Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Современное состояние теории и практики использования процессов классификации в гидроциклонах и опенка их влияния на эффективность обогащения 9
1.1 Анализ практического применения гидроциклонов на обогатительных фабриках 9
1.1.1 Элементы конструкции и принцип работы гидроциклонов 9
1.1.2 Типы гидроциклонов и их целевое назначение 10
1.1.3 Основные особенности работы гидроциклонов в качестве классифицирующих аппаратов 15
1.1.4 Применение гидроциклонов в циклах измельчения 18
1.2 Теоретические основы процесса гидроциклонирования и их влияние на эффективность классификации 22
1.2.1 Движение твердой фазы в гидроциклоне 22
1.2.2 Изменение плотности суспензии по объему гидроциклона 25
1.2.3 Движение жидкости в гидроциклоне 27
1.2.4 Эффективность турбулентной сепарации 29
1.2.5 Скоростное поле 30
Выводы по первой главе 37
ГЛАВА 2 Прогнозирование показателей работы гидроциклонов на основе их сепарационных характеристик и математических моделей протекания процесса классификации 38
2.1 Основное понятие и физический смысл крупности граничного зерна и эффективности классификации 38
2.2 Кривые эффективности 41
2.3 Анализ сепарационных характеристик гидроциклонов 47
2.4 Моделирование процесса гидроциклонирования
2.4.1 Математическое моделирование 51
2.4.2 Обзор современных прогнозирующих программных комплексов для моделирования технологических процессов обогатительных фабрик 53
2.4.3 Сравнительный анализ прогнозирующих программных комплексов. Обоснование
выбора симулятора для проведения модельных испытаний 65
Выводы по второй главе з
ГЛАВА 3 Экспериментальные исследования по опенке влияния физических свойств железорудной пульпы и конструктивных параметров гидроциклонов на процесс гидроциклонирования 68
3.1 Экспериментальный стенд для исследования параметров работы гидроциклонных аппаратов 68
3.2 Методика проведения эксперимента 71
3.3 Обоснование выбора конструктивных параметров гидроциклона для проведения исследований 73
3.4 Анализ влияния плотности пульпы на разделение в гидроциклоне 77
3.5 Исследование влияния вязкости пульпы на процесс гидроциклонирования 79
3.6 Система оптимального управления процессом классификации в гидроциклоне с помощью
стабилизации крупности граничного зерна 91
Выводы по третьей главе 97
ГЛАВА 4 Взаимная оптимизация технологических параметров и конструктивных особенностей гидроциклона, работающего в замкнутом цикле с шаровой мельницей 99
4.1 Предпосылки и исходные данные для симуляции технологического цикла «шаровая мельница - гидроциклон» 99
4.2 Модели гидроциклонов на базе компьютерного пакета rKSimMet 101
4.3 Модель мельницы идеального перемешивания rKSimMet 107
4.4 Методика составления согласованного материального баланса на основе
экспериментальных данных 109
4.5 Методика проведения исследований на модели 112
4.6 Результаты имитационного компьютерного моделирования цикла «шаровая мельница -гидроциклон»
4.6.1 Моделирование диаметра входного отверстия 114
4.6.2 Моделирование диаметра сливного патрубка 121
4.6.3 Моделирование диаметра песковой насадки и разгрузочного отношения 126
4.6.4 Моделирование длины цилиндра, числа гидроциклонов и угла конусности 128
4.6.5 Выбор оптимального режима работы гидроциклона на основе результатов
имитационного компьютерного моделирования 129
4.7 Экономическая оценка проведенных исследований 130
Выводы по четвертой главе 131
Заключение 134
Список литературы
- Основные особенности работы гидроциклонов в качестве классифицирующих аппаратов
- Анализ сепарационных характеристик гидроциклонов
- Исследование влияния вязкости пульпы на процесс гидроциклонирования
- Результаты имитационного компьютерного моделирования цикла «шаровая мельница -гидроциклон»
Основные особенности работы гидроциклонов в качестве классифицирующих аппаратов
Трехпродуктовый конический гидроциклон (рисунок 1.4) представляет собой аппарат с двумя промежуточными камерами и двумя отводными патрубками для отвода верхнего продукта. Промежуточный продукт разгружается через кольцевое пространство между отводными патрубками, а остальное количество потока через внутренний патрубок. Более тяжелый нижний продукт разгружается через насадку в нижней части аппарата. В трехпродуктовом гидроциклоне вследствие вращательного движения жидкости в наружном отводном патрубке более тяжелая фаза под действием центробежной силы концентрируется у внутренней его стенки, а более легкая ближе к осевой части [33, 35, 44]. При этом через внутреннюю трубку выносятся наиболее легкие частицы, чем через кольцевое пространство. На практике трехпродуктовые гидроциклоны применяются не столько для разделения исходной пульпы на три продукта, сколько для дополнительной регулировки точности разделения классифицируемого материала на два продукта. Аппарат такой конструкции позволяет регулировать качество двух продуктов разделения путем изменения выхода промежуточного продукта, который в виде циркулирующей нагрузки может быть снова подан в гидроциклон.
Цилиндрические гидроциклоны применяются для обогащения крупнозернистых смесей при первичной стадии обогащения и могут иметь одно или многоступенчатую конструкцию [22]. Цилиндрический двухступенчатый гидроциклон состоит из двух циклонов: основного -цилиндрического и перечистного - конического. Исходное питание, подаваемое в аппарат, разделяется на два продукта. Верхний продукт разгружается через патрубок, а нижний переходит по каналу в конический гидроциклон. Наиболее тяжелая фракция покидает аппарат через регулируемую насадку, а промежуточный продукт можно снова направить в виде питания. Такие гидроциклоны отличаются высокой производительностью и успешно зарекомендовали себя в таких в таких областях, как переработка техногенных месторождений, выделение породы из угольной мелочи, обогащение тонкоизмельченных золото и оловосодержащих руд, а также промывка песка [49, 52, 55, 58, 67].
Особую популярность данный тип гидроциклонных аппаратов получил за счет низких эксплуатационных затрат в связи с тем, что он не является высоконапорным и не требует специального технического обслуживания. Такие аппараты обладают высокими показателями износостойкости по сравнению с оборудованием аналогичного применения и имеют относительно небольшие габаритные размеры. Технологические показатели цилиндрических гидроциклонов мало отличаются от показателей гидроциклонов конического типа.
Также известны гидроциклоны винтового типа, в которых основной поток движется по спирали, при этом тяжелые и крупные частицы из внешнего слоя потока отводятся наружу, о более легкие и мелкие разгружаются через песковую насадку. К винтовым гидроциклонам также относятся аппараты с неподвижным направляющим колесом, в котором центробежная сила возникает за счет движения жидкости через лопатки колеса [69, 80, 84]. Отличительной особенностью данного типа конструкции является способ подачи питания: здесь питание подается сверху по оси аппарата. Легкая часть твердой фракции отбодится через трубу, расположенную на оси аппарата, а более тяжелая через нижний тангенциально расположенный патрубок.
Аппарат, представляющий собой комбинацию гидроциклона и центрифуги, называется турбоциклон [80]. В данном случае необходимый для работы напор создается не насосом, как в гидроциклонах, а турбинкой, расположенной в цилиндрической части аппарата. Нижний продукт удаляется через нижнее отводное отверстие, диаметр которого можно регулировать сжатым воздухом с помощью резинового кольца, а верхний продукт через центральную трубу, проходящую вдоль оси аппарата. Разработка и внедрение циклонов данной конструкции осуществлялись с целью замены насоса турбинкой, что, как предполагалось, снизит удельный расход электроэнергии [87, 91, 113]. Однако, как показали исследования и практика использования данного типа аппаратов [80, 82, 84,] технологические преимущества эксплуатации перед коническими гидроциклонами отсутствуют, а конструкция является более сложной в виду наличия вращающейся с большой скоростью турбинки. Это приводит к трудностям уплотнения вала, а следовательно обуславливает ограниченное применение в промышленности. Кроме того, все названные типы конструкций гидроциклонных аппаратов подразделяются по различным признакам и условиям эксплуатации на несколько подгрупп:
Классификация материалов по крупности является одной из определяющих операций в технологической схеме обогащения. Под классификацией будем понимать разделение частиц на две или большее число фракций в соответствии с их поведением в жидкости. Основным фактором разделения в процессе классификации являются различия в скоростях падения частиц различной плотности и крупности в жидкой среде и, как правило, в воде [3]. Доказано, что скорость разделения частиц в центробежном поле в сотни раз выше скорости их разделения в гравитационном поле [18, 20, 37]. В связи с этим производительность гидроциклонов намного превышает производительность других обогатительных аппаратов, в которых разделение происходит под действием силы тяжести.
Из всех перечисленных конструктивных модификаций гидроциклонов и оборудования гидроциклонного типа на железорудных обогатительных фабриках в стадиях классификации, как правило, применяют гидроциклоны цилиндроконического типа, больших и средних диаметров, с углом конуса 20, высокого давления, в компоновке в виде батарейного соединения со 100% резервированием [104].
Основным предназначением гидроциклонов в качестве классифицирующих аппаратов является разделение твердой части пульпы, представляющей собой смесь частиц различной крупности, на фракции с позонным отводом продуктов классификации. Необходимыми условиями их нормального функционирования являются плавный ввод разделяемой смеси в аппарат, снижение турбулентных пульсаций в рабочей зоне, а также точная регулировка объемных расходов выводимых продуктов классификации.
Гидроциклонные аппараты (рисунок 1.5) успешно зарекомендовали себя в качестве аппаратурного исполнения сепарационных процессов на обогатительных фабриках. [63, 80, 153]. Высокая степень турбулентности потока жидкости на входном участке и значительный фактор разделения в рабочей зоне аппарата позволяют совмещать в одном аппарате различные массообменные процессы с последующим разделением продуктов по плотности и крупности. На сегодняшний день на рудообогатительных фабриках гидроциклоны применяются в качестве основного аппарата для гидравлической классификации пульп [77, 82, 124]. Из всего разнообразия конструкций гидроциклонов особое применение в данной отрасли нашли цилиндроконические аппараты с углом конусности 20, а также батарейные гидроциклоны малого диаметра с углом конусности 10. Рекомендуются пятизначные обозначения единичных гидроциклонов и семизначные батарейных гидроциклонов. Первые две буквы -тип гидроциклона (таблица 1.1), третья буква - конструкционный материал (таблица 1.2); цифры - основные геометрические характеристики аппаратов и номер модели, отражающий специфические конструктивные особенности гидроциклонов. Например, условное обозначение ТВК-40-5-01 означает: единичный аппарат с тангенциальным вводом суспензии (ТВ), выполненный из коррозионно-стойкой стали (К) с внутренним диаметром цилиндрической части, равным 40 мм, и углом конусности 5, модель 01 [22]. В маркировке батареи гидроциклонов 30-02-ТВК-40-5-01 первая цифра - число элементов в батарее, вторая - модель установки, остальное - характеристика единичного элемента [22].
Анализ сепарационных характеристик гидроциклонов
Решая задачу поиска экстремальных значений критерия оптимизации при построении моделей, следует помнить, что линейные, степенные, экспоненциальные, обратные функции не имеют экстремумов. Следовательно, регрессионные модели на их основе тоже не будут иметь экстремумов. Поэтому в данном случае в качестве моделей для описания объекта целесообразнее использовать полиномы четных степеней. Бокс и Уилсон предложили шаговый метод исследования поверхности отклика - метод крутого восхождения (или метод наискорейшего спуска) [23, 88], в основе которого лежит использование градиента функции. Движение по градиенту обеспечивает кратчайший путь к оптимуму и дает возможность в сложной многофакторной ситуации вести поиск целенаправленно.
Необходимость использования моделей и моделирования, прежде всего математических, определяется возможностью с их помощью решения сложных задач исследования, прогнозирования и оптимизации технологических процессов в области обогащения полезных ископаемых. В настоящее время для более интенсивного использования математических моделей имеются научно-методические, информационные, программно-технические и социальные предпосылки [13, 59, 88]. Созданное для специалистов математическое и программное обеспечение сделало моделирование широко используемым профессиональным инструментом для решения сложных задач оптимального технологического проектирования.
Вопросам совершенствования процессов обогащения полезных ископаемых в настоящее время уделяется все большее внимание. Обусловлено это тем, что в процесс обогащения все чаще вовлекаются руды с низким содержанием полезных ископаемых и со сложным и разнообразным минералогическим составом. При этом постоянно повышаются требования к качеству концентрата и содержанию полезных компонентов в отходах. Очень важным этапом на стадии проектирования является обоснование и выбор рациональной схемы обогащения минерального сырья. Принятие решения по выбору той или иной схемы обычно основывается либо на предыдущем опыте использования аналогичных технологических схем и схем цепей аппаратов, либо на очень емких математических расчетах с использованием сепарационных характеристик аппарата, предложенных проф. О.Н. Тихоновым [98] с последующим проведением необходимых лабораторных и полупромышленных испытаний.
Основным инструментом для проектирования и эксплуатации обогатительных предприятий являются качественно-количественные схемы. Помимо традиционного назначения - качественного и количественного описания технологического процесса обогащения - схемы позволяют решать большое количество вопросов, прямо или косвенно связанных с повышением эффективности обогащения полезных ископаемых. Комплексный, системный подход к разработке и использованию качественно-количественных схем, основанный на применении моделирования и компьютерной техники, обеспечивает выход на принципиально новые рубежи.
Таким образом, в сложившихся условиях актуальным является использование компьютерных пакетов для моделирования схем технологических процессов обогащения полезных ископаемых. При этом, важным и определяющим эффективность моделирования является возможность автоматизации процесса, синтеза моделей и анализа на этих моделях технологических схем обогащения для выбора наиболее оптимальной схемы для данного минерального сырья.
При проектировании обогатительных фабрик характеризующихся большой сложностью и разнообразием технологических процессов, используемых для перевода полезного ископаемого из категории потенциально ценной в реальную товарную продукцию, возникает необходимость правильного принятия решения. Первым и наиболее важным этапом работ является выбор и обоснование технологических схем обогащения, в виде системы с определенными связями и элементами, учитывающими основные разделительные признаки минерального сырья.
Сравнение конкурирующих вариантов технологических схем переработки минерального сырья требует емких математических расчетов. Причем даже большой имеющийся опыт и интуиция инженера, не всегда гарантирует ему оптимальности принятия проектных решений.
Поэтому одна из современных тенденций проектирования - это использование моделирования, особенно на стадии предпроектных решений, когда имеется только качественная характеристика, гранулометрический и фракционный составы минерального сырья, технико-экономическое обоснование инвестиций в строительство обогатительных фабрик.
Моделирование - практически единственный инструмент для исследования, как правило, сложных комбинированных технологических схем, с учетом комплексного использования сырья сложного вещественного состава, с низким содержанием ценных компонентов. В настоящее время для выбора оптимальных технических решений широко используются модели на основе аппарата динамического программирования.
Моделирование процессов используются на всех переделах фабрики по переработке полезных ископаемых: от процесса разработки и проектирования до прекращения работы предприятия, в том числе технико-экономические обоснования, проектирование, ввод фабрики в эксплуатацию, работу фабрики и моделирование снятия фабрики с эксплуатации. С самого начала на основе моделирования мы получаем четкое представление о работе и производительности будущей фабрики. Это представление со временем становится все более и более точным, благодаря накоплению данных и знаний, полученных в результате лабораторных, полупромышленных и промышленных испытаний. Осуществляется непрерывный обмен между показателями реальной фабрики и смоделированной в программном пакете.
Исследование влияния вязкости пульпы на процесс гидроциклонирования
В замкнутом цикле измельчения, который очень часто применяется в подготовке руд к обогащению, слив гидроциклона непосредственно направляется на обогащение, чаще всего на флотацию. Гранулометрический состав и содержание твердого в питании флотационных машин существенно влияет на результаты обогащения. Следовательно, эти показатели должны быть стабилизированы и оптимизированы еще на сливе гидроциклонов [146]. Равномерные условия питания гидроциклона, касательно содержания твердого и гранулометрического состава, являются отличной предпосылкой для хорошей эффективности разделения материала. Вариации твердости исходного питания приводят к значительным флуктуациям размера граничного зерна и крутизны сепарационной характеристики. Чем тверже материал, питающий мельницу, тем крупнее ее разгрузка и соответственно питание гидроциклона, что приводит к существенному росту циркулирующей нагрузки, это означает, что изменение питания должно контролироваться и компенсироваться системой управления и контроля работы гидроциклона.
В практике эксплуатации гидроциклонов выделяют три различных режима их работы [147], которые показаны на рисунке 3.20. В плотном потоке разделения (рисунок 3.20-1), более крупные частицы находятся в конической части гидроциклона, однако, часть из них попадает в слив, тем самым снижая извлечение крупных частиц в песковый продукт и увеличивая крупность граничного зерна. Поток воздуха, не доходя до вершины, начинает интенсивно колебаться. Разгрузка пескового продукта гидроциклона принимает вид каната и характеризуется высоким извлечением крупных частиц в пески при минимальном содержании мелких частиц, что естественно является существенным преимуществом данного режима работы.
В разбавленном потоке разделения (рисунок 3.20-3) с характерной разгрузкой песков в виде раскрытого зонта, воздушный поток постепенно доходит до места разгрузки песков. Сепарация в данном режиме характеризуется высоким извлечением крупных частиц в песковый продукт, однако их низкой концентрацией в нем, что обуславливается попаданием большого количества мелочи в песковый продукт. На существующих обогатительных фабриках данных режим работы с разгрузкой в виде открытого зонта является предпочтительным. Существенным недостатком данного режима является большое количество мелких частиц в песках гидроциклона, которые направляются обратно в мельницу, тем самым происходит переизмельчение материала. С другой стороны, попадание негабаритных частиц в пределах границы разделения в слив невозможно, следовательно, не возникает проблем с крупностью питания для флотационных машин. Слой осадка
Переходное состояние (рисунок 3.20-2) между плотным и разбавленным потоком разделения очень нестабильно, а следовательно разгрузка песков все время меняет свою форму от каната к раскрытому зонту и наоборот. Учитывая результаты исследования, которые подтверждают преимущество и эффективность работы гидроциклона в переходном режиме, стабилизация и оптимизация данного состояния представляет собой огромный интерес для ученых и технологов.
Компьютерное моделирование классификации в гидроциклоне, при использовании математической модели [146], характеризует рабочие режимы гидроциклона при различной форме разгрузки пескового продукта.
Для значений Vs(u) больших, чем правая часть уравнений (3.28) и (3.29) имеет место канатообразная разгрузка пескового продукта. Согласно уравнению (3.29), более высокая плотность может быть достигнута без риска канатообразной разгрузки, если гидроциклон работает с высокой плотностью песков. Чем выше плотность твёрдого в песках, тем выше плотность самих песков перед наступлением «каната». Например, для слива с 30% твёрдого и плотностью твёрдого в песках 2,7 канатообразные пески наблюдаются приблизительно с 78% твёрдого по массе, в то время как при плотности твёрдой фазы в песках 3,7, плотность песков может быть увеличена приблизительно до 82% перед наступлением данного явления [146].
Как отмечалось ранее, предпочтительной является разгрузка пескового продукта в виде зонта с малым углом открытия в пределах 10-15 с воздушным столбом в центре. Л. Плитт и др [151] определили, что крупность частиц в песках является мерой изменения разгрузки песков от нормальной разгрузки до канатообразной, но Бустаманте [148] доказал, что такой мерой с большей точность является разгрузочное отношение. Конча и др. [149] охарактеризовали количественно это отношение для наступления условий канатообразной разгрузки, заметив, что «канат» будет иметь место, если диаметр воздушного столба будет больше чем диаметр пескового отверстия. Поскольку диаметр воздушного столба зависит от поверхностного натяжения, вязкости и диаметров сливного и пескового отверстий, то разгрузочное отношение dn/сісл будет определяющей переменной. В таблице 3.13 представлены некоторые ограничивающие значения для данного параметра.
Таким образом, для эффективной работы гидроциклона необходимо стабилизировать его работу в условиях возможно более близких к переходному состоянию от канатобразной разгрузки к зонтичной так, чтобы выделить максимальное количество крупных классов в песковый продукт. Задачей системы контроля и управления является стабилизация работы гидроциклона в данной критической переходной точке, а соответственно, ключевым моментом при сохранении формы разгрузки песков является стабилизация крупности граничного зерна
В ходе проведения экспериментальных исследований на гидроциклоне RWS105 диаметром 80 мм проведен анализ продуктов разделения классификатора, в результате чего построены кривые эффективности сепарации (рисунок 3.22) для трех режимов работы (рисунок 3.23): при зонтичной разгрузки пескового продукта, канатообразной разгрузке и в переходном состоянии. Смена формы разгрузки песков изменялась путем увеличения и уменьшения давления на входе в классификатор.
На основании кривых эффективности гидроциклона найдена крупность границы разделения в переходном состоянии, которое является оптимальным. Целью системы контроля и управления в данном конкретном случае является стабилизация границы разделения на крупности 35 мкм независимо от содержания твердого в питании гидроциклона и вязкости пульпы. Крупность частицы, лік г/.
Способ осуществляется следующим образом. Измеряют расход пульпы в сливе и песках гидроциклона 1 расходомерами 2 и 3 соответственно, а также вязкость вязкозиметром 4, установленным в резервуаре для подачи исходного питания. Бесконтактный датчик 8, представляющий собой лазерный луч, установлен на выходе песков из песковой насадки. Проходя через зонт пескового продукта, луч искажается в зависимости от степени раскрытия зонта и попадает на приемник излучения 9. Информация от приемника поступает в усилитель-преобразователь сигнала 10. Затем данные в виде электрических сигналов поступают в регулирующий микроконтроллер 5. В микроконтроллере 5 происходит сравнение степени раскрытия зонта с заданной, которая выведена теоретически, и соответствует углу раскрытия зонта 10-15 градусов. При величине разбаланса с учетом величины и знака полученного рассогласования вырабатывается управляющий импульс, который через исполнительный механизм 6 воздействует на регулирующий орган 7, изменяя сечение песковой насадки, чтобы убрать возникший разбаланс. Регулирующим органом является резиновая насадка- тор, управляемая с помощью пневматического исполнительного механизма. При большей степени раскрытия зонта диаметр песковой насадки будет уменьшаться и наоборот.
Результаты имитационного компьютерного моделирования цикла «шаровая мельница -гидроциклон»
Разгрузочное отношение (отношение диаметра песковой насадки к диаметру сливного патрубка) является самым важным геометрическим параметром работы промышленных гидроциклонов.
Изменение разгрузочного отношения существенно влияет на все показатели работы классификатора и прежде всего на перераспределение объемов песков и слива. С его увеличением относительное количество песков возрастает, соответственно уменьшается выход слива и содержание твердого в песках, твердая фаза слива и песков становится тоньше. Однако, крупность твердой фазы слива понижается только до определенного предела. Дальнейшее увеличение разгрузочного отношения только ухудшает эффективность классификации, разжижает и загрязняет пески шламами.
Приведенные выше исследования влияния диаметров входного и сливного патрубков показали, что при выбранных размерах данных составляющих представляется возможность использования Песковых насадок диаметром 16 и 18 мм, что соответствует значениям разгрузочного отношения 0,53 и 0,6 соответственно. Результаты моделирования при данных параметрах отображены в таблице 4.14.
Анализируя показатели работы гидроциклона с данными Песковыми насадками, можно сделать вывод, что применение песковой насадки большего диаметра приводит к увеличению производительности циклона по исходному питанию, при этом давление его подачи в питающий патрубок также увеличивается. Согласно рекомендациям проектировщиков [54, 71, 128 72, 100] и данных о работе существующих обогатительных фабрик [2, 58, 80, 82, 96, ] давление на входе в гидроциклон должно быть минимально возможным для обеспечения требуемой эффективности процесса гидроклассификации. Прежде всего это связано с повышенными требованиями, предъявляемыми к насосному оборудованию, осуществляющему подачу пульпы в аппарат. Чем выше требуемое давление на входе, тем выше стоимость насоса, который способен справиться с данной задачей, что приводит к существенному увеличению не только капитальных, но и эксплуатационных затрат. Кроме того высокие значения давления на входе в гидроциклон приводит к его быстрому износу, что влечет за собой необходимость частой замены его деталей. При этом также значительно увеличивается энергопотребление цикла.
Применение песковой насадки диаметром 16 мм снижает циркулирующую нагрузку технологической операции, которая в данном случае составляет 280%, что является достаточно неплохим показателем работы гидроциклона на основе данных их применения в циклах измельчения. Как отмечалось ранее, эффективность классификации в обеих сериях опытов достигала своего максимума при величине разгрузочного отношения 0,5.
Таким образом, рациональным является решение о применении песковой насадки диаметром 16 мм в качестве оптимальной при ранее обоснованных геометрических параметрах.
По ходу процесса моделирования наблюдалось, что с увеличением длины цилиндрической части гидроциклона растет производительность по пульпе и одновременно снижается давление на входе, производительность по твердому и циркулирующая нагрузка также растут, уменьшается плотность песков, и они становятся более загрязненными шламами. Эффективность классификации падает, а размер граничного зерна соответственно растет.
С увеличением числа гидроциклонов, работающих в параллели в одном кластере растет их производительность по пульпе с одновременным резким падением давления на входе, растет также производительность по твердому и циркулирующая нагрузка. Снижение плотности песков сопровождается увеличением в них содержания класса -50 мкм, эффективность классификации падает, а крупность граничного зерна растет.
По характеру влияния на показатели разделения изменение числа гидроциклонов эквивалентно влиянию длины цилиндра. По возможности выгоднее манипулировать этим фактором, нежели количеством гидроциклонов в кластере (последнее должно быть минимально необходимым).
С увеличением угла конусности уменьшается производительность и почти не меняется давление на входе, падает выход песков и циркулирующая нагрузка, возрастает плотность песков, при этом эффективность классификации и крупность граничного зерна меняются мало.
Влияние угла конусности на извлечение воды в слив с увеличением первого противоположно влиянию увеличения числа работающих в параллели гидроциклонов. Результаты моделирования показали, что минимально возможным количеством установленных гидроциклонов в кластере является один гидроциклон диаметром 150 мм. Имея объемную производительность по исходному питанию 15 мЗ/ч при давлении на входе 0,1 МПа, гидроциклон данного типоразмера обеспечит требуемую производительность цикла. Гидроциклоны меньшего диаметра не справятся с требуемой нагрузкой, что приведет к работе в аварийном режиме в виду возможного переполнения зумпфа.
Гидроциклон ГЦ-150 выпускается со стандартным углом конусности 10 градусов. Изменение данного геометрического параметра не рационально в виду высокой себестоимости и малого влияния на процесс классификации и качество продуктов разделения.
Выбор оптимального режима работы гидроциклона на основе результатов имитационного компьютерного моделирования
Поскольку с увеличением диаметра входного отверстия незначительно увеличивается производительность, а остальные параметры меняются мало, то принимаем в качестве оптимальной стандартный диаметр 30 мм. Моделирование остальных параметров осуществлялось далее при этой питающей насадке.
Для заданной крупности слива -50 мкм оптимальная величина разгрузочного отношения составляет 0,5, при этом эффективность классификации максимальна. Увеличение разгрузочного отношения выше данной величины приводит к резкому возрастанию производительности и циркулирующей нагрузки, наблюдается также падение удельной производительности мельницы.