معرفی دستگاه سیکلون
یکی از وسایلی که در جداسازی ذرات جامد از فاز گاز مورد استفاده قرار می‌گیرد، دستگاه سیکلون است.
در این دستگاه‌ها جریان گاز همراه با ذرات ریز جامد وارد یک محفظه استوانه‌ای یا مخروطی شکل می‌شود.
اساس جداسازی این ذرات از توده جریان گاز به این صورت است که نیروی اینرسی واردشده بر ذرات جامد
در سیکلون‌ها، چندین برابر نیروی اینرسی واردشده بر فاز گاز است و لذا این ذرات از کناره‌های محفظه سیکلون
به پایین محفظه هدایت می‌شوند. ولی فاز گاز تحت تأثیر نیروی کمتری قرار می‌گیرد و از نقاط فوقانی ذرات
جامد، به سمت پایین محفظه می‌رود. سیکلون‌ها را می‌توان از دیدگاه‌های مختلفی تقسیم‌بندی کرد. یکی از
این موارد مقطع ورودی به سیکلون‌ها است. مقطع ورودی به سیکلون‌ها معمولاً به شکل مستطیل یا دایره
ساخته می‌شود. در بعضی موارد نیز با توجه به نوع فرآیند، از سیکلون‌هایی با مقطع ورودی بیضی شکل
نیز استفاده می‌شود.
مقدمه
یکی از وسایلی که در جداسازی ذرات جامد از فاز گاز مورد استفاده قرار می‌گیرد، دستگاه سیکلون است.
در این دستگاه‌ها جریان گاز همراه با ذرات ریز جامد وارد یک محفظه استوانه‌ای یا مخروطی شکل می‌شود.
با توجه به دیواره استوانه‌ای دستگاه سیکلون ، جریان مواد با یک حرکت گردباد مانند به سمت پایین آن
حرکت می‌کند. با توجه به اینکه نیروی اینرسی واردشده بر ذرات جامد، از نیروی اینرسی واردشده بر
فاز گاز بیشتر است، این ذرات مماس بر دیواره ظرف به سمت پایین محفظه هدایت می‌شوند. در قسمت
پایین محفظه نیز فضایی برای جمع شدن این ذرات جامد تعبیه‌شده است که به‌صورت ناپیوسته یا
پیوسته این ذرات از محفظه خارج می‌شوند.
اساس جداسازی این ذرات از توده جریان گاز به این صورت است که نیروی اینرسی واردشده بر ذرات
جامد در سیکلون‌ها، چندین برابر نیروی اینرسی واردشده بر فاز گاز است و لذا این ذرات از کناره‌های
محفظه دستگاه سیکلون به پایین محفظه هدایت می‌شوند. ولی فاز گاز تحت تأثیر نیروی کمتری قرار
می‌گیرد و از نقاط فوقانی ذرات جامد، به سمت پایین محفظه می‌رود. در قسمت مرکزی سیکلون‌ها،
معمولاً از یک استوانه نسبتاً قطور برای خروج گاز استفاده می‌شود. این لوله در وسط سیکلون تعبیه‌شده
و از ذرات جامد که در اثر نیروی اینرسی واردشده، در کناره‌های آن قرار دارند فاصله دارد. به این ترتیب
اکثر ذرات جامد ورودی از جریان گاز جدا می‌شوند.
دستگاه سیکلون یک محفظه ته نیشن سازی!
یک دستگاه سیکلون در حقیقت یک محفظه ته‌نشین سازی است که شتاب جاذبه با شتاب سانتریفیوژی
جایگزین شده است. مقدار نسبت شتاب سانتریفیوژی به شتاب جاذبه، بستگی به قطر سیکلون دارد.
برای سیکلون‌های استوانه‌ای با قطرهای خیلی بزرگ شتاب سانتریفیوژ در حدود ۵ برابر شتاب جاذبه است
و در مورد سیکلون‌های استوانه‌ای با قطر کوچک شتاب سانتریفیوژی در حدود ۲۰۰۰ برابر بزرگ‌تر از
شتاب جاذبه است. نیروی واردشده بر ذرات بزرگ‌تر مقدار بیشتری است و لذا ذرات بزرگ‌تر با چرخش
کمتری در سیکلون به پایین آن می‌رسند.
موارد کاربرد دستگاه سیکلون
همانطور که به‌طور مختصر بیان شد، از سیکلون‌ها برای جدا کردن جامدات ریز موجود در گاز
استفاده می‌شود. در اینجا باید به این نکته توجه کرد که تنها این وسایل نیستند که برای جدا
کردن ذرات جامد از فاز گاز استفاده می‌شوند. بلکه سیکلون‌ها با صافی‌ها، فیلترها، جداسازهای
الکترواستاتیکی و جداسازهای ته‌نشین کننده در حال رقابت هستند؛ اما در مقایسه با سایر
جداکننده‌های گاز – جامد سیکلون‌ها ازلحاظ هزینه ساخت و هزینه عملیات هزینه کمتری
دارند. ساخت این وسایل پیچیدگی‌های خاصی ندارد.
در جریان‌های گاز- جامد که قطر ذرات جامد از ۵ میکرو کوچک‌تر است، راندمان جداسازی
سیکلون‌ها مقدار کمی است ولی اگر ذرات جامد تمایل به هم چسبیدن را دارا باشند، می‌توان
ذرات با قطر ۳ میکرو را نیز با استفاده از سیکلون‌ها از جریان گاز جدا کرد. یکی دیگر از موارد
کاربرد سیکلون‌ها، توانایی عملیاتی این دستگاه‌ها در فشار و دماهای بالا است. با توجه به کارایی
و مقاومت مواد موجود در سیکلون‌ها، این دستگاه‌ها در دمای حدود ۱۰۰۰ درجه سانتی‌گراد و
فشاری در حدود ۵۰۰ (Kpas ۵۷۰۰) atm نیز استفاده می‌شود. همانطورکه با توجه به شکل این
دستگاه‌ها مشخص است، دما و فشار پایین و ایجاد خلأ در سیستم نیز مشکلی روی کار آن ایجاد
نمی‌کند. به این ترتیب، این وسایل در دامنه وسیعی از دما و فشار، قابل‌استفاده هستند.
قطر برش
در مورد كاربرد سيكلونها، يكي از مسائلي كه مطرح می‌شود قطر برش (Cut diameter) است.
به‌طورکلی هر وسيله جداكننده ذرات جامد از جريان گاز، داراي قطر برش است. منظور از قطر برش
اين است كه ذراتي كه قطر آنها از قطر برش (Duct) بزرگ‌تر هستند از وسيله موردنظر عبور نمی‌کنند
و به اين وسيله از جريان گاز جدا می‌شوند. البته در بعضي از موارد به‌طور قاطع، از Duct به‌عنوان
قطر برش استفاده نمی‌شود و تنها كسري از مواد جامد با قطري بزرگ‌تر از Duct از وسيله جداكننده
عبور نمی‌کنند. لازم به ذكر است كه قطر برش در مورد همه وسايل جداكننده گاز- جامد استفاده می‌شوند.
تعيين دقيق مقدار قطر برش با رسم نمودار حاصل از بررسي توزيع ذرات موجود در گاز خروجي از
سیکلون برحسب قطر ذرات ورودي به سیکلون ، قابل‌محاسبه است.
عيوب و موارد عدم مطلوب بودن دستگاه سیکلون
يكي از عيوبي كه سيكلونها با آن مواجه هستند، در مورد وجود ذرات ريز در فاز گاز ورودي به سیکلون است.
در اين موارد ديگر نمی‌توان از اين وسايل استفاده كرد و بايد از وسيله مناسب ديگري سود جست. دليل
نامناسب بودن سیکلون در مورد ذرات ريز (کوچک‌تر از ۵ ميكرومتر) كافي نبودن نيروي سانتريفیوژي براي
جداسازي ذرات جامد از گاز است. زيرا در مورد ذرات بسيار ريز نيروي اينرسي واردشده بر ذرات جامد بسيار كم است.
يكي ديگر از مواردي كه باعث پايين آمدن راندمان دستگاه می‌شود، افزايش دبي ورودي به آن است. قطر برش
ذکرشده در قسمت قبل در مورد حالتي كه دستگاه با دبي مناسب در حال كار است به دست می‌آید و اگر
شدت‌جریان فاز گاز و جامد ورودي به سیکلون افزايش يابد به همين ترتيب باعث كاهش راندمان دستگاه
می‌شود. در مواردي كه نياز به جداسازي مقدار زيادي از فاز گاز- جامد داريم بايد به‌جای يك سیکلون از تعداد
زيادي سیکلون كه به‌صورت موازي (Multi Cyclone) قرارگرفته‌اند استفاده كنيم.
در مواردي كه ذرات جامد موجود در فاز گاز، ذرات بارداري هستند استفاده از جداسازهاي الكترواستاتيكي
بر سيكلونها ترجيح داده می‌شوند. زيرا در اين مورد راندمان جداسازهاي الكترواستاتيكي نسبت به سيكلونها
بسيار بيشتر است.
موارد مؤثر بر راندمان دستگاه
يكي از مواردي كه به‌شدت روي راندمان دستگاه‌های جداساز سيكلوني تأثیر می‌گذارند، ميزان افت فشار
موجود در اين دستگاه‌ها است. براي آشنا شدن با اين موضوع عوامل ایجادکننده افت فشار در سيكلونها
و دلايل آنها را مورد بحث قرار مي دهيم. عوامل ایجادکننده افت فشار در سيكلونها از قرار زيرند:
افت فشار در اثر انقباض ورودي (Inlet Contraction): اين افت فشار در اثر كم شدن مساحت ورودي فاز
جامد و گاز به داخل سیکلون ايجاد می‌شود و مقدار آن نيز با توجه به نوع مقطع ورودي تغيير می‌کند.
شتاب ذرات جامد: ذرات جامد موجود در فاز گاز در اثر ورود به سیکلون شتاب بيشتري می‌گیرند و
به اين ترتيب ميزان افت فشار افزايش می‌یابد.
اصطكاك ديواره سیکلون : اصطكاك بين جريان گاز و ديواره جامد باعث افزايش افت فشار در سیکلون
می‌شود. لازم به ذكر است كه با افزايش سرعت ورودي مواد به دستگاه، اين افت فشار به‌شدت افزايش می‌یابد.
افت فشار به خاطر چرخش گاز در سيكلونها
افت فشار به خاطر انقباض نهايي جريان گاز براي ورود به لوله خروجي گاز خالص‌شده.
طبقه‌بندی انواع سيكلونها
سيكلونها را می‌توان از دیدگاه‌های مختلفي تقسیم‌بندی کرد. در اين قسمت ابتدا پس از بحث روي موارد شاخص
سيكلونها كه با آن دسته‌بندی می‌شوند به چند نوع مهم از آنها می‌پردازیم. يكي از اين موارد مقطع ورودی
به سيكلونها است. مقطع ورودي به این دستگاه‌ها معمولاً به شكل مستطيل يا دايره ساخته می‌شود. در بعضي موارد
نيز با توجه به نوع فرآيند، از سيكلون‌هايي با مقطع ورودي بیضی‌شکل نيز استفاده می‌شود.
هرچه مقطع ورودي سيكلونها کوچک‌تر باشد، ذرات ريز ساده‌تر می‌توانند از جريان گاز جدا شوند؛ اما با اين
كار ظرفيت آنها كاهش می‌یابد. در چنين مواردي كه نياز است ذرات ريز از جريان گاز جدا شوند بايد از تعداد زيادي
سیکلون كه به‌صورت موازي در داخل يك Box قرارگرفته‌اند استفاده شود. با اين كار ظرفيت عملياتي سيكلونها
كه به‌واسطه كاهش سطح مقطع ورودي آنها۰۰۰، کاهش‌یافته است، افزايش می‌یابد.
در مورد سيكلون‌هاي موازي بايد به تعداد اين سيكلونها، راندمان جداسازي، هزينه ساخت، هزينه عملياتي
و مقايسه اين سيكلونها با ساير وسايل جداكننده گاز- جامد توجه كرد. زيرا در بعضي از موارد استفاده
از Multi Cyclone ها مقرون‌به‌صرفه نیست.
طبقه بندی سیکلون‌ها از نظر قرار گرفتن دمنده نسبت به آن
تابه‌حال سيكلونها را ازنظر مقطع ورودي جريان گاز و جامد به داخل محفظه سيكلون و ازنظر اينكه
به‌تنهایی كار می‌کنند و يا در يك Box ديگر به‌صورت Multi Cyclone كار می‌کنند بررسي نموديم.
سيكلونها را ازنظر چگونگي قرار گرفتن Blower يا كمپرسور (يا به‌طورکلی، دمنده) نسبت به سيكلون
نيز به دو دسته تقسیم‌بندی می‌کنند:
سيستمهايي كه دمنده قبل از سيكلون قرار دارد.
سيستمهايي كه دمنده بعد از سيكلون قرار دارد.
همانطور كه می‌دانیم، حركت مواد در داخل این دستگاه با افت فشار همراه است. اين افت فشار معمولاً
توسط يك كمپرسور يا Blower تأمین می‌شود. نحوه قرار گرفتن اين دمنده به ویژگی‌های فاز گاز و جامد
در جريان ورودي به سيكلون بستگي دارد. مثلاً در حالتي كه ذرات ورودي در جريان گاز روي پره‌های دمنده
اثر منفي داشته باشند، باعث تخريب پره‌های دمنده می‌شوند. به اين ترتيب در اين موارد سيكلون را قبل
از دمنده قرار می‌دهند تا ذرات جامد در آن از فاز گاز خارج شوند و به پره‌های Blower برخورد نكنند.
لازم به ذكر است كه در اين مورد، Blower كار مكش فاز گاز را از داخل سيكلون به بيرون انجام می‌دهد.
لازم به ذكر است كه در اكثر موارد، دمنده را بعد از سيكلون قرار می‌دهند. زيرا وجود ذرات جامد
در جريان ورودي به سيكلون، روي دمنده اثر منفي می‌گذارد.
حال به‌طور خلاصه انواع دسته‌بندی سيكلونها را در زير می‌آوریم:
الف) دسته‌بندی سيكلونها ازنظر مقطع ورودي جريان گاز
مقطع ورودي مستطيلي
مقطع ورودي دایره‌ای
مقطع ورودي به شكل خاص در موارد لزوم
ب) دسته‌بندی سيكلونها ازنظر تعداد در حال كار
سيكلون‌هاي منفرد
سيكلون‌هاي چندتايي
ج) دسته‌بندی سيكلونها ازنظر چگونگي قرار گرفتن عامل تأمین افت فشار نسبت به سيكلون
سيكلون‌هايي كه دمنده قبل از آنها قرار دارد
سيكلون‌هايي كه دمنده بعد آنها قرار دارد
برای اطلاع از جزئیات دیگر این محصول و نحوه سفارش دهی و قیمت آن می توانید از بخش تماس با ما
با کارشناسان شرکت تماس بگیرید یا برای جستجوی محصولات دیگر شرکت طاهافن از بخش جستجو در
صفحه اول سایت استفاده کنید.
رضایت مشتریان عزیر آرمان نهایی ماست.
