العوامل التصمیمیة والتشغیلیة المثلى المؤثرة على عملیة فصل ردة القمح الخشنة باستخدام السیکلون

نوع المستند : Original Article

المؤلفون

1 طالبة دکتوراه - قسم الهندسة الزراعیة - کلیة الزراعة - جامعة قناة السویس - 41522 الإسماعیلیة - مصر.

2 أستاذ الهندسة الزراعیة - قسم الهندسة الزراعیة - کلیة الزراعة - جامعة قناة السویس - 41522 الإسماعیلیة - مصر.

المستخلص

أجریت دراسة معملیة على أداء سیکلون تم تصمیمه وترکیبه فى قسم الهندسة الزراعیة - کلیة الزراعة - جامعة قناة السویس بهدف تقییمه للحصول على أعلى کفاءة کلیة للتجمیع (ηo) وأدنى فرق ضغط تشغیل (ΔP) فى فصل ردة القمح الخشنة. تمت دراسة بعض العوامل التشغیلیة والتصمیمیة، مثل سرعة دخول الهواء (14، 16، 18 و 20 م/ث)، ارتفاع المخروط (30 ، 50 و 70 سم)، طول الوصلة التلیسکوبیة لخروج الهواء (0 ، 10 ، 20 ، 30 و 40 سم) وطول فتحة خروج المواد المجمعة (25 ، 40 و 55 سم) للتشغیل والتصمیم الأمثل. علاوة على ذلک، تم استخدام بعض النماذج الریاضیة للتنبؤ ηo وبعض المقاییس الإحصائیة للمقارنة والتحقق من صحة القیم المتنبأ بها مع النتائج المقاسة.
وقد توصلت الدراسة إلى النتائج التالیة:-
- تزداد الکفاءة الکلیة المقاسة وفرق الضغط المقاس بزیادة سرعة دخول الهواء وارتفاع المخروط. وکان أقل فرق ضغط تشغیل 60.2 باسکال عند سرعة دخول الهواء 14م/ث وارتفاع المخروط 30 سم، فی حین کان أعلى فرق ضغط تشغیل 250.8 باسکال عند سرعة دخول الهواء 20 م/ث وارتفاع المخروط 70 سم.
- تزداد عدد اللفات الفعالة مع زیادة ارتفاع المخروط، حیث کانت 9 و 11 و 12 عند ارتفاع المخروط 30 و 50 و 70 سم، على التوالی وتزداد مع ذلک ηo. علاوة على ذلک، تزداد ηo  مع انخفاض d50 بزیادة سرعة دخول الهواء عند مختلف ارتفاعات المخروط وأطوال فتحة خروج المواد المجمعة وأطوال الوصلة التلیسکوبیة لخروج الهواء؛ على سبیل المثال، عند ارتفاع المخروط 30 سم، کانت d50 لردة القمح الخشنة المحسوبة بنموذج Lapple 31.95، 29.88، 28.17 و 26.73 میکرون عند سرعة دخول الهواء 14، 16، 18 و 20 م/ث، على التوالی، بینما کان متوسط الکفاءة الکلیة المقیاسة 96.38، 96.83، 97.24 و     98.29 ٪، على التوالی.
- کانت أقل قیمة للکفاءة الکلیة المقاسة لردة القمح الخشنة 95.34٪ عند أقل سرعة دخول الهواء 14 م/ث، ارتفاع المخروط 30 سم، وطول الوصلة التلیسکوبیة لخروج الهواء    صفر سم، وطول فتحة خروج المواد المجمعة 25 سم، وکانت قیمةd50  المتنبأ بها المحسوبة بنموذجHoffmann & Stein  56 میکرون (الأکثر تمثیلاً لقیم الکفاءة المقاسة عند ارتفاع المخروط 30 سم)، بینما کانت أعلى قیمة 99.99 ٪ عند أعلى سرعة دخول هواء 20 م/ث، أرتفاع مخروط 70 سم، وطول الوصلة التلیسکوبیة لخروج الهواء 40 سم، وطول فتحة خروج المواد المجمعة 55 سم وکانت قیمةd50  المتنبأ بها المحسوبة بنموذج             Lapple  23 میکرون (الأکثر تمثیلاً لقیم الکفاءة المقاسة عند ارتفاع المخروط 70 سم).
- کانت أ قطار جسیمات ردة القمح الخشنة المنبعثة مع الهواء (التى لم یتم فصلها) والمقاسة بطریقة التصویر المیکروسکوبى تساوی أو أقل من 10 میکرون وفی الوقت نفسه کانت أقل من أقطار d50 المتنبأ بها والمحسوبة عند أقصى ηo. وبعبارة أخرى، تم فصل جمیع الأقطار التی تزید عن 10 میکرون وتجمیعها فی السیکلون.
- کان نموذج Hoffmann & Stein هو أفضل نموذج للتنبؤ ηo لردة القمح الخشنة عند ارتفاع مخروطی 30 و 50 سم، حیث کان متوسط الکفاءة المتنبأ بها 98.41 و 98.25٪ فى حین کان متوسط الکفاءة المقاسة 97.18 و 98.60٪، على التوالی. بینما کان نموذج Lapple هو أفضل نموذج للتنبؤ بـ ηo لردة القمح الخشنة عند ارتفاع المخروط 70 سم لتساوى متوسط القیمة المقاسة مع متوسط القیمة المتنبأ بها حیث کانت  99.30٪.
- کانت العوامل التشغیلیة والتصمیمیة المثلى عند ارتفاع المخروط 70 سم هی سرعة دخول الهواء 14 م/ث وطول الوصلة التلسکوبیة لخروج الهواء 40 سم، والتى أدت إلى أعلى ηo  لردة القمح الخشنة 99.93٪ و أقل فرق ضغط تشغیل 80.63 ΔP باسکال.
- بینما کانت العوامل التشغیلیة والتصمیمیة المثلى عند ارتفاع المخروط 50 سم هی سرعة دخول الهواء 18 م/ث وطول الوصلة التلسکوبیة لخروج الهواء 40 سم، والتى أدت إلى أعلى ηo لردة القمح الخشنة 99.97٪ و أقل فرق ضغط تشغیل 121.52 ΔP باسکال.
- کان ارتفاع المخروط 30 سم غیر مناسب لإنخفاض ηo المقاسة لردة القمح الخشنة وأرتفاع فرق ضغط تشغیل ΔP المقاس عند کل سرعات دخول الهواء وأطوال الوصلة التلسکوبیة لخروج الهواء وأطوال فتحة خروج المواد المجمعة.
- أدى استخدام طول الوصلة التلسکوبیة لخروج الهواء صفر سم عند جمیع أرتفاعات المخروط إلى إنخفاضηo  المقاسة لردة القمح الخشنة وأرتفاع فرق ضغط التشغیل ΔP المقاس.

الموضوعات الرئيسية

المراجع

Abdel-Hadi, M. A. (2014): Effect of cyclone inlet velocity and vortex finder height on coarse wheat bran dust separation. Misr J. Ag. Eng., 31(3): 1001-1024.
Alexander, R. M. (1949): Fundamentals of cyclone design and operation. Proceedings of the Australian Institute of Minerals and Metals (New Series), 152/153: 202-228.
Appel, W. B. (1985): Physical properties of feed ingredients. In Feed Munufuczuring Technology III. 2nd Ed., (R.R. McEllhiney, ed.) pp. 557-562, Am. Feed Ind. Assoc., Arlington, VA. USA.
Azadi M.; M. Azadi and A. Mohebbi (2010): A CFD study of the effect of cyclone size on its performance parameters. Journal of Hazardous Materials, 182(1-3): 835-841.
Bryant, H. S.; R. W. Silverman and F. A. Zenz (1983): How dust in gas affects cyclone pressure drop. Hydrocarbon Processing, 62(4): 87-90.
Büttner, H. (1999): Dimensionless representation of particle separation characteristic of cyclones. Journal of Aerosol Science, 30(10): 1291-1302.
Chen, C. C. and R. V. Morey (1989): Comparison of four EMC/ERH equations. Trans. Amer. Soc. Agr. Eng., 32: 983-989.
Chen, J. and M. Shi (2007): A universal model to calculate cyclone pressure drop. Powder Technology, (171): 184-191.
Chuah, T. G.; J. Gimbun and T. S. Y. Choong (2006): A CFD study of the effect of cone dimensions on sampling aerocyclones performance and hydrodynamics. Powder Technology, 162: 126-132.
Chuah, T. G.; J. Gimbun; T. S. Y. Choong and A. Fakhru’l-razi (2003): Numerical prediction of cyclone pressure drop. Journal of Chemical Engineering and Environment, 2(2): 67-71.
Cooper, C. D. and F. C. Alley (2002): Air Pollution Control, A Design Approach, 3rd ed. Prospect Heights, Ill.: Waveland.
Cortés, C. and A. Gil (2007): Modeling the gas and particle flow inside cyclone separators. Progress in Energy and Combustion Science, 33(5): 409-452.
Demir, S.; A. Karadeniz and M. Aksel (2016): Effects of cylindrical and conical heights on pressure and velocity fields in cyclones. Powder Technology, 295: 209-217.
Dirgo, J., and D. Leith (1985): Performance of theoretically optimised cyclones. Filtration & Separation, 22: 119-125.
El-Batsh, H. M. (2013): Improving cyclone performance by proper selection of the exit pipe. Applied Mathematical Modelling,        37: 5286-5303.
Elsayed, K. (2011): Analysis and optimization of cyclone separators geometry using RANS and LES methodologies. Ph.D. Thesis, Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, Vrije University. Brussel, Belgium.
Elsayed, K. and C. Lacor (2009): Investigation of the geometrical parameters effects on the performance and the flow-field of cyclone separators using mathematical models and large eddy simulation. 13th Aerospace Sciences & Aviation Technology (ASAT-13), Military Technical College, Cairo, Egypt.
Ghasemi, J. and A. Niazi (2005): Tow- and three- way chemometrics methods applied for spectrophotometric determination of lorazepam in pharmaceutical formulations and biological fluids. Analytic Chimica Acta, 533: 169-177.
Hoffmann, A. C., and L. E. Stein (2008): Gas cyclones and swirl tubes: principles, design and operation. ISBN 978-3-540-74694. 22nd Edition, Springer Berlin Heidelberg, Germany.
Iozia, D. L. and D. Leith (1990): The logistic function and cyclone fractional efficiency. Aerosol Science and Technology,              12(3): 598-606.
Jachner, S.; K. G. van den Boogaart and T. Petzoldt (2007): Statistical methods for the qualitative assessment of dynamic models with time delay (R Package qualV). Journal of Statistical Software, 22(8): 1-30.
Ji, Z. L.; X. L. Wu and M. X. Shi (1991): Experimental research on the natural turning length in the cyclone. Proceedings of Filtech Europa 91 Conference, Karlsruhe, Germany, 2: 583-589.
Juengcharoensukying, J.; K. Poochinda and B. Chalermsinsuwan (2017): Effects of cyclone vortex finder and inlet angle on solid separation using CFD simulation. Energy Procedia, 138: 1116-1121.
Lapple, C. E. (1950): Gravity and centrifugal separation. American Industrial Hygiene Association Quarterly, 11: 40-48. c. f. Sakura G. B. and A. Y. T. Leung (2015): Experimental study of particle collection efficiency of cylindrical inlet type cyclone separator. International Journal of Environmental Science and Development, 6(3): 160-164.
Lapple, C. E. (1951a): Processes use many collector types. Chemical Engineering, 58: 144-151.
Lapple, C. E. (1951b): Dust and mist collection. Air Pollution Abatement Manual, Manufacturing Chemists Association, Washington, D.C. USA. c. f. Surjosatyo, A.; A. Respati and H. Dafiqurrohman (2017): Analysis of the influence of vortexbinder dimension on cyclone separator performance in biomass gasification system. Procedia Engineering, 170: 154-161.
Leith, D. and W. Licht (1972): The collection efficiency of cyclone type particle collectors - A new theoretical approach. American Institute of Chemical Engineers journal, Symposium Series,                      126(68): 196-206.
Obermair, S.; J. Woisetschlager and G. Staudinger (2003): Investigation of the flow pattern in different dust outlet geometries of a gas cyclone by laser doppler anemometry. Powder Technol., 138: 239-251.
Palma, R. L. (1978): Slide-mounting of Lice: A detailed description of the Canada Balsam technique. The New Zealand Entomologist, 6(4): 432-436.
Pandya, D. (2010): A low cost micro scale cyclone separator- design and computational fluid dynamics analysis. M.Sc. Thesis, aerospace engineering, UMI 1480855, University of texas at arlington, USA. PP: 63.
Qian, F.; J. Zhang and M. Zhang (2006): Effects of the prolonged vertical tube on the separation performance of a cyclone. Journal of Hazardous Materials, B136: 822-829.
Rietema, K. (1959): Het mechanisme van de afscheiding van fijnverdeelde stoffen in cyclonen (in dutch). De Ingenieur, 71(39):  59-65. C. f. Elsayed, K. (2011): Analysis and optimization of cyclone separators geometry using RANS and LES methodologies. Ph.D. Thesis, Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, Vrije University. Brussel, Belgium.
Schnell, K. B. and C. A. Brown (2002): Cyclone design. Air pollution control technology, Chapter 21. Handbook, Edited by Frank, K., CRC Press LLC, Florida, USA.
Shepherd, C. B. and C. E. Lapple (1939): Air pollution control: A design approach, In Cyclones. 2nd Edition, Woveland Press Inc., Illinois, USA. Pp 127-139.
Spatz, C. (2008): Basic statistics: Tales of distributions. 9th Edition, Belmont, CA: Thomson Wadsworth, ISBN- 10: 0-495-50218-9. USA.
Swaray, M. S. G. and F. Hamdullahpur (2004): A new semi-empirical model for predicting particulate collection effciency in low-to-high temperature gas cyclone separators. Advanced Powder Technol., 15(2): 137-164.
Tan, Z. (2008): An analytical model for the fractional efficiency of a uniflow cyclone with a tangential inlet. Powder Technology, 183: 147-151.
Tantar, A. A.; E. Tantar; P. Bouvry; P. Del Moral; P. Legrand; C. A. C. Coello and O. Schütze (2014): EVOLVE-A bridge between probability, set oriented numerics and evolutionary computation. Springer International Publishing Switzerland. e-ISBN 978-3-319-07494-8. PP: 414.‏
Wang, B.; D. Xu; K. Chu and A. Yu (2006): Numerical study of gas–solid flow in a cyclone separator. Applied Mathematical Modelling, 30: 1326-1342.
Wang, L. (2004): Theoretical study of cyclone design, Ph.D. Thesis, Texas A&M University, College Station, USA. PP: 137.
Wang, L.; C. B. Parnell; B. W. Shaw and R. E. Lacey (2003): Analysis of cyclone collection efficiency. ASAE Annual International Meeting, Paper Number: 034114. pp: 1-10.
Yeung, E. C. T.; C. Stasolla; M. J. Sumner and B. Q. Huang (2015): Plant microtechniques and protocols. ISBN 978-3-319-19944-3 (eBook). Canada.
Zhu, Y. and K. Lee (1999): Experimental study on small cyclones operating at high flowrates. Journal of Aerosol Science, 30: 1303-1315.

ملفات

شارك

إرسال الاستشهاد إلى

الإحصائيات