Experimental Investigation of the Effect of Plunge Pipe Diameter on Cyclone Performance in Cyclone Separators

Öz

Cyclone separators are used in the process of separating the solid from the gas by forming a vortex with the gas stream. Cyclones are located in facilities such as iron and steel, cement, construction. According to their entry shape, cyclones are tangential, axial and snail shaped, and the ones with the most use are tangential entry cyclones. Cyclones have a tangential inlet to form vortexes, an axial clean gas outlet and a conical structure for particle evacuation. The fact that cyclones have a simple structure that can withstand high temperature and high pressure is seen as an economic advantage. According to the parameters affecting cyclone performance, dust collection efficiency and pressure loss have an important place. Factors affecting pressure loss according to these parameters; cyclone entry cross-section, plunge pipe diameter and friction in the inner wall. In addition, the size of solid particles in the gas is less than 5μm, which adversely affects the dust retention efficiency. In this study, dust retention efficiency and pressure loss were examined by changing the plunge pipe diameter of the cyclone. According to the design modeling of the cyclone, 3 different plunge pipe diameters were selected and the dimensions of the subduction pipe diameter; Ø88.9 mm, Ø114,3 and Ø139.7mm. According to the data obtained, three different flow analyzes were performed in the Solidworks Flow Simulation program. In addition, experimental studies were conducted and the results were compared. As a result of the experimental study, Ø114.3 mm provided the best dust collection efficiency according to three different plunge pipe diameters.

Anahtar Kelimeler

• Cyclone
• Plunge Pipe Diameter
• Pressure Loss.

Siklon Ayırıcılarda Dalma Boru Çapının Siklon Performansına Etkisinin Deneysel Olarak İncelenmesi

Öz

Siklon ayırıcılar, gaz akımı ile vorteks oluşturarak katının gazdan ayrılma işleminde kullanılır. Siklonlar demir-çelik, çimento, inşaat gibi tesislerde yer almaktadır. Giriş şekillerine göre siklonlar teğetsel, eksenel ve salyangoz şeklinde olup en çok kullanım alanına sahip olanlar teğetsel girişli siklonlardır. Siklonlarda vorteks oluşturulabilmesi için teğetsel bir giriş, eksenel temiz gaz çıkışı ve parçacık boşaltmak için konik bir yapı bulunmaktadır. Siklonların yüksek sıcaklığa, yüksek basınca dayanım gösterebilen basit yapılı olması ekonomik açıdan avantaj olarak görülmektedir. Siklon performansına etki eden parametrelere göre toz toplama verimliliği ve basınç kaybı önemli bir yer almaktadır. Bu parametrelere göre basınç kaybını etkileyen etmenler; siklon giriş kesiti, dalma boru çapı ve iç duvardaki sürtünmedir. Ayrıca gaz içerisinde katı parçacıkların boyutunun 5µm’den küçük olması toz tutma verimliliğini olumsuz yönde etkilemektedir. Bu çalışmada Siklonun dalma boru çapı değiştirlerek toz tutma verimliliği ve basınç kaybı incelenmiştir. Siklonun tasarım modellemesine göre 3 farklı dalma boru çapı seçilmiş olup, dalma boru çapının boyutları; Ø88.9 mm, Ø114,3 ve Ø139.7mm olarak belirlenmiştir. Elde edilen verilere göre Solidworks Flow Simulation programında üç farklı akış analizi yapılmıştır. Ayrıca deneysel çalışmaları yapılmış ve sonuçlar karşılaştırılmıştır. Yapılan deneysel çalışma sonucunda üç farklı dalma boru çapına göre en iyi toz toplama verimliliğini Ø114.3 mm sağlamıştır.

Anahtar Kelimeler

• Siklon
• Dalma Boru Çapı
• Basınç Kaybı.

Kaynakça

1. Çalışkan, M. E. (2017). Sanal Gövdeli Mini Bir Siklon Ayırıcının Tasarlanması ve Deneysel İncelenmesi (Master's thesis, Uludağ Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Makine Mühendisliği Anabilim Dalı, Bursa).
2. Çelik, G. (2020). Sanal gövdeli siklon ayırıcılarda gövde çapının siklon performansına etkisinin deneysel incelemesi (Master's thesis, Uludağ Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Makine Mühendisliği Anabilim Dalı, Bursa).
3. Fıçıcı, F. (2006). Siklonlarda dalma borusu çap değişiminin akış parametrelerine etkisinin deneysel olarak incelenmesi (Master's thesis, Sakarya Üniversitesi, Makine Eğitimi, Sakarya).
4. Fıçıcı F., Arı V., Aras Ö. (2008) Önısıtıcılı Siklonlarda Dalma Borusu Çap Değişiminin Toz Toplama Verimliliğine Etkisinin Deneysel Olarak İncelenmesi. Celal Bayar University Journal of Science, 4(2), 229-240.
5. Fıçıcı, F., & Ari, V. (2008). Teğetsel Girişli Ters Akışlı Siklonlarda Dalma Borusu Çap Değişiminin Basınç Kaybına Etkisinin Deneysel Olarak İncelenmesi. Pamukkale University Journal of Engineering Sciences, 14(2).
6. Erol, H. (2016). Siklon Çıkış Boru Çapının Siklon Verimliliğine Etkisinin Sayısal ve Deneysel Olarak İncelenmesi (Master's thesis, Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Makine Mühendisliği Anabilim Dalı, Ankara).
7. Kalafatoğlu, E., Örs, N., & Erencek, E. (1994) Siklon Tasarımı ve Simülasyonu (TÜBİTAK Marmara Araştırma Merkezi Kimya Mühendisliği Araştırma Bölümü, Teknik Rapor No:t4-14, Bölüm Rapor No:260).
8. Karakaş, C. (2020). Yüksek verimli farklı geometrideki mini siklonların performansının deneysel olarak incelenmesi (Master's thesis, Uludağ Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Makine Mühendisliği Anabilim Dalı, Bursa).

9. Karagoz, I., & Avci, A. (2005). Modelling of the pressure drop in tangential inlet cyclone separators. Aerosol Science and Technology, 39(9), 857-865.
10. Okur, T. (2011). Siklon filtrelerde verim-basınç kaybı ve yükseklik arasındaki ilişkinin deneysel olarak araştırılması (Master's thesis, Uludağ Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Makine Mühendisliği Anabilim Dalı, Bursa).
11. Şendoğan, Ö. (2012). Yüksek verimli siklon tasarımı ve performansının deneysel incelenmesi (Master's thesis, Uludağ Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Makine Mühendisliği Anabilim Dalı, Bursa).
12. Tan, F. (2016). Siklonlarda iki fazlı ve girdaplı akışların parametrik incelenmesi ve siklon ayırıcıların geliştirilmesi. (Master's thesis, Uludağ Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Makine Mühendisliği Anabilim Dalı, Bursa).
13. Uygur, N. (2020). Yüksek Verimli Standart Siklon Performansının Sayısal Yöntemlerle Belirlenmesi. Çukurova Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, 35 (3), 711-720.