분급 - Hydraulic classifier(수력 분급기)

수력 분급기는 분급기 범주 내에서 상대적으로 진보된 기술입니다. 다른 분급기와 비교하여 오랜 기간동안 기능적으로 개선되어 왔습니다. 수력 분급기는 수직으로 솟은 하나 혹은 여러 단의 용기 안에 물의 상승류를 형성시킴으로써 가벼운 입자는 떠올라 오버플로우(overflow)되도록 하고 무거운 입자는 침강되도록 하는 원리를 이용하는 것입니다. 장치 내부의 유체와 고체 입자들의 흐름 때문에 수직 분급기는 up-current 혹은 counter current classifier로 불리기도 합니다.

 

수력 분급기는 크게 간섭 침강 분급기(hindered settling classifier)와 유동층 분급기(fluidized bed classifier)로 나누어질 수 있습니다.

 

·간섭 침강 분급기: hydrosizer, teeter bed separator

·유동층 분급기: reflux clasifier, crossflow separator, floatex density separator, allflux classifer

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Principle of hydraulic classifier

 

슬러리는 분급기 내로 피드 웰(feed well)투입되고, 추가로 장치의 아래쪽(apex, spigot)으로 물이 흘러 들어옵니다. 이 때, 물을 teeter water라 하며 이는 분급기 내에서 상승류로 작동함으로써 미립자(혹은 밀도가 낮은 입자)를 띄우기 위한 것입니다. 입자들은 분수공(water distributor) 위에서 fluidized bed 혹은 teeter bed를 형성하며, 이 보다 밀도가 가벼운 입자들은 상승류를 따라 오버플로우로 빠져나가게 되며 반대로 무거운 입자들은 bed를 통과하여 언더플로우로 빠져나갑니다.

 

Bed 내에서 입자들의 분리는 입자들의 비중 차이에 의하여 발생하며 이는 teeter water에 영향을 받습니다. 모든 입자들은 밀도와 크기에 따라 분포하게 되며, 상대적으로 아래쪽에 위치하게 되는 입자들은 밀도가 높은 입자들이며, 상대적으로 가벼운 입자들은 상부에 위치하게 됩니다. 이 때, 고체 입자들과 함께 형성된 층의 겉보기 밀도와 점도는 사용되는 유체(물)보다 높기 때문에 이동하는 입자의 침강 저항에 대한 항력과 부력이 커지게 됩니다.

[참고#1] Stoke's & Newton's Law & 자유침강과 간섭침강

 

따라서, 언더플로우로 얻어지는 입자들의 특성(무게, 크기 등)은 수력 분급기 내에 형성된 bed 내 공극(porosity, 입자들 사이의 거리), bed의 두께, 입자와 유체의 밀도, 침강속도에 의해 형성되는 압력차이에 영향을 받게됩니다. 아래 Fig 1는 수력 분급기 내에 형성되는 영역(zone)들을 나타낸 것입니다.

 

Fig 1. Different zones formed in hydraulic classifier*

*Floatex density separator (FDS)

 

ⓐ: Overflow

ⓑ: Upper intermediate zone

ⓒ: Feed zone

ⓓ: Lower intermediate zone

ⓔ: Thickening zone

ⓕ: Underflow