Siklon ayırıcılarda çıkış boru çapı ve akış hızlarının siklon performansına etkisinin deneysel olarak incelenmesi
Experimental study of the effect of output pipe diameter and flow speeds on clone performance in cylon separations
Yazar: AYŞEGÜL BALİKCİ
Danışman: DOÇ. DR. TARKAN KOCA
İnönü Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Mühendislik Bilimleri Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Açık anahtar = Public key ; Teğetsel girişli siklonlar = Tangential inlet cyclones

Özet:
Siklon ayırıcılar, katı parçacıklar içeren bir gaz akımı ile vorteksler oluşturarak akıştaki katı parçacıkları gazdan ayırma işleminde kullanılan sabit parçalı cihazlardır. Genellikle siklonlar endüstriyel alanlarda demir-çelik, çimento, inşaat gibi tesislerde kullanılmaktadır. Bu çalışmada, yüksek verimli Stairmand modeline göre tasarlanan siklonda, siklon performansını etkileyen basınç düşüşü ve toz tutma verimini incelemek için üç farklı daldırma boru çapı, dört farklı debi ve iki farklı numune kullanılmıştır. İmal edilen siklon ayırıcıya sırasıyla 88.9 mm, 114.3 mm ve 139.7 mm olan dalma boru çapı yerleştirilerek deneyler yapılmıştır. Biyokütle ve kömür numuneleri kullanılarak sırasıyla her bir dalma boru çapında dört farklı debide (450 m³/h, 374,85 m³/h, 299,7 m³/h ve 255 m³/h) basınç düşümü ve toz tutma verimliliği hesabı yapılmıştır. Siklon ayırıcılarda performansı en fazla etkileyen parametreler toz toplama verimi ve basınç düşüşüdür. Toz tutma verimliliği, siklona giren tozun ağırlığının, deney sonunda toz toplama haznesinde biriken tozun ağırlığına oranı olarak hesaplanmaktadır. Siklonun giriş ve çıkış kısımlarında termokupl ile sıcaklık ölçümü ve dijital basınç ölçüm cihazı ile basınç ölçümü yapılmıştır. Solidworks Flow Simulation programında akış analizi yapılarak deneysel çalışma ile kıyaslaması yapılmıştır. Biyokütle ve kömür numuneleri için beş farklı elekten geçen partiküller için analizler yapılmış ve Mastersizer 3000 modelli cihazda partikül analizi yapılarak fraksiyonel verimleri incelenmiştir. Buna bağlı olarak SolidWorks programında yapılan akış analizi ve deneysel çalışmaya göre dalma boru çapı arttıkça basınç düşüşü azalmıştır. Kömür numunesinde toz tutma verimliliğinde en iyi sonuç 374,85 m³/h debi ve 114,3 mm dalma boru çapı ile elde edilmiştir. Biyokütle örneğinde en iyi toz tutma verimi 374,85 m³/h debide 88,9 mm dalma boru çapı ile elde edilmiştir. Biyokütle ve kömür numunesi arasında karşılaştırma yapıldığında kömür numunesinin toz tutma verimliliğinin daha iyi olduğu gözlenmiştir.

Abstract:
Cyclone separators are fixed-part devices used in the process of separating solid particles from the gas in the stream by creating vortices with a gas stream containing solid particles. Cyclones are used in industrial areas such as iron and steel, cement, construction. In this study, three different immersion pipe diameters, four different flow rates and two different samples were used to study the pressure loss and dust retention efficiency affecting the cyclone performance in the cyclone designed according to the high-efficiency Stairmand model. Experiments were carried out by placing a subduction pipe diameter of 88.9 mm, 114.3 mm and 139.7 mm respectively in the manufactured cyclone separator. Using biomass and coal samples, pressure drop, and dust retention efficiency were calculated at four different flow rates (450 m³/h, 374.85 m³/h, 299.7 m³/h and 255 m³/h) in diameter of each plunge pipe, respectively. The parameters that most affect performance in cyclone separators are dust collection efficiency and pressure loss. The dust retention efficiency is calculated as the ratio of the weight of the dust entering the cyclone to the weight of the dust accumulated in the dust collection chamber at the end of the experiment. At the inlet and outlet parts of the cyclone, temperature measurement was carried out with a thermocouple and pressure measurement was carried out with a digital pressure measuring device. In Solidworks Flow Simulation, flow analysis was performed and compared with experimental work. For biomass and coal samples, analyzes were made for particles passing through five different screens and fractional efficiencies were examined by particle analysis in the Mastersizer 3000 model device. Accordingly, according to the flow analysis and experimental work done in the SolidWorks program, the pressure drop decreased as the plunge pipe diameter increased. The best result in dust retention efficiency in coal sample was achieved with a flow rate of 374.85 m³/h and a plunge pipe diameter of 114.3 mm. In the biomass sample, the best dust holding efficiency was achieved with a plunge pipe diameter of 88.9 mm at a flow rate of 374.85 m³/h.  When comparing between biomass and coal sample, it was observed that the dust retention efficiency of the coal sample was better.