تیکنر چیست؟
تیکنرینگ یا آبگیری ممکن است به عنوان حذف بخشی از مایع از خمیر یا لجن که از مخلوطی از جامدات و مایعات ریز حاصل شده‌اند، تعریف شود. آبگیری با استفاده از ساختاری به نام «تیکنر» انجام می‌شود. این ساختار با نیروی محرک جداسازی گرانشی کار می‌کند، جایی که تفاوت در چگالی فاز جامد و مایع باعث جداسازی آنها از یکدیگر می‌شود. تیکنرینگ برای بازیابی آب از مواد باطله و ته نشینی آنها کاربرد دارد. آب در این فرآیند بازیافت می‌شود. برای شناخت بیشتر دستگاه تیکنر و عملکرد آن با ما همراه باشید.
تعریف
تیکنر (Thickener) ﺣﻮﺿﭽﻪ ای است ﻛﻪ عملیات ﺗﻪ نشینی ﻳﺎ ﺟﺪاﺳﺎزی ﻣﺤﻠﻮل از ﺟﺎﻣﺪ ﺑﺮاﺳﺎس اصل گرانش و ﮔریز از ﻣﺮﻛﺰ را انجام می‌دهد. به عبارتی، تیکنر به منظور تصفیه پساب صنایع آهن، مس، آلومینیوم، سنگبری‌ها، کارخانجات کاشی و سرامیک و ماسه شویی‌ها طراحی و ساخت می‌شود.
از آن جهت که پساب این صنایع سرشار از ذرات معلق و مواد جامد معلق (TSS) بالایی است، با ساخت تیکنر می‌توان آب را تصفیه کرده و دوباره در خط تولید استفاده کرد. تیکنرها به عنوان یکی از مقرون به صرفه‌ترین فنآوری‌ها برای بازیابی آب از جریان کنسانتره و مواد باطله شناخته می‌شوند.
اصل کار
پساب ورودی در طی فرآیند تیکنرینگ برای دفع به استخر باطله منتقل می‌شود و سپس آب بازیافتی به کارخانه فرآوری بازگردانده می‌شود. پساب ورودی دارای جامدات زیادی است و به دلیل اختلاف دانسیته بین ذرات و مایع، این ذرات یا جامدات ته نشین می‌شوند و آب تصفیه شده در جریان سرریز خارج می‌شود.
به عبارتی، در فرآیند تیکنرینگ که به فرآیند ته نشینی نیز مشهور است، جامدات موجود در یک پساب تحت تأثیر گرانش در یک مخزن ته نشین شده و یک خمیر ضخیم تشکیل می‌دهند. مایع شفاف بالای مخزن که همان آب است را می‌توان به طور مداوم یا متناوب خارج کرد.
این مشکل نیز وجود دارد که رطوبت بیشتری در خمیر باقی بماند. به همین دلیل، آبگیری خمیرهای حاوی ذرات ریز اغلب شامل ترکیبی از تیکنرینگ و فیلتراسیون است. تیکنرینگ خمیرهای ریزدانه اغلب با استفاده از عوامل لخته سازی انجام می‌شود.
مکانیزم عملکرد تیکنر به شرح زیر است:
- با ورود پساب به مخزن، تیکنر با تزریق پلیمرهایی به نام «فلوکولانت» غلظت مواد را بیشتر می‌کند. این کار جهت افزایش سرعت ته نشینی انجام می‌شود.
- پساب غلیظ شده در مخزن اصلی تیکنر به سمت کف حوضچه ته نشین می‌شود و آب زلال روی سطح باقی می‌ماند.
- آب زلال در نهایت به استخرهای مجاور خود سر ریز می‌شود.
- پساب غلیظ شده توسط پاروهایی که حرکت چرخشی آرامی دارند، از خروجی که کف مخزن تعبیه شده است به بیرون می‌رود.
اجزای تیکنر
تیکنر از اجزای زیر ساخته می‌شود:
- سازه نگهدارنده: این سازه با توجه به برآوردهای اقتصادی، ابعاد سازه و وزن سیال ساخته می‌شود. طراحی سازه نگهدارنده به صورت فلزی یا بتنی انجام می‌پذیرد.
- مخزن خوراک ورودی (Feed Well): این مخزن که وظیفه توزیع یکنواخت جریان ورودی به داخل تیکنر را بر عهده دارد.
- مجموعه پارو و همزن: پارو و همزن وظیفه انتقال لجن یا همان پساب تغلیظ شده در کف مخزن را بر عهده دارد.
- سر ریز (Over Flow): سرریز دارای شیارهایی است تا به خارج شدن جریان آب تصفیه شده از تیکنر کمک می‌کند.
اهمیت استفاده از تیکنر
با توجه به نیازهای محیط زیستی و هزینه‌های ناشی از تأمین و هدر رفتن آب، تصفیه و بازیابی پساب ناشی از فرآوری مواد معدنی ضروری است. به دلیل آنکه فرآیند کار تیکنر با استفاده از نیروی جاذبه انجام می‌شود، ته نشینی یا رسوب یک جامد درون سیال می‌تواند یکی از بهترین راه‌های جداسازی جامدات از مایعات باشد.
استفاده از تیکنر عمدتاً در صنایع معدنی و شیمیایی به کار گرفته می‌شود. از مزایای این روش می‌توان به حجم بالای جداسازی اشاره کرد که تحت نیروی جاذبه انجام می‌شود. به عبارتی، جداسازی فاز مایع از جامد به وسیله ته نشینی ثقلی انجام می‌شود. تیکنرها می‌توانند حجم زیادی از یک دوغاب رقیق را غلیظ کنند.
آب تصفیه شده از محیط جانبی استوانه به شکل سرریز خارج می‌شود و ذرات جامد نیز در ته استوانه ته نشین می‌شوند. آب تصفیه شده وارد استخرها شده و مواد ته نشین شده از انتهای استوانه خارج می‌شوند. در داخل استوانه بازوهایی تعبیه شده‌اند که حرکتی شعاعی دارند. این بازوها مجموعه‌ای از تیغه‌های آویزان هستند که به هدایت راحت فاز جامد به مرکز محفظه کمک می‌کنند.
مزایای ساخت تیکنر
مهمترین فایده استفاده از تیکنر در صنایع معدنی، سنگبری و کاشی و سرامیک را می‌توان تصفیه و استفاده مجدد از آب دانست. آب یک سرمایه ملی است که از طریق این روش به ابتدای خط تولید بازگردانده می‌شود. با این کار می‌توان هزینه‌های آب بها مصرفی را کاهش داد و از محیط زیست محافظت کرد.
فواید تینکرها عبارتند از:
- صرفه جویی در مصرف آب به میزان 90 درصد
- توانائی تصفیه آب با ظرفیت 600 متر مکعب در ساعت
- کاهش هزینه‌های واحد تولیدی
- استفاده دوباره از آب تصفیه شده در خط تولید
- استفاده از زمین کمتر به جای سدهای باطله
- تخلیه اتوماتیک گل و لای از قسمت پائین دستگاه
- سیستم تزریق فلوکولانت به صورت اتوماتیک
- کاهش هزینه نگهداری و سرویس چاه‌های عمیق
- نصب و راه اندازی سریع و منطبق با شرایط محیط
- سیستم عیب یابی خودکار
- سیستم هدایت جریان سیال در مخزن دستگاه
- دارای سیستم PLC و سیستم کنترل اتوماتیک
- صرفه جوئی در میزان مصرف برق پمپ چاه‌های عمیق
- تأمین آب کافی جهت تولید بهینه و محصول بهتر
انواع تیکنر
انواع مختلف تیکنر در 10 تا 15 سال گذشته به دو دلیل اصلی زیر افزایش یافته است:
- توانایی تولید جریان‌های زیر نیوتنی
- توسعه تیکنرهای بدون تیغه
تیکنرها را می‌توان به چهار نوع اصلی زیر تقسیم کرد:
- نوع متداول یا با نرخ بالا
- نوع بدون تیغه با نرخ بالا
- نوع چگالی بالا
- نوع مخروطی عمیق
تیکنرها با سرعت بالا کمترین چگالی و تنش عملکردی را تولید می‌کنند اما بیشترین تنش تسلیم در تیکنرهای مخروطی عمیق تولید می‌شود که می‌تواند به بیش از 150 پاسکال برسد. هر کدام از انواع تیکنرها بسته به نوع کاربرد انتخاب می‌شوند.
نحوه طراحی تیکنر
جهت مدل سازی عملیات واحد در طراحی تیکنر فرضیات زیر در نظر گرفته می‌شوند:
- تمامی ذرات ریز هستند و دانسیته یکسانی دارند.
- هیچ گونه انتقال جرمی بین ذرات و سیال وجود ندارد.
- دوغاب ورودی کاملاً سوسپانسیون شده و ذرات به طور کامل فلوکولانت شده‌اند.
- تمامی ذرات دارای شکل همگن هستند.
- از استرس سیال – سیال در مقابل استرس سیال – جامد صرفنظر می‌شود
- سیال الاستیک در نظر گرفته می‌شود.
طراحی تیکنر بر پایه نیروی جاذبه جهت جداسازی ذرات جامد از مایع انجام می‌شود. به طور کلی، هر ذره در داخل تیکنر تحت تأثیر سه نیرو زیر قرار دارد:
- نیروی جاذبه زمین که ذرات را به سمت پایین می‌کشد. هرچه جرم ذرات بزرگتر باشد، نیروی جاذبه بیشتر خواهد بود.
- نیروی شناوری که بر اساس اصل ارشمیدس ذرات را به سمت بالا هدایت می‌کند.
- نیروی دراگ که دلالت بر اصطکاک حرکت یک ذره در درون یک سیال دارد.
تیکنر باید به صورتی طراحی شود که حاصل تقسیم نیروی جاذبه از مجموع نیروهای دراگ و شناوری بیشتر باشد. با این فرض می‌توان نتیجه گرفت که ذرات در کف تیکنر ته نشین می‌شوند.
طراحی سازه و بدنه تیکنر با نرم افزارهای مهندسی زیر انجام می‌شود:
- CATIA
- ABAQUS
- SOLIDWORKS
در طراحی موارد زیر لحاظ می‌شوند:
- متریال
- جنس و ضخامت بدنه
- خرپاها
- ستون‌ها
- پل‌ها
- انتخاب نوع پوشش
برای طراحی همچنین باید انواع تنش‌ها و بارهای زیر محاسبه شوند:
- تنش‌های ناشی از وزن مخزن
- وزن پالپ وارد شده
- تنش‌های ناشی از باد و زمین لرزه
- نیروی گریز از مرکز پاروها و درایو
کاربردهای تیکنر
می‌توان از تیکنر برای کاربردهای زیر استفاده کرد:
- کارخانه‌های فرآوری مواد معدنی همچون، طلا، مس، آهن، سنگ: آب به عنوان یکی از مهمترین مواد اولیه در فرآیندهای تولید، استخراج و فرآوری به کار می‌رود.
- سنگبری‌ها: در بخش‌های برش کاری و پولیش سنگ به میزان زیادی از آب نیاز است.
- ماسه شویی‌ها: برای شستشو شن و ماسه به حجم زیادی آب نیاز است.
- کارخانه‌های سرامیک و موازییک سازی: در این مورد، آب به عنوان یک ماده پرکاربرد در ساخت و تولید انواع محصولات استفاده می‌شود.
کلام آخر
هنگامی که یک جریان تغذیه وارد تیکنر می‌شود، جامدات به کف ته نشین می‌شوند. مایع شفاف به بالا سرازیر می‌شود و مواد جامد از انتهای مخزن خارج می‌شوند. این توضیح کوتاه فرایند کار تیکنر را نشان می‌دهد. این ساختار بزرگ در تصفیه پساب صنعتی کارخانه‌های مختلف استفاده می‌شود. طراحی و اجرای تیکنر باید با دقت انجام شود تا عملکرد کلی ساختار به درستی اجرا شود. استفاده از این دستگاه می‌تواند فواید بسیاری از واحدهای تولیدی و محیط زیست داشته باشد. کاهش هزینه‌های ساخت و بازیابی آب از مواد جامد، هدف اصلی تیکنرها است.
منابع :
https://mineraldressing.com/equipment/thickener/
https://www.thermopedia.com/content/1198/
https://www.911metallurgist.com/blog/difference-between-clarifier-and-thickener
https://www.zerodayllc.com/blog/2015/01/26/thickener-operation/