Größe von Staubabscheidern
Methode von Leith & Licht
Schritt-für-Schritt-Berechnungsanleitung: Wie entwirft man einen Wirbelstromabscheider für die Staubtrennung?
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| Abschnittszusammenfassung |
|---|
| 1. Einführung: Leith & Licht Methode |
| 2. Gültigkeitsbereich |
| 3. Standardgeometrie von Wirbelstromabscheidern |
| 4. Leith & Licht-Modell Schritt-für-Schritt-Entwurfsanleitung |
| 5. Excel-Berechnungstool für den Entwurf von Wirbelstromabscheidern |
1. Einführung
Leith & Licht Methode
Es gibt verschiedene in der Literatur veröffentlichte Methoden zur Entwurfsplanung von Wirbelstromabscheidern. Die in dieser Seite vorgestellte Methode wurde in den 1970er Jahren von Leith & Licht entwickelt. Das Berechnungsprinzip basiert auf einem Kraftgleichgewicht der Partikel, die im Wirbelstromabscheider getrennt werden müssen [Altmeyer]. Aus einem Vergleich von in der Literatur veröffentlichten Methoden zur Entwurfsplanung von Wirbelstromabscheidern geht hervor, dass die Leith & Licht-Methode nicht immer die genaueste ist [Altmeyer] [Dirgo]. Ihre relativ einfache Berechnungsmethode macht sie jedoch zu einer interessanten Methode für eine schnelle Bewertung.
Die vorgestellte Methode liefert nur ungefähre Ergebnisse und sollte nicht für die Detailplanung verwendet werden. Sie wird zur Veranschaulichung der Grundsätze der Entwurfsplanung eines Wirbelstromabscheiders und für eine grobe Schätzung der Entwurfsleistung vorgestellt. Für die Detailplanung sollte immer ein spezialisiertes Unternehmen konsultiert werden, bevor mit dem Bau eines Wirbelstromabscheiders begonnen wird.
Eine weitere Methode wird auf dieser Seite vorgestellt, es kann interessant sein, verschiedene Modelle zu überprüfen.
2. Gültigkeitsbereich
In welchen Bedingungen kann die Methode von Leith & Licht zur Entwurfsplanung von Wirbelstromabscheidern verwendet werden?
Die Methode von Leith & Licht basierte auf den folgenden experimentellen Daten [Altmeyer]:
- Gasdurchsatz: 0,06 < V < 0,13 m³/s
- Temperatur: 310 < T < 422 K
- Druck: atmosphärisch
- Unspezifizierte Ladungslast
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3. Standardgeometrie von Wirbelstromabscheidern
Welche sind die Standardabmessungen von Wirbelstromabscheidern?
Die Effizienz von Wirbelstromabscheidern hängt direkt von ihrer Geometrie ab, die Gegenstand verschiedener Forschungsprojekte war. Aus diesen Forschungspapieren wurden ein Satz STANDARD-Abmessungen definiert. Diese Abmessungen, oder eher Proportionen, bilden die Grundlage der meisten Entwürfe in der Industrie. Es wird empfohlen, diese Standardkonfigurationen oder einige Anpassungen durch renommierte Lieferanten beizubehalten und sie nicht zu verändern. Spezielle Entwürfe können immer noch für spezielle, hochwertige Anwendungen (FCC z. B.) entwickelt werden, aber dies geht über die hier vorgestellte Methodik hinaus und erfordert Modellierung, Pilotversuche... usw...
Die folgende Tabelle stammt von Koch und Licht (1977) und fasst die Arbeiten verschiedener Autoren (Lapple, Stairmand...) zusammen.
| Standardgeometrien für Wirbelstromabscheider mit tangentialem Einlass | |||||
| Standard | Hohe Effizienz | ||||
| Abmessungen | Lapple | Swift | Peterson Whitby |
Stairmand | Swift |
| a/D | 0,5 | 0,5 | 0,583 | 0,5 | 0,44 |
| b/D | 0,25 | 0,25 | 0,208 | 0,2 | 0,21 |
| S/D | 0,625 | 0,6 | 0,583 | 0,5 | 0,5 |
| De/D | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.4 |
| h/D | 2 | 1.75 | 1.333 | 1.5 | 1.4 |
| (H-h)/D | 2 | 2 | 1.84 | 2.5 | 2.5 |
| B/D | 0.25 | 0.4 | 0.5 | 0.375 | 0.4 |
Tabelle 1: Standardgeometrien für einen tangentialen Einlass
Alle Abmessungen der Zyklone sind auf den Durchmesser D bezogen. Eine Standardgeometrie wird ausgewählt und der Durchmesser D angepasst, um die gewünschte Leistung zu erzielen.
Abbildung 1: Zyklonzeichnung und Nomenklatur charakteristischer Geometrie
4. Leith & Licht-Modell: Zyklon-Schritt-für-Schritt-Berechnungsmethode für die Leistung
Wie werden Zyklone entworfen?
4.1 Erfassen von Eingabedaten
Folgende Daten sind erforderlich, um mit dem Modell von Leith und Licht die Effizienz eines Zyklons und den Abscheide-Durchmesser berechnen zu können:
- Gasvolumenstrom am Einlass
- Partikeldurchmesser
- Partikeldichte
- Temperatur
- Druck
- Gasdichte
- Gasviskosität
Der vorgeschlagene Berechnungsansatz ist in [Dirgo] beschrieben.
4.2 Berechnung der Zyklonabmessungen
Wenn Sie einen neuen Zyklon entwerfen, wählen Sie eine der Standardgeometrien aus Tabelle 1 und nehmen Sie einen Durchmesser D an. Wenn Sie einen bestehenden Zyklon testen, bestimmen Sie die verschiedenen Verhältnisse für die zu bewertende Anlage.
Alle individuellen Längen (a, b, S, De, B, h, H) müssen
4.3 Berechnung der natürlichen Länge l des Zyklons
Die natürliche Länge l eines Zyklons ist die größte Entfernung vom Gasauslass, die das Gas beim Drehen zurücklegt.
Hinweis: Wenn l > (H-S), dann wird l durch H-S in den Gleichungen ersetzt.
4.3 Berechnung des Kegeldurchmessers dc bei der natürlichen Länge
4.4 Wirbelexponent n
4.5 Berechnung des Trägheitsparameters Ψ des Zyklons
d = Partikeldurchmesser (m)
4.6 Berechnung des Geometrieparameters C des Zyklons
De = Durchmesser des Gasauslasses (m)
4.7 Berechnung der Effizienz
Die Effizienz des Zyklons kann dann anhand der oben genannten Parameter berechnet werden.
n wie in Abschnitt 4.4 berechnet
Ψ wie in Abschnitt 4.5 berechnet
C wie in Abschnitt 4.6 berechnet
4.8 Berechnung des Abscheidedurchmessers
Die Berechnung des Abscheidedurchmessers im Modell von Leith und Licht wird durch die folgenden Gleichungen angegeben [Altmeyer]:
V0 = gasvolumischer Durchfluss (m3/s)
a = vertikale Dimension des Gaseinlasses (m)
dpc = Abscheidedurchmesser des Zyklons (m)
μ = Gaskonstante (Pa.s)
4.9 Berechnung des Druckabfalls
a = vertikale Dimension des Gaseinlasses (m)
5. Leith & Licht-Modell Excel-Berechnungstool
Eine vereinfachte Version des Berechnungstools finden Sie hier. Beachten Sie, dass dieses Tool nicht für die Detailplanung verwendet werden kann wie im Dateinamen angegeben, immer mit einem kommerziellen Unternehmen in Verbindung treten, um das Design zu bestätigen.
Quellen
[Dirgo] Cyclone Collection Efficiency: Comparison of Experimental Results with Theoretical Predictions, Dirgo & Leith, Aerosol Science and Technology, 2007
[Altmeyer] Comparison of different models of cyclone prediction performance for
verschiedene Betriebsbedingungen unter Verwendung einer allgemeinen Software, Altmeyer et al, Chemical Engineering and Processing, 2004