإنه سيضعف تأثير قوة الطرد المركزي على الملاط، وبالتالي يفقد تأثير تحسين حجم الفصل، وقد يؤثر حتى على التشغيل العادي للمعدات.

(2)حجم المغذي

يؤثر حجم فتحة التغذية بشكل كبير على كفاءة عمل الهيدروسايكلون وقدرته الإنتاجية. فالفتحة الكبيرة جدًا ستُسرّع تدفق الملاط إلى داخلها، مما يُؤدي إلى قصر مدة بقاء الملاط في داخلها، وتأخر تصنيفه بالكامل، مما يزيد من محتوى الجسيمات الخشنة في ناتج الفائض، ويضعف تأثير التصنيف. بالإضافة إلى ذلك، قد تُضعف فتحة التغذية الكبيرة جدًا استقرار مجال التدفق في داخلها، مما يؤثر على تأثير الفصل.

على العكس من ذلك، فإن فتحة التغذية الصغيرة جدًا ستحد من كمية دخول الملاط وتقليل الطاقة الإنتاجية للمعدات. في الوقت نفسه، قد تؤدي فتحة التغذية الصغيرة جدًا إلى انسداد الملاط عند فتحة التغذية، مما يؤثر على التشغيل العادي للمعدات. بالنسبة لأحجام جزيئات خام التغذية المختلفة، يجب تعديل نسبة فتحة التغذية إلى قطر الهيدروسيكلون بشكل معقول. عندما يكون حجم التغذية خشنًا، يكون ضغط التغذية منخفضًا نسبيًا، لضمان دخول المواد الخشنة إلى الإعصار بسلاسة، يمكن زيادة نسبة فتحة التغذية وقطر الهيدروسيكلون بشكل مناسب، وعادة ما تكون 0.16 - 0.20 مناسبة؛ وعندما يكون حجم التغذية جيدًا، يكون ضغط التغذية مرتفعًا، وعادة ما يتم الحفاظ على نسبة فتحة التغذية وقطر الهيدروسيكلون عند 0.14 - 0.16، مما يجعل المواد الدقيقة في معدل التدفق والضغط المناسبين، في الإعصار للحصول على تصنيف فعال.

بالإضافة إلى ذلك، يؤثر شكل فتحة التغذية (غالبًا ما تكون مستطيلة) وطريقة التغذية (مماسية أو ملتوية) على الكفاءة. تُمكّن فتحة التغذية المستطيلة الملاط من دخول الإعصار بشكل أكثر انتظامًا من فتحة التغذية المستديرة، مما يُقلل من اضطراب الملاط عند المدخل، وبالتالي يُحسّن كفاءة التصنيف. يُمكّن وضع التغذية المماسية الملاط من دخول الإعصار بسرعة لتشكيل مجال تدفق دوار، والاستفادة الكاملة من قوة الطرد المركزي للفصل؛ ويُمكّن وضع التغذية الملتوية الملاط من دخول الإعصار بسلاسة أكبر، مما يُقلل من التأثير على مجال التدفق الداخلي، مما يُحسّن من فعالية الفصل.

3. عوامل تشغيل العملية

(1)ضغط التغذية، التركيز، تركيب حجم الجسيمات

يُعد ضغط تغذية الخام عاملاً هاماً يؤثر على إنتاجية الهيدروسيكلون وحجم جسيمات التصنيف. فعندما يزداد ضغط التغذية، يتسارع معدل تدفق الملاط، مما يزيد من سرعة دوران الملاط في الإعصار، وتزداد قوة الطرد المركزي، مما يُمكّن من فصل الجسيمات الخشنة بفعالية أكبر، ويُحسّن من تصنيف الهيدروسيكلون. عند التعامل مع المواد ذات الحبيبات الخشنة، يلزم استخدام قوة طرد مركزي أكبر لتحقيق فصل فعال بسبب الجسيمات الخشنة. ويرجع ذلك إلى أنه في الضغط المنخفض، لا يضمن ذلك فقط امتلاك الجسيمات الخشنة لقوة طرد مركزي كافية لفصلها، بل يُجنّب الضغط العالي أيضاً زيادة تآكل المعدات وزيادة استهلاك الطاقة. أما عند التعامل مع الجسيمات الدقيقة والمواد الموحلة، ونظراً لصعوبة فصل الجسيمات الدقيقة والمواد الموحلة، يلزم استخدام قوة طرد مركزي أعلى للتغلب على تماسك الجسيمات ومقاومة السوائل، مما يُحسّن من تصنيفها.

يرتبط تركيز خام التغذية وتركيبة حجم جسيماته ارتباطًا مباشرًا بتركيز وحجم المنتج النهائي. كلما كان حجم التدريج أكثر خشونة، زادت نسبة الطين أو الحبيبات الدقيقة في المادة المُدرَّجة. ولضمان قدرة إنتاجية وفعالية تدريج معينة، يجب زيادة تركيز التغذية تبعًا لذلك. ومع ذلك، مع زيادة تركيز الخام، تزداد لزوجة الملاط، مما يزيد من مقاومة حركة جسيمات الملاط، ويصبح حجم جسيمات المنتج الفائض أكثر خشونة.

(2)تصريف الفائض والرواسب

الوضع الأمثل لتشغيل الهيدروسيكلون هو رش الرمال الغارقة على شكل مظلة، ويجب ألا تكون زاوية المظلة كبيرة جدًا، بحيث يمكن تشتيتها. يمكن لطريقة التفريغ هذه أن تجعل الرمال تُفرّغ بالتساوي، لتجنب انسداد أو تراكم الرمال أثناء عملية التفريغ، ولضمان التشغيل المستقر للمعدات. عند استخدام الهيدروسيكلون في عملية التكثيف، يكون التركيز أعلى عند تفريغ الرمال على شكل حبل. وذلك لأن وضع تفريغ الحبل يمكن أن يجعل الماء في الرمال منفصلًا تدريجيًا أثناء عملية التفريغ، مما يزيد من تركيز الرمال. عند استخدام الهيدروسيكلون في عمليات تجفيف المياه، يتم تفريغ الرمال على شكل مظلة أكبر، ويحتوي الفائض على أقل كمية من المواد الصلبة. وذلك لأن وضع تفريغ المظلة الأكبر يمكن أن يجعل الجسيمات الصلبة في الرمال منفصلة تمامًا عن السائل، مما يقلل من كمية الجسيمات الصلبة التي يتم تفريغها مع الفائض، وبالتالي تقليل المحتوى الصلب في الفائض.

في الإنتاج الفعلي، يجب على المشغل الانتباه جيدًا إلى فيضان الرمل وتصريفه، وضبط معلمات تشغيل المعدات في الوقت المناسب لضمان تلبية طريقة التفريغ لمتطلبات تشغيلها. على سبيل المثال، من خلال ضبط معلمات مثل ضغط التغذية، وتركيزها، وقطر فوهة غمر الرمل، وما إلى ذلك، للتحكم في حالة تفريغ الرمل، لتحقيق أفضل كفاءة تشغيل.

عمليًا، لتحسين كفاءة الهيدروسيكلون، يجب مراعاة جميع جوانب العوامل. لاختيار معلمات هيكل الهيدروسيكلون المناسبة لخصائص الخام المختلفة، وتحديد أفضل معايير تشغيل العملية من خلال اختبار التخصيب. وفي الوقت نفسه، يتم ضبط المعلمات وفقًا لتشغيل المعدات، لضمان عمل الهيدروسيكلون بأفضل حالة ممكنة، وتحسين كفاءته ونطاق تطبيقه، مما يدعم الصناعات ذات الصلة بشكل كبير الإنتاج الفعال والتنمية المستدامة.