1

บทที่ 1 ไซโคลน (Cyclone) 1.1 บทนํา เครื่องเก็บฝุนเชิงกล (Mechanical Collectors) เปนเครื่องมือที่แยกฝุนหรืออนุภาคออกจากแกส หรืออากาศ โดยใชแรงถวง หรือแรงเฉื่อยกระทําบนอนุภาคหรือทั้ง 2 อยาง ตัวอยางเครื่องเก็บฝุนประเภทนี้ ไดแก ถังตกอนุภาค (gravity settling chambers) และไซโคลน (cyclone collectors) ไซโคลนเปนเครื่องมือสําหรับแยกอนุภาคออกจากอากาศ โดยใชแรงหนีศูนยกลาง ซ่ึงเกิดจากการทําใหกระแสอากาศหมุนวน (vortex) จึงสามารถแยกอนุภาคออกจากอากาศได การเกิดกระแสวนทําไดโดยการใหอากาศไหลเขาสูไซโคลนในแนวสัมผัส หรือแนวแกนโดยผาน vanes 1.2 กลไกในการจับอนุภาค (collection Mechanisms) กลไกที่ใชเก็บอนุภาคในไซโคลนมี 2 อยาง คือ ก. แรงหนีศูนยกลางหรือแรงเหวี่ยง ซ่ึงเกิดจากการทําใหกระแสอากาศมีการหมุน ทําใหอนุภาคถูกเหวี่ยงไปยังผนังของไซโคลน ข. แรงถวง – เมื่ออนุภาคเคลื่อนถึงผนังของไซโคลนแลว อนุภาคที่หนักจะไดรับแรงถวงทําใหอนุภาคตกลงไปที่ถังพักขางลาง 1.3 หลักการทํางาน ไซโคลนประกอบดวยสวนรูปทรงกระบอก และมีปลายเปนรูปโคน (รูปที่ 3.2.1) อากาศเคลื่อนเขาสูไซโคลนในแนวสัมผัสที่ใกลสวนบนของเครื่องมือดวยความเร็วประมาณ 30 เมตรตอวินาที เมื่ออากาศผานเขามาในไซโคลนจะเกิดกระแสวน (เรียกวา main vortex) ขึ้น ซ่ึงทําใหเกิดแรงหนีศูนยกลางเหวี่ยงอนุภาคไปยังผนังของไซโคลนกระแสวนนี้จะเคลื่อนลงจนถึงจุดหนึ่งที่อยูเกือบปลายโคน อากาศจะหมุนกลับเปนกระแสวนที่เล็กกวาเดิม (เรียกวา core vortex) และเคลื่อนที่ขึ้นไปตามตัวไซโคลน จนออกไปทางทอออกที่อยูสวนบนของเครื่อง นั่นคือมีกระแสวน 2 ช้ัน (double vortex) เกิดขึ้นในทิศทางเดียวกัน

2

สําหรับอนุภาค ที่ถูกเหวี่ยงไปยังผนังของไซโคลนจะเคลื่อนที่ลงไปยังสวนปลายของโคนไปยังถังพัก (Hopper) เนื่องจากแรงถวง สวนอากาศที่ไมมีอนุภาคก็จะหมุนออกไปทางทอออกที่อยูสวนบนของไซโคลน รูปที่ 1.1 สวนประกอบของไซโคลน

3

1.4 ชนิดของไซโคลน ไซโคลนแบงเปน 2 ชนิดใหญๆ ตามวิธีการใหอากาศเขาสูเครื่อง เพื่อใหเกิดการหมุนวน คือ

ก. ไซโคลนที่อากาศไหลเขาตามแนวเสนสัมผัส (tangential entry cyclone) ข. ไซโคลนที่อากาศไหลเขาตามแนวแกน (axial entry) )ดูรูปที่ 1.2)

โดยทั่วไปอากาศไหลเขาสูไซโคลนตามแนวสัมผัส เพื่อใหเกิดการหมุนวน ทอเขามักเปนรูปสี่เหล่ียมมีผนังภายในคอยๆ โคง และสัมผัสกับไซโคลนสวนที่เปนทรงกระบอกสําหรับไซโคลนชนิดที่มีทางเขาตามแนวแกน อากาศและอนุภาคเขาสูไซโคลนตามแนวแกนของเครื่องโดยผาน vanes (รูปที่ 3.2.2) แบบนี้ใชมากในมัลติไซโคลน ไมวาจะเปนไซโคลนชนิดใด จะมีการทํางานขึ้นกับความเฉื่อยของอนุภาคที่จะเคลื่อนในแนวเสนตรงเมื่ออากาศเปลี่ยนทิศทาง ทําใหเกิดแรงหนีศูนยกลางดังกลาว สวนใหญไซโคลนทํามาจากเหล็กคารบอน หรือใชโลหะหรือเซรามิกใดก็ได ถาตองการใชในงานที่มีอุณหภูมิสูง การกัดกรอนและสึกกรอน แตผิวภายในตองเรียบ เนื่องจากไซโคลนเปนเครื่องมือที่ไมมีสวนที่เคลื่อนที่ ดังนั้นการเดินเครื่องจึงงาย และไมตองการการบํารุงรักษามากนัก นอกจากนี้ไซโคลนอาจแบงออกเปน แบบที่ใชกันทั่วไป (conventional cyclones) และแบบที่มีประสิทธิภาพสูง (high efficiency cyclone) ซ่ึงมีขนาดเล็ก (body diameter) (ขนาดเสนผานศูนยกลางนอยกวา 3 ฟุต หรือ 0.9 เมตร สวนไซโคลนทั่วๆ ไป มีขนาดตั้งแต 4 ถึง 12 ฟุต หรือ 1.2 ถึง 3.6 เมตร) ประสิทธิภาพของไซโคลน 3 ชนิด คือ ไซโคลนที่มีประสิทธิภาพสูง ไซโคลนที่ใชกันทั่วไป และไซโคลนที่รับอัตราการไหลสูง (High volume cyclone)

4

รูปที่ 1.2 ชนิดของไซโคลน (ก) แบบอากาศไหลเขาตามแนวสัมผัส (ข) แบบอากาศไหลเขาตามแนวแกน

(ก) (ข)

รูปที่ 1.3 ประสิทธิภาพแยกตามขนาดของไซโคลนชนิดตางๆ

5

1.5 โครงแบบและมิติของไซโคลน (cyclone configuragion and Relative Dimensions) รูปที่ 3.2.4 เปนไซโคลนแบบที่อากาศไหลเขาตามแนวสัมผัส แสดง 8 มิติ (dimensions) โดยมีอัตราสวนของมิติทั้ง 7 (dimension ratio) คือ HC , BC , SC , DC , LC , H , B บอกถึงโครงแบบของไซโคลน และมี 1 มิติ คือ DC เปนสิ่งที่บอกขนาดของ DC , DC , DC , DC , DC , DC , DC ไซโคลน ตารางที่ 3.2.1 แสดงคาของอัตราสวนของไซโคลนมาตรฐานที่ใชกันมากและมีประสิทธิภาพ ในการออกแบบไซโคลนโดยใชโครงแบบ (configuration) อ่ืน จะตองคํานึงถึงสิ่งตอไปนี้

1. HC ≤ SC เพื่อปองกันมิใหฝุนที่เขามาหลุดออกไปยังทอออกเลย 2. BC ≤ (DC - DC)/2 เพื่อมิใหคาความดันลดมีคามากเกินไป 3. H ≥ 3 DC เพื่อใหกระแสวนอยูภายในสวนโคน 4. มุมของสวนโคน ประมาณ 7 – 8° เพื่อชวยใหฝุนไหลลงงาย 5. DC/DC ∼ 0.4 – 0.5, H/ DC ∼ 8 – 10, และ SC/ DC ∼ 1 เพื่อใหประสิทธิภาพมากที่สุด

1.6 สมรรถนะของไซโคลน (Cyclone performance) การหาสมรรถนะของไซโคลน ไดแก การหาประสิทธิภาพในการเก็บอนุภาคและการหาคาความดันลด (pressure drop) เพื่อหาพลังงานที่ตองใหแกระบบ ในการหาประสิทธิภาพของไซโคลน จําเปนตองเขาใจความหมายของขนาดตัดของอนุภาค (cutsize, [d10]cut) และขนาดวิกฤตของอนุภาค (critical particle size, [d10]cut)

6 รูปที่ 1.4 รูปรางและมิติไซโคลน

7 ตารางที่ 1.1 โครงแบบของไซโคลน (แบบอากาศไหลเขาตามแนวสัมผัส)

“High Efficiency” “General Purpose” Term Description

Stairmanda Swiftb Shepher and

lapplec Swiftb Peterson and Whitbyd

DC Body diameter 1.0 1.0 1.0 1.0 HC Inlet height 0.5 0.44 0.5 0.5 BC Intel width 0.2 0.21 0.25 0.25 SC Outlet length 0.5 0.5 0.625 0.6 DC Outlet diameter 0.5 0.4 0.5 0.5 LC Cylinder height 1.5 1.4 2.0 1.75 H Overall height 4.0 3.9 4.0 3.75 B Dust outlet diameter 0.375 0.4 0.25 0.4 C Configuration Parameter 551.3 699.2 402.9 381.8 34 NH Intel velocity heads 6.40 9.24 8.0 8.0

a Stairman, C.J., Trans Inst. Chem.Engrs. 29,356(1951). b Swift, P., Steam Heating Eng. 38, 453(1969). c Sheoher, G.B., and Lapple, C.E. Ind. Eng. Chem. 31,972(1939). d Peterson. C.M., and Whitby, K.T., ASHRAE Journ. 42(1965). ขนาดตัด (cut size หรือ cut diameter) เปนขนาดของอนุภาคที่ถูกแยกดวยประสิทธิภาพ 50% นั่นคืออนุภาคที่ใหญกวาขนาดตัดจะถูกไซโคลนจับดวยประสิทธิภาพมากวา 50% ขนาดตัดของอนุภาคขึ้นอยูกับลักษณะสมบัติของแกสและอนุภาค ขนาดของไซโคลน และสภาวะการเดินเครื่อง (Operating contions) สมการที่ใชคํานวณหาขนาดตัดของอนุภาคไดจาก Lapple (1951)

8

(d10) cut = 9 µB c (3.2.1) 2 π nτ v1 (Pp – P8) ซ่ึง µ = ความหนืด, Pa.s nτ = จํานวนรอบของการหมุนของแกส (effective number of turns) ปกติมีคา 5 ถึง 10 v1 = ความเร็วของแกสเขาสูไซโคลน, m/s Pp = ความหนาแนนของอนุภาค, kg/m3 P8 = ความหนาแนนของแกส, kg/m3 B c = ความกวางของทอเขา, m ขนาดวิกฤตของอนุภาค (critical size) เปนขนาดเล็กที่สุดของอนุภาคที่ถูกแยกดวยประสิทธิภาพ 100% สําหรับการหาขนาดตัดของอนุภาค อาจหาไดจา รูปที่ 3.2.5 และ 3.2.6 (Lapple, 1951) 1.7 ประสิทธิภาพในการเก็บอนุภาค ไดมีสมการหลายอยางเพื่อใชหาประสิทธิภาพของไซโคลน ในรูปของ grade หรือ fractional efficiency สําหรับอนุภาคขนาดหนึ่งๆ fractional efficiency หมายถึง สัดสวน (fraction) ของอนุภาคขนาดหนึ่งที่ถูกไซโคลนเก็บได เมื่อเทียบกับสวนอนุภาคขนาดนั้นที่เขาสูไซโคลน

9

รูปที่ 1.5 กราฟระหวางขนาดของไวโคลนับขนาดตัดของอนุภาค

10

รูปที่ 1.6 Correction Factors สําหรับรูปที่ 1.5

11

ในทีนี้จะกลาวถึงวิธีหาประสิทธิภาพของไซโคลน โดยวิธีของ Lapple (1951) และทฤาฏีของ Lecht

ก. วิธีของ Lapple ใชหลักการสมดุลของแรงเหวี่ยง และแรง drag ที่กระทําในไซโคลน เพื่อคํานวณหาขนาดตัดของอนุภาค, [d10]cut โดยใชสมการ (3.2.1) หรือรูป 3.2.5 Lapple ไดนําผลจากการทดลองของไซโคลนที่มีรูปรางคลายกัน สรุปไดกราฟเพื่อใชคํานวณหาประสิทธิภาพของไซโคลน ดังในรูปที่ 3.2.7 ซ่ึง plot ระหวางประสิทธิภาพของไซโคลน (η1) กับอัตราสวนของขนาดอนุภาคกับขนาดตัด (d10/[d10]cut ) ใชไดกับไซโคลนที่มีรูปรางคลายกัน ในการคํานวณหา fractional efficiency ทําได ดังนี้ 1. คํานวณหาขนาดตัด [d10]cut สําหรับไซโคลนที่ตองการหาประสิทธิภาพโดยใชสมการ (1.1) หรือรูป 1..5 2. คูณ [d10]cut ดวยคาอัตราสวน d10/[d10]cut หลายๆ คาที่ไดจากรูป 3.2.7 3. ที่คา d10/[d10]cut แตละคา อานคาประสิทธิภาพจากรูป 3.2.7 แลวนําไป plot กับคาที่ไดจาขอ 2 คือ (d10/[d10]cut) x [d10]cut

กราฟใหมที่ไดนี้เปน curve แสดงประสิทธิภาพแยกตามขนาด (fractional efficiency curve) ของไซโคลนที่ตองการหาประสิทธิภาพ สําหรับคาประสิทธิภาพรวม (overall efficiency) จะหาไดถารูการกระจายขนาดอนุภาค (particle size distribution) ของฝุนที่เขามา โดย η = Σ η1 W2 (1..2) เมื่อ η = ประสิทธิภาพรวม η1 = ประสิทธิภาพในการจับอนุภาคในแตละชวงขนาด (grade หรือ fractional efficiency) W2 = เปอรเซนตโดยน้ําหนักของอนุภาคในแตละชวงขนาด

12

รูปที่ 1.7 ประสิทธิภาพของไซโคลน VS. อัตราสวนขนาดอนุภาค (Lapple, 1951) ข. ทฤษฏีของ Leith & Licht สมการที่ใชคํานวณหา Fractional efficiency ที่ใชมากคือ สมการของ Leith & Licht (1972) ซ่ึงเขียนอยูในรูป η1 = l – exp [-2(Cψ)1/(2n+2)] (1.3) = [P10 d2

10 V1 (n+1)] /18 µ DC (1.4) η1 = fractional efficiency C = Configuration parameter ψ = impaction parameter n = vortex exponent หาไดจาก n = 1 – [(1 – 0.67 DC 0.14 ) (T/283)0.3] T = อุณหภูมิของแกส, °K P10 = ความหนาแนนของอนุภาค, kg/m3 d10 = ขนาดของอนุภาค, m DC = ขนาดเสนผาศูนยกลางของไซโคลน, m V1 = ความเร็วของแกสเขาสูไซโคลน, m/s

13

µ = ความหนืดของแกส, kg/m – s 4.2.7.2 คาความดันลด (Pressure drop) เปนคาที่บอกถึงพลังงานที่ตองใชในการแยกอนุภาคในไซโคลน คาความดันลด (∆P) หาไดจากวิธีของ Shepherd และ Lapple (1939) ดังนี้ ∆ P (cm.wg) = 5.12 P10 V2 NH (1.5) เมื่อ P10 = เปนความหนาแนนของกระแสแกสที่มีอนุภาคอยูดวย, g/cm3 V1 = ความเร็วเขา, m/s NH = จํานวน inlet velocity heads = 16 HC BC DC

2 HC = ความสูงของทอนําเขา BC = เสนผานศูนยกลางของทอออก คา ∆ P ที่ยอมรับไดในการเดินเครื่องไซโคลน มักนอยกวา 20 cm.wg 1.8 การออกแบบไซโคลน การออกแบบไซโคลนประกอบดวยการเลือกโครงแบบ (configuration) แลวหาขนาดของไซโคลน ประสิทธิภาพแยกตามขนาด คาความดันลด และพลังงานที่ตองใช การคํานวณหาคาดังกลาว จําเปนตองทราบอัตราการไหลของแกส สวนประกอบอุณหภูมิและความดันของแกส ปริมาณฝุนในกระแสแกส (grain loading) และลักษณะการกระจายขนาดของฝุน จากการออกแจะทําใหไดคาประสิทธิภาพของการเก็บฝุนรวมปริมาณฝุนที่ปลอยออกจากไซโคลน รวมทั้งขนาดของฝุนดวย เพื่อนําไปใชในการออกแบบเครื่องกําจัดฝุนตอจากไซโคลน

การหาขนาดของไซโคลนทําโดยการเลือก configuration rations และความเร็วของแกสที่ไหลเขา ทําใหหาขนาดและสัดสวนของไซโคลนได ในกรณีที่ตองการใหประสิทธิภาพในการเกบ็ฝุนมีคาสูง

14 ควรใหความเร็วของแกสมีคามากที่สุดที่จะมากได โดยไมทําใหฝุนฟุงระจายอีก Kalen และ Zenz ไดประมาณคา V1 ที่มากที่สุดที่จะเปนได โดยใช Max V1 = 22.6 g µ P10 (BC/DC)1.2 DC 0.201 P10

2 [1 – (BC/DC)] ในที่นี้ใชหนวยเปน ft, lbm และ sec เพราะเปนสมการที่ไดจากผลการทดลอง จากสภาวะการเดินเครื่อง (operating condition) และโครงแบบของไซโคลนที่ใชจะทําใหคํานวณหาคา grade efficiency (η2) และคาประสิทธิภาพรวม (η2) ของไซโคลนจากขนาดของฝุนที่เขาสูไซโคลนได ตลอดจนปริมาณฝุนที่ปลอยออกมา (emission) หากปริมาณฝุนที่ปลอยออกมามีคาเกินกวามาตรฐานที่กําหนด จะตองทําการออกแบบใหม โดยใชคาความเร็วหรือโครงแบบอื่น นอกจากนี้อาจพจิารณาใชไซโคลนหลายตัวมาตอแบบขนาน หรืออนุกรมก็ได 1.9 ผลของตัวแปรตอสมรรถนะของไซโคลน มีแฟคเตอรหลายตัวที่มีผลตอสมรรถนะของไซโคลน ไดแก ลักษณะของไซโคลนและลักษณะสมบัติของแกส และอนุภาค ดังไดสรุปไวในตารางที่ 31.2 ตารางที่ 1.2 การเปลี่ยนแปลงสมรรถนะของไซโคลน

พารามิเตอร ความดันลด ประสิทธิภาพ เพิ่มขนาดของไซโคลน (DC) ลดลง ลดลง เพิ่มความยาวของสวนทรงกระบอก (LC) ลดลงเล็กนอย เพิ่มขึ้น - และสวนโคน (ZC) เพิ่มขนาดของทออากาศออก (DC) ลดลง ลดลง เพิ่มพื้นที่ทออากาศเขา เพิ่มขึ้น ลดลง เพิ่มความเร็ว เพิ่มขึ้น เพิ่มขึ้น เพิ่มอุณหภูมิ ลดลง ลดลง ความเขมขนของฝุนมากขึ้น ยิ่งลดลง เพิ่มขึ้น เพิ่มขนาด และ/หรือ ความหนาแนนขออนุภาค ไมมีผล เพิ่มขึ้น

15

1.10 การใชไซโคลนหลายตัว (Multiple Cyclones) ในบางกรณีที่คาความดันลดของระบบไซโคลนมีคาสูงมาก หรืออัตราการไหลของแกสมีคามาก จําเปนตองใชไซโคลนหลายตัวมาตอกันแบบขนานหรือแบบอนุกรม เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการเก็บอนุภาคที่ความดันลดต่ํา การตอแบบขนาน นิยมใชเพื่อรับปริมาณของแกสไดตามตองการในการตอไซโคลนแบบขนานนี้ ใชไซโคลนที่มีรูปราและขนาดเดียวกันหลาย ๆ ตัว มาตอแบบขนานโดยใหอากาศไหลผานเขาไวโคลนเทาๆ กัน ในกรณีนี้ไซโคลนแตละตัวจะมีขนาด DC เล็กกวา เมื่อใชไซโคลนเพียงตัวเดียว แตคาประสิทธิภาพรวมจะมีคามากกวา ถาใชไซโคลนตัวเล็ก ๆ (axial cyclones) จํานวนมาก มาตอขนานเรียกวา มัลติโคลน (Multiclone) (รูปที่ 3.2.8) ใชในกรณีที่ตองการเพิ่มประสิทธิภาพเมื่ออัตราการไหลสูงมาก แตอาจมีปญหาในการกระจายอากาศใหผานเขาไซโคลน เทา ๆ กัน การตอแบบอนุกรม การใชไซโคลนหลายตัว (ปกติไมเกิน 3) มาตอแบบอนุกรมนี้ อากาศที่ปลอยออกมาจากไซโคลนตัวแรกจะเขาสูไซโคลนตัวที่ 2 และตอ ๆ ไปคาประสิทธิภาพของไซโคลนตัวที่ 2 จะนอยกวาของตัวแรก ดังนั้นอาจออกแบบใหขนาดของไซโคลนตัวถัดมาเล็กลงตามลําดับ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการจับอนุภาคเล็กที่รอดมาจากไซโคลนตัวตน ๆ อนุภาคที่ออกมาจากไซโคลนแตละตัวมีการกระจายของขนาดตางกันในการใชไซโคลนแบบนี้อาจใชสําหรับแยกอนุภาคในแกสออกเปน 2 – 3 ขนาดได นอกจากนี้ยังใชในกรณี ฝุนมีการกระจายขนาดกวาง ดังนั้นใชไซโคลนตัวแรกจับอนุภาคขนาดใหญเสียกอน มิฉะนั้นจะทําใหไซโคลนตัวตอไปซึ่งมีขนาดเล็กและประสิทธิภาพสูงกวาเกิดการอุดตัน หรือฝุนประกอบดวยอนุภาคขนาดเล็ก แตมีการจับตัวกัน มีลักษณะเปราะ และอาจบนงายถาเก็บที่ความเร็วสูง ดังนั้นควรใชโซโคลนตออนุกรมแลวเก็บฝุนที่ความเร็วต่ํา

16

รูปที่ 1.8 มัลติโคลน

17

ตัวอยาง กําหนดขนาดของไซโคลน 72 นิ้ว ความกวางของทอเขา 17 นิ้ว ความเร็วของแกสที่ไหลเขา = 40 fps. อนุภีมี sp.gr. = 1.5 และแกสมีความหนืด 0.0185 cp. ถาใหฝุนที่เขาสูไซโคลนมีการกระจายขนาดดังรูป 3.2.9 จงหาขนาดตัดเฉพาะสมรรถนะของไซโคลน โดยสมมุติใหไซโคลนมี efficiency curve ดังรูป 3.2.10 วิธีทํา 1. หาขนาดตัด โดยใชรูปที่ 3.2.5 ได uncorrected curve [d10]cut = 10.5 m ใชรูปที่ 3.2.6 เพื่อหา Correction factors คือ Inlet width factor = 0.235 = 0.97 0.250 Velocity factor = 50 = 1.12 40 Viscosity factor = 0.0185 = 0.96 0.020 Number of turns factor = 1.0 (Number of turns assumed to be 5) Corrected cut size = (D10 C) (correction factors) = (10.5) (0.97) (1.12) (0.96) (1.0) = 11.0 microns. 2. คํานวณหาประสิทธิภาพของไซโคลน ก. หาเปอรเซนต โดยน้ําหนักของอนุภาคที่ชวงขนาดตาง ๆ จากรูปที่ 3.2.9 (ไดผลในตารางที่ 3.2.3)

18

รูปที่ 1.9 การกระจายขนาดของอนุภาคที่เขาสูไซโคลน รูปที่ 1.10 Cyclone efficiency versus particle size ratio

(Lapple, 1951)

19

ตารางที่ 1.3 เปอรเซนตโดยน้ําหนักที่ขนาดอนุภาคตางๆ

Particle size, microns Range Avg D10

Wt % for size

0 to 2 2 to 4 4 to 6 6 to 8 8 to 10 10 to 12 12 to 15 15 to 20 20 to 30 30 to 40 40 to 50 50 to 60 60 to 70 70 to 80 80 to 90 90 to 100

100+

1 3 5 7 9 11 14 18 25 35 45 55 65 75 85 95

100+

0.01 0.02 0.06 0.11 0.15 0.35 0.90 2.80 3.60 4.50 4.50 5.00 4.00 4.00 5.00 65.00

ข. สําหรับอนุภาคในชวงขนาดตางๆ หาอัตราสวน d10 / [d10] cut และอานคาประสิทธิภาพจากรูปที่ 1.10 (ไดตารางที่ 3.2.4) ค. คํานวณหาประสิทธิภาพรวม โดยใชสมการ (1.2) (ไดตารางที่ 1.5)

20

ตารางที่ 1.4 ประสิทธิภาพของไซโคลนที่ขนาดอนุภาคตางๆ

Particle size, microns Ratio Efficiency Range Avg D10 D10 /D10 C % by wt 0 to 2 2 to 4 4 to 6 6 to 8 8 to 10 10 to 12 12 to 15 15 to 20 20 to 30 30 to 40 40 to 50 50 to 60 60 to 70 70 to 80 80 to 90 90 to 100

100+

1 3 5 7 9 11

13.5 17.5 25 35 45 55 65 75 85 95

100+

0.09 0.27 0.45 0.64 0.82 1.00 1.23 1.59 2.28 3.18 4.1 5.0 5.9 6.8 7.7 8.6 10+

1 7 17 29 40 50 60 72 84 91 95 96 97 98

98.5 99 100

21

ตารางที่1.5 การหาประสิทธิภาพรวม

Particle size, microns Range Avg Dp

Efficiency, % by wt

% By wt x Efficiency

0 to 2 2 to 4 4 to 6 6 to 8 8 to 10 10 to 12 12 to 15 15 to 20 20 to 30 30 to 40 40 to 50 50 to 60 60 to 70 70 to 80 80 to 90 90 to 100

100+ Total Loss Overall Efficiency Loss, % of Feed

1 3 5 7 9 11 14 18 25 35 45 55 65 75 85 95

100+

<1 7 17 29 40 50 60 72 84 91 95 96 97 98

98.5 99 100

0.001 0.003 0.017 0.044 0.075 0.210 0.648 2.35 3.28 4.28 4.32 4.85 3.92 3.94 4.95 65.00 97.89 2.11

97.89

2.11

22

โจทยปญหา 1. Cyclone – Overall Collectgion Efficiency Using Lapple’s Method The particle size distribution of a dust from a cement kiln is provided below: Particle Size (Average size in range) % wt

1 3 5 20

10 15 20 20 30 16 40 10 50 6 60 3 > 60 7 The following information is also know: Gas Viscosity 0.0.2 centipoise (cp) Particle Specific Gravity 2.9 Inlet Gas Velocity to Cyclone 50 ft/sec Effective Number of Turns within Cyclone 5 Cycl,one Diameter 10 ft Cyclone Inlet Width 2.5 ft (a) Deter mine the cut size particle diameter, i.e., diameter of particle collected at 50% efficiency, and estimate the overall collection efficiency using Lapple’s Method. (b) If the same cyclone is used, but the inlet gas velocity is increased to 60 ft/sec and the gas viscosity changes to 0.018 cp due to a temperature decrease (all else remaining the same), find the new cut size particle diameter and determine the new overall collection efficiency using Lapple’s Method

23 2. Cyclone Collection Efficiency

Determine loss and collection efficiency for a cyclone from the following information. (1) Size-efficiency curve (2) Size distribution by weight

Particle size % by wt Micron Less than

10 .1 15 1.0 26 10.0 40 32.0 67 70.0

100 90.0 +100 100.0 (3) Weight of inlet loading – 50 1b/hr.

24

25

26

เอกสารอางอิง Daniclson, J.A., Ed, Air Pollution Engineering Manual, Research Triargle Park, NC, Us. EPA., 1973 Lapple, C.E., Processes Use Many Collection Types, Chem. Eng 58:145-51,1951 Leith, D. and Mehta,D., Cyclone Perfermance and Design, Atmos, Environ 7:527 – 549, 1973 Licht, W., Air Pollution Control Engineering. Basic Calenlations For Paiticulate Collection, Marcel Dekkir, N. Y, 1980 Shepherd, C.B. and Lapple, C.E., Flow Pattern and Pressure Drop In Cyclone Fust Collectors, Ind. Eng. Chem.,31: 972-984, 1939. Cyclone Design Problem The cement dust from a Portland cement kiln is log-normally distributed with an MMD of 12 microns and og = 3.08, having density of 1.5 gm/cm3 . Operating conditions are: Air rate from kiln 159,600 actual ft3per ton feed Dust rate 230 1bm per ton feed Feed rate to kiln 5 tons per hour Air temperature 250°F

Air pressure 1 atm The emission regulation 0.30 1bm dust per ton of feed. Consider whether a cyclone system might be used to meet this emission limitation.