Dimensionnement de cyclones pour la séparation de poussières
Méthode Leith & Licht
Guide de calcul étape par étape : comment concevoir un cyclone pour la séparation de poussières
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| Résumé de la section |
|---|
| 1. Introduction : méthode Leith & Licht |
| 2. Domaine de validité |
| 3. Cyclone à géométrie standard |
| 4. Guide de conception étape par étape selon le modèle de Leith & Licht |
| 5. Outil de calcul Excel pour la conception de cyclones |
1. Introduction
Méthode Leith & Licht
Il existe différentes méthodes publiées dans la littérature pour concevoir des cyclones. La méthode présentée dans cette page a été développée par Leith et Licht dans les années 70. Le principe de calcul est basé sur un équilibre des forces sur les particules qui doivent être séparées dans le cyclone [Altmeyer]. À partir d'une comparaison des 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 simple en fait une méthode 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 pour illustrer les principes de conception d'un cyclone et pour une estimation grossière 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 vérifier 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 était basée sur la plage suivante de données expérimentales [Altmeyer] :
- Débit gazeux : 0,06 < V < 0,13 m3/s
- Température : 310 < T < 422 K
- Pression : atmosphérique
- Charge de charge non spécifiée
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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 articles 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 certaines adaptations par des fournisseurs réputés, et de ne pas les modifier. Des conceptions spécifiques peuvent encore être développées pour des applications à haute valeur ajoutée (FCC par exemple), mais cela va au-delà de 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...)
| Géométries standard pour cyclones à entrée tangente | |||||
| Standard | Haute efficacité | ||||
| Dimensions | Lapple | Swift | Peterson Whitby |
Stairmand | Swift |
| a/D | 0,5 | 0,5 | 0,583 | 0,5 | 0,44 |
| b/D | 0,25 | 0,25 | 0,208 | 0,2 | 0,21 |
| S/D | 0,625 | 0,6 | 0,583 | 0,5 | 0,5 |
| De/D | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,4 |
| h/D | 2 | 1,75 | 1,333 | 1,5 | 1,4 |
| (H-h)/D | 2 | 2 | 1,84 | 2,5 | 2,5 |
| B/D | 0,25 | 0,4 | 0,5 | 0,375 | 0,4 |
Tableau 1 : Géométries standard de cyclone pour une entrée tangente
Toutes les dimensions des cyclones sont liées au diamètre D. Une géométrie standard est alors sélectionnée et le diamètre D est ajusté pour obtenir les performances souhaitées.
Figure 1 : Dessin de cyclone et
nomenclature de la géométrie caractéristique
4. Modèle Leith & Licht : méthode de calcul pas à pas des performances du cyclone
Comment concevoir des cyclones ?
4.1 Réunir les données d'entrée
Les données suivantes sont nécessaires pour calculer l'efficacité et le diamètre de coupure d'un cyclone avec le modèle de Leith et Licht :
- Débit gazeux d'entrée
- Diamètre des particules
- Densité des particules
- Température
- Pression
- Densité du gaz
- Viscosité du gaz
La méthode de calcul proposée est décrite dans [Dirgo]
4.2 Calculer les dimensions du cyclone
Si vous concevez un nouveau cyclone, choisissez l'une des géométries standard du tableau 1 et supposez un diamètre D. Si vous testez un cyclone existant, déterminez les différents rapports pour l'équipement réel que vous évaluez.
Toutes les longueurs 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 des gaz que les gaz parcourent en tournant.
Note : si l > (H-S) alors l est remplacé par H-S dans les équations.
4.3
Calculer le diamètre de cône d à la longueur naturellec à la longueur naturelle
4.4 Exponent vortex n
4.5
Calculer le paramètre d'inertie Ψ du cyclone
d = diamètre des particules (m)
4.6 Calculer le paramètre de géométrie C du cyclone
De = diamètre de la sortie des gaz (m)
4.7 Calculer l'efficacité
L'efficacité du cyclone peut alors être calculée grâce aux paramètres donnés ci-dessus.
n calculé au paragraphe 4.4
Ψ calculé au paragraphe 4.5
C calculé au paragraphe 4.6
4.8 Calculation du diamètre de coupure
Le calcul du diamètre de coupure dans le modèle de Leith et Licht est donné par les équations suivantes [Altmeyer] :
V0 = débit volumique d'entrée du gaz (m3/s)
a = dimension verticale de l'entrée du gaz (m)
dpc = diamètre de coupure du cyclone (m)
μ = viscosité du gaz (Pa.s)
4.9 Calculation de la chute de pression
a = dimension verticale de l'entrée du gaz (m)
5. Modèle de Leith & Licht Outil de calcul Excel
Une version simplifiée de l'outil de calcul peut être trouvée ici. Notez que cet outil ne peut pas être utilisé pour la conception détaillée comme indiqué dans le fichier, il est toujours conseillé de contacter une entreprise commerciale pour confirmer la conception.
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
various operating conditions using a general software, Altmeyer et
al, Chemical Engineering and Processing, 2004