تأثیر سرعة الدخول و أرتفاع الوصلة التلسکوبیة للسیکلون على فصل غبار نخالة القمح الخشنة

نوع المستند : Original Article

المؤلف

استاذ مساعد - قسم الهندسة الزراعیة - کلیة الزراعة- جامعة قناة السویس، مصر.

المستخلص

تم إجراء دراسة تجریبیة لتقییم کفاءة أداء سیکلون تم تصنیعه فی قسم الهندسة الزراعیة - کلیة الزراعة - جامعة قناة السویس، استخدم فی التقییم عدد کبیر من المعادلات المستخدمة فی المراجع للتنبأ بکفاءة الجمع الکلیة - قطر حجم الغبار المجمع - الأنخفاض فی ضغط السیکلون. تم استخدام 50 جرام نخالة القمح الخشنة کغبار وأرتفاع الوصلة التلسکوبیة للسیکلون (0.0، 0.05، 0.10، 0.15 و 0.20 م) وسرعات دخول للهواء الملوث (9.3، 11.5، 18.5، 25.4 و 28.3 م / ث) علی التوالی. تم تقدیر قطر حجم الغبار لنخالة القمح الخشنة باستخدام رقم Stock's ورقم Euler's الذی تم استخدامهما فی حساب کفاءة الجمع الکلیة تبعاً لنظریة Lapple's وطریقة Iozia&Leith's تمت المقارنة بین النتائج المتنبأ بها والمقاسة معملیاً.

وقد توصلت الدراسة الی


کانت کفاءة الجمع دالة لزیادة سرعة دخول الهواء فی المدی من 9.3 الی 18.5       م / ث. حیث کانت أفضل سرعة دخول الهواء 18.5 م / ث فکانت کفاءة الجمع 96.4، 98.9، 98.5، 98.3 و 98.7٪، والأنخفاض فی ضغط السیکلون 1173 و 1324 و 1249 و 1137 و 1419بسکال عند ارتفاع الوصلة التلسکوبیة للسیکلون 0.0، 0.05، 0.10، 0.15 و 0.20 متر على التوالی.
لا یوجد أی من المعادلات فی المراجع للتنبأ للأنخفاض فی ضغط السیکلون مع دقة عالیة ضمن ظروف تشغیل التجربة؛ باستثناء معادلة Cocker المستندة إلى معامل انخفاض الضغط (ξc) أو رقمEuler's number  فی مدی سرعة دخول الهواء9.3 حتی 18.5 م / ث.
کانت اقصی قیمة لکفاءة الجمع المقاسة والمتنبا بها 98.9 و 99.9٪، على التوالی عند أرتفاع الوصلة التلسکوبیة للسیکلون 0.05 م وسرعة دخول هواء 18.5 م / ث ، بینما کانت اقل قیمة لکفاءة الجمع المقاسة والمتنبا بها 92.0 و99.9٪ على التوالی عند أرتفاع الوصلة التلسکوبیة 0.15 متر وسرعة دخول هواء 9.3 م / ث. بینما کانت اقصی قیمة للفرق بین القیم المقاسة والمتنبا بها لکفاءة الجمع 7.9٪ بینما کان کانت اقل قیمة 1.0٪.
تم مقارنة القیم المقاسة مع القیم المتنبأ بها من المعادلات المستخدمة فی الدراسة وجد ان نموذج Lapple کان سهل الاستخدام ومقبول لتحدید کفاءة الجمع.

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.
Azadi, M., Azadi, M. and Mohebbi, A. (2010): A CFD study of the effect of cyclone size on its performance parameters. Journal of Hazardous Materials, 182, 835–841.
Beeckmans, J. M. and kim, C. J. (1977): Analysis of the Efficiency of reverse flow cyclones, Can. J. Chem. Eng. 55, 640-643.
Blachman, M. W. and Lippmann, M. (1974): Performance characteristics of the multicyclone aerosol sampler, American Industrial Hygiene Association Journal, 35, 311–326.
Bose, P. K., Roy, K., Mukhopadhya, N. and Chakraborty, R. K. (2010): Improved theoretical modeling of a cyclone separator as a diesel soot particulate emission arrester, International Journal of Automotive Techno., Vol. 11, No. 1, pp. 1−10.
Bruce, R. M., Donald, F. Y. and Theodore, H. O. (2006): Fundamentals of Fluid Mechanics, John Wiley & Sons, Inc., 5th edition, ISBN 0-471- 7582-2.
Bryant, H. S., Silverman, R. W. and Zenz, F. A. (1983): How dust in gas affects cyclone pressure drop, Hydrocarbon Process, 62, 87–90.
Büttner, H. (1999): Dimensionless representation of particle separation characteristics of cyclones, J Aerosol Sci, 30, 1291–302.
Casal, J. and Martinez-Benet, J. M. (1983): A better way to calculate cyclone pressure drop, Chem. Eng., 90, 99–100.
Chan, W. H. (1984): Investigation of hydrodynamic behavior in cyclone separators, Ph.D. thesis, Laboratory for Power and Environmental Studies, State University, Buffalo (NY), U.S.A.
Chuah, T. G., Gimbun, J., Choong, Thomas S. Y. and Fakhru’l-Razi, A. (2003): Numerical Prediction of Cyclone Pressure Drop. Journal of Chemical Engineering and Environment, Vol. 2, No. 2, pp. 67-71.
Coker, A. K. (1993): Understand cyclone design, Chem. Eng. Progr. 28, 51–55.
Dewil, R., Baeyens, J. and Caerts, B. (2008): CFB cyclones at high temperature: Operational results and design assessment, Particuology, 6, 149–156.
Dirgo, J. (1988): Relationships between cyclone dimensions and performance, Ph.D. Thesis, Havarad University, USA.
Elsayed, K. and Lacor, C. (2013): The effect of cyclone vortex finder dimensions on the flow pattern and performance using LES. Computers & Fluids, Volume 71, 30 January 2013, Pages 224–239
Frank, M. W. (2003): Fluid Mechanics, McGraw-Hill, ISBN 0-07-283180-4.
Gil, A., Romeo, L. M. and Corte´s, C. (2001): Cold flow model of a PFBC cyclone, Powder Technology, 117, 207–220.
Hoekstra, A. J. (2000): Gas flow field and collection efficiency of cyclones, Ph.D. Thesis, Delft University of Technology, The Netherlands.
Hoffmann, A. C, Groot, M., Peng, W., Dries, H. W. A. and Kater J. (2001): Advantages and risks in increasing cyclone separator length, AIChE J., 47, 2452–60.
Hoffmann, A. C., De Jonge, R., Arends, H. and Hanrats, C. (1995): Evidence of the ''natural vortex length'' and its effect on the separation efficiency of gas cyclones, FiltrSeparat, 32, 799–804.
Iozia, D. L. and Leith, D. (1990): The logistic function and cyclone fractional efficiency, Aerosol Sci. Technol., 12, 598–606.
Ji, Z. L., Wu, X. L. and Shi, M. X. (1991): Experimental research on the natural turning length in the cyclone, Proceedings of Filtech Europa 91 Conference (Vol. 2, pp.583–589), Karlsruhe, Germany.
Jiao, J., Zheng, Y., Sun, G. and Wang, J. (2006): Study of the separation efficiency and the flow field of a dynamic cyclone, Sep. Purif. Technol., 49, 157–166.
Karagoz, I. and Kaya, F. (2007): CFD investigation of the flow and heat transfer characteristics in a tangential inlet cyclone, International Communications in Heat and Mass Transfer 34, 1119–1126.
Kuo, K. Y. and Tsai, C. J. (2001): On the theory of particle cutoff diameter and collection efficiency of cyclones, Aerosol and air Quality Research, (2001) Vol. 1, No. 1, pp. 47-56.
Lapple, C. E. (1950): Gravity and centrifugal separation, Industrial Hygiene Quarterly, 11, 40–47.
Lees, F. P. (2005): Loss Prevention in the Process Industries (Partially updated by S. Mannan), vols. 1–3, Elsevier/Butterworth-Heinemann, Oxford, UK.
Lim, K. S., Kim, H. S. and Lee, K. W. (2004): Comparative performances of conventional cyclones and a double cyclone with and without an electric field, Aerosol Science, 35, 103–116.
Moore, M. E. and McFarland, A. R. (1993): Performance modelling of single-inlet aerosol sampling cyclones, Environ. Sci. Technol., 27, 1842-1848.
Overcamp, T. J. and Scarlett, S. E. (1993): Effect of Reynolds number on the Stokes number of cyclones, Aerosol Sci. Technol., 19, 362– 370.
Pant, K., Crowe, C. T. and Irving, P. (2002): On the design of miniature cyclones for the collection of bioaerosols, Powder Technology, 125, 260– 265.
Qian, F., Zhang, J. and Zhang, M. (2006): Effects of the prolonged vertical tube on the separation performance of a cyclone, J. Hazard. Mater, 136, 822–829.
Ramachandran, G., Leith, D., Dirgo, J. and Feldman, H. (1991): Cyclone optimization based on a new empirical model for pressure drop, Aerosol Science and Technology, 15, 135–148.
Safikhani, H., Akhavan-Behabadi, M., Shams, M. and Rahimyan, M. H. (2010): Numerical simulation of flow field in three types of standard cyclone separators, Advanced Powder Technol., 21, 435–442.
Saltzman, B. E. and Hochstrasser, J. M. (1983): Design and performance of miniature cyclones for respirable aerosol sampling, Environ. Sci. Techno., 17, 418-424.
Shepherd, C. B. and Lapple, C. E. (1939): Air Pollution Control: A Design Approach, In Cyclones" 2nd Edition, C. David Cooper, and F. C. Alley, pp 127-139, Illinois: Woveland Press Inc.
Stairmand, C. J. (1951): The design and performance of cyclones, Transactions of the Institution of Chemical Engineering 29, 357–383.
Svarovsky, L. (1981): Solid-gas separation. Handbook of Powder Technology, vol. 3, Chap. 1–3, Elsevier Scientific Publishing Company.
Svarovsky, L. (1986): Solid–gas separation, In D. Geldart (Ed.), Gas fluidization technology, New York, John Wiley and Sons Ltd (Chapter 8):
Swamee, P. K., Aggarwal, N. and Bhobhiya, K. (2009): Optimum design of the cyclone separator, American Institute of Chemical Engineers (A.I.Ch.E.) 55, 2279–2283.
Wang, L. (2004): Theoretical Study of Cyclone Design, Ph.D. Thesis, Texas A&M University, College Station, USA.
Yalcin, T., Kaukolin, E. and Byers, A. (2003): Axial inlet cyclone for mineral processing applications, Minerals Engineering, 161375–1381.
Zhu, Y. and Lee K. W. (1999): Experimental study on small cyclones operating at high-flow rates, J. Aerosol Sci., 30, 1303–1315.