در سیکلون (Cyclone Dust Collector)، عمل جداسازی ذرات از هوا، در میدان گرانشی شدیدی انجام می شود که به طور مصنوعی تولید شده است. عمده ترین کار سیکلون ها، جداسازی غبار از جریان گاز است. غبار جدا شده از طریق قیف زیر دستگاه و هوای تمیز از طریق خروجی بالای دستگاه خارج می شود. سیکلون ها برای جداسازی غبار از گاز آلوده با ایجاد نیروی گریز از مرکز عمل می نمایند. این حالت دقیقا شبیه خروج آب از زیر فاضلاب است.

گاز و غبار با زاویه، وارد جمع کننده استوانه ای شده و با سرعت زیاد و در یک مسیر گردابی به سمت پایین حرکت می کنند. این امر نیروی گریز از مرکز ایجاد می نماید. این گردابه حرکت خود را به سمت پایین یا به انتهای قسمت مخروطی ادامه می دهد.

اکنون به علت اصل بقا، اندازه حرکت زاویه ای یک گردابه داخلی از محل انتهای مخروط در جهت عکس گردابه اولیه آغاز می شود و به سمت بالا ادامه مسیر می دهد در نهایت از مجرای خروجی، هوا عاری از غبار می شود. ذرات غبار سنگین تر به دلیل برخورد با دیواره ها، از جریان گاز جدا شده و به سمت پره ها می لغزد. بازده سیکلون ها به عوامل زیر وابسته است.

• سایز ذرات
• نیروی گریز از مرکز اعمال شده به ذرات
• مدت زمان اعمال نیرو به ذرات

در حقیقت هنر طراحی و ساخت سیکلون، کار با گردابه های داخلی و خارجی و چگونگی تولید تشکیل آن ها می باشد. با یک طراحی علمی و دقیق که تجربه را نیز به همراه داشته باشد، می توان سیکلون هایی با راندمان بسیار زیاد تولید نمود که به عنوان رقیب دیگر روش های غبارگیری نظیر بگ فیلتر مطرح شود.

جریان گاز حامل غبار از جدار بالایی بدنه سیکلون که عموما استوانه ای با قطر D است و به یک مخروط ناقص منتهی می شود وارد سیکلون می شود. کانال ورودی گاز که مقطع مستطیلی a*b دارد، بر قسمت استوانه ای سیکلون مماس است. گاز از لوله ای به قطر2d که محور آن بر محور سیکلون منطبق و در قسمت بالا گرفته است، خارج می شود. در نهایت ذرات غبار ریز از مجرای d1 خارج می شود.

گاز پس از ورود به سیکلون، به طرف پایین جریان می یابد. ابتدا در فضای حلقوی بین سطح جانبی لوله خروجی و سطح داخلی استوانه سیکلون و سپس در محفظه سیکلون به چرخش در می آید و به این ترتیب یک گرداب محیطی به وجود می آید. این عمل باعث ایجاد نیروی گریز از مرکز می شود و ذرات غبار همراه گاز را به طرف جدار قسمت استوانه ها و مخروط به ارتفاع h می راند. در قسمت مخروطی، جریان گاز جهت خود را عوض می کند و به طرف بالا و لوله خروجی هدایت می شود و باعث ایجاد گرداب در مرکز سیکلون می شود.

ذرات غبارپس از تماس با جدار سیکلون، به قسمت پایین سیکلون منتقل شده و از سیکلون خارج می شود.

روش صحیح محاسبه سیکلون عبارت از تعمیم و استفاده از اطلاعاتی است که از تست سیکلون در شرایط کار با دستگاه به دست می آید. این تست ها در مورد سیکلون های مختلف، اطلاعاتی درباره بازده جز به جز غبارگیری اجزای مختلف غبار در محدوده تغییرات سرعت و چگالی ذرات و ضریب مقاومت آیرودینامیکی به دست می آورد. سیکلون ها را با توجه به این معولات و با استفاده از معادلات مربوط طراحی و محاسبه می کنند.

محاسبه یک سیکلون به معلومات زیر وابسته است

• توزیع قطر ذرات غبار در واحد جرم
• دبی گاز
• چگالی گاز
• چگالی غبار
• چگالی توده ای غبار
• دمای گاز
• مقدار مجاز مقاومت آیرودینامیکی ویژه سیکلون
• بازدهی مورد نظر بر ضحسب درصد
• مقدار بخار آب موجود در گاز

برای طراحی صحیح سیکلون دانستن معلومات زیر الزامی است:

مقدار بخارهای موجود در گاز که اثر خورندگی داشته باشد مانند KCL یا اسیدسولفوریک که بر نقطه شبنم گاز موثر بوده، تناوب تخلیه غبار، چسبندگی ذرات غبار به جدار سیکلون و خواص خورندگی غبار یا میزان سایش جداره های سیکلون.

عوامل موثر بر راندمان سیکلون

طراحی سیکلون به منظور دست یابی به حداکثر راندمان جداسازی تلفیقی هوشمند از دانش مکانیک و تجربه است. بدیهی است میل به افزایش راندمان به علت ویژگی های بی دلیل سیکلون همواره وجود دارد. ویژگی و مزایای سیکلون عبارتند از:

• عدم وجود قطعات متحرک
• عدم وجود قطعات مصرفی
• عدم نیاز به هوای فشرده

عوامل موثر بر راندمان عبارتند از:

• سرعت هوای ورودی
• هندسه بخش ها
• شرایط فیزیکی غبار
• شرایط فیزیکی هوا

انواع جدا کننده های سیلیکونی

سیلیکون ها را می توان به دو گروه زیر تقسیم بندی کرد:

• سیلیکون با راندمان زیاد
• سیلیکون با دبی زیاد

حتی نفوذ مقادیر جزیی هوا نیز غبار ته نشین شده را به هم زده و باعث می شود غبار همراه با جریان گاز از لوله خروجی خارج شود و به این ترتیب بازدهی غبارگیری کاهش می یابد، نفوذ هوا به میزان 10 الی 15 درصد حجم گاز می تواند بازدهی غبارگیری سیکلون را به صفر کاهش دهد.

تخلیه متناوب غبار جمع آوری شده در سیکلون

هرگاه غبار در قسمت مخروطی سیکلون انباشته شود جریان گاز داخل سیکلون مجددا غبار را به همراه خود خواهد برد که آن نیز به نوبه خود بر بازدهی سیکلون اثر منفی خواهد داشت. در هیچ شرایطی نباید از قسمت مخروطی به عنوان جمع آورنده غبار استفاده نمود. به این علت در اکثر سیکلون هاقیف های تخلیه غبار به کار برده می شود. قیف های تخلیه غبار را می توان به ترتیبی ساخت که در مقابل جریان گاز در قسمت مخروطی سیکلون غیرقابل نفوذ باشند. باید در فواصل معین یا به طور دایم با استفاده از دستگا های تخلیه غبار که در زیر سیکلون قرار داده شده و نسبت به جریان گاز غیر قابل نفوذند، غبار جمع آوری شده را تخلیه کرد. قیف تخلیه نباید پر از غبار شود.

استفاده از سیکلون ها در سیستم های مکش و دهش

سیکلون را می توان هم در شرایط فشار هم در شرایط مکش به کار برد، اگر در شرایط مکش به کار رود، سایش دمنده کم خواهد بود که مزیت عمده ای است. هرگاه سیکلون در فشار پایین کار کند باید قیف تخلیه غبار را طوری ساخت که تا حد امکان از نفوذ هوا جلوگیری نماید.

نحوه استفاده سیکلون ها در دمای زیاد

اگر دمای گاز زیاد باشد سطح داخلی سیکلون را باید به وسیله آستری از آجر نسوز و قسمت های خروجی را به وسیله صفحات مقاوم در برابر گرما یا سرامیک پوشاند. هرگاه گاز دمایی متوسط داشته باشد این دما باید حداقل 20 الی 25 درجه بیشتر از نقطه شبنم باشد و به این منظور سطح خارجی سیکلون را به وسیله عایق گرمایی می پوشانند. با توجه به اینکه نباید هوا به داخل سیکلون و برعکس نفوذ کند دریچه های بازدید باید در سرپوش قسمت خروجی تعبیه شوند و به هیچ وجه در روی بدنه سیکلون قرار نگیرند تا بدین ترتیب از ورود هوا جلوگیری شود.

نحوه لوله کشی و مسیر گاز به سیکلون

مسیر لوله هایی که گاز را به سیکلون آورده یا از آن دور می کنند، باید حتی الامکان مستقیم باشد. شیر کشویی و شیر پروانه ای نیز نباید در قسمت های ورودی و خروجی گروه سیکلون ها قرار گیرندتا بدین ترتیب تعادلی که بین مقاومت های آیرودینامیکی موجود است، از بین نرود.

نحوه طراحی سیکلون های موازی

در سیکلون های موازی که قیف تخلیه مشترک دارند، گاز از یک سیکلون به سیکلون دیگر رفته و به این ترتیب به بازده غبار گیری لطمه می زند. برای رفع این مشکل باید سیکلون ها دارای یک طرح بوده و با یک خطای مجاز ساخته و نصب شوند و مقاومت آیرودینامیکی یکسانی داشته باشند. ضمنا گاز را باید به طور یکنواخت بین قسمت های ورودی و خروجی گروه سیکلون ها توزیع شود.

لازم به ذکر است در بعضی موارد که گاز اولیه حامل غبار زیادی است، می توان از دو سیکلون متوالی استفاده کرد. سیکلون اول عموما بزرگ تر است و بازدهی کمتری دارد. منتها از لحاظ بسته شدن مسیر و عدم ایجاد مقاومت در مقابل جریان گاز دارای کیفیت بهتری است. دومی برای حداکثر طراحی می شود. یعنی اندازه آن باید مطلوب باشد. نصب دو سیکلون مشابه به طور متوالی لزومی ندارد.

اگر دو سیکلون به طور متوالی قرار می گیرند، نباید دارای قیف تخلیه مشترک باشند. در صورتی که کانال های جداگانه زیر هر سیکلون به قیف تخلیه مشترکی مربوط شوند، باید کانال دارای دریچه هایی باشد که از نفوذ هوا جلوگیری نماید.

اگر گاز دارای سایش زیاد باشد جداره های سیکلون را می توان با استفاده از مواد ضد سایش نظیر آجرهای بازالتی در سایش مقاوم ساخت.

فهرست مطالب:

مکانیسم های جمع آوری ذرات

انواع اصلی تجهیزات کنترل ذرات

داده های مورد نیاز برای طراحی و انتخاب دستگاه

سیکلون

نمایی از سیکلون

تقسیم بندی سیکلون

سیکلون مماسی

سیکلون محوری

سیکلون تحتانی

سیکلون های موازی

سیکلون های سری

ساختمان سیکلون

دیمانسیون سیکلون

چگونگی عمل سیکلون

تئوری و طراحی سیکلون

تفاوت نیروی سانتریفوژ و نیروی ثقل

روابط طراحی سیکلون

افت فشار

بهره برداری و نگهداری

و...