साइक्लोन सेपरेटर का कार्य सिद्धांत (धूल सेपरेटर)

परिचय

साइक्लोनिक पृथक्करण विभिन्न तरल चरणों (विभिन्न तरल घनत्वों) को अलग करने का एक तरीका है, या, गैस धारा से कणों को अलग करना। साइक्लोन सेपरेटर अक्सर गैस या तरल के निर्वहन से पहले एक पूर्व-सफाई चरण का हिस्सा होते हैं। यह लेख गैस साइक्लोन सेपरेटर पर केंद्रित है।

साइक्लोन सेपरेटर

नाम में क्या है?

एक साइक्लोन सेपरेटर के कई बोलचाल के नाम होते हैं। इनमें शामिल हैं ‘धूल सेपरेटर’, ‘धूल कलेक्टर’, ‘धूल एक्सट्रैक्टर’, ‘साइक्लोन एक्सट्रैक्टर’ और ‘साइक्लोन सेपरेटर’। आमतौर पर, छोटे यूनिट्स को ‘धूल’ सेपरेटर या एक्सट्रैक्टर कहा जाता है, जबकि बड़े पैमाने के औद्योगिक सेपरेटर को ‘साइक्लोन सेपरेटर’ कहा जाता है।

गैस साइक्लोन और हाइड्रोसाइक्लोन

साइक्लोन सेपरेटर के दो मुख्य डिज़ाइन होते हैं, ये हैं गैस साइक्लोन और हाइड्रोसाइक्लोन।

गैस साइक्लोन का उपयोग गैस धारा से कणों को हटाने के लिए किया जाता है।

सामान्य गैस साइक्लोन स्थापना

हाइड्रोसाइक्लोन का उपयोग विभिन्न घनत्वों के तरल पदार्थों को अलग करने के लिए किया जाता है।

साइक्लोन सेपरेटर को एकल यूनिट्स के रूप में या बहु-साइक्लोन के रूप में स्थापित किया जा सकता है। इसे श्रृंखला में या समानांतर में भी स्थापित किया जा सकता है।

सेपरेटर को क्षैतिज या ऊर्ध्वाधर अभिविन्यास के साथ स्थापित किया जा सकता है।

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गैस साइक्लोन सेपरेटर

गैस साइक्लोन सेपरेटर को दो मुख्य श्रेणियों में वर्गीकृत किया गया है, रिवर्स-फ्लो और एक्सियल-फ्लो।

रिवर्स फ्लो साइक्लोन सेपरेटर शंक्वाकार होते हैं। गैस सेपरेटर बॉडी के शीर्ष में प्रवेश करती है, नीचे की ओर बहती है, फिर ऊपर की ओर बहती है और निर्वहन होती है।

रिवर्स फ्लो गैस साइक्लोन सेपरेटर

विभिन्न रिवर्स फ्लो साइक्लोन सेपरेटर डिज़ाइन मौजूद हैं। नीचे रिवर्स फ्लो साइक्लोन का एक और प्रकार है।

स्वर्ल जनरेटर के साथ रिवर्स फ्लो साइक्लोन सेपरेटर

एक्सियल फ्लो (उर्फ. सीधे) साइक्लोन सेपरेटर के लिए, गैस एक छोर पर प्रवेश करती है और विपरीत छोर पर निर्वहन होती है। एक्सियल फ्लो सेपरेटर रिवर्स फ्लो सेपरेटर की तुलना में कम सामान्य होते हैं।

एक्सियल फ्लो साइक्लोन

क्षमता

यह लेख रिवर्स फ्लो गैस साइक्लोन सेपरेटर पर केंद्रित होगा क्योंकि इस प्रकार का सेपरेटर आज के समय में सबसे सामान्य उपयोग में है। हम लेख में संग्रह क्षमता, या केवल ‘क्षमता’ शब्द का उल्लेख करेंगे। संग्रह क्षमता -जिसे कैप्चर या रिकवरी दर भी कहा जाता है- एक साइक्लोन की कणों को प्रवाहित गैस धारा से अलग करने की क्षमता का माप है। क्योंकि कणों के आकार भिन्न होते हैं, क्षमता रेटिंग आमतौर पर विभिन्न कण आकारों के लिए दी जाती है।

कट पॉइंट

वॉल्यूमेट्रिक फ्लो रेट और साइक्लोन सेपरेटर की ज्यामिति कट पॉइंट को परिभाषित करती है। कट पॉइंट वह बिंदु है जहाँ कणों को गैस धारा से 50% क्षमता पर हटाया जाता है। यह माप एक उद्योग मानक माप है और आमतौर पर मूल उपकरण निर्माता (OEM) से प्राप्त किया जा सकता है।

घटक और डिज़ाइन

एक रिवर्स फ्लो साइक्लोन सेपरेटर एक औद्योगिक असेंबली है जिसमें कोई चलने वाले हिस्से नहीं होते और एक सरल डिज़ाइन होता है।

साइक्लोन सेपरेटर का मुख्य बेलनाकार भाग बॉडी या बैरल के रूप में जाना जाता है। धीरे-धीरे संकुचित होने वाला शंक्वाकार खंड कोन के रूप में जाना जाता है।

असंसाधित गैस इनलेट के माध्यम से तिरछे प्रवेश करती है जो सेपरेटर के किनारे पर होता है। गैस धारा के भीतर के कण गैस धारा से अलग हो जाते हैं और सेपरेटर के आधार पर रिजेक्ट पोर्ट के माध्यम से निर्वहन होते हैं। साफ की गई गैस सेपरेटर के शीर्ष पर एक्सेप्ट पोर्ट के माध्यम से बाहर निकलती है।

लेबल के साथ साइक्लोन सेपरेटर

साइक्लोन सेपरेटर कैसे काम करते हैं

नीचे दिया गया वीडियो हमारे 

कणों के साथ गैस उच्च वेग पर साइक्लोन के शीर्ष पर तिरछे इनलेट के माध्यम से प्रवेश करती है। गैस साइक्लोन बॉडी/बैरल में एक स्पर्शरेखा पर बहती है और निचले रिजेक्ट पोर्ट की ओर एक गोलाकार नीचे की ओर सर्पिल में बहना शुरू करती है; इस नीचे की ओर बहने वाले सर्पिल को सर्पिल भंवर कहा जाता है।

स्पर्शरेखा रेखा (लाल में दिखाया गया)

कोन का व्यास धीरे-धीरे घटता है जिससे गैस का वेग बढ़ता है। बाहरी भंवर सेपरेटर बॉडी के केंद्र के करीब एक अतिरिक्त आंतरिक भंवर बनाता है और यह आंतरिक भंवर स्वीकृति पोर्ट की ओर ऊपर की ओर सर्पिल रूप में बहता है।

आंतरिक (नीला) और बाहरी (काला) भंवर

अधिक जड़ता वाले कण साइक्लोन की दीवार से टकराएंगे जबकि कम जड़ता वाले कण गैस धारा में बने रहेंगे। जड़ता को एक कण की क्षमता के रूप में सोचा जा सकता है जो बाहरी बलों के लागू होने पर भी सीधी रेखा में यात्रा करना जारी रखता है। जब कोई बाहरी बल लागू होता है -जैसे साइक्लोनिक भंवर द्वारा- कम जड़ता वाले कण सीधी रेखा में यात्रा करना जारी नहीं रखेंगे, वे इसके बजाय गैस धारा द्वारा बहाए जाने पर सर्पिल रूप में यात्रा करेंगे।

कम जड़ता वाले गैस कण

अधिक जड़ता वाले कण भंवर से कम प्रभावित होंगे और सीधी रेखा में यात्रा करना जारी रखेंगे। यह सीधी रेखा प्रक्षेपवक्र उच्च जड़ता वाले कणों को गैस धारा से बाहर ले जाता है और साइक्लोन सेपरेटर बॉडी से टकराता है। ये कण फिर साइक्लोन सेपरेटर के आधार पर गिरते हैं और रिजेक्ट पोर्ट से बाहर निकलते हैं। इस तरह, एक निश्चित आकार के कणों को गैस धारा से अलग किया जा सकता है।

उच्च जड़ता वाले गैस कण

इस प्रक्रिया के बारे में सोचने का एक और तरीका यह है कि उच्च घनत्व वाले कण साइक्लोन बॉडी से टकराते हैं जबकि कम घनत्व वाले कण गैस धारा में बने रहते हैं। हालांकि यह पूरी तरह से सच नहीं है क्योंकि कण का घनत्व और आकार दोनों ही इसे गैस धारा से अलग करने की क्षमता को प्रभावित करेंगे।

रिजेक्ट पोर्ट के माध्यम से निर्वासित कणों को आमतौर पर पुनर्नवीनीकरण (ऑफ या ऑन साइट) या निपटान किया जाता है।

भौतिकी नोट

यह एक सामान्य गलत धारणा है कि केंद्रीय बल वह बल है जो कणों को गैस धारा से अलग करता है, लेकिन यह केंद्रीय बल है जो कणों को सेपरेटर बॉडी से टकराने का कारण बनता है।

नीचे दिया गया समीकरण केंद्रीय बल की गणना के लिए उपयोग किया जाता है जो वायु वेग (v), कण आकार (m) और साइक्लोन दीवार से रेडियल दूरी (r) पर आधारित होता है।

F =(mv²)/r

जहां: v = वायु वेग

m = कण आकार

r = रेडियल दूरी

सेपरेटर के भीतर उत्पन्न केंद्रीय बल बड़े व्यास वाले निम्न दबाव ड्रॉप सेपरेटर के लिए गुरुत्वाकर्षण के पांच गुना से लेकर बहुत छोटे व्यास वाले उच्च दबाव ड्रॉप सेपरेटर के लिए 2,500 गुना गुरुत्वाकर्षण तक हो सकते हैं।

क्षमता को प्रभावित करने वाले कारक

कई कारक हैं जो साइक्लोन सेपरेटर की क्षमता को प्रभावित कर सकते हैं। इनमें शामिल हैं कण घनत्व, कण आकार, वॉल्यूमेट्रिक फ्लो रेट, दबाव ड्रॉप, कोन की लंबाई, बॉडी की लंबाई, एक्सेप्ट पोर्ट से बॉडी व्यास का अनुपात, और यहां तक कि साइक्लोन की आंतरिक सतहों की चिकनाई। अब हम अधिक महत्वपूर्ण डिज़ाइन पहलुओं पर विस्तार से चर्चा करेंगे।

कण घनत्व एक साइक्लोन की क्षमता को प्रभावित करने वाले सबसे निर्णायक कारकों में से एक है जो कणों को हटाने की क्षमता को प्रभावित करता है। घने कण जैसे कि फेरस ऑक्साइड को 99% या अधिक क्षमता के साथ अलग किया जा सकता है, चाहे कण का आकार कुछ भी हो। जब कण घनत्व घटता है, तो क्षमता घटती है (मान लेते हैं कि कोई अन्य प्रणाली परिवर्तन नहीं होते हैं)।

कण आकार एक बड़ा डिज़ाइन विचार है जो एक सेपरेटर की क्षमता को प्रभावित करता है। बड़े कणों को छोटे कणों की तुलना में अधिक आसानी से अलग किया जा सकता है। पांच माइक्रोन से छोटे कणों को बहुत छोटे सेपरेटर का उपयोग किए बिना अलग करना मुश्किल होता है। 200 माइक्रोन से अधिक के कणों को अक्सर अन्य साधनों जैसे कि गुरुत्वाकर्षण-सेटलिंग चैंबर का उपयोग करके अलग किया जा सकता है। कण आकार में कमी से क्षमता में समान कमी होगी।

एक सेपरेटर की ज्यामिति इकाई की क्षमता को बहुत प्रभावित करती है। एक बड़े व्यास वाला साइक्लोन सेपरेटर छोटे व्यास वाले सेपरेटर की तुलना में कणों को उतनी कुशलता से अलग नहीं कर पाएगा। सेपरेटर की क्षमता कोन के व्यास के घटने के साथ बढ़ती है। इस प्रकार, कोन के व्यास को घटाने से अधिक सूक्ष्म कणों को हटाने की अनुमति मिलती है। एक छोटे व्यास वाला कोन गैस धारा से बहुत सूक्ष्म कणों को निकाल देगा जबकि एक बड़े व्यास वाला कोन नहीं करेगा।

सभी साइक्लोन सेपरेटर का एक संबंधित दबाव ड्रॉप होता है। दबाव ड्रॉप को गैस को सेपरेटर के माध्यम से स्थानांतरित करने के लिए आवश्यक ऊर्जा की मात्रा के रूप में सोचा जा सकता है, वैकल्पिक रूप से, इसे सिस्टम फ्लो में साइक्लोन सेपरेटर द्वारा जोड़े गए प्रतिरोध की मात्रा के रूप में सोचा जा सकता है। दबाव ड्रॉप गैस फ्लो रेट, गैस घनत्व और साइक्लोन ज्यामिति का उत्पाद है। दबाव ड्रॉप को इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है:

DR = Ra इनलेट - Ra आउटलेट

जहां:

DR = साइक्लोन दबाव ड्रॉप

Ra = पूर्ण दबाव

एक सेपरेटर की क्षमता को बढ़ाने का एक और तरीका एक्सेप्ट पोर्ट के व्यास को घटाना है। यह सेपरेटर बॉडी से एक्सेप्ट पोर्ट व्यास अनुपात को बदलता है और इसका प्रभाव केवल सूक्ष्म कणों को एक्सेप्ट पोर्ट के माध्यम से सेपरेटर से बाहर निकलने की अनुमति देता है।

बड़ा या छोटा सेपरेटर?

छोटे साइक्लोन सेपरेटर की क्षमता रेटिंग अधिक होती है, लेकिन संबंधित दबाव ड्रॉप उच्च होता है और वॉल्यूमेट्रिक फ्लो रेट कम होता है। छोटे सेपरेटर के माध्यम से गैस का वेग भी बहुत अधिक होता है और यदि गैस धारा में अपघर्षक कण होते हैं तो यह उच्च स्तर के क्षरण की ओर ले जाएगा।

बड़े साइक्लोन सेपरेटर की क्षमता रेटिंग कम होती है, लेकिन संबंधित दबाव ड्रॉप कम होता है और वॉल्यूमेट्रिक फ्लो रेट उच्च होता है। एक बड़े व्यास वाला सेपरेटर गैस धारा से सूक्ष्म कणों को हटाने के लिए उपयुक्त नहीं है।

फायदे और नुकसान

साइक्लोन सेपरेटर के साथ कई फायदे जुड़े होते हैं, इनमें से कुछ शामिल हैं:

• खरीदने के लिए सस्ता।
• कम रखरखाव।
• उच्च तापमान के लिए उपयुक्त।
• तरल धुंध के लिए उपयुक्त।
• बहुत अधिक स्थान की आवश्यकता नहीं होती।

साइक्लोन सेपरेटर के साथ कुछ नुकसान जुड़े होते हैं, लेकिन यदि सही सेपरेटर को सही अनुप्रयोग के लिए चुना जाता है तो इन नुकसानों की गंभीरता को कम किया जा सकता है। नुकसान में शामिल हो सकते हैं:

• दबाव ड्रॉप के साथ जुड़े परिचालन लागत में वृद्धि (मान लेते हैं कि दबाव ड्रॉप बड़ा है)।
• छोटे/सूक्ष्म कणों को संभालने में अक्षम।
• ‘चिपचिपे’ पदार्थों के लिए उपयुक्त नहीं।

सामग्री चयन

किसी विशिष्ट अनुप्रयोग के लिए सेपरेटर का चयन करते समय सामग्री चयन एक बहुत महत्वपूर्ण विचार होता है। कुछ प्रक्रिया प्रणालियों में अपघर्षक या संक्षारक प्रवाहित माध्यम हो सकते हैं, इसलिए साइक्लोन की आंतरिक सतहों पर एक सुरक्षा परत जोड़ना आवश्यक होता है।

अपघर्षक प्रणालियों के भीतर सेपरेटर की सुरक्षा के लिए उपयुक्त सामग्री में सिरेमिक या किसी प्रकार की एनामेल शामिल हो सकती है। संक्षारक प्रणालियों के भीतर काम करने वाले सेपरेटर में साइक्लोन धातु बॉडी के नीचे की सुरक्षा के लिए किसी प्रकार की एनामेल या पॉली-आधारित सामग्री कोटिंग हो सकती है।

अनुप्रयोग

साइक्लोन सेपरेटर का उपयोग कई अनुप्रयोगों में किया जाता है क्योंकि उनकी कम लागत, सरल डिज़ाइन और उच्च क्षमता होती है। साइक्लोन सेपरेटर को बैग या फिल्टर की आवश्यकता नहीं होती और केवल कम रखरखाव की आवश्यकता होती है।

गंदे फिल्टर

एक सामान्य अनुप्रयोग में एक आरा मिल शामिल होगी। आरा मिलें बहुत अधिक धूल उत्पन्न करती हैं जिसे मिल से निकाला जाना चाहिए। धूल को मुख्य निष्कर्षण प्रणाली में एक पंखे द्वारा उत्पन्न नकारात्मक दबाव द्वारा खींचा जाता है -आमतौर पर एक केंद्रीय पंखा-। धूल से भरी हवा फिर एक साइक्लोन सेपरेटर के माध्यम से गुजरती है जहां अधिकांश लकड़ी की धूल को हवा की धारा से अलग किया जाता है; साफ हवा को सीधे परिवेशी हवा में निर्वासित किया जाता है जबकि लकड़ी की धूल को पुनर्नवीनीकरण या निपटान किया जाता है।

साइक्लोन सेपरेटर लकड़ी मिल सेटअप

एक और सामान्य अनुप्रयोग घरेलू वैक्यूम क्लीनर है। एक इलेक्ट्रिक मोटर एक पंखे को चलाती है जो हवा और कणों को वैक्यूम क्लीनर बॉडी में खींचती है। रखरखाव के लिए कुछ हिस्से होते हैं और वैक्यूम का अतिरिक्त लाभ होता है कि इसमें कोई बैग नहीं होते जिन्हें बदलने की आवश्यकता होती है। जेम्स डायसन ने खुद को एक अरबपति बना लिया जब उन्होंने पहली साइक्लोन सेपरेटर वैक्यूम क्लीनर का आविष्कार किया, जब उन्होंने एक लकड़ी मिल में काम कर रहे साइक्लोन को देखा।

साइक्लोन सेपरेटर वैक्यूम क्लीनर

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https://en.wikipedia.org/wiki/Cyclonic_separation

https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/cyclone-separator