هیدروسیکلون با ایجاد یک نیروی گریز از مرکز، ذرات موجود در آب را به راحتی جدا می‌کند. این دستگاه یکی از تجهیزات تصفیه آب به شمار می‌آید و برای این کار ذره‌ای انرژی الکتریکی مصرف نمی‌کند؛ بلکه با توجه به اختلاف چگالی آب و ذرات، تماماً با استفاده از انرژی مکانیکی و داینامیک، انواع شن و ماسه را از آب جدا می‌کند. با استفاده از این دستگاه می‌توانیم تا 95٪ ذرات موجود در آب را جدا کنیم.
اهمیت استفاده از هیدروسیکلون
تجهیزات و تاسیسات کارخانه‌ای معمولاً دستگاه‌های بزرگ و پیشرفته و ارزشمندی هستند که در صورت خرابی، باید هزینه بسیار بالایی برای تعمیرات آن‌ها پرداخت کرد. در صورتی که ذرات دانه‌ای و جامدات ساینده همراه با آب راه خود را به دستگاه‌هایی مثل پمپ‌ها، سیسم‌های لوله‌کشی و… باز کنند، ممکن است خسارات جبرات ناپذیر به همراه داشته باشند.
یکی از تجهیزاتی که به منظور جلوگیری از این مسئله در صنایع و کاربردهای مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد، هیدروسیکلون است. این دستگاه با هدف جداسازی ذرات معلق در آب و عملاً تصفیه آب بدون ذرات جامد مورد استفاده قرار می‌گیرد.
هیدروسیکلون چیست و چطور کار می‌کند؟
محفظه تغذیه طوری طراحی شده است که پس از هدایت مخلوط آب و ذرات به یک مارپیچ، پمپ‌های سانتریفیوژ گردابی ایجاد می‌کنند. مخروط (بدنه)، که می‌تواند یک یا چند تکه باشد، مخلوط را می‌چرخاند و نیروی گریز از مرکز تولید کنند. این نیروی گریز از مرکز، هوای آب را خارج می‌کند و پس از مدتی ذرات درشت به قسمت تحتانی مخروط و آب تصفیه شده به سمت فوقانی هدایت می‌شوند. توجه داشته باشید برای آنکه هیدروسیکلون عمل کند، مخلوط آب و ذرات باید 2 تا 5 دقیقه در محفظه بمانند و چرخانده شوند تا ذرات به خوبی از آب جدا شوند.
معیارهای طراحی هیدروسیکلون
هیدروسیکلون‌ها از چهار بخش اصلی تشکیل می‌شوند:
- محفظه تغذیه
- مخروط (بدنه)
- شیر ورودی و خروجی آب
- شیر ته نشین ذرات
متداول‌ترین نوع ورودی آب به هیدروسیکلون، ورودی مماسی است؛ چرا که کم‌هزینه‌ترین و در عین حال کارآمدترین گزینه است. گزینه‌های بیشتر عبارتند از ورودی‌های مارپیچ و محوری که در برخی مصارف برای توان بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرند.
بخشی از ذرات با از شیر خروجی تحتانی تخلیه می‌شوند و باقی ذرات از محل سرریز خارج می‌شوند. هر چه ذره سنگین‌تر باشد، احتمال آنکه ته نشین شود و از لوله تحتانی خارج شود، بیشتر است.
گاهی دستگاه‌هایی با قطر کوچک در کنار هم قرار می‌گیرند تا نرخ جریان بیشتر را با راندمان بالاتر مدیریت کنند. همچنین می‌توان آن‌ها را به صورت سری قرار داد تا جریان‌هایی با اندازه ذرات نامنظم یا با ذراتی که تمایل به لخته شدن دارند، بهتر کنترل شود.
نکات مهم طراحی هیدروسیکلون
- در مورد حجم این دستگاه باید بگوییم در صورت نیاز و با توجه به شرایط محیط می‌تواند 5 تا 300 متر مکعب ظرفیت داشته و حتی اگر ظرفیت بیشتری مورد نیاز بود، آن‌ها را به صورت موازی به هم متصل کرد و برای جداسازی ذرات مورد استفاده قرار داد.
- دبی وروی یکی از مهمترین معیارهایی است که حین طراحی هیدروسیکلون در نظر گرفته می‌شود. با توجه به عدد دبی، تعیین می‌شود که ظرفیت و ابعاد دستگاه باید چقدر باشد.
- نکته بعدی میزان املاح جامد موجود در آبی است که وارد هیدروسیکلون می‌شود. جنس فیلترهای سیکلون با توجه به نوع آب ورودی تعیین می‌شوند.
- شرکت‌های تولیدکننده از آهن کربن استیل یا کربن استنلس استیل برای ساخت هیدروسیکلون استفاده می‌کنند.
- اگر به دنبال هدیروسیکلون با قیمت کمتر و کاربرد بیشتر هستید، یک دستگاه از جنس فلز تهیه کنید. البته ابتدا باید میزان خورندگی آب ورودی را بررسی کنید و اگر می‌بینید زیاد است، جنس استیل را انتخاب کنید.
- راهکاری که برای هدیروسیکلون‌های آهنی در برابر خورنده بودن ماده ورودی وجود دارد، این است که پس از ساخت، روی آن‌ها عملیان کوتینگ (روکش) اجرا شود. پس از انجام این فرایند، یک پوشش ضد خوردگی روی فیلتر سیکلون ایجاد می‌شود که اجازه نمی‌دهد در برابر خاصیت خورندگی محلول ورودی مقاومت خود را از دست دهد و آسیب ببیند.
لوله‌های ورودی و خروجی آب هیدروسیکلون
بهترین مدت زمان جداسازی این دستگاه بین 2 الی 5 دقیقه است. روشی که مهندسان برای تامین این زمان استفاده می‌کنند، ایجاد اختلافی در اندازه لوله ورودی و خروجی دستگاه است. به این ترتیب که لوله ورودی نسبت به لوله خروجی کوچکتر در نظر گرفته می‌شود.
آشنایی با کاربردهای هیدروسیکلون
هیدروسیکلون‌ها فرایند‌های جداسازی ماسه، تغلیظ، بازیافت جامدات، شفاف سازی، دسته‌بندی مدار باز و آسیاب مدار بسته استفاده می‌شوند. همچنین می‌توان از آن‌ها در کاربرد حذف پودر پلی پروپیلن از واحد بازیابی حلال استفاده کرد.
سیکلون‌ها (سیال گازی) می‌توانند پوشش‌های پودری، گرد و غبار، مواد شیمیایی و کاتالیزورها را بازیابی کنند یا حتی برای کنترل انتشار ذرات و استانداردهای کیفیت هوا استفاده شوند. طراحی این دستگاه به گونه‌ای است که می‌توان برای جمع آوری ذرات بسیار به قطر 5 میکرون از آن‌ها استفاده کرد.
کاربرد هیدروسیکلون در چاه‌های آب
یکی از تجهیزات به‌شدت پرکاربرد در زمین‌های کشاوری، هیدروسیکلون به عنوان ماسه‌گیر است. برای آبیاری زمین‌های کشاوری و مواردی مثل آبیاری قطره‌ای و بارانی، آب مورد نیاز از چاه‌های عمیق پمپاژ می‌شود. اگر این ذرات ماسه و شن همراه با آب وارد پمپ آب شوند، طبیعی است که پس از مدتی به دستگاه آسیب‌های جبران ناپذیر وارد کنند. چاره‌ای که بسیاری از کشاورزان برای مقابله با این مسئله اندیشیده‌اند، استفاده از ماسه‌گیر در محل ورودی آب به پمپ دستگاه است.
کاربرد در اسمز معکوس
اگر نام اسمز معکوس را شنیده باشید، می‌دانید که یکی از بهترین روش‌های تصفیه آب است که تجهیزات آن شامل فیلتر و سایر قطعات، بسیار گران هستند. تدبیری که برای دوام بیشتر تجهیزات اسمز معکوس اندیشیده شده، اجرای یک مرحله تصفیه قبل از ورود آب به تصفیه اصلی است. هدف این پیش تصفیه حذف ذرات بزرگ‌تر با استفاده از هیدروسیکلون و هدایت آب تمیزتر به دستگاه تصفیه آب صنعتی است.
کاربرد در کارخانه‌ها و صنایع
یکی از کاربردهای اصلی هیدروسیکلون، استفاده از آن در کارخانه‌ها و صنایع مختلف از جمله صنایع غذایی است. هدف این است که میزان ورودی ذرات جامد به تجهیزات کارخانه به کمترین میزان ممکن برسد و تاسیسات کارخانه ماندگاری بیشتری داشته باشند. کارخانه‌های تولید آرد، کاشی و سرامیک، شن شویی، نشاسته و … از این روش استفاده می‌کنند تا آب را تصفیه کنند و از ورود ذرات جامد به دستگاه‌های کارخانه‌ای جلوگیری شود.
مزایای استفاده از هیدروسیکلون
در مقایسه با سایر ماشین‌های طبقه بندی، بزرگترین مزیت هیدروسیکلون عدم وجود قطعات متحرک است. بنابراین ساختار ساده‌ای دارد و استفاده و نگهداری از آن آسان است. در عین حال فضای زیادی را اشغال نمی‌کند و ظرفیت آن زیاد است. علاوه بر موارد فوق، بازدهی بسیار خوب، اندازه جداسازی مناسب و قدرت عملکرد از دیگر مزایای این دستگاه است. این دستگاه می‌تواند در دماها و فشارهای متفاوت، عملکرد خوبی از خود نشان دهد. هیدروسیکلون ویژگی‌ها و مزیت‌های متعددی دارد که در ادامه آن‌ها را بیشتر توضیح می‌دهیم.
به انرژی الکتریکی نیاز ندارد
اگر به دنبال دستگاهی هستید که ذره‌ای مصرف برق نداشته و تماماً با انرژی داینامیک کار کند، هیدروسیکلون بهترین گزینه برای شما خواهد بود. این دستگاه به برق ورودی نیاز ندارد و از این لحاظ مقرون به صرفه است.
قیمت ارزان
ساختار و متریال به کار رفته در طراحی هیدروسیکلون نسبت به سایر تجهیزات تصفیه آب بسیار ارزان بوده و در نتیجه نیاز به پرداخت هزینه زیادی برای استفاده از آن در محیط های صنعتی و کشاورزی نمی باشد.
نصب و نگهداری ساده
حتماً می‌دانید که یکی از اصلی‌ترین تجهیزات مورد استفاده در فرایند تصفیه آب، فیلتر است که نصب آن دردسرهای خود را دارد. خوشبختانه در هیدروسیکلون فیلتر نداریم و جداسازی طی یک روند مکانیکی گردش آب انجام می‌شود. نبود فیلتر، زحمت باز کردن دوره‌ای دستگاه، چک کردن فیلتر و تعویض آن در صورت نیاز را از دوش ما برمی‌دارد. در ضمن با توجه به سادگی این دستگاه، احتمال اینکه برای مدت زمان طولانی کار کند و دوام بیشتری داشته باشد، خیلی بالا است.
هیدروسیکلون طوری طراحی شده تا در انواع شرایط محیطی شامل دماها و فشارهای مختلف کار کند و بازدهی خوبی داشته باشد؛ بنابراین نگهداری آن نیازمند شرایط خاصی نخواهد بود.
افت فشار آب ناچیز است
از آنجا که وقتی آب وارد مخزن می‌شود، فشار زیادی از طرف پمپ سانتریفیوژ به آن اعمال نمی‌شود، در نتیجه فشار آب بیش از اندازه کم نخواهد شد.
راندمان خوبی در جداسازی ذرات دارد
گفتیم که اساس کار این دستگاه ایجاد نیروی گریز از مرکز برای جداسازی ذرات است. طبق بررسی‌های انجام شده، این نیرو ذرات جامد آب را تا 95 درصد ته نشین می‌کند. به همین خاطر می‌توان در صنعت و کشاورزی با خیال راحت از آن استفاده کرد.
معایب هیدروسیکلون
شاید نشود گفت عیب، اما در طراحی هیدروسیکلون‌ها هنوز نواقصی وجود دارد که امیدواریم در آینده نزدیک برطرف شود. اگر بخواهیم به چند نمونه اشاره کنیم:
- اگر جریان محلول ورودی کمتر از ظرفیت دستگاه باشد، هیدروسیکلون راندمان کاری بالایی نخواهد داشت.
- اگر چگالی آب و ذرات موجود در آن به هم نزدیک باشد، جداسازی آن‌ها از هم دشوار خواهد بود.
- هیدروسیکلون توانایی جداسازی ذرات در محلول‌های چسبنده را ندارد.
- استفاده مکرر از دستگاه در سرعت‌های بالا می‌تواند به مرور عمر آن را کمتر کند.
- مواد ته نشین که نهایتاً از شیر تحتانی خارج می‌شوند، کاملاً خشک نیستند.
- گرفتگی خروجی ته نشین و ماسه یکی از مشکلات این دستگاه است.
قیمت خرید هیدروسیکلون
به‌طور کلی هیدروسیکلون‌ها با توجه به ساختار ساده‌ای که دارند، در مقایسه با سایر تجهیزات تصفیه آب قیمت بسیار ارزان‌تری دارند و این مسئله کاملاً طبیعی است. اما اگر بخواهید با توجه به نیازی که دارید، از انواع مختلف هیدروسیکلون‌ها استفاده کنید، باید بدانید هزینه‌ها می‌تواند متغیر باشد. عواملی مثل ظرفیت مخزن، متریال بدنه هیدروسیکلون، استوانه‌ای یا مخروطی بودن دستگاه، کیفیت و دقت در برآورد قیمت دستگاه تاثیرگذار خواهند بود.
شستشوی دستگاه هیدروسیکلون
هیدروسیکلون طوری طراحی و ساخته می‌شود که اصلاً نیازی به عملیات بکواش ندارد؛ اما توصیه می‌کنیم گه‌گداری مخزن ماسه‌گیر بخش تحتانی دستگاه را باز کنید و آن را تمیز کنید. بسته به میزان ذراتی که در آب ورودی وجود دارد، خودتان بازه زمانی بین عملیات تخلیه را تنظیم کنید. سپس مخزن را کامل بشویید تا تمیز شود. همچنین می‌توانید این کار را با شیرآلات دستی یا اتوماتیک انجام دهید.
هیدروسیکلون تا به اینجا عملکرد بسیار قابل قبولی در زمینه جداسازی ذرات درشت از آب داشته و به علت هزینه بسیار کمتر آن در مقایسه با سایر روش‌های تصفیه و راندمان کاری بالا (جداسازی 95٪ ذرات)، در صنایع معدنی، شیمیایی، پتروشیمی، نساجی و متالورژی مورد استفاده قرار می‌گیرد. از این دستگاه برای جداسازی ذرات آب مورد نیاز برای آبیاری زمین‌های کشاورزی و به عنوان عامل پیش تصفیه قبل از ورود آب به تجهیزات تصفیه گران قیمت استفاده می‌شود.
رضا علیزاده –
انواع هیدروسیکلون رو میشه نام ببرید؟
من دانشجو هستم.