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Separation solides / gaz, Conception des cyclone : guide de dimensionement

Methode de Leith & Licht

Guide de dimensionement pas a pas

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Section summary
1. Introduction : Leith & Licht method
2. Domaine de validité
3. Géométrie standard des cyclones
4. Modèle Leith & Licht : méthode de calcul des performances des cyclones étape par étape
5. Calculateur Excel : dimensionnement de cyclone selon la methode de Leith & Licht

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1. Introduction

Methode de dimensionement de Leith & Licht

Il existe différentes méthodes publiées dans la littérature pour concevoir des cyclones. La méthode présentée sur cette page a été développée par Leith & Licht dans les années 70. Le principe de calcul repose sur un équilibre des forces exercées sur les particules à séparer dans le cyclone [Altmeyer]. Comparée à d'autres méthodes de conception de cyclones publiées dans la littérature, la méthode Leith & Licht n'est pas toujours la plus précise [Altmeyer] [Dirgo]. Cependant, sa méthode de calcul assez simple en fait une option intéressante pour une évaluation rapide.

La méthode présentée donne des résultats approximatifs et ne doit pas être utilisée pour une conception détaillée. Elle est présentée ici pour illustrer les principes de la conception d'un cyclone et pour une estimation approximative des performances de conception. Il est toujours recommandé de consulter une entreprise spécialisée pour une conception détaillée avant la construction d'un cyclone.

Une autre méthode est présentée sur cette page ; il peut être intéressant de consulter différents modèles.

2. Domaine de validité

Dans quelles conditions peut-on utiliser la méthode de Leith & Licht pour concevoir des cyclones ?

La méthode de Leith & Licht est basée sur la plage de données expérimentales suivante [Altmeyer] :

• Débit de gaz : 0.06 < V < 0.13 m3/s
• Température : 310 < T < 422 K
• Pression : atmospheric
• Charge non spécifiée

3. Géométrie standard des cyclones

Quelles sont les dimensions standard des cyclones ?

L'efficacité des cyclones est directement liée à leur géométrie, qui a fait l'objet de diverses recherches. À partir de ces travaux de recherche, un ensemble de DIMENSIONS STANDARD a été défini. Ces dimensions, ou plutôt proportions, constituent la base de la plupart des conceptions dans l'industrie. Il est recommandé de conserver ces configurations standard, ou d'apporter des adaptations par des fournisseurs de confiance, sans les modifier. Une conception spécifique peut encore être développée pour des applications spécifiques à haute valeur ajoutée (par exemple, FCC), mais cela dépasse la méthodologie présentée ici, nécessitant une modélisation, des essais pilotes, etc.

Le tableau ci-dessous est dû à Koch et Licht (1977) et résume le travail de différents auteurs (Lapple, Stairmand...).

Tableau 1 : Géométries standard de cyclones à entrée tangentielle

Toutes les dimensions des cyclones sont liées au diamètre D. Une géométrie standard est ensuite sélectionnée, et le diamètre D est ajusté pour obtenir les performances souhaitées.

Figure  1 : Cyclone drawing and nomenclature of characteristic geometry

4. Modèle Leith & Licht : méthode de calcul des performances des cyclones étape par étape

Comment dimensionner les cyclones ?

4.1 Gather input data

Les données suivantes sont nécessaires pour calculer l'efficacité d'un cyclone et le diamètre de coupure avec le modèle de Leith et Licht :

• Débit de gaz à l'entrée
• Diamètre des particules
• Densité des particules
• Température
• Pression
• Densité du gaz
• Viscosité du gaz

La méthode de calcul proposée est détaillée dans [Dirgo]

4.2 Calculer les dimensions du cyclone

Si vous concevez un nouveau cyclone, choisissez l'une des géométries standard de la table 1 et supposez un diamètre D. Si vous testez un cyclone existant, déterminez les différentes proportions pour l'équipement réel que vous évaluez.

Toutes les dimensions individuelles (a, b, S, De, B, h, H) doivent être déterminées.

4.3 Calculer la longueur naturelle l du cyclone

La longueur naturelle l d'un cyclone est la distance la plus éloignée de la sortie de gaz que le gaz parcourt en tournant.

4.3 Calculer le diamètre du cône dc à la longueur naturelle

4.4 Exposant n du vortex

4.5 Calcul du paramètre d'inertie du cyclone Ψ

4.6 Calcul du paramètre géométrique C du cyclone

C = paramètre géométrique (-)
De = diamètre de sortie de gaz (m)
D = diamètre du cyclone (m)
B = diamètre de la sortie de produit (m)
S = longueur de la conduite de sortie de gaz du cyclone (m)
l = longueur naturelle du cyclone (m) telle que calculée au paragraphe 4.2
H = hauteur du cyclone (m)
h = hauteur du cylindre du cyclone (m)

4.7 Calcul de l'efficacité du cyclone

L'efficacité du cyclone peut ensuite être calculée grâce aux paramètres donnés ci-dessus

Nt = nombre de fois où le gaz tourne dans le cyclone entre l'entrée et la sortie
V0 = débit volumétrique d'entrée de gaz (m3/s)
a = dimension verticale de l'entrée de gaz (m)
b = dimension horizontale de l'entrée de gaz (m)
dpc = diamètre de coupure du cyclone (m)
μ = viscosité du gaz (Pa·s)
D = diamètre du cyclone (m)
ρp = densité des particules (kg/m3)
ρ = densité du gaz (kg/m3)

4.9 Calcul de la perte de charge

ΔP = perte de pression du cyclone (Pa)
V0 = débit volumétrique d'entrée de gaz (m3/s)
a = dimension verticale de l'entrée de gaz (m)
b = dimension horizontale de l'entrée de gaz (m)
De = diamètre de sortie de gaz (m)

5. Calculateur Excel : dimensionnement de cyclone selon la methode de Leith & Licht

Le calculateur specifique pour la methode de Leith et Licht n'est pas encore disponible mais un calculateur base sur une autre methode peut etre telecharge ici. Notez que cet outil ne peut pas être utilisé pour une conception détaillée, comme indiqué dans le fichier. Il est toujours recommandé de consulter une entreprise commerciale pour confirmer la conception.

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Sources

[Dirgo] Cyclone Collection Efficiency: Comparison of Experimental Results with Theoretical Predictions, Dirgo & Leith, Aerosol Science and Technology, 2007

[Altmeyer] Comparison of different models of cyclone prediction performance for
various operating conditions using a general software, Altmeyer et al, Chemical Engineering and Processing, 2004