水力旋流器工业设计模型

分级水力旋流器是实现低于 300 微米粒度分离的最常用技术。分级水力旋流器由圆柱形部分和锥形部分组成。已发现锥形部分的长度显着影响粒度分离。

切向进料注入用于产生离心力，加速颗粒尺寸沉降动力学。

粗颗粒报告到水力旋流器的外壁并通过流体流的运动向下朝向顶点或插口旋转。

由于收缩的顶点，向底流流报告的体积受到限制，因此流的一部分被迫反向并沿着低压区朝向涡流探测器向上移动。向上移动的流将细颗粒带到溢流中。

设计模型

施加的离心力的大小随着旋风直径的减小而增加。因此，为给定应用选择的水力旋流器直径与所需的尺寸分离相关。

在矿物应用中。一般说，需要一定尺寸的切割，这意味着大部分（即 95%）底流固体的尺寸大于目标切割点，而溢流固体的大部分尺寸小于所需切割点。

然而，设计模型是基于有 50% 的概率报告溢流或下溢流的颗粒大小。

通常认为小粒径分离需要小直径的旋液分离器。对于几何等效水力旋流器，平均粒径分离 (d50) 是旋风直径的函数，即

d 50(c) = D C X

其中 x 的值是有争议的，并且因模型而异，如下所示：

§   1875 年 → Krebs-Mular-Jull 模型（1978 年）；

§   1.8→普利特模型（1976）；

§   1.36 至 1.52 → 布拉德利模型 (1965)。

普利特方程

Plitt (1976) 设计了一种用于矿物工业应用的常用设计模型，即

其中 d _50(c)以微米为单位，Q 以 m ³ /小时为单位，D _c、D _i、D _u和 D _o旋风筒、入口、插口和涡流器的直径以厘米为单位，h 以厘米为单位的距离涡流探测器的底部到顶点的顶部，P 以 kPa 为单位的进料压力（1 psi = 6.895 kPa），Ï _s以克/cm ³为单位的固体密度，以及 V 为进料中的体积百分比固体浓度。

“典型”旋风的定义是：

1.   入口面积≥7% 的圆柱形腔体的横截面积。

2.   Vortex Finder 直径 = 水力旋流器直径的 30%。

3.   顶点直径 = 旋流器直径的 10%-35%。

4.   锥角 = 10° – 20°

水力旋流器设计分类

水力旋流器设计基于在标准化条件下使用典型水力旋流器获得的 d50(c)，即

§  介质 = 20 °C 和 1 厘泊的水

§  固体密度= 2.65

§  固体浓度 < 1%。

§  压降 = 10 psi。

基数 d _50(c)可以通过以下表达式估计：

d _50(c) (基础)=2.84D _C ^0.66

克雷布斯旋风设计

实际的 d _50(C)可以通过以下表达式确定：

d _50(c) (实际) = D _50(c) (基本) x Ï€ ₁ ^m CP _m x Ï€ ₁ ⁿ CD _n

其中 CP _m是 m 个过程变量的校正因子，CP _n是设计相关因子。

过程变量包括进料固体含量、固体密度、压降和浆料粘度。

旋流器设计参数包括旋流器直径、涡流器直径、插口直径、筒体长度、旋流器、旋流器角度和安装角度。

水力旋流器设计修正

入口直径

§  影响进料流量能力和d _50(c)。

§  制造商可以提供不同的尺寸和形状来满足流量容量。

§  一般来说，入口尺寸的增加会提高容量和 d _50(c)。

气缸长度

§  增加长度会导致更长的保留时间，这应该会降低 d _50(c)。

§  通常，圆柱体长度等于旋流器直径。

大型水力旋流器 (>660 mm) 使用较短的气缸长度。

锥形截面

锥角从 6° 到 90° 不等

20°锥角已成为标准；然而，10° 对矿物工业中的旋风器很常见

高锥角通常用于实现非常粗粒度的分离

更长的 10° 锥体可实现更长的保留时间和更精细、更有效的尺寸分离。

最近，开发了 qMax 水力旋流器，该水力旋流器包含一个双斜面锥体，即圆柱体和锥体之间的界面为 10°，锥体底部为 6°。改装标准水力旋流器可降低 d _50(c)。

涡流探测器

§  主要作用是控制尺寸分离和离开水力旋流器的流量。

§  延伸至入口下方以防止进料旁通

§  尺寸范围为旋风直径的 20% – 45%

§  大型涡流探测器增加容量并提高 d _50(c)

§  确定校正因子的表达式为：

顶点直径

§  必须足够大以允许预期的流量通过。

§  对 d50(c) 有一些影响。

§  通常在确定水力旋流器尺寸和数量并进行物料平衡后选择正确的尺寸。

§  排放模式表明性能： a) 宽角度表示不可接受的固体含量，“绳索”条件表示固体含量过高和性能差

体积进料流速

水力旋流器的体积进料速率与水力旋流器的压降直接相关。

因此，用于确定 d 50(c)的压降用于确定每个水力旋流器的进料流速。

为了确定所需的水力旋流器数量，流的总流量除以每个水力旋流器的允许流量。