مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

مطالعه تجربی و عددی غبارگیر با کانال های مارپیچی در جداسازی پودر سیاه خطوط انتقال گاز

نویسندگان
1 دانشجوی کارشناسی ارشد، مهندسی شیمی، دانشگاه علم و - صنعت ایران، تهران
2 دانشیار، مهندسی شیمی، دانشگاه علم و - صنعت ایران، تهران
3 استاد، مهندسی شیمی، دانشگاه علم - و صنعت ایران، تهران
چکیده
در این مقاله جداسازی ذرات پودر سیاه از جریان هوا با استفاده از یک جداساز چندکاناله مارپیچی به صورت آزمایشگاهی مطالعه شده است و با استفاده از شبیه سازی دینامیک سیالات محاسباتی، راندمان و افت فشار دستگاه در شرایط عملیاتی مختلف مورد بررسی قرارگرفته است. ذرات پودر سیاه از نمونه پودرهای ایستگاه تقویت فشار ساوه تهیه شده است که میانگین اندازه ذرات آن پس از انجام آزمون DLS و پردازش تصاویر SEM ، μm ۰.۳۲۷ مشخص گردید. شبیهسازی CFD جداساز چندکاناله مارپیچی برای جریان هوا پودرسیاه با نرمافزار فلوئنت انجام شده است. برای شبیهسازی اغتشاشات، از مدل اغتشاشی RNG k-ε که هم از لحاظ دقت و هم از لحاظ سرعت مناسب است، استفاده شده است. اختلاف بین نتایج آزمایشگاهی و شبیهسازی برای بازده و پارامتر افت فشار به ترتیب ۱۶ درصد و ۷.۱۵ درصد مشخص گردید. برای بررسی تأثیر شرایط عملیاتی، سیستم در دبیهای حجمی ورودی و کسرهای جرمی جامد ورودی مختلف مورد مطالعه قرار گرفت و نتایج نشان داد که این سیستم برای جداسازی ذرات پودر سیاه مذکور، راندمانی بالای ۸۰ درصد دارد و با افزایش دبی حجمی ورودی به میزان ۴۰ درصد، راندمان جداسازی دستگاه به میزان ۱۰ درصد افزایش مییابد. در صورتی که با افزایش ۵ برابری کسر جرمی مواد جامد راندمان تنها ۳ درصد افزایش دارد. همچنین، با افزایش دبی حجمی هوای ورودی از ۸۰ به ۱۴۰ متر مکعب بر ساعت، افت فشار جداساز حدود ۵۰ درصد افزایش داشته است.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Experimental and numerical study of spiral-channels dust separator for separation of black powder of gas pipeline

نویسندگان English

F. Asaadi 1
M. Eyvazi 1
M. Shirvani 2
S.H. Hashemabadi 3
1 Department of Chemical Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran
2 Department of Chemical Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran
3 Department of Chemical Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran
چکیده English

In this paper, the separation black powder from air flow experimentally have been studied by spiral-channels dust separator and the efficiency and pressure drop of spiral-channels dust separator has been investigated by CFD simulations in different operating conditions. Powder particles have been tested from a sample of powders of Saveh Strengthening Station, whose average particle size has been determined by DLS and SEM images processing, 0.327 micrometers. CFD simulation of spiral-channels dust separator has been done with FLUENT software. The RNG k-ε turbulent model as an optimal turbulence model has been used. The difference between the experimental and the simulation results was revealed around 16% and 7.15% for efficiency and pressure drop parameters respectively. To illustrating the effect of operating condition, the various flow rate and solids mass fraction were investigated and results showed that maximum efficiency is the highest input volumetric flow rate. Also, the results showed that this system has the efficiency of more than 80% for separating Black Powder particles and with increasing 40% of the volumetric flow rate, the separation efficiency increased up to 10%. If, by increasing the mass fraction of solids by 5 times, the efficiency increased only by 3%. The pressure drop of the separator increased up to about 50% with increasing the volumetric flow rate from 80 to 140 m3/hr.

کلیدواژه‌ها English

Black powder
Multi-channel spiral separator
Separation efficiency
Pressure drop
[1] M. Azadi, A. Mohebbi, F. Scala. S. Soltaninejad, Experimental study of filtration system performance of natural gas in urban transmission and distribution network: A case study on the city of Kerman, Iran, Fuel, Vol. 90, No. 3, pp. 1166-1171,2011.
[2] W. P. Martignoni, S. Bernardo, C. L. Quintani, Evaluation of cyclone geometry and its influence on performance parameters by computational fluid dynamics (CFD), Brazilian Journal of Chemical Engineering, Vol. 24, No. 1, pp. 83-94,2007.
[3] T. G. Chuah, J. Gimbun, T. S. Y. Choong, A CFD study of the effect of cone dimensions on sampling aerocyclones performance and hydrodynamics, Powder Technology., Vol. 162, No. 2, pp. 126-132,2006.
[4] K. Elsayed , C. Lacor, The effect of cyclone vortex finder dimensions on the flow pattern and performance using LES, Computers & Fluids, Vol. 71, pp. 224-239,2013.
[5] S. Sadighi, M. Shirvani, M. Esmaeli, R. Farzami, Improving the removal efficiency of cyclones by recycle stream, Chemical Engineering & Technology, Vol. 29, No. 10, pp. 1242-1246,2006.
[6] J. Jiao, Y. Zheng, J. Wang, G. Sun, Experimental and numerical investigations of a dynamic cyclone with a rotary impeller; Chemical Engineering and Processing: Process Intensification, Vol. 47, No. 9-10. pp. 1861-1866,2008.
[7] A. Ghaserni, M. Shams, M. M. Heyhat, Modeling gas liquid cylindrica cyclone separator and optimizing effective geometry parameters, Modare Mechanical Engineering, Vol. 15, No. 4, pp. 67-75, 2015. (in Persian,)
[8] Y. Zhang, C. Guo, H. Hou, G. Xue, Experimental research and numerical simulation on gas-liquid separation performance at high gas void fraction of helically coiled tube separator, International Journal of Chemical Engineering, Vol. 2014,2014.
[9] K. Wu, G. F. Liu, J. Weng, Numerical simulation and experimental study on pressure drop of radial jet cyclone, Separation and Purification Technology, Vol. 166, pp. 9-15,2016.
[10] A. J. Hoekstra, J .J. Derksen, H. E. A. Van Den Akker, An experimental and numerical study of turbulent swirling flow in gas cyclones, Chemical Engineering Science, Vol. 54, pp. 2055-65,1999.
[11] F. Mueller. Sub-micron viscous impingement particle collection and hydraulic removal system Google Patents, 2011. [12] N. A. Tsochatzidis, Study addresses black powder's effects on metering equipment, Oil and Gas Journal, Vol. 106, No. 12, pp. 56-61,2008.
[13] M. Behrang, M. Shirvani, S. H. Hashemabadi, CFD simulation of pressure drop and separation efficiency of a Helical-Channel-Contracting-Flow (HCCF) Gas-Solid separator, The 9th International Chemical Engineering Congress & Exhibition (IChEC), Shiraz, Iran, 2016.