بررسی عملکرد هیدروسیکلون در فرایند جداسازی ذره‌های جامد در پساب صنعت سنگ‌بری

نادری, افشین; مسعودیان, محسن; حبیبیان, محمود

بررسی عملکرد هیدروسیکلون در فرایند جداسازی ذره‌های جامد در پساب صنعت سنگ‌بری

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

¹ گروه سازه‌های آبی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران

² گروه مهندسی نفت، پژوهشگاه شیمی و مهندسی شیمی ایران، تهران، ایران

چکیده

در حال حاضر تصفیه و بازیافت پساب صنعت سنگ‌بری به روش سنتی حوضچه ته ‎نشینی و روش قیلترپرس انجام می‌شود که به دلیل مصرف زیاد آب و هدر رفت آن در این پژوهش روش جدید جداسازی ذره‌های جامد سنگ به روش هیدرولیکی نیروی گریز از مرکز با استفاده از هیدروسیکلون مورد بررسی قرار گرفت. تأثیر پارامتر‌های عملیاتی نظیر فشار، غلظت و نوع نمونه ذره‌ها بر روی عملکرد هیدروسیکلونی به قطر mm 24 بررسی شد. آزمایش‌ها توسط نرم‌افزار Design Expert و به روش سطح پاسخ (RSM) طراحی شد. تجزیه و تحلیل آماری داده‌های تجربی به روش طراحی مرکزی مرکب (CCD) انجام گرفت. آزمایش‌ها در 22 سری با شرایط گوناگون بررسی شد. مواد مورد استفاده در این پژوهش ذره‌های پودر سنگ جمع‌آوری شده از پساب کارخانه‌های سنگ‌بری در دو نمونه پودر سنگ‌های گرانیت و تراورتن با چگالی به ترتیب 2720 و kg/m³ 2550 با اندازه ذره‌های کم‌تر از 200 میکرو‌متر استفاده شد. که اندازه ذره‌ها از آنالیز اندازه ذره‌های اندازه‌گیری و شکل ذره‌ها با دستگاه تصویر برداری الکترونی (SEM) مشخص شد. نتیجه‌ها نشان داد بازده جداسازی در هر دو نوع پودر پساب با افزایش فشار رابطه مستقیم دارد و با افزایش فشار ورودی، بازده جداسازی افزایش می‌یابد. در حالی که افزایش غلظت باعث کاهش بازده جداسازی می‌شود. با توجه به نتیجه‌ها، شدت جریان با افزایش فشار به‌طور مستقیم افزایش می‌یابد ولی غلظت در بازه بررسی شده تأثیر معنی‌داری بر شدت جریان ندارد. بهترین بازده جداسازی در فشار63/2 بار و غلظت 6/1 درصد وزنی برای نمونه سنگ تراورتن 31/90 درصد جداسازی به‌دست آمد و برای نمونه گرانیت در فشار 3 بار و غلظت 3 درصد وزنی 45/91 درصد بازده جداسازی به‌دست آمد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

[1] Fahiminia M., Ardani R., Hashemi S., Alizadeh M., Wastewater Treatment of Stone Cutting Industries by Coagulation Process, Archives of Hygiene Sciences, 2(1): 16-22 (2013).

[2] Nasserdine K., Mimi Z., Bevan B., Elian B., Environmental Management of the Stone Cutting Industry, Journal of Environmental Management, 90(1): 466-470 (2009).

[3] Svarovsky L., “Solid-Liquid Separation”, Elsevier, (2000).

[4] Sheng H.P., Separation of Liquids in a Conventional Hydrocyclone, Separation and Purification Methods, 6: 89-127 (1977).

[5] Tian J., Ni L., Song T., Olson J., Zhao J., An Overview of Operating Parameters and Conditions in Hydrocyclones for Enhanced Separations, Separation and Purification Technology, 206: 268-285 (2018).

[6] Ni L., Tian J., Song T., Jong Y., Zhao J., Optimizing Geometric Parameters in Hydrocyclones for Enhanced Separations: A Review and Perspective, Separation & Purification Reviews, 48: 30-51 (2018).

[7] Narasimha M., Mainza A., Holtham P.N., Powell M., Brennan M.S., A Semi-Mechanistic Model of Hydrocyclones Developed from Industrial Data and Inputs from CFD, International Journal of Mineral Processing, 133: 1-12 (2014).

[8] Xu Y.X., Liu Y., Zhang Y.H., Yang X.J., Wang H.L., Effect of Shear Stress on Deoiling of Oil‐Contaminated Catalysts in a Hydrocyclone, Chemical Engineering & Technology, 39: 567-575 (2016).

[9] Chu K., Chen J., Yu A., Williams R.A., Numerical Studies of Multiphase Flow and Separation Performance of Natural Medium Cyclones for Recovering Waste Coal, Powder Technology, 314: 532-541 (2017).

[10] Mognon J., Da Silva J., Bicalho I., Ataíde C., Duarte C., Modular Mini-Hydrocyclone Desilter Type of 30 mm: An Experimental and Optimization Study, Journal of Petroleum Science and Engineering, 129: 145-152 (2015).

[11] Burt M., Thomas P., Analysis of the Hydrocyclone Stock Cleaning Process for Wasted Fibre in a Paper Mill, Journal of cleaner production, 10: 573-579 (2002).

[12] Bayo J., López-Castellanos J., Martínez-García R., Alcolea A., Lardín C., Hydrocyclone as a Cleaning Device for Anaerobic Sludge Digesters in a Wastewater Treatment Plant, Journal of Cleaner Production, 87: 550-557 (2015).

[13] Yu J.F., Fu J., Cheng H., Cui Z., Recycling of Rare Earth Particle by Mini-Hydrocyclones, Waste Management, 61: 362-371 (2017).

[14] Yurdem H., Demir V., Degirmencioglu A., Development of a Mathematical Model to Predict Clean Water Head Losses in Hydrocyclone Filters in Drip Irrigation Systems using Dimensional Analysis, Biosystems engineering, 105: 495-506 (2010).

[15] Altieri G., Genovese F., Tauriello A., Di Renzo G.C., Innovative Plant for the Separation of High Quality Virgin Olive Oil (VOO) at Industrial Scale, Journal of Food Engineering, 166: 325-334 (2015).

[16] Romero-Güiza M., Peces M., Astals S., Benavent J., Valls J., Mata-Alvarez J., Implementation of a Prototypal Optical Sorter as Core of the New Pre-Treatment Configuration of a Mechanical–Biological Treatment Plant Treating OFMSW through Anaerobic Digestion, Applied energy, 135: 63-70 (2014).

[17] Fan P.P., Peng H.T., Fan M.Q., Using a Permanent Magnetic Field to Manipulate the Separation Effect of a Dense Medium Cyclone, Separation Science and Technology, 51: 1913-1923 (2016).

[18] Flintoff B., Plitt L., Turak A., Cyclone Modeling-A Review of Present Technology, Canadian Institute of Mining and Metallurgy, 80(905): 39-50 (1987).

[19] Lee J., Separation of Fine Organic Particles by a Low-Pressure Hydrocyclone (LPH), Aquacultural engineering, 63: 32-38 (2014).

[20] Zhang C., Cui B., Wei D., Zhao Q., Luo N., Feng Y., Predicting the Optimum Range of Feed Flow Rate in a Hydrocyclone using the Method Combined Flow Pattern and Equation Model, Powder technology, 319: 279-288 (2017).

[21] Neesse T., Dueck J., Schwemmer H., Farghaly M., Using a High Pressure Hydrocyclone for Solids Classification in the Submicron Range, Minerals Engineering, 71: 85-88 (2015).

[22] Silva N.K.G., Silva D.O., Vieira L.G.M., Barrozo M.A.S., Effects of Underflow Diameter and Vortex Finder Length on the Performance of a Newly Designed Filtering Hydrocyclone, Powder Technology, 286: 305-310 (2015).

[23] Martinez L.F., Lavin A.G., Mahamud M.M., Bueno J.L., Vortex Finder Optimum Length in Hydrocyclone Separation, Chemical Engineering and Processing: Process Intensification, 47: 192-199 (2008).

[24] Cilliers J., Harrison S., Yeast Flocculation Aids the Performance of Yeast Dewatering Using Mini-Hydrocyclones, Sep. Purif. Technol., 209: 159–163 (2019).

[25] Montgomery D.C., “Design and Analysis of Experiments”, John Wiley & Sons, New York, (2017).

[26] Narasimha M., Sripriya R., Banerjee P., CFD Modelling of Hydrocyclone Prediction of Cut Size, Int. J. Mineral Proces, 75(1-2): 53–68 (2005).

[27] Bicalho I.C., Mognon J.L., Shimoyama J., Ataide C.H., Duarte C.R., Effects of Operating Variables on the Yeast Separation Process in a Hydrocyclone, Sep. Sci. Technol., 48: 915–922 (2013).