SİKLON VE MULTİ SİKLON FİLTRELER

Katı/Gaz karışımlarında katı partiküllerin havadan ayrıştırılması için kullanılırlar. Silindirik yapıdaki siloya üst yandan giriş yapan katı/gaz karışımı, merkezkaç kuvvetinin etkisiyle silonun altına gelene kadar helisel bir yol izler. Bu yolun sonunda santrifüj kuvetinden kaynaklı, yoğunluk farkının etkisiyle katı partiküller dikey silindirik silonun (siklonun) alt konik kısmında kalırken hava da içiçe iki boğaz şeklinde olan ve silonun üstünde doğru uzayan boğazdan dikey yönde siklonu terk eder. Siklonlar 50 mikron ve yukarısındaki iri katı partikülerin tamamını tutabilirken, 10 mikronun altındaki katı partikülleri tutmakta zorlanırlar. Verim anlamında tek başına yeterli olmamakla beraber, torbalı filtrelerden önce, filtreye gidecek toz yükünü azaltmada etkindirler.

ESP ve Torbalı filtrelere kıyasla toz tutma verimi düşük olmasına karşın, tamamen mekanik olmalarından dolayı her tür toz yapısı ve yüksek sıcaklıklara uygun olarak tasarlanabilme kabiliyetine sahiptirler.

Multisiklonlar,                 

Multisiklonlar, kare veya diktörtgen kesitli bir gövde içine yerleştirilmiş birden fazla sayıda küçük siklondan oluşurlar. Siklonlarla aynı prensipte merkezkaç kuvvetinden faydalanılarak katıların hava/gaz fazından ayrılmasını sağlar.  Multisiklonların tutabilecekleri partikül büyüklükleri klasik siklonlardan çok daha küçük olduğu gibi toz tutma verimleri de daha yüksektir. Multi siklonların basınç düşüşü, tek siklonlu ayırıcılardan daha yüksektir ve aynı miktarda havayı temizlemek için daha fazla enerji gerektirir. Aynı hacme sahip tek odacıklı bir siklon ayırıcı daha ekonomiktir, ancak çok fazla tozu ortadan kaldırmaz.

Siklonun temel amacı katı ve gaz olan iki fazlı sistemlerde bu iki fazı birbirinden ayırmak olduğu için, siklonun davranışını açıklamak için akışkanlar mekaniği ve partikül taşıma denklemleri kullanılabilir. Hava bir siklona belirli bir giriş hızıyla ( V_in ) teğetsel olarak girmektedir. Parçacığın küresel olduğu varsayıldığında, kritik ayırma parçacık boyutlarını hesaplamak için basit bir analiz yapılabilir. Siklonun merkez ekseninden ( r ) dönme yarıçapında siklonun üst silindirik bileşeninde dönen izole edilmiş bir parçacık düşünülürse, parçacık bu nedenle sürükleme, merkezkaç ve kaldırma kuvvetlerine maruz kalır. Sıvı hızının bir spiral içinde hareket ettiği göz önüne alındığında, gaz hızı iki bileşenli hıza bölünebilir: bir teğet bileşen, (V_t ) ve bir dışa doğru radyal hız bileşeni (V_r ). Stokes teorisindeki kabullere göre, giriş akışındaki herhangi bir parçacık üzerindeki dışa doğru hıza zıt olan dışa doğru radyal yöndeki sürükleme kuvveti:

Partikül yoğunluğuna ( ρ_p ) dersek,  dışa doğru radyal yöndeki merkezkaç kuvvet bileşeni:

Kaldırma kuvveti bileşeni içe doğru radyal yöndedir. Parçacığın merkezkaç kuvvetine zıt yöndedir çünkü kapladığı akşkana kıyasla daha düşük bir hacimdedir. Akışkanın yoğunluğu için ( ρ_f ) kullanıldığında kaldırma kuvveti aşağıdaki gibi hesaplanır:

Bu durumda, ( V_p ) parçacığın hacmine eşittir (hızın tersine). Her parçacığın dışa doğru radyal hareketini belirlemek, Newton’un ikinci hareket yasasını bu kuvvetlerin toplamına eşit olarak ayarlanarak bulunur:

Bunu basitleştirmek için, söz konusu parçacığın “son hıza” ulaştığını, yani ivmesinin sıfır olduğunu varsayabiliriz. Bu, radyal hız, merkezkaç ve kaldırma kuvvetlerine karşı koymak için yeterli sürükleme kuvvetine neden olduğunda meydana gelir. Bu basitleştirme denklemimizi şu şekilde değiştirir:

Bu da aşağıdaki gibi açılır:

Aşağıdaki gibi (V_r ) hızını çözmek için:

Sıvının yoğunluğu parçacığın yoğunluğundan büyükse, hareketin (-) dönme merkezine doğru olduğuna ve parçacık akışkandan daha yoğunsa hareketin (+) merkezden uzak olduğuna dikkat edilmelidir. Çoğu durumda, bu çözüm bir ayırıcı tasarımında kılavuz olarak kullanılırken, gerçek performans ampirik olarak değerlendirilir ve değiştirilir. Denge dışı koşullarda, radyal ivmenin sıfır olmadığı durumlarda, yukarıdaki genel denklem çözülmelidir. Elde ettiğimiz terimleri yeniden düzenleyerek aşağıdaki sonuca ulaşırız:

(V_r ) birim zamandaki yol olduğundan, bunu 2. Mertebe diferansiyel denklemle açıklayabiliriz

Deneysel olarak, dönel akışın hız bileşeninin tümüyle (r² ) ile orantılı olduğu bulunmuştur. Bu nedenle:

Bu, belirlenen besleme hızının siklon içindeki girdap oranını kontrol ettiği anlamına gelir ve bu nedenle herhangi bir yarıçaptaki hız:

Daha sonra, (V_t )için bir değer verildiğinde, muhtemelen enjeksiyon açısına ve bir kesit yarıçapına bağlı olarak, karakteristik bir partikül filtreleme yarıçapı belirlenebilir ve bunun üzerindeki partiküller katı/gaz akışından ayrılır.