Osnove Meh. Operacija-5

OSNOVE MEHANIČKIH OPERACIJA

CIKLONI

Cikloni su inercijalni separatori. Relativno su jednostavne konstrukcije i bez

pokretnih dijelova.

Koriste se za:

• pročišćavanje zraka i plinova (nehomogena mješavina), odnosno izdvajanje

krutih čestica iz struje plina djelovanjem centrifugalne sile (piljevina, iverje,sitni drvni

otpad, cementna prašina, lebdeći pepeo, razni granulirani kruti ostaci u procesnim

industrijama, duhan, bilje, rude, kamena prašina ... ),

• klasiranje čestica u sustavima pneumatskog transporta.

Prednosti primjene ciklona su:

• suha i kontinuirana separacija krutih čestica djelovanjem centrifugalne sile,

• može raditi i kod viših temperatura i radnih tlakova,

• prema hidrauličkim i tehnološkim uvjetima može raditi kao samostalni ureĎaj ili

povezivanjem više ciklona istih tehničkih i hidrauličkih karakteristika,

• kod mješavina sa sitnim česticama koristi se kao predfiltar učinkovitijim

ureĎajima,

• relativno niska cijena i niski troškovi održavanja.

Nedostatak:

• Pomoću ciklona nije moguće izdvajati najsitnije čestice iz mješavine i glavni je

problem odreĎivanje granice njegovih mogućnosti te izvedbe tehničkog rješenja za

izdvajanje čestica u odnosu na tehnološke i ekološke uvjete.


Osnovni elementi i konstrukcija ciklona:

Osnovni elementi

niskoučinskog ciklona:

1 - tangencijalno

postavljeni ulazni otvor,

2 - cilindrični plašt, 3 -

konusni plašt, 4 - izlazna

cijev za zrak, 5 - ispusni

otvor za čišćenje.

Materijal ciklona:

čelični lim debljine 2,5 – 5 mm.

Postavlja se pojedinačno ili u sklopu

s više ciklona na nosivu konstrukciju

iznad silosa (spremnika) za prihvat

čestica odvojenih u ciklonu.

Zrak koji sa sobom nosi čestice čvrstih tvari (drvena ili metalna prašina,

strugotina, granule plastike, duhanski otpad, cement,…) dovodi se kroz

tangencijalni ulazni otvor 1 u cilindrični prostor 2 i konusni nastavak 3.

Očišćeni zrak izlazi kroz otvor 4, a odvojene čestice propadaju kroz otvor 5.

Proces odvajanja čestica odvija se pod predtlakom mješavine na ulaznom

otvora ciklona. Za odreĎenu konstrukciju ciklona potrebno je utvrditi pad

tlaka i frakcijski stupanj odvajanja.

1 – dovod mješavine, 2 –

ulazni otvor, 3 – cilindrični

plašt, 4 – konusni dio ciklona,

5 – skupljač čestica – ljevak, 6

– odvod izdvojenih čestica, 7 –

izlazna cijev za plin (zrak), 8 –

odvod pročišćenog plina


Princip ciklonskog odvajanja čestica iz struje plina (zraka):

A

B

C

A – primarna cirkulacija

plina (zraka)

1 – vanjska spirala,

2 – unutarnja spirala, 3 –

kružna cilindrična

zavojnica, 4 – kružna

konusna zavojnica

B – sekundarne

cirkulacije u gornjem

dijelu ciklona

C – sekundarne

cirkulacije u donjem

dijelu ciklona

Zrak ili plin s česticama se brzinom od 16 – 25 m/s dovodi cjevovodom

tangencijalno u gornjem dijelu cilindrične komore ciklona. U gornjem

cilindričnom dijelu strujanje se opisuje kružnom, a u donjem dijelu

konusnom zavojnicom. Pri rotacijskom strujanju iz cilindričnog u

konusni dio ciklona povećava se brzina plina, a time i brzina čestica.

Pri samom vrhu konusnog dijela ciklona zračna struja naglo mijenja smjer opisujući cilindričnu zavojnicu i izlazi

cjevovodom koji je postavljen u osi ciklona. Istovremeno, čestice koje rotiraju uslijed povećanja centrifugalne

sile (smanjuje se radijus kretanja – konus) izlaze kroz otvor na vrhu konusa upadajući u ljevak. Iz lijevka se

čestice odvode u spremnik ili preko dozatora dalje transportiraju u tehnološki proces. Strujanje u ciklonima je

veoma složeno, izrazito turbulentno s visokim Reynoldsovim brojevima ≈ 105 . Provode se

eksperimentalna ispitivanja na modelima prije konstruiranja ciklona za uporabu odreĎene namjene.


Putanje čestica karakteristične za primarnu i sekundarnu cirkulaciju (primjer)

Čestica 1 (1a) dodiruje stjenku pod malim

kutom, ne odbija se već klizi niz stjenku bez

vraćanja u struju plina. Potpuno se izdvaja i

najveće je krupnoće.

Čestice 2 do 5 sudaraju se sa stjenkom

ciklona i vraćaju se u struju plina.

Čestice 3 i 5 su veoma male. Nakon sudara

sa stjenkom ciklona (3a, 5a) odbijaju se,

predaju dio energije ciklonu, brzina i

centrifugalna sila se smanjuju, a jača

utjecaj sile trenja izmeĎu čestica i plina

koja ih odvlači prema izlaznoj cijevi (3b,

5b). Zbog slabe centrifugalne sile,

sekundarna separacija je zanemariva i veoma

slabo je izdvajanje čestica.

Čestice 2 i 4 su nešto veće. Udaraju u stjenke ciklona u točkama 2a i 4a te se odbijaju u struju

plina. Zbog svoje veličine na njih snažno utječe centrifugalna sila i dovodi do sekundarnog

taloženja. Kretanje čestice od 4a do 4b, 4c, 4c′, 4d ovisi o utjecaju centrifugalne sile, sile

trenja, radijalne i tangencijalne brzine. Neke od čestica klize uz stijenku ciklona, a neke se

uvlače u struju zraka prema izlaznoj cijevi.

U primarnoj separaciji skoro sve čestice koje dodirnu stjenku ciklona se izdvajaju bez obzira na

veličinu. Nakon povratka čestica u struju zraka u vertikalnoj komori dolazi do sekundarne

separacije u vrtložnom polju. Tu je separacija selektivan proces. Izražava frakcijski stupanj

efikasnosti.


Brzine strujanja i pad tlaka u ciklonu – primjer eksperimentalnog ispitivanja:

vrad

vtang

vvert

(vaksijalno)

pstatičko

pukupno


Konstrukcije i elementi ciklona

Moguće konstrukcije

ulaznog voda

Konstrukcije izlaznog voda

i prijelaznog dijela konus –

ljevaka) Izlazni vodovi

b) Prijelazni dio konus -

ljevak

a

b

Baterija ciklona

Ciklon sa obilaznim

vodom koji poboljšava

efikasnost izdvajanja

čestica manjih dimenzija

1- dovod mješavine, 2 –

ulazni otvor, 3 – spiralni

obilazni vod, 4 – cilindrični

dio ciklona, 5 – konusni dio

ciklona, 6 – prigušivač

vrtložnog strujanja u ciklonu,

7 – skupljač čestica – ljevak,

8 – odvod izdvojenih čestica,

9 – izlazni vod, 10 – odvod

pročišćenog plina


Sheme ugradnje ciklona

A – pretlačno spajanje i rad ciklona B – podtlačno spajanje i rad ciklona

1 – plin (zrak) s česticama (mješavina), 2 – odvod izdvojenih čestica,

3 – odvod pročišćenog plina (zraka), 4 – usis mješavine (plin + čestice),

5 – transportni centrifugalni ventilator


Kada se zahtjeva veća efikasnost izdvajanja čestica većih dimenzija pri većim

protocima, tada se povezuje više ciklona u tzv. baterije ciklona prema

odgovarajućem rasporedu.

L – lijevo, D - desno

Baterije ciklona


Primjer: Baterija ciklona za izdvajanje

čestica iz dimnih plinova

1 – plin sa česticama, 2 – cikloni, 3 – sklopovi

(ventili – dozatori) kojima se odvode izdvojene

čestice, 4 – mehanizam za istovremeni rad

ventila – dozatora, 5 – odvod izdvojenih

čestica, 6 – dimnjak, 7 – odvod pročišćenih

plinova

Za povećanje efikasnosti izdvajanja čestica manjih

dimenzija i pri relativno manjim protocima,

ugraĎuju se tzv. multicikloni.

Multiciklon je naziv za više ciklona jednakih

dimenzija, postavljenih jedan pored drugog, obično

u ravnoj liniji i u više redova sa zajedničkim

vodovima za dovod i odvod plina (zraka) sa

česticama i zajedničkim lijevkom za odvod

izdvojenih čestica.


Učinkovitost ciklona Za provedbu procesa odvajanja čestica potreban je

odgovarajući predtlak (podtlak) nehomogene mješavine ispred

ulaznog otvora, odnosno potrebno je za predloženu

konstrukciju utvrditi pad tlaka ciklona.

Klasu konstruiranog ciklona utvrĎuje frakcijski stupanj

djelovanja, koji se takoĎer mora utvrditi za predloženu

konstrukciju.

Frakcijski se stupanj djelovanja η(x) procjenjuje u

ovisnosti od omjera brzine taloženja čestica wtč

različitih veličina x i granične brzine taloženja

w′tč(x) za odreĎenu konstrukciju ciklona.

Učinkovitost odvajanja čestica iz struje zraka

(plina) prvenstveno ovisi o:

• veličini i gustoći čestica koje se dovode u ciklon.

Učinkovitost izdvajanja znatno je veća za čestice

većih dimenzija i gustoće, nego za čestice manjih

dimenzija i gustoće.

Primjerice, za čestice cementne prašine relativne

gustoće 2,2 i ekvivalentnog promjera 20µm,

učinkovitost izdvajanja je oko 97%, a za iste čestice

ekvivalentnog promjera 5 µm učinkovitost izdvajanja

je oko 50%.

Osnovne geometrijske veličine

ciklona


• o konstrukciji i dimenzijama ciklona. Obično se pod karakterističnom dimenzijom

ciklona smatra promjer D1. Smanjenjem promjera D1, a k tome i promjenom ostalih

dimenzija ciklona učinkovitost izdvajanja čestica se povećava i obrnuto. Iako

jednostavne konstrukcije, ciklon je veoma složen hidraulički element i pri

konstruiranju značajno utječu sve njegove geometrijske veličine i njihovi odnosi na

učinkovitost i mjesto ugradnje u nekom procesno-tehnološkom sustavu.

• brzini zraka na ulazu u ciklon. Prema teoretskim razmatranjima i praktičnim

ispitivanjima za odreĎene granulacije čestica povećanjem brzine postiže se veća

učinkovitost ciklona, no ova postignuća nije moguće univerzalno primijeniti za sve

granulacije i vrste čestica te različite izvedbe ciklona.

• tlaku u donjem dijelu ciklona, tzv. lijevku iz kojeg se izdvojene čestice

odvode. Prestrujavanjem zraka kroz lijevak uslijed kvara npr. posebnog ventila

(dozatora) za odvod čestica, učinkovitost izdvajanja čestica se znatno smanjuje.

• Uz navedene utjecajne čimbenike, na učinkovitost izdvajanja utječu i

karakteristike čestica (npr. adhezivnost), prianjanje uz stjenke, moguća

kondenzacija i druge nepoželjne pojave.

• OdreĎivanje stvarnog stupnja učinkovitosti izdvajanja čestica utvrĎuje se

eksperimentalno za odreĎenu granulaciju i sastav mješavine prema

standardima i prihvaćenim metodama.


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150

Stu

pan

j o

dv

aja

nja

(%

)

Veličina čestica (µm)

Primjer: učinkovitost odvajanja čestica u % različitih veličina (µm) za

visokoučinski ciklon namijenjen za pneumatski transport u drvnoj industriji.


Faktori koji utječu na efikasnost ciklona η

Proračun efikasnosti: koncentracija i fizikalna svojstva materijala, mješavine

(gustoća, poroznost), njen disperzivni sastav, aerodinamičko stanje ciklona i položaj

ugradnje u sustavu, otpor ciklona, protočni kapacitet. η = (c1 – c2)/c1 (50 – 99 %).

c1 – koncentracija materijala – prašine u zraku ispred ciklona

c2 - koncentracija materijala – prašine u zraku nakon ciklona

Faktori utjecaja na efikasnost ciklona η:

- Gustoća ρ i viskozitet μ mješavine karakteriziraju aerodinamičko stanje u ciklonu

(brzine strujanja i taloženja, otpor). Gustoća i viskozitet ovise o temperaturi.

- Uvodi se korekcijski koeficijent u proračunu promjera čestica koje se mogu

izdvajati.

- dč,ef = f(Dc, Δpc), koja se dobiva eksperimentom na osnovu rezultata taloženja

kvarcne prašine ρč = 2650 kg/m3. Za čestice druge gustoće uvodi se korekcijski

koeficijent u proračunu čestica koje se mogu izdvojiti.

- Način kretanja čestica – materijala u ciklonu: bitan promjer čestica i sastav

mješavine koja ulazi u ciklon. Uz poznati frakcijski sastav utvrĎuje se stupanj

efikasnosti ciklona.


- Brzina zraka u cilindričnom i konusnom dijelu ciklona: što je veća brzina taloženja

to je veća radijalna komponenta brzine struje vr i lakše je razdvajanje krute faze od

zraka (plina).

- Radijalna brzina ovisi o brzini taloženja, tangencijalne komponente brzine zraka

(plina) i rastojanja od centra ciklona. Za čestice odreĎene veličine radijalna brzina

je minimalna u centru i postupno raste prema stjenci ciklona.

-Brzina i sadržaj čestica imaju utjecaj na otpor ciklona i efikasnost razdvajanja krute

faze od zraka. Oblak mješavine se na ulazu u ciklon djelomično razdvaja i čestice

koje se spuštajući uz stjenke imaju usporavajući učinak na kretanje zračne struje.

- Granična koncentracija čestica, koje se izdvajaju u ciklonu, odreĎuje se po

empirijskoj jednadžbi:

- Promjer ciklona – značajno utječe na stupanj pročišćavanja / izdvajanja krutih

čestica iz struje zraka. Što je manji promjer veća je centrifugalna sila i bolje je

izdvajanje čestica, ali raste otpor ciklona. Obično se pri Dc > 800 – 1000 mm

smanjuje efikasnost odvajanja ciklona.

Često se upotrebljavaju baterijski ili multicikloni manjeg promjera i većeg stupnja

efikasnosti odvajanja čestica.


Izvedbe ciklona

U praksi se razlikuju tzv. niskoučinski i

visokoučinski cikloni.

Razlika izmeĎu niskoučinskog i

visokoučinskog ciklona je u frakcijskom

stupnju djelovanja odnosno učinkovitosti

izdvajanja čestica iz nehomogene

mješavine sa zrakom (plinom).

Visokoučinski cikloni imaju znatno bolji

stupanj odvajanja čestica od

niskoučinskog i veći pad tlaka u istim

uvjetima izdvajanja čestica.

Ovisno o vrsti i granulaciji čestica u

različitim procesima primjenjuju se

različite izvedbe ciklona sukladno

zahtjevima za kvalitetom pročišćenog

zraka (plina), troškovima izvedbe i

ekonomičnosti sustava.

Ciklon – tip A


Ciklon – tipa A – nastavak

Preporučuje za odvajanje krupnih čestica materijala iz zraka, na primjer iverja ili

drugog usitnjenog drveta koji sadrži malu količinu sitnijih čestica, te piljevine koja

ima vlažnost preko 50%. Ovakvim ciklonom se ne pročišćava zrak izdvajajući sitnu

piljevinu i bruševinu iz transportiranog materijala, već je potrebno dvostupanjsko

pročišćavanje ugradnjom dodatnog filtra za izdvajanje finijih čestica. Koeficijent

lokalnog otpora ciklona tip A na njegovom ulaznom priključku je oko 2, a za svaku

konstrukciju ciklona se odreĎuje eksperimentalno.

Osnovne geometrijske veličine i protočni kapacitet ciklona – tip A


Ciklon – tip B

Preporučuje se za odvajanje

finijih čestica iz struje zraka

prilikom strojne obrade suhog

drva, postiže se veći stupanj

pročišćavanja.

U odnosu na tip A ciklon tip B ima

manji promjer što povećava

centrifugalnu silu koja doprinosi

učinkovitijem izdvajanju čestica

materijala iz struje zraka (plina).

UgraĎene lamele (žaluzine) na

unutarnjem cilindru imaju ulogu

inercijskog odvajača.


Ciklon – tip B – nastavak

Njegove prednosti u odnosu na druge ciklone (posebno tip A) su:

• stupanj odvajanja pri transportu materijala sa velikom količinom čestica i

koncentracijom od 0,2 do 0,3 iznosi 99%. Sadržaj sitnih čestica u zraku koji izlazi iz

ciklona iznosi ≤ 100mg/m3,

• stupanj odvajanja brusne prašine iznosi i do 98%,

• preporučljiva brzina zraka na ulaznom priključku u ciklon iznosi 16 do 20 m/s,

• različite konstrukcije, (ovisno o broju žaluzina i svijetlih prolaza te kuta izmeĎu

njih) utječu na stupanj učinkovitosti ciklona.

• veličina lokalnog koeficijenta otpora u ulaznom priključku ciklona, kod rada sa

čistim zrakom iznosi: ξ = 4 – 5 i za svaku konstrukciju ciklona utvrĎuje se

eksperimentalno.

• ciklon nepouzdano radi kod podtlaka na dovodnoj strani.



Osnovne geometrijske veličine i protočni kapacitet visokoučinskog ciklona s

žaluzinama



Stupanj odvajanja moguće je povećati ugradnjom proširenja na izlaznoj odvodnoj

cijevi. UgraĎuje se na sve vrste ciklona (tlačne i usisne). Prostrujavanjem kroz

proširenje brzina zraka se smanjuje i zahvaljujući tome čestice koje lebde u

proširenom dijelu ne izlaze u atmosferu. Tu se čestice taloženjem skupljaju i kad

postignu odreĎenu težinu propadaju kroz konusni dio ciklona prema izlaznom mjestu.

Ciklon s izlaznim proširenjem

Dvojni ciklon – primjer

izvedbe


Ciklon – tip C

Pri transportiranju čestica malih veličina ( piljevina, sitna strugotina drveta,…)

moguće je primijeniti i ciklon tip C.

UgraĎuje se u tlačnom i podtlačnom sustavu transporta mješavine zraka (plina) sa

otpadnim česticama materijala.

Koeficijent lokalnog otpora priključka ovog tipa ciklona iznosi oko 2,4 i za svaku

konstrukciju ciklona utvrĎuje se eksperimentalno. Cikloni tipa C predviĎeni su za

male kapacitete i obično se spajaju u baterije u sustavu pneumatskog transporta.

Ciklon – tip C


Ciklon – tip C – nastavak

Osnovne geometrijske veličine i protočni kapacitet ciklona – tip C

Prosječni stupanj pročišćavanja (izdvajanja) čestica iz zraka u ciklonima – tip C


Ciklon – tip DKonstrukcijski je prilagoĎen za rad s podtlakom

u sustavu pneumatskog transporta i izdvajanje

čestica iz struje plina ili zraka.

Zbog ravnomjernijeg strujanja zraka unutarnji dio

cilindrične cijevi završava spiralom (pužnom

zavojnicom) na koju se priključuje usisna cijev

ventilatora. Na donji, izlazni otvor ciklona obično se

ugraĎuje hermetički zatvoren preklopni zatvarač.

Koeficijent lokalonog otpora ciklona tip-D na

ulaznom otvoru iznosi oko 2,8 i za svaku

konstrukciju se utvrĎuje eksperimentalno. Usisni

cikloni zahtijevaju preciznu ugradnju kojom se treba

postići hermetičko brtvljenje.

Čak i kod dobro izvedenih i ugraĎenih ciklona u

instalaciju pneumatskog transporta gubici zraka

zbog propuštanja iznose ponekad i oko 10 – 15

%, što se mora uzeti u obzir prilikom proračuna.

Ovisno o veličini cikloni se izraĎuju iz čeličnog lima

debljine 1,5 – 3 mm. Ako se lim spaja na preklop, u

tom slučaju preklop s unutarnje strane mora biti

skošen i izveden u smjeru strujanja zraka.

Cikloni većih promjera ( veći od 1,8 m) se ukrućuju

čeličnim profilima s vanjske strane.


Ciklon – tip D – nastavak

Osnovne geometrijske veličine i protočni kapacitet ciklona – tip D


Visokoučinski ciklon

• Visokoučinski cikloni odlikuju se visokim

stupnjem odvajanja čestica veličina ispod 10

µm iz zraka ili plina.

• Konstruira sa rotaciono simetričnim gornjim

dijelom, ulaznom spiralom i dijelom korita, te

konusnim sabirnikom.

• Nastajanje dvostrukih vrtložnih struja u

gornjem dijelu ciklona je spriječeno

konstruktivnim rješenjem ugradnje dodatnog

korita. Na oplošju iznad ulaza plina, nalazi se

otvor, koji je spojen sa vanjskim spiralnim

koritom.

• Korito je na cijeloj dionici otvoreno prema

unutrašnjosti visokoučinskog ciklona i

postupno s nagibom završava u donjem

cilindričnom dijelu, gdje počinje korisno

djelovanje dvostruke vrtložne struje zraka ili

plina.


Visokoučinski ciklon – nastavak

Dvostruka vrtložna struja u gornjem rotaciono simetričnom dijelu ima smjer prema

gore, što za odvojene čestice materijala nije poželjno, dok je u konusnom dijelu

smjer suprotan prema dolje i koristan je učinak ciklona.

Čestice prašine pod utjecajem centrifugalne sile klize po gornjem unutarnjem

obodu cilindra i ulaze u korito, dok iz korita prolaze nesmetano u konusni sabirni

dio ciklona.

Konstrukcija visokoučinskih ciklona razraĎena je u nekoliko oblika, kao primjerice:

tip 550, tip 750, tip 850.

Ciklon s manjim numeričkim indeksom koristi se u sustavima za izdvajanje

krupnijih čestica materijala, a s većim numeričkim indeksom za izdvajanje sitnijih i

finijih čestica materijala iz struje zraka ili plina.

Ciklon tip 550 najčešće se koristi za otprašivanje u industrijskim objektima za

preradu drveta, ljevaonicama, pjeskarnicama, brusionama, itd.

Za sitnije čestice (brašna, šećera u prahu, cementne prašine i slično), koriste se

cikloni tip 750 i 850 uz dodatnu primjenu filtarskih sustava za dodatno

pročišćavanje.



0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 5 10 15 20 25 30

Stu

pan

j o

dv

aja

nja

česti

ca (

%)

Veličina čestica (µm)

tip 550

tip 750

tip 850

Frakcijski stupanj odvajanja čestica materijala

visokoučinskog ciklona,

(primjer: izvod iz mogućeg proizvodnog programa) Visokoučinski ciklon



Geometrijske veličine i protočni kapacitet ciklona tip 550 i tip 850


Proračun ciklona – inercijalni separator

U procesu centrifugalnog razdvajanja razmatra se fizikalni model: struja zraka sa

aglomeratom čestica uvodi se u ciklon kroz cijev postavljenu tangencijalno na

cilindrični dio komore - pod djelovanjem gravitacije, centrifugalne sile i sile

otpora mješavina dobiva prostorno spiralno kretanje, čestice materijala

najprije odlaze prema stjenci cilindričnog dijela ciklona uslijed centrifugalne

sile, a zatim djelovanjem gravitacije naniže kroz konusni dio i izlaznu cijev.

Očišćeni zrak u obliku unutarnje spirale vertikalno se vraća naviše i kroz cijev

izlazi u atmosferu ili dodatni filtar.

Početni uvjet: odreĎivanje graničnog promjera čestice (dgr) koja se u ciklonu

odvaja sa efikasnosti 100% .

Na česticu nošenu strujom zraka djeluju sile:

Centrifugalna sila: Fc = (m · wob2)/r

Gravitacijska sila: Fg = m1 · g

Otpor okoline čestice u ciklonu: Fo = 3 · π · dč · μ · wos

Arhimedova sila (sila uzgona): GA = m2 · g

Obodna brzina wob izražava se odnosom: wob = ω · r

Brzina taloženja wos (= radijalnoj brzini vr) …prijeĎeni put po vremenu: wos =

dr/dt(τ)


Proporcionalne mjere ciklona kao

kompromis efikasnosti odvajanja i

zaštite okoliša (orijentacijski odnosi)

Pojednostavljeni proračun ciklona

Kada materijal (čestice) pokazuje visoki stupanj

aglomeracije – velika koncentracija čestica (preko

3,5 kg/m3 odvajaju se i veoma male čestice, čak i

do 98%.

Ulaskom mješavine u ciklon tangencijalna

komponenta brzine se povećava sa smanjenjem

polumjera R:

n = 1 – 1,5 (idealni slučaj; bez

trenja čestica o stjenke ciklona)

(obično: n = 0,5 – 0,7)

Ciklon se dimenzionira da zadovolji hidrauličke

granice pada tlaka. Za instalacije pneumatskog

transporta i rad ciklona približno pri atmosferskom

tlaku, pad tlaka odgovara ulaznoj brzini ciklona

wc = 16 – 20 m/s.

Obično se ulazni promjer cjevovoda u ciklon

dimenzionira na osnovu brzine strujanja mješavine

wc = 16 – 17 m/s

Proračun ciklona


Uz pretpostavku da su čestice kuglastog oblika i da je koeficijent otpora čestica:

ζč = 3π / Re, može se odrediti promjer čestica koje će se ciklonom efikasno

odvojiti, prema jednadžbi:

Pad tlaka te gubitak uslijed trenja izražava se kao funkcija brzine mješavine u

zračnoj struji koja ulazi u ciklonski odvajač, prema relaciji: Δp = (ζč·ρ·wc2)/2 .

Površina valjkastog dijela ciklona: Ac = V mješ. / k , m2

Promjer valjkastog dijela ciklona: D = (4·Ac/π)0,5, m gdje je:

k – količina zraka koju ciklon efikasno odvaja od materijala i prašine

= 1,95 m3/m2,s (eksperimentalni podatak za odreĎeni tip ciklona i vrstu materijala)

Poteškoće za proračun: odreĎivanje i preuzimanje koeficijenta k, inicijalno

odreĎivanje promjera D, itd. (dovoljno točno za orijentacijski proračun)

μm – viskozitet mješavine, Ns/m2, R – polumjer

ciklona, m ; R1 – polumjer izlazne cijevi ciklona, m ; n –

broj okretaja zračne struje u ciklonu (obično 5), wob(u) –

obodna brzina plina – zraka u ciklonu, m/s ; ρč – gustoća

čestica, kg/m3

0,7 wc ≤ wob(u) ≤ 0,75 wc


Prema Rosinu:

Pad tlaka te gubitak uslijed trenja izražava se kao funkcija brzine mješavine u

zračnoj struji koja ulazi u ciklonski odvajač, prema empiričkoj relaciji:

Δp = 0,04·ρ·wc2.

Teorijska veličina čestica koje se u ciklonu

mogu potpuno izdvojiti:

Promjer čestica kojih se

50% izdvoji u ciklonu:



Ulaskom zračne struje sa česticama u ciklon, gube značaj i mogu se zanemariti

sila gravitacije i arhimedova sila u odnosu na ostale sile, pa je Fc = Fo

1) Izdvajanje čestica prema zakonu Stoksa (Re < 0,2 – iz struje zraka najbolje se

izdvajaju sitne čestice)

Trajektorije kretanja čestice u ciklonuVrijeme potrebno za izdvajanje prašine iz zraka:

vr – radijalna brzina

wi – srednja vrijednost brzine zračne struje

mješavine


Granična vrijednost čestice koja se

izdvaja po zakonu Stokesa (100 %):

Ako je zadano vrijeme zadržavanja

zraka u ciklonu, granična vrijednost

čestice koja će se izdvajati po zakonu

Stokesa (100%):

2. Izdvajanje čestica definirano općim zakonom otpora

Koeficijent otpora ζ = f(Re) i sila otpora se opisuju izrazom:

Ako je Fc = Fo slijedi:

Vrijeme zadržavanja zraka u

ciklonu:


Radni volumen ciklona za vrijeme zadržavanja zraka te

izdvajanje najsitnijih čestica u ciklonu je:

Vsek – zadana proizvodnost ciklona, m3/s

Visina cilindričnog dijela cikona:

Pad tlaka u ciklonu:

Ukupni hidraulički otpor ciklona:

Hidraulički otpor prema brzini u ulaznoj cijevi:

Za ulaznu cijev vrijedi: Za izlaznu cijev vrijedi:

ζ = 6 – 25


Dijagram otpora za ciklone tip CKV

v = 15 -16 m/s – ulazna brzina transportirane mješavine u ciklon

vi ≈ 11 m/s – izlazna brzina pročišćenog zraka iz ciklona

Visokoučinski ciklon


Tehničke i proračunske veličine (proračun ciklona):

volumenski protok mješavine,

temperatura, sastav i karakteristike mješavine,

koncentracija čestica u mješavini na ulazu u ciklon,

fizikalna i kemijska svojstva čestica,

koncentracija čestica na izlazu iz ciklona,

tlak mješavine na ulazu u ciklon,

brzina strujanja mješavine na ulazu u ciklon,

dozvoljeni pad tlaka ciklona,

geometrijske veličine ciklona neophodne za ugradnju i postizanje frakcijskog

stupnja djelovanja,

oblikovanje sustava za ciklonsko izdvajanje čestica.


Preporuke o izboru ciklona:

• Smanjivanjem izlaznog promjera za zrak iz ciklona povećava se efikasnost

odvajanja, ali i pad tlaka ciklona. Povećava se snaga transportnog ventilatora

u sustavu pneumatskog transporta.

• Povećavanjem duljine ciklona povećava se efikasnost odvajanja. Neophodno

je da ulazni prijelaz u ciklon bude postupan, da se izbjegne veliki pad tlaka

zbog ubrzavanja zraka u komori ciklona.

• Većina ciklona s velikom efikasnosti ima dužinu konusa (1,6 – 3,0) x

D, promjera ciklona.

• Ako je promjer ciklona veći od 1,75 m efikasnost ciklona se znatno

smanjuje, pa je potrebno tražiti rješenje s više ciklona manjeg promjera

(spajanje u baterije ciklona).

• Spajanje dovodnih i odvodnih vodova sa jednim ili grupom ciklona treba izvesti

što pravilnijim cjevovodima sa kutom širenja ≤ 15°.

• Vrijednosti ulazne brine mora se spriječiti taloženje čestica . Za manje

koncentracije i manje gustoće čestica brzina treba biti ≥ 10 m/s, a za veće

koncentracije i veće gustoće čestica brzina treba biti ≥ 20 m/s.

• Maksimalni broj ciklona u jednoj bateriji ciklona, ne veći od 10.


Preporuke o izboru ciklona:

• Pri ugradnji ciklona izbjegavati kondenzaciju na stjenkama ciklona i česticama.

Poželjno je da temperatura plina (zraka) bude veća za 20 – 25°C veća od točke

rosišta pri odvajanju nehigroskopskih čestica, a za 25 – 50°C pri odvajanju

higroskopskih čestica.

• Približno konstantan protok kroz ciklon (ciklonski sklop), maksimalna oscilacija

do ± 15%.

• Ciklone treba postavljati, u pravilu, vertikalno.

• Vratašca za čišćenje treba postavljati na skupljaču čestica i odvodnom vodu.

• Visina izdvojenih čestica u skupljaču mora biti manja od 2/3 visine skupljača.

• Predvidjeti mjesta na ciklonu i vodovima za mjerenje pada tlaka i

temperature, kontrola pravilnosti rada ciklona ili sklopa.

Documents

Osnove Meh. Operacija-5