Cycloonontwerp

Stapsgewijze ontwerpgids en snelle berekeningstool voor cyclonen

 

1. Inleiding

Cyclonen en hun ontwerp

Er bestaan verschillende processen voor het afvangen van stof in een gasstroom ( zie globaal overzicht hier), waaronder cyclonen waarschijnlijk een van de meest verspreide oplossingen zijn, in elke industrie. Cycloonstofafscheiders zijn mechanisch relatief eenvoudig en bieden daarom over het algemeen een kosteneffectieve oplossing. Het beoordelen van de prestaties van een cycloon en het ontwerpen van nieuwe apparatuur voor een specifieke toepassing wordt echter niet altijd goed begrepen, en er is vaak slechts gedeeltelijke literatuur beschikbaar. Het doel van deze pagina is een stapsgewijze benadering te bieden voor het ontwerp van cycloonstofafscheiders. Dit kan voldoende zijn om snel de prestaties van een bestaande cycloon te controleren of tijdens het voorontwerp, men moet echter erkennen dat de hieronder beschreven methodologie niet geschikt is voor gedetailleerd ontwerp, wat moet worden uitgevoerd door een gerenommeerde leverancier die waarschijnlijk de oorspronkelijke berekeningscodes uit de literatuur heeft verfijnd en nauwkeuriger heeft gemaakt. Men moet ook opmerken dat de gegeven methode slechts één van de verschillende gepubliceerde modellen is, die mogelijk een verschillende nauwkeurigheid hebben.

Artikel in ontwikkeling, blijf op de hoogte voor updates

2. Toepassingen van cyclonen

Waar worden cyclonen gebruikt?

Cycloonstofafscheiders worden met name gebruikt in de volgende toepassingen:

• Kunststoffen: na transport van korrels, om kunststofstof af te vangen
• Houtindustrie: om stof van zagerijen te verzamelen
• Chemische industrie: om stof af te vangen van een proces of aan het einde van een pneumatische transportleiding om emissies te beheersen
• Landbouw: om de lucht te ontstoffen die wordt gebruikt om materiaal naar een silo te transporteren

3. Standaardgeometrie van cyclonen

Wat zijn de standaardafmetingen van cyclonen?

De efficiëntie van cyclonen is direct gerelateerd aan hun geometrie, die onderwerp is geweest van verschillende onderzoeken. Uit deze onderzoeken zijn STANDAARDafmetingen gedefinieerd. Deze afmetingen, of beter gezegd verhoudingen, vormen de basis van de meeste ontwerpen in de industrie. Het wordt aanbevolen om deze standaardconfiguraties te behouden, of aanpassingen door gerenommeerde leveranciers, en deze niet zelf te wijzigen. Specifieke ontwerpen kunnen nog steeds worden ontwikkeld voor specifieke hoogwaardige toepassingen (bijv. FCC), maar dit gaat verder dan de hier gepresenteerde methodologie en vereist modellering, proeven op pilot-schaal, enz...

De onderstaande tabel is afkomstig van Koch en Licht (1977) en vat het werk van verschillende auteurs samen (Lapple, Stairmand, etc.)

Tabel 1: Standaard cycloongeometrieën voor een tangentiële inlaat

Alle afmetingen van de cyclonen zijn gerelateerd aan de diameter Dc. Een standaardgeometrie wordt vervolgens geselecteerd en de diameter Dc wordt aangepast om de gewenste prestaties te verkrijgen.

Figuur 1: Cycloontekening en nomenclatuur van de karakteristieke geometrie

4. Stapsgewijze ontwerpgids voor cyclonen

Hoe ontwerp je cyclonen?

Deze ontwerpgids is gebaseerd op het werk gepubliceerd door Bohnet in 1997. De benadering is geldig voor standaardcyclonen met vierkante tangentiële inlaten en met een lage stofbelasting in de orde van maximaal 10 g/m^³. Voor andere typen inlaten of hogere stofbelastingen zijn enkele correcties noodzakelijk.

Geldigheid van het model: zoals hierboven vermeld, is dit een goed model voor het schatten van de prestaties van een cycloon in basisontwerp of probleemoplossing, maar geeft het fouten tot 40% ten opzichte van experimenten, afhankelijk van de omstandigheden. Gedetailleerde berekeningen moeten daarom worden uitgevoerd met behulp van een bedrijf dat gespecialiseerd is in cycloonontwerp en dat de berekeningscodes heeft verbeterd.

4.1 Bereken K-verhoudingen

Als u een nieuwe cycloon ontwerpt, kies dan een van de standaardgeometrieën in tabel 1 en neem een diameter Dc aan. Als u een bestaande cycloon test, bepaal dan de verschillende verhoudingen voor de apparatuur die u evalueert.

K-verhoudingen: K_H, K_B, K_S, K_i, K_L, K_Z, K_D uit tabel 1 of de werkelijke cycloonafmetingen

4.2 Bereken de volgende geometrische afmetingen

4.3 Bereken inlaat- en uitlaatsnelheden

4.4 Bereken wrijvingscoëfficiënten

4.5 Bereken de karakteristieke snelheden

4.6 Bereken de afsnijdiameter

Deeltjes met een diameter gelijk aan de afsnijdiameter worden met een efficiëntie van 50% afgescheiden. Dit betekent dat de cycloon 50% van de deeltjes met deze diameter uit de gasstroom zal afvangen en de andere 50% zal doorlaten.

4.7 Bereken de scheidingsefficiënties

De scheidingsefficiënties worden berekend relatief ten opzichte van de afsnijdiameter. Grotere deeltjes resulteren in hogere efficiënties. Kleinere deeltjes leiden tot lagere efficiënties. Een factor Γ wordt gebruikt in de berekening en bedraagt doorgaans ongeveer 3 (± 1).

4.8 Bereken de drukval

5. Cycloon-ontwerp: Excel-berekeningstool

Een vereenvoudigde versie van de berekeningstool is hier beschikbaar - een uitgebreidere tool zal binnenkort worden ontwikkeld. Let op: deze tool kan niet worden gebruikt voor gedetailleerd ontwerp zoals vermeld in het bestand; koppel altijd met een gespecialiseerd bedrijf om het ontwerp te valideren.

Bronnen

Bohnet 1997