Hidrosiklonlar

Hidrosiklonlar

Hidrosiklonlar (kısaca siklon diye anılır)basit yapıları, hareket etmeyen parçaları nedeniyle 1890’lı yıllardan buyana endüstride yaygın olarak kullanılmaktadır.

Siklonlar gövde çapları ile anılmakta ve uzunluk /çap oranı 2/1 ile 8-10/1 arasında değişmektedir. Sınıflandırmanın olabilmesi için pülpün siklona belirli bir basınç ile beslenmesi yeterlidir. Bu basınç genellikle pompa ya da pülpün boru ile belirli yükseklikten siklona beslenmesi ile sağlanır.

Siklonun Yapısı: Klasik bir siklonun kesiti şekildeki gibidir.

Siklon 5 kısımdan oluşur:

-Giriş

-Üst silindirik bölge

-Alt konik bölge

-Girdap kılavuzu

Siklon altından çıkan iri malzeme “siklon alt akımı”, girdap kılavuzundan alınan ince malzeme “siklon üstakımı” olarak adlandırılır.

Siklonun Çalışması: Siklona malzeme teğetsel olarak beslenir.Siklon besleme girişi oval veya dikdörtgen kesitli olabilir.Teğetsel olarak siklonun silindir kısmına giren pülp aşağıya doğru dönerek hareket eder.Siklon içinde hareket eden taneler iki kuvvetin etkisi altındadır.

*Merkezkaç kuvveti

*Direnç kuvveti

Merkezkaç kuvvetinin etkisi altındaki malzeme, siklondan aşağıya doğru hareket ederken, tane boyutu ve yoğunluğuna göre bir ayrışma olur. Aşağı yönde hareket eden malzeme, cidarlardan hızın en düşük olduğu bölgelerde alt çıkışa doğru yönlenirler. Direnç kuvvetinin etkisindeki çökme hızı düşük olan malzeme de, bölgede oluşan vakumun etkisiyle

girdap kılavuzuna doğru taşınırlar.Siklon içinde yukarı doğru hareketin oluştuğu orta kısımla,aşağı doğru hareketin oluştuğu bölge arasında malzemenin dikey hareketinin sıfır olduğu bir bölge vardır. Bu bölgede malzeme üzerindeki merkezkaç ve direnç kuvvetlerinin etkisi birbirine eşit olup, malzemenin üst veya alt akıma geçme şansı eşittir. Şekilde bu bölgeler gösterilmiştir.

Bazı araştırmacılar siklonun içinde 4 bölgenin oluştuğunu savunmuşlardır. Şekilde bu bölgeler gösterilmiştir.

A Bölgesi: Siklona malzemenin beslendiği bölge olup bu bölgede bir sınıflandırma söz konusu değildir.

B Bölgesi: İri boyutlu malzemeler yer alıp, alt akımı oluştururlar.

C Bölgesi: Girdap kılavuzu etrafındaki bölge olup bu bölgede ince boyutlu malzemeler siklon üst akımını oluştururlar.

D Bölgesi: Malzeme karışık olup, bu bölge sınıflandırma bölgesi olarak tanımlanır.

Siklonlarda proses ile ilgili olarak;

*Pülpün basıncı ayarlanabilir.

*Pülp yoğunluğu değiştirilebilir.

*Alt çıkış çapı değiştirilebilir.

*Üst çıkış çapı (girdap kılavuzu çapı9 değiştirilebilir.

Genellikle siklonlar, birden fazla sayıda oluşturulmuş siklon grupları halinde çalıştırılırlar.Üretici firmalar,boyutlara göre siklon kapasitelerini belirlemişler ve bunları çizelge ve grafiklere dönüştürmüşlerdir.Siklon seçimlerinde bu çizelge ve grafiklerden yararlanılır.

Siklonların verimliliği, beslemenin sürekliliğine, pülp basıncına, pülp yoğunluğuna ve beslenen malzemenin boyut dağılımındaki değişmelere bağlıdır. Bu parametrelerin sabit kalması, siklonun sınıflandırma verimliliğini olumlu yönde etkiler.

Siklonlarda çap büyüdükçe, sınıflandırma sırasında alt ve üst akıma eşit miktarda geçen tane boyutu olarak ifade edilen d50 de büyümekte, cevherin aşındırma etkisi azalmaktadır. Küçük çaplı siklonlarda tane üzerine etki eden merkezkaç kuvveti, yerçekimi ivmesinin 400 katı kadar olabilir.Büyük çaplı siklonlarda bu değer 10 kat kadardır. Siklon proje ve işletme parametreleri çok değişkendir. Bunun sonucu olarak istenilen sınıflandırmanın yapılabilmesi için giriş, girdap kılavuzu, alt çıkış açıklığı, pülp basıncı ve yoğunluğu gibi değişkenlerin sürekli kontrol edilerek ayarlanması gerekmektedir.

Siklon alt çıkış çapı, siklonun ayırdığı iri malzemelerin çıkabileceği, siklon içinde koridor şeklinde oluşan vakum için gerekli havanın girebileceği büyüklükte olmalıdır. Siklon alt çapı küçüldükçe d50 büyürken aly akımdaki su kazanımı düşer. Alt çıkış çapı, alt akımın pülp yoğunluğunu belirler. Siklonun alt akım yoğunluğunun mümkün olduğunca yüksek olması gerekir. İyi çalışan bir siklonda, pülpteki katı oranı %50 den daha yüksek olup alt akım 20-30 derecelik bir açı yaparak konik şekilde çıkar. Siklonun alt akımı geniş bir açı yaparak çıkıyorsa, alt akımın yoğunluğu çok düşük olup pülpteki katı oranı %50 den daha azdır. Bu da proseste istenmeyen bir durumdur. Alt akım yoğunluğu çok yüksek ve alt çıkış açıklığı çok küçükse, pülp siklonun alt çıkışını doldurarak düz akar. Bu durumda, pülpteki katı oranı %75 ten daha fazladır.Alttan hava girişinin olmadığı, siklon içinde vakumun oluşmadığı böyle bir durumda sınıflandırma yapılamaz ve iri taneler siklonun üst akımına karışır. Siklonlar çalışırken alttan hava girişinin olup olmadığı kontrol edilmelidir. İyi çalışan bir siklonda alt akımdaki su oranı %20-30 arasında olmalıdır.

Girdap kılavuzu, pülp besleme borusunun biraz altından başlar, silindir gövdenin tavanına kadar uzanır, silindir gövdeden uzun olmaz. Girdap kılavuzu çapı büyüdükçe, üst akımdaki tane boyutu irileşir, d50 artar, alt akımdaki su kazanımı düşer.

Besleme borusu kesit alanı büyüdükçe, pülp basıncı ve hızı düşmektedir. Aynı kapasitede giriş kesitinin daraltılması ile d50 değeri azalır. Pülp basıncının arttırılması ile giriş-çıkış arasındaki basınç farkı artacağından d50 değeri küçülür. Yüksek hız ve basınç, siklonlarda daha ince ayırma sağlar. Normal boyutlardaki siklonlarda, pülp hızı 3-6m/sn, pülp basıncı 0,5-10 bar civarındadır.

Siklonun koniklik açısı büyüdükçe d50 büyür, alt akımdaki su kazanımı düşer. Gövde uzunluğunun artışı d50

Çalışan bir siklon grubunda, siklonlardan birinin kapatılması durumunda diğer siklonlara giden pülpün basıncı ve debisi artar. Bu durumda d50 değeri küçülür, alt akımdaki su kazanımı düşer.

Siklona gönderilen pülpün yoğunluğunun düşürülmesi, siklon etkinliğini arttırırken, d50 değerini küçültür. Pülp yoğunluğu arttıkça d50 büyür. 100 mikrondan büyük sınıflandırmalarda ağırlıkça %60 katı, 50 mikrondan küçük sınıflandırmalarda da %40’dan daha düşük katı oranlarında çalışılmamalıdır.

Siklon Parametreleri: Yapılan araştırmalarda, siklon çapının sınıflandırmaya önemli bir etkisinin olmadığı, geometrisi benzer siklonlarda siklon giriş ve çıkış çaplarının önem taşıdığı belirlenmiştir. Ancak, siklon üretiminde istenilen giriş ve çıkış boyutları için siklon çapının da belirli aralıklarda olması gerekmektedir.

Siklon sınıflandırmasında kullanılan proses parametreleri de şunlardır.

*Katı-sıvı oranı, pülp yoğunluğu, pülp ısısı.

*Katının özgül ağırlığı

*Katının ortalama şekli; küresel, yassı, köşeli v.b.

*Katının boyut dağılımı ve aralığı

Siklon üretiminde kullanılan geometrik parametreler şekilde gösterilmiştir.(Weiss,1985)

D: Girdap kılavuzu çapı; bu boyut siklon çapının 1/4′ü veya 1/3’ü kadardır.

DC : Siklon çapı

Df : Besleme borusu çapı, Dv’nin %80’i kadardır. Kesiti genellikle dikdörtgen olup en/boy oranı 3,5/8,0’dir. Besleme borusunun iç ve dış kısmı besleme bölgesine teğetsel olarak yapılmıştır.

L: Silindir kısmın uzunluğu

Lvf : Girdap borusunun silindir kısmında kalan uzunluğu

0 :Konik kısmın açısı

L : Siklon boyu

Da :Alt çıkış çapı

Siklon Çapı ve Sayısının Belirlenmesi: Üretici firmalar kullanılması gereken siklon çapı ve siklon sayılarının belirlenmesi için grafikler hazırlamışlardır. Bu grafikl

erden ikisi Grafik:1 ve Grafik:2 de verilmiştir.