Conception des cyclones

Guide de conception étape par étape et outil de calcul simplifié pour cyclones

 

1. Introduction

Les cyclones et leur conception

Il existe différents procédés pour collecter les poussières dans un flux gazeux (voir l’aperçu global ici), parmi eux, les cyclones sont probablement l’une des solutions les plus répandues, dans toutes les industries. Les dépoussiéreurs cycloniques sont relativement simples d’un point de vue mécanique et offrent donc généralement une solution économique. Cependant, évaluer les performances d’un cyclone et concevoir un nouvel équipement pour une application particulière n’est pas toujours bien maîtrisé, et la littérature disponible est souvent partielle. L’objectif de cette page est de fournir une approche étape par étape pour la conception des dépoussiéreurs cycloniques. Cela peut suffire pour vérifier rapidement les performances d’un cyclone existant ou en phase de pré-conception, il convient cependant de reconnaître que la méthodologie ci-dessous n’est pas adaptée à une conception détaillée, qui doit être réalisée avec un fournisseur réputé, lequel aura probablement affiné les codes de calcul originaux issus de la littérature et les aura rendus plus précis. Il faut également noter que la méthode présentée n’est qu’une parmi plusieurs modèles publiés, pouvant présenter des niveaux de précision différents.

Article en développement, merci de rester à l’écoute pour les mises à jour

2. Applications des cyclones

Où utilise-t-on les cyclones ?

Les dépoussiéreurs cycloniques sont particulièrement utilisés dans les applications suivantes :

• Plastiques : après transport de granulés, pour capter les poussières plastiques
• Industrie du bois : pour collecter les poussières issues des scieries
• Chimie : pour collecter les poussières d’un procédé ou en fin de ligne de transport pneumatique pour contrôler les émissions
• Agriculture : pour dépoussiérer l’air utilisé pour convoyer des matériaux vers un silo

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 publications, 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 leurs 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 (comme le FCC), mais cela dépasse la méthodologie présentée ici, nécessitant une modélisation, des essais pilotes, etc...

Le tableau ci-dessous est issu des travaux de Koch et Licht (1977) et synthétise les recherches de différents auteurs (Lapple, Stairmand, etc.)

Tableau 1 : Géométries standard des cyclones pour une entrée tangentielle

Toutes les dimensions des cyclones sont exprimées en fonction du diamètre Dc. Une géométrie standard est ensuite sélectionnée et le diamètre Dc est ajusté pour obtenir les performances souhaitées.

Figure 1 : Dessin d’un cyclone et nomenclature des caractéristiques géométriques

4. Guide de conception étape par étape des cyclones

Comment concevoir des cyclones ?

Ce guide de conception est basé sur les travaux publiés par Bohnet en 1997. L’approche est valable pour des cyclones standard avec des entrées tangentielles carrées et une charge de poussière faible, de l’ordre de 10 g/m^³. Pour d’autres types d’entrée ou des charges de poussière plus élevées, certaines corrections sont nécessaires.

Validité du modèle : comme mentionné précédemment, il s’agit d’un bon modèle pour estimer les performances d’un cyclone en conception de base ou en dépannage, mais il peut présenter des erreurs allant jusqu’à 40 % par rapport aux résultats expérimentaux, selon les conditions. Ainsi, les calculs détaillés doivent être réalisés avec l’aide d’une entreprise spécialisée dans la conception de cyclones et ayant amélioré les codes de calcul.

4.1 Calcul des rapports K

Si vous concevez un nouveau cyclone, choisissez l’une des géométries standard dans le tableau 1 et supposez un diamètre Dc. Si vous évaluez un cyclone existant, déterminez les différents rapports pour l’équipement actuel que vous analysez.

Rapports K : K_H, K_B, K_S, K_i, K_L, K_Z, K_D à partir du tableau 1 ou des dimensions réelles du cyclone

4.2 Calculer les dimensions géométriques suivantes

4.3 Calculer les vitesses d'entrée et de sortie

4.4 Calculer les coefficients de frottement

4.5 Calculer les vitesses caractéristiques

4.6 Calculer le diamètre de coupure

Les particules ayant un diamètre égal au diamètre de coupure sont capturées avec une efficacité de 50%. Cela signifie que le cyclone capturera 50% des particules ayant ce diamètre dans le flux gazeux et laissera passer les 50% restants.

4.7 Calculer les efficacités

Les efficacités sont calculées relativement au diamètre de coupure. Les particules plus grosses entraîneront de meilleures efficacités. Les particules plus petites entraîneront des efficacités plus faibles. Un facteur Г est utilisé dans le calcul et est généralement de l'ordre de 3 (+/- 1).

4.8 Calculer la chute de pression

5. Outil de calcul Excel pour les cyclones

Une version simplifiée de l'outil de calcul se trouve ici - un outil plus complet sera développé prochainement. Notez que cet outil ne peut pas être utilisé pour une conception détaillée comme indiqué dans le fichier, il est toujours conseillé de contacter une entreprise commerciale pour confirmer la conception. Sources

Bohnet 1997

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