분급 - Cyclone(싸이클론) 형태 디자인
Geometrical design
싸이클론은 내부에 발생하는 관성과 중력에 의한 힘을 이용하기 위하여 다양한 기하학적 형태로 디자인 되어 왔습니다*.
*[참고] 싸이클론의 작동원리
주요 설계요인으로는 싸이클론의 직경입니다. 상업적으로 이용되는 싸이클론의 지름은 약 10 mm부터 2.5m까지 다양하며, 싸이클론의 사이즈에 따라 약 1.5 - 300µm까지 분립될 수 있습니다. 이 외에도 다음의 요소들이 있습니다.
Fig 1. Cyclone parts (assembly)
Feedinlet의 직경은 유량과 분리입도에 직접적으로 연관되어 있습니다 (직경이 넓을수록 유량증가).
Clinder의 길이는 보통 싸이클론(실린더)의 지름과 같게 설계됩니다. 실린더의 길이가 길수록 슬러리의 체류시간이 길어지며 분리입도가 작아지는 효과가 있습니다.
Cone 부분의 각도는 6˚ 이상으로 설계될 수 있으며 광업분야에 사용되는 싸이클론은 10˚ - 20˚로 설계되는 것으로 알려져 있습니다. 약 10˚의 cone 각도로 cone의 길이를 길게할수록 싸이클론 내의 슬러리가 체류하는 시간을 높일 수 있으며 더욱 효율적인 입도 분리가 가능한 것으로 알려져 있습니다.
Vortex finder의 가장 메인 역할은 오버플로우로 나가는 입자들의 크기를 조절하는 것입니다. Vortex finder는 피드가 처음으로 싸이클론 내부로 들어오는 곳에 위치하므로 피드의 바이패스(bypass)를 방지하기 위하여 어느정도 길이가 있어야 합니다. Vortex finder의 지름은 싸이클론 실린더부분의 20 - 45 % 정도로 설계됩니다.
Apex의 직경은 싸이클론의 사이즈와 개수(처리 유량)이 결정된 뒤 선택될 수 있습니다 (mass balance의 문제). Apex의 직경은 충분한 언더플로우 유량을 확보하고 플러깅(plugging)의 문제를 방지하기 위하여 싸이클론 직경의 약 10 - 35 %로 설계됩니다.
Feed inlet design
싸이클론을 디자인할 수 있는 옵션 중 하나는 피드가 들어가는 부분의 형태를 바꾸는 것입니다. 단순히 피드 입구의 사이즈와 형태(원형 혹은 사각형) 뿐만 아니라, 피드를 싸이클론의 내부로 유도하는 경로를 다양한 방법으로 조절할 수 있습니다.
Fig 2. Cyclone feed inlet design: (a) outer wall tangential inlet,(b) outer wall tangential dual inlet, (c) involute inlet and (d) arc inlet
Fig 2. (b)와 같이, 두개 이상의 피드 입구(multiple feed inlet)를 사용하는 것은 입도의 분리 효율(particle collection efficiency)을 향상시키는 것으로 알려져 있습니다. 이 외에도 피드를 아래 방향(오버플로우의 반대 방향)으로 유도하는 axial 타입 혹은 피드 경로에 경사를 주는 ramp 타입 등이 있습니다.
수식을 이용한 경험적 혹은 이론적 싸이클론 모델링은 다음의 글 '싸이클론 디자인 및 예측 모델'에서 확인하실 수 있습니다.