سیکلون (Cyclone)

یکی از وسایلی که در جداسازی ذرات جامد از فاز گاز مورد استفاده قرار می گیرد، سیکلون ها هستند . در این دستگاه ها جریان گاز همراه با ذرات ریز جامد وارد یک محفظه استوانه ای یا مخروطی شکل می شود.اساس جداسازی این ذرات از توده جریان گاز به این صورت است که نیروی اینرسی وارد شده بر ذرات جامد در سیکلون ها، چندین برابر نیروی اینرسی وارد شده بر فاز گاز می باشد و لذا این ذرات از کناره های محفظه سیکلون به پایین محفظه هدایت می شوند. ولی فاز گاز تحت تاثیر نیروی کمتری قرار می گیرد و از نقاط فوقانی ذرات جامد، به سمت پایین محفظه می رود. سیکلون ها را می توان از دیدگاه های مختلفی مورد تقسیم بندی قرار داد. یکی از این موارد مقطع ورودی به سیکلونها است. مقطع ورودی به سیکلونها معمولاً به شکل مستطیل یا دایره ساخته می شود.  در بعضی موارد نیز با توجه به نوع فرآیند، از سیکلونهایی با مقطع ورودی بیضی شکل نیز استفاده می شود.

یکی از وسایلی که در جداسازی ذرات جامد از فاز گاز مورد استفاده قرار می گیرد، سیکلون ها هستند . در این دستگاه ها جریان گاز همراه با ذرات ریز جامد وارد یک محفظه استوانه ای یا مخروطی شکل می شود.با توجه به دیواره استوانه ای سیکلون، جریان مواد با یک حرکت گردباد مانند به سمت پایین سیکلون حرکت می کند. با توجه به اینکه نیروی اینرسی وارد شده بر ذرات جامد، از نیروی اینرسی وارد شده بر فاز گاز بیشتر است، این ذرات مماس بر دیواره ظرف به سمت پایین محفظه هدایت می شوند. در قسمت پایین محفظه نیز فضایی برای جمع شدن این ذرات جامد تعبیه شده است که به صورت ناپیوسته یا پیوسته این ذرات از محفظه خارج می شوند این مورد در شکل 1 مشاهده می شود.

 
شکل 1 - مسیر حرکت مواد در سیکلون

اساس جداسازی این ذرات از توده جریان گاز به این صورت است که نیروی اینرسی وارد شده بر ذرات جامد در سیکلون ها، چندین برابر نیروی اینرسی وارد شده بر فاز گاز می باشد و لذا این ذرات از کناره های محفظه سیکلون به پایین محفظه هدایت می شوند. ولی فاز گاز تحت تاثیر نیروی کمتری قرار می گیرد و از نقاط فوقانی ذرات جامد، به سمت پایین محفظه می رود. در قسمت مرکزی سیکلونها، معمولاً از یک استوانه نسبتاً قطور برای خروج گاز استفاده می شود. این لوله در وسط سیکلون تعبیه شده و از ذرات جامد که در اثر نیروی اینرسی وارد شده، در کناره های سیکلون قرار دارند فاصله دارد. به این ترتیب اکثر ذرات جامد ورودی از جریان گاز جدا می شوند.
 

شکل 2 - سه جریان اصلی ورودی و خروجی که در اکثر سیکلونها مشاهده می شود

یک سیکلون در حقیقت یک محفظه ته نشین سازی است که شتاب جاذبه با شتاب سانتریفوژی جایگزین شده است. مقدار نسبت شتاب سانتریفوژی به شتاب جاذبه، بستگی به قطر سیکلون دارد . برای سیکلونهای استوانه ای با قطرهای خیلی بزرگ شتاب سانتریفوژ در حدود 5 برابر شتاب جاذبه است و در مورد سیکلونهای استوانه ای با قطر کوچک شتاب سانتریفوژی در حدود 2000 برابر بزرگتر از شتاب جاذبه می باشد. نیروی وارد شده بر ذرات بزرگتر مقدار بیشتری می باشد و لذا ذرات بزرگتر با چرخش کمتری در سیکلون به پایین سیکلون می رسند. این مورد در شکل 3 مشاهده می شود.

موارد کاربرد سیکلون

همانطوریکه به طور مختصر بیان شد، از سیکلونها برای جدا کردن جامدات ریز موجود در گاز استفاده می شود. در اینجا باید به این نکته توجه کرد که تنها این وسایل نیستند که برای جدا کردن ذرات جامد از فاز گاز مورد استفاده قرار می گیرند . بلکه سیکلون ها با صافی ها ، فیلترها ، جداسازی های الکترواستاتیکی و جداسازهای ته نشین کننده در حال رقابت هستند. اما در مقایسه با سایر جداکننده های گاز -جامد سیکلونها از لحاظ هزینه ساخت و هزینه عملیات دارای هزینه کمتری می باشند. همانطوری که در شکلهای این وسایل نیز مشاهده می شود، نحوه ساخت این وسایل از پیچیدگیهای خاصی برخوردار نمی باشد. درشکل های 6 و 7 ، چند نمونه سیکلون صنعتی و آزمایشگاهی نشان داده شده است.

در جریان های گاز- جامد که قطر ذرات جامد از 5 میکرو  کوچکتر است، راندمان جداسازی سیکلونها مقدار کمی می باشد ولی اگر ذرات جامد تمایل بهم چسبیدن را دارا باشند، می توان ذرات با قطر 3 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 می باشد. با توجه به کارایی و مقاومت موا د موجود در سیکلونها، این دستگاهها در دمای حدود 1000 درجه سانتی گراد و فشاری در حدود500 Kpas  5700) atm) نیز استفاده می شود. همانطوریکه با توجه به شکل این دستگاهها مشخص است، دما و فشار پایین و ایجاد خلاء در سیستم نیزمشکلی روی کار سیکلون ایجاد نمی کند. به این ترتیب، این وسایل در دامنه وسیعی از دما و فشار، قابل استفاده هستند.
 

شکل 3- چند نمونه سیکلون صنعتی

ادامه مطلب در:

http://petronet.ir/index.php?module=content&func=viewpage&pageid=375