Particle separation at high temperature with tangential inlet reverse flow gas cyclones

Abstract

Separation of solid particles from gas is a major challenge to engineers in many industries. Separation is required as a mean of gas purification, filtration and re-collection of some pneumatically conveyed materials. Re-collection of valuable particles is also required in most of chemical production processes, pharmacology, and food industries. Separation can be done by many devices. Cyclone is a separation device that acquire a unique position among various other available separation devices. Cyclones are by far the most common type of gas/solid separation device used in industrial process. Cyclone are either used alone or as a pre-collector followed by another separation device. The first cyclone was patented by a German company (Knickerbockers Co.) to an American co. in 1885. Basic information about cyclones was gained by extensive researches on this device in 1930, 1940. Researches continued from that time on but a systematic data on how the design parameters effect cyclone operation are not available yet. Tangential entrance reverse flow cyclone has been closely studied in this thesis. The nature and type of flow in cyclone has been investigated and correlation relating the flow parameters to cyclone geometry has been examined. By a full utilization and proper amalgamation of up to date published data and formulas a model for designing a cyclone has been successfully constructed. The model can be easily used in specifying cyclone dimensions and determining its optimum size and inlet velocity for a specific operating conditions of a particular process. The model is used in designing a cyclone to separate cement particles from air at 550 K and it proves to give a marvelous result when compared with well known cyclones such like Stairmand cyclone and other ones. Another model has been developed for making comparison between different designs of cyclones. The bases for comparison are the technical and economical parameters that are combined together in one parameter which can provide a firm indication of preference. Cyclones deserve more focus and study especially in developing countries, like Turkey and Libya, for the reason that they are very economical and efficient if they are well designed.

Mühendislikte karşılaşılan birçok prosesde küçük ve iyi şekilde karışmış katı taneciklerin gazlardan ayrıştırılması istenir. Ayrıştırma işleminin iki amacı vardır. Bunlardan ilki gazlardan tozların geri kazanılmasıdır. Süt yada sabun gibi ürünlerin püskürtülerek kurutulması işlemi sonunda tozların toplanması buna bir örnektir. İkinci olarak ise katılardan gazların temizlenmesidir. Gaz türbünleri veya dizel motorlarında bakımın azaltılması için içeri giren havanın filtre edilmesi veya fabrika bacalarından çıkan gazlar ile taşman küllerin, hava İdrliliğinin kontrol edilmesi için filtre edilmesi buna örnek gösterilebilir. Bazen ayrıştırma işlemi her iki amacın birlikte gerçekleştirilmesi için yapılır. Üretim ve paketleme işlemleri esnasında çimento fabrikalarından atılan çimentonun geri kazanılması veya geri kazanılan ürünlerin değerli olduğu ve havarim güvenlik ve sağlık açısından temizlenmesinin zorunlu olduğu ilaç üretimi bu tip uygulamalara örnek gösterilebilir. Tanecikleri gazlardan ayrıştırmak için çok değişik cihazlar kullanılabilir. En yaygın kullanılan aletler şunlardır. - Siklonlar - Filitreler - Yıkayıcılar - Elektrostatik Çökelticiler En uygun cihazın seçiminde dikkat edilecek ana faktörler şunlardır. - Toplanacak katıların boyudan - İşletme sıcaklığı - Arzu edilen ayrıma derecesi (verimi) - Basınç düşümü - Güvenilir olma ve maliyeti