Hydrozyklone sind Geräte, die Schlamm durch Zentrifugalkraft trennen. Anfangs wurden sie aufgrund des schnellen Verschleißes, der kurzen Lebensdauer der Geräte und der schwierigen Kontrolle der Prozessparameter nicht weithin eingesetzt. Mit der Einführung verschleißfester Gummiauskleidungen in Hydrozyklonen erhöhte sich deren Lebensdauer jedoch erheblich, sodass sie auf dem Markt weithin akzeptiert und verwendet wurden.

In diesem Artikel geben wir einen detaillierten Überblick über verschleißfeste Hydrozyklone und gehen dabei auf deren Aufbau, Funktionsprinzipien, spezifische Funktionen, Anwendungen, allgemeine Probleme und Überlegungen ein.

I. Aufbau und Funktionsweise von Hydrozyklonen:

Wie in der Abbildung dargestellt, besteht ein Hydrozyklon aus einem hohlen zylindrischen Oberteil und einem konischen Unterteil, die die Kammer bilden. Das Oberteil verfügt über eine Zuführvorrichtung, das Oberteil über eine Überlaufvorrichtung und das Unterteil über einen Sandauslass. Diese Komponenten sind mit Flanschen und Schrauben verbunden. Das Einlassrohr, der Sandauslass und das Innere der Kammer sind verschleißanfällig. Um dies zu beheben, werden diese gefährdeten Bereiche mit verschleißfesten Gummiauskleidungen versehen, die normalerweise aus Gummi bestehen.

Das Funktionsprinzip eines Hydrozyklons besteht darin, die Aufschlämmung unter Druck zu setzen (0,5–2,5 kg/cm²) und sie mit einer Geschwindigkeit von etwa 5–12 Metern/Sekunde in die Kammer einzuführen. Wenn die Aufschlämmung, die suspendierte Feststoffpartikel enthält, tangential in die Kammer eintritt, wird sie durch die schnelle Rotation gezwungen, der kreisförmigen Struktur der Kammer zu folgen. Diese Rotation erzeugt Zentrifugalkraft, wodurch größere Partikel aufgrund ihrer größeren Trägheit den Wasserwiderstand besser überwinden können. Während der kontinuierlichen Rotation bilden daher Partikel unterschiedlicher Größe und Wasser aufgrund ihrer unterschiedlichen Zentrifugalkräfte und Schwerkraft Schichten, wodurch die Aufschlämmungskomponenten getrennt werden.

II. Funktionen und Anwendungen von Hydrozyklonen:

1. Partikeltrennungsvorgänge:
   • Partikelklassifizierung: Trennt Partikel mit ähnlicher Dichte anhand ihrer Größe, unterteilt sie in grobe und feine Partikel oder entfernt eine der beiden Kategorien aus dem Produkt. Oft werden mehrere Hydrozyklone verwendet, um die Genauigkeit zu verbessern.
   • Partikelsortierung: Trennt Partikel auf Basis ihrer Dichte und verwendet dabei entweder Hydrozyklone mit schwerem oder mit wässrigem Medium.
   
   Beispielsweise verwendet eine Anlage mit einer Aufschlämmung mit einem Feststoffgehalt von 160–200 g/l, wobei Partikel mit einer Maschenweite von +100 53% und Partikel mit einer Maschenweite von -200 37,4% ausmachen, Hydrozyklone. Nach der Verarbeitung enthält das Überlaufprodukt 96%-Partikel mit einer Maschenweite von -100, während der Unterlauf über 85%-Partikel mit einer Maschenweite von +100 enthält.
   
   
2. Konzentrationsvorgänge:
   Hydrozyklone konzentrieren Materialien durch Entwässerung, ermöglichen eine Vorkonzentration und reduzieren die Belastung nachfolgender Geräte. Es können Konzentrationsraten von über 50% im Unterlauf und über 70% in der Produktionsausbeute erreicht werden. Hydrozyklone arbeiten oft in Verbindung mit Vakuumfiltern, Siebmaschinen, Entwässerungsmaschinen und Eindickern und ersetzen große, teure Schwerkraftsedimentationsgeräte.
   
   Bei der Rückstandsaufbereitung in einer Mine konzentriert beispielsweise ein System aus Hydrozyklonen, Eindickern und Entwässerungssieben den Schlamm auf einen Wassergehalt von unter 151 TP3T.
   
   
3. Klärvorgänge:
   Hydrozyklone entfernen dispergierte Phasenmaterialien aus Flüssigkeiten und sorgen so für saubere Flüssigkeiten. Die richtige Anpassung der Strukturparameter wie Durchmesser und Kegelwinkel entsprechend der Größe und Dichteunterschiede der dispergierten Phasenmaterialien ist für eine effektive Klärung von entscheidender Bedeutung. Durch Filterung vor dem Hydrozyklon kann Verstopfungen vorgebeugt werden.
   
   In einer Chemieanlage, in der eine Aufschlämmung mit CaCO3 und Staubpartikeln gefiltert wird, entfernen Hydrozyklone effizient Partikel unter 15 μm und erreichen dabei eine Abscheiderate von 70%–85%.
   
   Hydrozyklone werden in ihrer Struktur und Anwendung immer vielfältiger. Sie können in Reihe für eine feinere Produkttrennung, parallel für eine höhere Ausbeute oder in Kombination zur Optimierung herkömmlicher Entwässerungsprozesse eingesetzt werden. Sie finden Anwendung im Bergbau, bei der Papierherstellung, im Bauwesen, in der Chemie und in anderen Bereichen.

III. Faktoren, die die Effizienz von Hydrozyklonen beeinflussen:

1. Durchmesser: Größere Hydrozyklone haben im Allgemeinen einen höheren Wirkungsgrad.
2. Kegelwinkel: Ein größerer Kegelwinkel erhöht den Strömungswiderstand und führt zu einer geringeren Effizienz.
3. Durchmesser des Zulaufrohrs: Größere Einlassrohre steigern die Effizienz.
4. Durchmesser des Überlaufrohrs: Bei konstantem Kammerdruck steigern größere Überlaufrohre die Effizienz.
5. Form und Größe des Einlasses: Die Form und Größe des Einlasses beeinflussen die Effizienz des Hydrozyklons.
6. Durchmesser des Unterlaufauslasses: Größere Auslässe ermöglichen eine feinere Klassifizierung und verbessern auch die Effizienz.
7. Innenwandrauheit: Während die Rauheit der Innenwände die Effizienz nur minimal beeinflusst, wird sie durch die Verwendung der verschleißfesten Gummiauskleidungen von DEF Rubber gesteigert.
8. Viskosität der Aufschlämmung: Die Viskosität der Einlassaufschlämmung beeinflusst die Effizienz des Hydrozyklons.
9. Verhältnis von Unterlaufauslassdurchmesser zu Überlaufauslassdurchmesser (Kegelverhältnis): Höhere Konusverhältnisse führen zu einer feineren Klassifizierung, jedoch verringert sich die Effizienz.

Ein hoher Wirkungsgrad ist jedoch nicht das einzige Kriterium bei der Auswahl von Hydrozyklonen. Anwender müssen sowohl ihre Produktionsanforderungen als auch die gewünschten Trennergebnisse berücksichtigen.

IV: Häufige Probleme mit Hydrozyklonen und Verbesserungsvorschläge:

1. Beseitigung und Verbesserung der Kurzschlussströmung in Hydrozyklonen:
   Um den Kurzschlussfluss zu kontrollieren, sind Änderungen an der Überlaufrohrstruktur entscheidend. Ansätze umfassen die Schaffung eines kreisförmigen Kurzschlussflussauslasses zwischen der oberen Abdeckung und dem Überlaufrohr sowie das Hinzufügen kreisförmiger Zähne an der Außenwand des Überlaufrohrs. Praktische Anwendungen haben gezeigt, dass die Implementierung dieser Änderungen die Klassifizierungseffizienz um 8% verbessern und die Trennpräzision um das 1,8-fache erhöhen kann.
   
   
2. Beseitigung und Verbesserung von Luftsäulen in Hydrozyklonen:
   Luftsäulen wirken sich negativ auf den Trennprozess aus. Durch den Einbau von Vollstäben, die den Raum der vorherigen Luftsäule einnehmen, können Luftsäulen effektiv eliminiert werden. Praktische Tests zeigen, dass der Einbau von Vollstäben die internen Verluste um durchschnittlich 51,51 TP3T reduziert. Durch das Hinzufügen zentraler Vollstäbe wird jedoch das Überlaufvolumen des Hydrozyklons reduziert.
   
   
3. Verbesserung der Strömungsstruktur am Hydrozykloneinlauf:
   Die durch Umlenkung und Ausdehnung verursachte Strömungsstruktur am Hydrozykloneinlass führt zu Energieverlusten und Turbulenzen. Hydrozyklone mit gekrümmten Einlassstrukturen mildern diese Probleme wirksam und verbessern die Trennleistung deutlich.

Abschließend bietet dieser umfassende Überblick Einblicke in verschleißfeste Hydrozyklone, von ihrer Konstruktion und ihren Funktionsprinzipien bis hin zu ihren vielfältigen Anwendungen und Strategien zur Effizienzsteigerung. Für weitere Fragen zu Hydrozyklonen und Gummiauskleidungslösungen wenden Sie sich bitte an DEF Rubber.