Dimensionering van stofafscheidingscyclonen
Leith & Licht-methode
Stapsgewijze berekeningshandleiding: hoe ontwerp je een cycloon voor stofafscheiding
Volg ons op Twitter
Vraag, opmerking? Neem contact met ons op via admin@powderprocess.net
| Sectie-overzicht |
|---|
| 1. Inleiding: Leith & Licht-methode |
| 2. Geldigheidsdomein |
| 3. Standaard cycloongeometrie |
| 4. Leith & Licht-model: stapsgewijze ontwerphandleiding |
| 5. Cycloon-ontwerp Excel-berekeningstool |
1. Inleiding
Leith & Licht-methode
Er bestaan verschillende methoden in de literatuur voor het ontwerp van cyclonen. De methode die op deze pagina wordt gepresenteerd, is ontwikkeld door Leith & Licht in de jaren '70. Het berekeningsprincipe is gebaseerd op een krachtenevenwicht op de deeltjes die in de cycloon moeten worden afgescheiden [Altmeyer]. Uit vergelijkende studies van cycloonontwerpmethoden die in de literatuur zijn gepubliceerd, blijkt dat de Leith & Licht-methode niet altijd de meest nauwkeurige is [Altmeyer] [Dirgo]. Desalniettemin maakt de relatief eenvoudige berekeningsmethode het tot een interessante methode voor een snelle inschatting.
De gepresenteerde methode geeft benaderende resultaten en dient niet te worden gebruikt voor gedetailleerd ontwerp. Ze wordt getoond om de principes van cycloonontwerp te illustreren en voor een ruwe schatting van de prestaties. Voor gedetailleerd ontwerp dient altijd een gespecialiseerd bedrijf te worden geraadpleegd voordat een cycloon wordt gebouwd.
Een andere methode wordt op deze pagina gepresenteerd, het kan interessant zijn om verschillende modellen te vergelijken.
2. Geldigheidsdomein
Onder welke voorwaarden kan de methode van Leith & Licht worden toegepast voor het ontwerp van cyclonen?
De methode van Leith & Licht is gebaseerd op het volgende experimentele databereik [Altmeyer]:
- Gasvolumestroom: 0,06 < V < 0,13 m³/s
- Temperatuur: 310 < T < 422 K
- Druk: atmosferisch
- Ongespecificeerde stofbelasting
Top 5 Meest Populair
1. Ontwerphandleiding pneumatische transport
2. Lintmengers
3. Poedermenging
4. Ontwerphandleiding trechters (silos)
5. Meten van de menggraad
--------------
--------------
Top 5 Nieuw
1. Continue droge menging
2. Mengsnelheid
3. Optimalisatie van de mengcyclus
4. Batch-/continue menging: vergelijking
5. Energiebesparing
3. Standaard cycloongeometrie
Wat zijn de standaardafmetingen van cyclonen?
De efficiëntie van cyclonen is direct gerelateerd aan hun geometrie, die onderwerp is geweest van verschillende onderzoeken. Op basis van deze onderzoeken zijn STANDAARDafmetingen gedefinieerd. Deze afmetingen, of liever gezegd verhoudingen, vormen de basis voor de meeste ontwerpen in de industrie.Het wordt aanbevolen om deze standaardconfiguraties (of aanpassingen door gerenommeerde leveranciers) aan te houden en niet zelf te wijzigen. Specifieke ontwerpen kunnen nog steeds worden ontwikkeld voor hoogwaardige toepassingen (bijv. FCC), maar dit gaat verder dan de hier gepresenteerde methodiek en vereist modellering, pilot-tests, enz.
De onderstaande tabel is afkomstig van Koch en Licht (1977) en vat het werk van verschillende auteurs samen (Lapple, Stairmand, etc.)
| Standaardgeometrieën voor cyclonen met tangentiële inlaat | |||||
| Standaard | Hoge efficiëntie | ||||
| Afmetingen | 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 |
Tabel 1: Standaard cycloongeometrieën voor een tangentiële inlaat
Alle afmetingen van de cyclonen zijn gerelateerd aan de diameter D. Een standaardgeometrie wordt geselecteerd en de diameter D wordt aangepast om de gewenste prestaties te verkrijgen.
Figuur 1: Cycloontekening en nomenclatuur van de karakteristieke geometrie
4. Leith & Licht-model: stap-voor-stap prestatieberekeningsmethode voor cyclonen
Hoe ontwerpt u cyclonen?
4.1 Verzamel invoergegevens
De volgende gegevens zijn vereist om het rendement en de afsnijdingsdiameter van een cycloon te kunnen berekenen met het model van Leith en Licht:
- Inlaatgasdebiet
- Deeltjesdiameter
- Deeltjesdichtheid
- Temperatuur
- Druk
- Gasdichtheid
- Gasviscositeit
De voorgestelde berekeningsmethode is gerapporteerd in [Dirgo]
4.2 Bereken de cycloonafmetingen
Als u een nieuwe cycloon ontwerpt, kiest u een van de standaardgeometrieën in tabel 1 en neemt u een diameter D aan. Als u een bestaande cycloon test, bepaalt u de verschillende verhoudingen voor de daadwerkelijke apparatuur die u evalueert.
Alle individuele lengtes (a, b, S, De, B, h, H) moeten worden bepaald.
4.3 Bereken de natuurlijke lengte *l* van de cycloon
De natuurlijke lengte *l* van een cycloon is de verste afstand vanaf de gasuitlaat die het gas aflegt tijdens het draaien.
Opmerking: als *l* > (*H* - *S*), dan wordt *l* vervangen door *H* - *S* in de vergelijkingen.
4.3 Bereken de conusdiameter *d<sub>c</sub>* op de natuurlijke lengte
4.4 Wervel-exponent *n*
4.5 Bereken de cycloon-inertiëparameter *Ψ*
d = deeltjesdiameter (m)
4.6 Bereken de cycloon-geometrieparameter *C*
D<sub>e</sub> = diameter van de gasuitlaat (m)
4.7 Bereken het rendement
Het rendement van de cycloon kan vervolgens worden berekend aan de hand van de hierboven gegeven parameters.
n zoals berekend in paragraaf 4.4
Ψ zoals berekend in paragraaf 4.5
C zoals berekend in paragraaf 4.6
4.8 Berekening van de afsnijdingsdiameter
De berekening van de afsnijdingsdiameter in het model van Leith en Licht wordt gegeven door de volgende vergelijkingen [Altmeyer]:
V0 = volumetrische gasinlaatstroom (m³/s)
a = verticale afmeting van de gasinlaat (m)
dpc = afsnijdingsdiameter van de cycloon (m)
μ = gasviscositeit (Pa·s)
4.9 Berekening van de drukval
a = verticale afmeting van de gasinlaat (m)
5. Leith & Licht-model Excel-berekeningstool
Een vereenvoudigde versie van de berekeningstool is hier beschikbaar. Let op: deze tool kan niet worden gebruikt voor gedetailleerd ontwerp zoals vermeld in het bestand. Koppel altijd met een commercieel bedrijf om het ontwerp te valideren.
Bronnen
[Dirgo] "Cycloonafscheidingsefficiëntie: Vergelijking van experimentele resultaten met theoretische voorspellingen", Dirgo & Leith, *Aerosol Science and Technology*, 2007
[Altmeyer] "Vergelijking van verschillende cycloonprestatiemodellen voor
diverse bedrijfsomstandigheden met behulp van algemene software", Altmeyer et al, *Chemical Engineering and Processing*, 2004