Stairmand tipi yüksek verimli siklon geometrisindeki modifikasyonların partikül tutma verimi ve basınç kaybına etkisi

Özellikle tozlu üretim prosesleri sonucunda oluşan partiküler madde yüklü atık gazların, atmosfere salınmadan önce bu kirletici yükünden arındırılmaları gerekmektedir. Bu amaçla kullanılan sistemlerden biri siklonlardır. Atık gazdan partiküler maddelerin giderilmesi konusunda gerek tek başına etkin olabilen, gerekse bir ön arıtım sistemi olarak kullanılabilen siklonlarda, düşük işletme maliyetleri ile yüksek partikül tutma verimleri elde etmek önemlidir. Diğer bir ifadeyle olabildiğince düşük basınç kaybı ve yüksek partikül giderimi, siklonlarda başlıca aranan kriterdir. Çalışma kapsamında 'Stairmand yüksek verimli siklon' tasarımı baz alınarak giriş yapısı, gövde uzunluğu, konik yükseklik ve çıkış yapısı ölçüleri çeşitlendirilmiş ve bu geometrik değişimlerin temiz basınç kaybı ve partikül tutma verimi üzerindeki etkileri 6 farklı debide araştırılmıştır. Bu amaçla fan, yakşlaşım kanalı, toz dozaj pompası ve siklonların rahatlıkla kurulup sökülebileceği bir askı düzeneğinden oluşan özel tasarım deney düzeneği hazırlanmıştır. Kullanılan ekipmanın boyutlarına göre dar giriş yapısı (a=0,4D ve b=0,2D), en kısa gövde (hb=D), en kısa koni (hc=2D) ve en dar ve uzun çıkış yapısı (De=0,4D ve S=0,7D) ile oluşturulan siklonda en yüksek debide elde edilen temiz basınç kaybı 2050 Pa düzeyindedir. Geniş giriş yapısı (a=0,5D ve b=0,2D), en uzun gövde (hb=2D), en uzun koni (hc=3D) ve en geniş ve kısa çıkış yapısı (De=0,6D ve S=0,5D) ile oluşturulan siklonda ise en yüksek debide elde edilen temiz basınç kaybı 310 Pa civarındadır. Stairmand tipi yüksek verimli siklonda ise oluşan basınç kaybı 765 Pa seviyesindedir. Yalnızca çıkış borusu çapındaki değişimler dikkate alındığında, 0,4D, 0,5D ve 0,6D genişliğindeki çaplar için basınç kayıpları sırasıyla; 1500 Pa, 765 Pa ve 370 Pa şeklinde oluşmaktadır. Mevcut yapı elemanları içerisinde basınç kaybına en çok etki eden parametrenin çıkış borusu çapı; en az etki eden parametrenin ise çıkış borusu uzunluğu olduğu anlaşılmaktadır. Çalışmada baz tasarımın üzerinde farklı çıkış yapısı tasarımları kullanılarak oluşturulan siklonlarda, partiküler madde tutma verimi incelenmiştir. Bu amaçla laboratuvar ortamında oluşturulan atık gazda, kirletici madde olarak 0,6 kg/L yoğunluğa sahip buğday unu kullanılmıştır. Çıkış borusu uzunluğundaki artışların partikül tutma verimine olumlu yansıdığı görülmüştür. Çıkış borusu çapındaki daralmalar tutma verimini düşürürken, genişlemeler ise uzunluğun da artışıyla verimi olumlu etki etmektedir. Ancak bu olumlu etki genişlemenin ve uzunluk artışının miktarına bağlıdır çünkü bir noktadan sonra azalan basınç kaybı tutma verimini de düşürmektedir. Bu sebeple partiküler madde özellikleri çalışmadaki gibi olan bir atık gazın arıtımında kullanılacak Stairmand tipi yüksek verimli siklonun çıkış yapısının, çap/uzunluk oranı bakımından revize edilebileceği sonucuna varılmıştır. Çalışma kapsamında ayrıca Stairmand tipi yüksek verimli siklonlarda gövde ve koni uzunluğundaki değişimler, CFD (computational fluid dynamics) analizleri ile de incelenmiştir. Sonuçlara göre CFD metodunun, siklonlarda basınç kayıplarının modellenmesinde başarılı olduğu görülmüştür. Anahtar Kelimeler: Partiküler madde, siklon, basınç kaybı, tutma verimi, CFD