هیدروسیکلون چیست؟ | طراحی و ساخت هیدروسیکلون

وجود شن و ماسه به عنوان یک مشکل رایج در آب شناخته می‌شود و دستگاه هیدروسیکلون یک راه حل سریع و کم هزینه، با نصب آسان و بدون دردسر برای آن است. هیدروسیکلون Hydrocyclone را به صورت تخصصی باید یک ماسه گیر آب یا شن گیر آب نامگذاری نمود. این دستگاه وظیفه دارد ذرات معلقِ درشت مانند سنگ ریزه و شن و ماسه را از آب حذف نماید. دستگاه هیدروسیکلون با ایجاد حالت گرداب یا طوفانِ چرخنده برای آب، آن را به پایین‌ترین نقطه برده و سپس آب تمییز را به سمت بالا هدایت می‌کند. ذرات شن و ماسه که بر اثر حرکتِ گرداب، با چرخش زیاد به سمت پایین هدایت شده‌اند، به دلیل سنگینی قادر به بالا آمدن نبوده و در همان پایین گرفتار می‌شوند. این روشِ خلاقانه سبب می‌شود بدون نیاز به تجهیزات برقی و هزینه‌های هنگفت، به راحتی بتوانید شن و ماسه را از آب جدا نمایید. هیدروسیکلون در مواردی که آب دارای مقادیر زیادی شن و ماسه است، کاربرد دارد. شرکت بهاب طراح و سازنده انواع دستگاه هیدروسیکلون در ظرفیت‌های مختلف می‌باشد.

دستگاه هیدروسیکلون چیست؟

هیدروسیکلون Hydrocyclone از دو کلمه Hydro به معنی آبی و Cyclone به معنای گردباد یا طوفان چرخنده تشکیل شده و اصطلاحا به معنای طوفانِ آبی می‌باشد. یک تجهیز ساده و در عین حال بسیار کارآمد در زمینه تصفیه آب، که وظیفه دارد شن و ماسه، سنگ ریزه و هر ذره سنگین وزنِ مشابه را از آب جدا نماید. هیدروسیکلون برای فعالیت نیازی به انرژی برق ندارد و این موضوع به عنوان مزیت بزرگ آن شناخته می‌شود. اصول کار هیدروسیکلون بر پایه نیروی گریز از مرکز و اختلافِ چگالیِ آب با ذرات معلق موجود در آن استوار است. آب از بخش بالایی و با فشار مناسبی درون یک محفظه استوانه‌ای شکل، می‌گردد. طراحی به گونه‌ای است که به آب، یک حرکتِ گردابیِ رو به پایین می‌دهد. حرکت چرخشی و روبه پایینِ آب، یک نیروی گریز از مرکز ایجاد می‌کند. در انتهای مخروط، آب بر اثر فشار، در فضای خالی مرکز رو به بالا حرکت می‌کند. ذرات شن و ماسه به دلیل سنگینی از مسیر خارج شده و در بخش پایین دستگاه گیر می‌کنند. هیدروسیکلون یکی از کم هزینه‌ترین تجهیزات تصفیه آب است و می‌تواند تا 95 درصد از ذراتی را که دارای قطر بیشتر از 45 میکرون هستند، تنها به روش گریز از مرکز حذف نماید.

وجود هیدروسیکلون چه ضرورتی در تصفیه آب دارد؟

در بسیاری از موارد، آب دارای مقادیر زیادی شن و ماسه و سنگ ریزه است:

• زمانی که آب از چاه‌های عمیق و با بستر شنی برداشت می‌شود.
• زمانی که آب دریا که حاوی مقادیر زیادی ماسه بادی است، مورد استفاده قرار می‌گیرد.
• زمانی که نیاز به استفاده از آب رودخانه، روان آب‌ها و سیلاب‌ها باشد.
• در کارخانه‌های سنگ، کاشی و سرامیک، که آب استفاده شده حین تولید دارای مقادیر زیادی شن و سنگ ریزه است.

این ذرات معلق درشت و سنگین، به سرعت هر نوع فیلتر پیش تصفیه را دچار گرفتگی کرده و از کار می‌اندازند. شن و ماسه در لایه بیرونی فیلترهای کارتریجی قرار گرفته و مانع عبور آب از آن می‌شوند. همچنین در سایر فیلترها مانند فیلتر شنی، فیلترهای سختی‌گیر و موارد مانند آن نیز سبب پر شدن و گرفتگی مجراهای فیلتر خواهند شد. این موضوع هزینه‌های جاری تصفیه آب را افزایش می‌دهد.

استفاده از هیدروسیکلون در اولین مرحله تصفیه آب سبب می‌شود، بدون صرف هزینه زیاد، از شر همه ذرات معلق درشت و سنگین خلاص شوید.

مزایای دستگاه هیدروسیکلون

• طراحی و ساخت آسان
• هزینه تولید پایین
• کارکرد بدون نیاز به انرژی الکتریکی
• بدون نیاز به فیلتر
• بهره‌وری بالا با حذف بیش از 95 درصدِ ذرات شن و ماسه
• عدم ایجاد افت فشار بالا در مسیر انتقال آب
• هزینه سرویس و نگهداری پایین
• عدم نیاز به سیستم‌های شستشوی معکوس و سرویس‌های ادواری
• بدون نیاز به اپراتور
• کارکرد با فشار کم آب (در حد 3 بار)
• قابلیت تحمل فشار بالا تا 8 بار
• عمر طولانی
• خرابی و ایراد بسیار کم
• کارکرد مداوم و بدون نیاز به توقف
• تخلیه آسان شن و ماسه
• تعویض آسان قطعات فرسوده شده

کاربرد فیلتر هیدروسیکلون

• حذف شن و ماسه در مواردی که آب از چاه برداشت می‌شود. خصوصا اگر چاه عمیق و بستر زمین شنی و رُسی باشد، مشکل وجود ذرات شن و ماسه در آب بیشتر خواهد بود.
• حذف شن و ماسه در مواردی که آب از بخش‌های ساحلی دریا دریافت می‌شود. مشکل ماسه بادی همچنین در چاه‌های نزدیک به دریا و یا برداشت آب از رودخانه‌های نزدیک ساحل زیاد است. به تجربه ثابت شده که برای آب‌هایی که در شهرهای ساحلی از چاه‌ها برداشت می‌شود، طراحی و نصب هیدروسیکلون ضروری است.
• پساب حاصل از فعالیت‌های صنعتی کارخانه‌های سنگ، معادن، کاشی، سرامیک، شن شویی و ... حاوی مقادیر بسیار زیادی شن و ماسه و ذرات سنگین وزن هستند که تصفیه آن با سایر روش‌ها هزینه‌بر است.

مشکلاتی که در صورت وجود شن و ماسه در آب می‌توانند بروز کنند:

• گرفتگی لوله‌های انتقال آب و شیرآلات
• افت فشار و دبی جریان آب
• خوردگی پروانه پمپ‌ها در اثر برخورد شن و ماسه
• گرفتگی پمپ‌ها و تجهیزات استفاده شده در تاسیسات آبرسانی
• گرفتگی نازل‌های پخش آب در بخش کشاورزی، خصوصا زمانی که از آبرسانی بارانی و قطره‌ای استفاده شده باشد.
• کاهش عمر فیلترهای کارتریجی در سیستم‌های تصفیه آب صنعتی
• گرفتگی مداوم و پر شدن فیلترهای شنی و سایر پیش تصفیه‌ها

ساختار و شیوه کار دستگاه هیدروسیکلون

دستگاه از یک مخزن استوانه‌ای شکل و یک مخزن مخروطی که زیر آن نصب می‌گردد، تشکیل می‌شود. مخزن استوانه دارای یک لوله ورودی در بالاترین نقطه‌ی بدنه است که از بخش کناری به آن وصل می‌شود. همچنین یک لوله خروجی برای آب تصفیه شده روی سقف آن تعبیه شده است. لوله خروجی که با نام لوله سر ریز هیدروسیکلون هم شناخته می‌شود، مقدار کمی درون استوانه امتداد می‌یابد. این موضوع برای جلوگیری از خروج مستقیمِ آبی است که از لوله جانبی وارد می‌شود. به عبارت دیگر، آب وارد شده یک مسیر چرخشی را طی می‌کند و پس از آن به دلیل ایجاد نیروی گردابی، مسیر خود را تا رسیدن به پایین مخروط ادامه خواهد داد. روی لوله خروج یک دیافراگم نصب می‌شود تا بتوان مقطع لوله خروجی را تغییر داد. این موضوع در راستای کنترل سرعت جریان آب و زمان ماندگاری آن در هیدروسیکلون استفاده می‌شود. به این دیافراگم ورتکس Vortex هم می‌گویند. جریان آب به شکلی طراحی شده که به صورت چرخشی محیط استوانه را دور زده و همزمان به سمت پایین حرکت ‌کند. به این جریان گردابی در مکانیک سیالات ورتکس Vortex  گفته می‌شود. ذرات شن و ماسه که وزن بیشتری دارند، بر اثر نیروی گریز از مرکز به سمت دیواره استوانه هدایت می‌شوند. آب ورودی باید فشار مناسبی داشته باشد که حدود 3 بار است و به راحتی قابل تامین می‌باشد. آب پس از استوانه، وارد مخروط می‌گردد. از آنجا که هرچه به سمت پایین مخروط حرکت کنیم قطر آن کمتر می شود، فشار وارد شده از سوی شن و ماسه به دیواره‌ها بیشتر شده و به همین دلیل با نیروی زیادی به بدنه مخروط می‌چسبند. در پایین‌ترین نقطه‌ی مخروط، لوله‌ای قرار دارد که به یک مخزن ذخیره‌ی شن متصل است. این مخزن را با نام مخزن دانه هم نام‌گذاری می‌کنند. ذرات شن و ماسه از طریق این لوله وارد مخزن انباشت شده و به دلیلی وزن بیشتر در همانجا باقی می‌مانند. قطر دهانه پایینی مخروط به شکلی محاسبه می‌شود که اجازه برگشت ذرات شن و ماسه را بر اثر فشار آب ندهد. آب تمییز که چگالی کمتری دارد، از بخش مرکزی و در فضای خالی ایجاد شده درون گرداب به سمت بالا حرکت کرده و از لوله‌ای که در بالای استوانه تعبیه شده خارج می‌گردد.

در دوره‌های زمانی مناسب، مخزن انباشت را باز کرده و شن و ماسه آن را تخلیه می‌کنند. طول و قطر استوانه و مخروط و همچنین اندازه لوله‌های ورودی و خروجی باید به درستی طراحی شوند تا آب زمان مناسبی را درون دستگاه هیدروسیکلون بماند و ذرات شن و ماسه فرصت ته‌نشین شدن را داشته باشند. همه لوله‌ها دارای شیر جهت کنترل جریان هستند.

گروه هیدروسیکلون

در جهت افزایش میزان حذف ذرات و در مواردی که حجم آب ورودی بالا است و یا میزان شن و ماسه زیاد است، از ترکیب چندین دستگاه هیدروسیکلون استفاده می‌شود. از آنجا که در هیدروسیکلون نیاز است تا آب را برای مدت کوتاهی درون مخزن نگهداریم، ترکیب چند هیدروسیکلون باعث می‌شود بدون کاهش دبی و فشار کل، بتوان عمل تصفیه را انجام داد.

هیدروکسیل‌ها را می‌توان به صورت موازی در کنار هم نصب نمود. چیدمان ممکن است حول محور یک دایره یا در کنار هم باشد. چیدمان موازی برای دبی بالا کاربرد دارد. همچنین می‌توان هیدروسیکلون را به صورت سری به هم وصل کرد. طراحی سری برای جداسازی چند مرحله‌ای و حذف حداکثری استفاده می‌شود. این موضوع در زمان‌هایی که مقدار شن و ماسه زیاد است کاربرد دارد.

همچنین می‌توان ترکیب سری و موازی را برای دست یافتن به حداکثر دبی و کیفیت بکار برد.

قیمت هیدروسیکلون

موارد متعددی در هزینه تمام شده دستگاه تصفیه آب هیدروسیکلون موثر هستند. برخی از مهمترین آنها عبارتند از:

• ظرفیت کلی دستگاه
• جنس بدنه
• ضخامت ورق‌های استفاده شده
• سایز لوله کشی
• نوع شیرآلات استفاده شده