Principeschema
Principe- en installatiebeschrijving
Een hydrocycloon is veelal opgedeeld uit 4 onderdelen.
- Inlaat sectie: de inlaat sectie bestaat een cilindrische voedingskamer waar de ingaande voedingsstroom tangentieel binnenkomt. Deze voedingsstroom wordt door middel van een pomp in de cycloon gebracht;
- Overflow sectie: in deze sectie verlaten de lichte delen reeds de hydrocycloon bovenaan;
- Conische sectie: deze sectie bestaat uit een kegelvormig oppervlak waar de vloeistof een versnelling krijgt. Deze versnelling wordt veroorzaakt door de hoek en de geometrie van het conische oppervlak en zorgt voor de ontwikkeling van hogere centrifugaalkrachten.
- Staart sectie: Deze sectie bevindt zich onderaan de hydrocycloon en heeft als doel de verblijftijd voor de scheiding te verlengen.
Samengevat scheidt een hydrocycloon partikels op basis van ontwikkelde centrifugaal krachten. Deze centrifugaal kracht wordt opgewekt doordat de vloeistof tegen hoge snelheid tangentieel de cycloon binnenkomt en versneld wordt in een conische tussensectie. Op deze wijze ontstaat een vloeistof vortex in de cycloon. Hoe kleiner de diameter van de cycloon, hoe groter de centrifugaal krachten zullen zijn die opgewekt worden, als gevolg van de scherpere bocht die de vloeistof moet nemen. Lichte componenten verlaten de hydrocycloon aan de bovenzijde terwijl de zwaardere componenten aan de onderzijde verzameld worden.
Door de aanwezigheid van centrifugaal krachten wordt een hydrocycloon mogelijks verward met een centrifuge. Bij een hydrocycloon zijn geen bewegende delen aanwezig, en is de grootte van de centrifugaal kracht ongeveer 1000 maal de zwaartekracht. Een centrifuge is een dynamische toestel met bewegende delen waardoor de centrifugaal kracht die ontwikkeld wordt groter is dan deze bij een hydrocycloon.
Om een selectie te maken tussen een centrifuge en een hydrocycloon neemt men volgende regel als schatting:
- Indien de vaste delen, bij gravitaire bezinking, bezinken binnen 2 minuten wachttijd wordt een hydrocycloon verkozen.
- Wanneer de gravitaire bezinking langer duurt dan 2 minuten zal eerder de centrifuge verkozen worden.
Specifieke voor- en nadelen
Een hydrocycloon is vooreerst een goedkope en bewezen technologie. Er zijn geen bewegende delen in dit toestel wat de constructie vereenvoudigt. In functie van de toepassing kunnen cyclonen compact gebouwd worden waardoor ze weinig plaats innemen. Er bestaat ook de mogelijkheid van meerdere cyclonen achter elkaar te plaatsen in serie of in een parallel schakeling. Ook worden er nauwelijks hulpstoffen gebruikt.
De voornaamste nadelen van een cycloon zijn slijtage van de materialen en de noodzaak aan buffering van de voedingsstroom om een constante aanvoer te voorzien naar de hydrocycloon.
Toepassing
Hydrocyclonen kennen een breed toepassingsgebied. Ze worden voornamelijk ingezet als scheidingstechniek.
- scheiding van fijne partikels: verwijdering van grote kristallen in kristalliseersystemen;
- verwijderen van grove delen: vb. verwijderen van vuil uit fruitsappen;
- bereiding van oplossingen of suspensies door gecontroleerde menging van vaste delen en water;
- gravitaire afscheiding van organische materie uit suikerbiet effluent;
- scheiden van olie en water in de olieraffinage.
Randvoorwaarden
Gesuspendeerde deeltjes bestendig tegen afschuifkrachten, met een diameter tussen de 5 en 1000 ?m en geneigd tot bezinken, kunnen in een cycloon worden afgescheiden.
De scheidingscapabiliteit bij onderling vergelijk van verschillende hydrocyclonen wordt uitgedrukt door de d50 cut-size. De d50 cut-size vertegenwoordigt de minimum grootte van de partikels die voor minstens 50 % verwijderd worden door de cycloon. Deze partikels worden dan afgescheiden als slurry onderin de cycloon.
Het droge stof gehalte in de slurry ligt tussen de 1 tot 10%. Een hydrocycloon ontworpen voor een flow van 100 m3/uur neemt circa 20 m2 in beslag.
Werkingsgraad
Bij de verwerking van ruwe olie worden cyclonen ingezet om olie en water te scheiden. In deze toepassing kunnen oliedruppels gelijk en groter dan 30 ?m afgescheiden worden tot een verwijderingsrendement van 98%.
Hulpstoffen
Er worden geen hulpstoffen gebruikt bij deze techniek.
Milieu-aspecten
In functie van de toepassing ontstaat onderin de hydrocycloon een sliblaag die dient afgevoerd of verwerkt.
Kosten
Voor een stalen hydrocycloon systeem met standaard instrumentatie en voor olieafscheiding uit een waterige stroom van 1000 m³/dag bedraagt de investering ongeveer 250 000 euro.
In deze kosten zijn enkel de investeringskosten verwant aan de hydrocyclooninstallatie vermeld. Deze omvat noodzakelijke apparatuur zoals pompen, leidingwerk, en slib tanks. Andere kosten zoals watervoorbehandeling, ontwatering, droging en elektrische en mechanische installatiekosten zijn niet meegerekend.
Opmerkingen
Een hydrocycloon wordt liefst voorzien van een constante toevoer van voedingsvolume. De aanwezigheid van lange vezels in de vloeistof wordt best vermeden wanneer een hydrocycloon wordt gebruikt.
Complexiteit
Het proces is eenvoudig te implementeren en niet complex in werking.
Automatiseringsgraad
Het proces is slechts automatiseerbaar op basis van pompsturingen. Hierdoor heeft het geen hoge automatiseringsgraad.
Referenties
- An., Development of Hydrocyclones for Use in Plastics Recycling, APC Hydrocyclone Separations Report, 1998
- Bradley, D., The hydrocylone. Pergamon Press, New York, 1965
- EIPPCB, Reference Document on BAT in Common Waste Water and Waste Gas Treatment / Management Systems in the Chemical Sector, draft februari 2009 (herziening in uitvoering)
- Mohanty M.K. et al., Minerals Engineering, 15 (2002), 727 – 736
- Pupraert C. et al., Chemical Engineering and Processing, 43 (2004), 67 – 83
- Wongsarivej P.et al., Separation and Purification Technology, 63 (2008), 452 – 459
- VITO-SCT, herwerking technische fiches WASS, 2009
Versie : februari 2010