Parikül maddelerin kontrolü
advertisement
ÇEV 427 HAVA KİRLİLİĞİ KONTROLÜ PARTİKÜL MADDE KONTROLÜ (BACA GAZI ARITIMI) Atmosferik partiküller • Katı ve sıvı faz maddeler • Büyük partiküller kısa sürede çökelerek atmosferden uzaklaşırken, küçük partiküller atmosferde daha uzun süreler kalır. • Partiküller boyutlarına, kütlelerine, yoğunluklarına, morfolojileri (biçimleri) ve kimyasal bileşimlerine göre farklılık gösterirler. • Partiküller doğrudan kaynaklardan (doğal ya da antropojenik olarak) salınabildiği gibi (birincil partiküller), gaz fazı bileşenleri de içeren kimyasal tepkimeler sonucu atmosferde de oluşabilirler (ikincil partiküller) Partiküllerin önemi • Sağlık etkiler • Görünürlükte azalma • İklim etkileri • Çökelen partiküllerin topraktaki etkileşimler sonucu oluşturduğu olumsuz etkiler Partikül madde boyutu • Aerodinamik çap: Birim yoğunluğa sahip (1g/cm3) ve standart hızla çökelen bir parçacık. • Yani, söz konusu bir parçacık, 1g/cm3 yoğunluğa sahip ve 10 mikrometre boyutlu bir parçacıkla aynı aerodinamik özelliklere sahipse (örneğin aynı hızla çökeliyorsa), bu parçacığın aerodinamik çapı da 10 mikrometredir. Partiküllerin şekilleri Kül parçacıkları Partikül maddelerin hepsi küresel geometriye sahip değildir! Cam parçacıkları Asbest parçacıkları Küresel bir geometriye sahip olmayan partiküllerin çapı; eşit hacme sahip bir kürenin çapına eşdeğerdir. Çap = (6*Hacim/p)1/3 Partikül maddelerin kontrolü Partikül maddelerin kontrolü • Farklı parçacık boyutu – farklı giderim yöntemi Partikül madde boyutu Uçucu kül Kum 20-2000 m < 10 m Pulverize kömür 3-400 m Boya pigmentleri <10m PM’lerin oluşma prosesleri • Mekanik prosesler <10 µm boyutunda parçacıklar oluşturamazlar. • 0,1 - 10 µm boyut aralığındaki PM’ler yanma, buharlaşma ve yoğuşma gibi prosesler sonucu oluşurlar. Yanma Uçucu kül 0,01-1 m Yağ, katran gibi 2 mm genişlikte • Yanma işlemi sonucu ince partiküller oluşur. • Yanma işlemi sonucu açığa çıkan kül, yanmayan (tutuşmayan) maddeler içerir (silikon oksitler, kalsiyum, alüminyum, diğer mineraller gibi) • Kül parçacıkları 0,02 µm - 10 µm boyut aralığındadır. • İnce partiküllerin büyük bir kısmı gazların yoğunlaşması sonucu oluşur. • Yoğuşma sonucu oluşan daha küçük parçacıklar daha uçucu maddeler içerir (P, Mg, Na, K, Cl, Zn, Cr, As, Co, Sb) • Daha büyük parçacıklar ise, buharlaşmayan, gaz formda olmayan mineral vb. maddelerden oluşur. İnce partiküller fiziksel olarak temas ettiğinde birbirlerine; • van der Waals bağ kuvvetleri ve • Elektrostatik kuvvetlerle yapışırlar. • Bu kuvvetler partiküllerin yüzey alanları ile doğru orantılıdır. Birincil ve ikincil partikül maddeler • Birincil partikül maddeler, direkt olarak kaynaklarından ortama verilirler. • İkincil partiküller ise, azot ve kükürt oksitler, hidrokarbonlar, ozon gibi gazların atmosferdeki reaksiyonları sonucu oluşurlar. • Tüm birincil partiküller kontrol altına alınsa bile, halen ikincil partiküller ortamda bulunabilir. Partikül madde kontrolünün temeli • Kaba partiküller için yer çekimi veya eylemsizlik (durgunluk) etkileri, elektrostatik veya van der Waals kuvvetlerinden daha etkilidir. • Partikül madde kontrolünün temeli: Biraraya getirerek daha büyük parçacıklar oluşturmak ve böylece çökebilir hale gelerek daha kolay toplanmalarını sağlamak. (çöktürme odası, siklon, elektrostatik çöktürücü, filtre gibi ortamlarda partikül maddelerin birbirleri ile temas ederek bir araya gelmelerini sağlamak) VEYA ıslak yıkayıcılar kullanılarak su damlacıkları ile temas etmelerini sağlamak ÇÖKELME HIZI VE SÜRÜKLEME KUVVETLERİ • Nihai çökelme hızı (Terminal settling velocity), partiküllerin atmosfer veya su ortamı boyunca çökeldiği hız • Kaba kum parçacıkları(10000µm çap) için parçacıklar çok havadaki çökelme hızı 6 m/s Toz hızlı çöker! • Boya pigmenti (1 µm çap) çökelme hızı= Havada askıda halde bulunan 0,00006 m/s katılar AEROSOL • Viskozite bir akışkanın harekete (akmaya) karşı gösterdiği iç direnci temsil eder. • Akan bir akışkanın bir cisim üzerine akış yönünde uyguladığı kuvvete sürükleme (direnç) kuvveti denir. Bir akışkan içerisindeki parçacığa etki eden kuvvetler STOKES’ KANUNU Sürükleme Kaldırma kuvveti kuvveti F yerçekimi F kaldırma p p ma part ( ) D 3 g fluid ( ) D 3 g Fd 6 6 Partikül maddeye Sürükleme kuvveti etkiyen toplam kuvvet Cisim dengede olduğunda; İvme=0, V=sabit p 3 Fd p( ) D 3 g ( part fluid ) Fd ( )6D g ( part fluid ) 6 Fd 3pmDV Yerçekimi kuvveti part part fluid ) fluid ) 2 V VgD gD ( ( 18m 18m µ=akışkanın viskozite katsayısı ρ= yoğunluk g= yerçekimi ivmesi D=partikül maddenin çapı V=nihai çökelme hızı 2 Stokes’law Nihai çökelme hızı • Partikül maddenin, aşağı yönde hareketine bağlı olarak sahip olduğu sabit hız. • Bu hareket, yer çekimi kuvveti, kaldırma ve sürükleme kuvvetlerinden daha etkili olduğunda gerçekleşir. Fkaldırma + Fsürükleme = Fyerçekimi Örnek 8.1 Stocks Kanununda yapılan kabuller • Akışkan sürekli • Akış laminer • Çok büyük veya çok küçük parçacıklar için bu kabuller geçerli değildir Humphrey Bogart by Karsh (Library and Archives Canada).jpg Stokes’ Kanunu için çok büyük parçacıklar: • Partikül madde etrafındaki akışkan akışı türbülanslı kabul edilir p DV fluid m Sürükleme katsayısı Cd Fd (p ) D 2 fluid (V 2 / 2) 4 * Rp < 0,3 olan parçacıklar için Stokes Kanunu geçerli •0,3Rp 1000 olduğunda; Örnek 8.2 24 Cd (1 0.140p.7 ) p 50 µm’nin üzerinde boyuta sahip partikül maddeler için Stokes’ Kanunu çok hatalı çökelme hızlarının hesaplanmasına neden olur. Bu durumda; 1) Sürükleme katsayısına dayalı eşitlikler kullanılmalı ya da 2) Yandaki grafik kullanılabilir Stokes’ Kanunu için çok küçük parçacıklar: • • • • Stokes’ kanununa göre, partikül maddenin içerisinde hareket halinde olduğu akışkanın sürekli bir ortam olduğu kabul edilir. Gazlar, sıvılar veya katılar atom veya moleküllerden oluşurlar ve sürekli değildirler. Eğer, partikül madde gaz molekülleri arasındaki boşluklardan daha büyükse sürekli bir akışkan ortamındaymış gibi hareket eder. Eğer, partikül madde çok küçük ise, akış şekli ve yolu değişir ve sürekli olmaz. Fd stokes Fd 1 A / D Cunningham düzeltme faktörü A= deneysel olarak belirlenen bir sabit = ortalama serbest yol (sürekli gerçekleşen çarpışmalar arasında bir gaz molekülünün kat ettiği ortalama mesafe) Fd-stokes= Stokes kanununa göre hesaplanan sürükleme kuvveti Stokes Durma Mesafesi Bir parçacığın, viskoz sürtünme etkisine bağlı olarak durdurulmadan önce kat ettiği mesafeyi tanımlar. X Stokes stopping V0 D 2 partC 18m C: Cunningham düzeltme faktörü Aerodinamik Partikül Çapı V0 D partC 2 X Stokes stopping 18m Aerodynamic particle diameter Da D( partC )1 / 2 aerodinamik: hava ve gazların hareketini ve bu hareketin cisimler üzerindeki etkisini inceleyen alan. Havada herhangi bir başlangıç hızı için aynı değere sahip olan iki parçacık, aynı stoke durma mesafesine sahip olacaktır. BU PARÇACIKLAR KONTROL ÜNİTELERİNDE BENZER HAREKETLERDE BULUNACAKLARDIR. BU PARÇACIKLARIN AERODİNAMİK HAREKETİ AYNI OLACAKTIR. BİRİNCİL PARTİKÜLLERİN KONTROLÜ • Atmosferdeki ince partiküllerin çoğu ikincil partiküllerdir. • Birçok birincil partikül birçok ikincil partikülden daha toksik özelliktedir (Pb, asbest, eser elementler gibi). • Birincil partiküller ikincil partiküllerden daha büyük olmasına rağmen, solunabilecek kadar küçük boyutlara sahiptir. Partikül maddelerin kontrolü 6 mekanizma • Yer çekimi ile ayırma • Santrifüj kuvveti ile ayırma • Eylemsizlik ile ayırma • Çarpma • Difüzyon • Elektrostatik etkiler Partikül maddelerin kontrolü • Duvar etkisiyle toplama düzenekleri *Ağırlık (yer çekimi) ile çöktürme *Santrifüjlü ayırıcılar (siklonlar) *Elektrostatik çöktürücüler • Ayırma ile toplama düzenekleri *Yüzey filtreleri *Derin filtreler *Yıkayıcılar (yaş tutucular) Duvar etkisiyle toplama düzenekleri Partikül maddelerin katı * Ağırlık (yer çekimi) ile çöktürme * Santrifüjlü ayırıcılar (siklonlar) * Elektrostatik çöktürücüler bir yüzeye (duvar) doğru hareketi sağlanır. Burada partikül maddeler birbirine yapışarak daha büyük parçacıkları oluştururlar ve sonrasında toplanırlar. da Ağırlık (yer çekimi) ile çöktürme (Gravity settler) • Kontamine olmuş gaz yavaş bir şekilde odanın içerisinden geçer ve böylece yerçekimi etkisine bağlı olarak dibe çökmesi için zaman tanınmış olur • Eski ve basit bir tasarım • İnşa edilmesi kolay • Düzenli bir şekilde manuel olarak temizlenmesi gerekir • Tamir/onarım gerektirir çok az • Ergitme veya metalürji sanayi gibi çok kirli gazların oluştuğu proseslerde kullanılabilir Ağırlık (yer çekimi) ile çöktürme 1) Blok akış modeli (Block flow-plug flow model): tam karışmamış akış 2) Tam karışmış model (mixed model): Tam karışmış bir akış Ağırlık (yer çekimi) ile çöktürme 1) Blok akış modeli (Block flow-plug flow) model: tam karışmamış akış Kabuller: -Yatay gaz hızı = Vavg = Q/ (W*H) ve değişmemektedir (oda içerisinde her yerde aynı) -Partiküllerin sahip olduğu hızın yatay bileşeni= Vavg -Hızın dikey bileşeni, nihai çökelme hızına (Vt) eşittir -Zemine çöken parçacıklar, odanın zemininde kalır ve yeniden hareket etmez Blok akış modeli: t L Vavg L vertical settling dis tan ce tVt Vt Vavg Dikey çökelme mesafesi Fraction captured Toplama verimi L g D part 2 Tüm parçacıkların aynı boyuta sahip olduğu ve oda içerisinde birbirleri ile etkileşimde bulunmadığı kabul edilir H Vavg 18m L Vt H Vavg Toplama verimiPartikül çapı arasındaki ilişki Tam karışmış model: Tam karışmış bir akış Yatay hız = Vavg = Q/ (W*H) mixed 1 exp( block flow ) Örnek 9.1. L g D 2 part H Vavg 18m •10 µ gibi küçük parçacık boyutlarında her iki model eşit verimi sağlarken, parçacık boyutu arttıkça verim değerleri değişmektedir. Özellikle iyi karışmış akış modelinde yüksek verim sağlanabilmesi için parçacık boyutunun çok büyük olması gerekir (>100 µ) •Düşük giderim verimlerine sahiptir. Genel olarak büyük boyutlu partikül giderimi için daha uygundur. Bu nedenle, genellikle birincil giderim (ön arıtım) ünitesi olarak kullanılır. >100 µ boyutlu partiküllerin toplanmasında daha etkilidir ve çok daha küçük boyutlu parçacıklar için toplama verimi düşüktür. Parçacıkların santrifüj ile kontrolü (SİKLONLAR) • Yerçekiminden çok daha etkili bir kuvvet (santrifüj kuvveti) ile parçacıklar toplama ortamına yönlendirilir • Çapı 20 μm’den küçük olan parçacıklar için yer çekimi kuvveti, makul sağlayamaz. bir Ancak sürede bu etkin kuvvet, bir çökelme parçacıkları bir siklondan geçirerek arttırılabilir (yaklaşık 100 kat). • Siklonlar ucuz, güvenilir ve kullanımı kolay olmaları nedeniyle sıklıkla düzenekleridir. kullanılan atık gaz temizleme SİKLONLAR Dönme ekseni Vc, yörünge boyunca sahip olduğu hız r Vt, nihai çökelme hızı (yerçekimine bağlı) Vc r mVc2 Santrifüjkuvveti m 2 r r 2 2 Vt V, santrifüj kuvvetine bağlı sahip olduğu hız Vc D part 18m r Tipik bir siklon tasarımı p N Vc D 2 part 9Wi m Blok akış Wi: giriş genişliği N: gazın spiral dönme sayısı Vc: ortalama gaz giriş hızı ρpart: partikül yoğunluğu μ: gazın dinamik viskozitesi mixed 1 exp( block flow ) Örnek 9.4 Kesme çapı (D50 , Dcut) • Giderim veriminin 0,50 (%50) olduğu parçacık boyutu. • Partikül toplayıcı bir düzenekte, yakalanan parçacıkların boyutunun bir göstergesidir. Kesme çapı (D50 , Dcut) D50 , Dcut =0.5 için; p N Vc D 2 part 9Wi m D50 bulmak için; Dkesme D50 ( 9 Wi m )1 2 p N Vc part D50 calculation 9 Wi m Dkesme D50 ( 2 p N Vc part 1/ 2 ) Buna göre, giriş hızını çok yüksek tutmak ya da giriş genişliğini çok küçültmek, daha küçük boyutlu parçacıkların tutulmasını sağlayabilir ancak bu durumda basınç düşüşü de çok fazla olacağından işletmeye uygun olmayan şartlar oluşur Örnek 9.5 Örnek hesaplama Aşağıdaki özelliklere sahip bir siklon için kesme çapını hesaplayın • Giriş genişliği = 25 cm • Giriş hızı = 30 m/s • Dönüş sayısı = 5 Pek çok durumda ρ and μ için kullanabileceğiniz tipik değerler • ρ: 2000 kg/m3 • μ: 1.8 x 10-5 kg/m.s Elektrostatik çöktürücüler (ESÇ) • Çöktürme odaları ve siklonlar < 5 µ çapındaki parçacıkların yüksek verimle giderimi için uygun değildir. • Bu durumda ESP’lerin kullanımı daha uygundur. Elektrostatik çöktürücüler (ESÇ) ESÇ, parçacıkları 3 aşamalı bir işlemle çöktürür: • (1) parçacıkları yüklü hale getirme, • (2) parçacıkların gaz akımından ayırmak için elektrik alan oluşturma, • (3) toplanan parçacıkları uzaklaştırma. Elektrostatik çöktürücü • Tel elektrotlardaki yüksek voltaj korona deşarjı denen süreç ile gaz moleküllerini iyonlaştırır. Bu iyonlar partiküllerin de eksi yüklenmesine neden olur. Bu parçacıklar artı yüklü levhalara doğru hareket eder. ESÇ ESÇ q= partikül üzerindeki elektrik yükü q 3p ( 2 ) 0 D E 0 2 : Partikül maddenin (birimsiz, 4-8 arası) dielektrik sabiti 0: Boyutsuz, fiziksel elektrik sabiti (permittivity of free space) (8,85x10-12 C/V*m) Volt: Voltaj, Potansiyel farkı, gerilim birimi D: partikül çapı Kapasitans, sığa:bir cismin elektrik yükü depo etme E0: yükleme esnasındaki elektrik alan yeteneği C=q/V gücü ÖRNEK 9.9: 1 µ çapındaki partikül maddenin dielektrik sabiti ( ) 6’dır ve bir ESÇ içerisinde denge yüküne ulaştığında ortamın elektrik alan gücü (E0 ) 300 kV/m’dir. Partikül maddenin sahip olduğu elektrik yükü sayısı (q) nedir? ESÇ q 3p ( 2 F q E p 3p ( e2 D 0 E ( 2 Vt ) 0 D E 0 2 m ) 0 D 2 E0 E p q= partikül üzerindeki elektrik yükü : Partikül maddenin dielektrik sabiti (birimsiz, 4-8 arası) 0: boyutsuz, fiziksel elektrik sabiti (permittivity of free space) (8.85x10-12 C/V*m) D: partikül çapı E0: yükleme esnasındaki elektrik alan gücü ) 2 w F: elektrostatik kuvvet Ep: Elektrostatik kuvvete neden olan lokal (anlık) elektrik alan gücü E= ortalama elektrik alan gücü Bir elektrik yükünün başka bir elektrik yükü üzerinde yarattığı çekme veya itme kuvveti etkisine elektrik alanı denir w:sürüklenme hızı (çöktürme odaları ve siklonlarda kullanılan nihai çökelme hızı (Vt) ile eşdeğerdir D 0 E ( 2 Vt m ) 2 w ÖRNEK 9.10 Sürüklenme hızı partikül çapıyla doğru orantılıdır. Sürüklenme hızı E2 ile doğru orantılıdır. E’deki artış, kıvılcım sayısını artırır ve bu durum da kek oluşumuna zarar verir. Kıvılcım oluşması, plakadaki partikül keklerine zarar veren enerjik olaylardandır Dakikada 50-100 kıvılcım oluşması idealdir. Aynı parçacık için sürüklenme hızı, siklon ayırıcıda sahip olduğu nihai çökelme hızından 5 kat daha fazladır. ESÇ’lerin toplama verimi daha yüksektir. Parçacıklar, ESÇ’lerde diğerlerine nazaran daha fazla zaman geçirirler. Diğer yandan, ESÇ’lerde gaz hızları 3-5 ft/s’dir (1-2 m/s) ve gazın ESÇ’de geçirdiği süre 3-10 saniyedir. ESÇ’lerde verim Plaka alanı= L*h wA Q Blok akış Gazın hacimsel akışı=H*h*Vavg wA İyi karışmış akış 1 exp Q ESÇ Siklon Partikül çapı, m Partikül çapı, m 0.1 0.12 0.1 0.0000232 0.5 0.48 3 0.189 1 0.73 5 0.44 3 0.98 10 0.902 5 0.998 15 0.995 ÖRNEK 9.11 Kömür kullanan termik santrallerdeki ESP’ler için verim grafiği Farklı kükürt içeriğine sahip kömürler için elde edilen farklı çizgiler, farklı sürüklenme hızları ile bağlantılıdır. Bu farklılık, kükürtün uçucu kül direnci üzerindeki dolaylı etkisi ile ilişkilidir. RESISTIVITY (direnç) : elektrik iletmeye karşı gösterilen direnç A/Q ESÇ’ler, orta dirençli katılarda daha verimli çalışır Direnci <107 ohm.cm olan parçacıkların toplanmasında kullanılmaz. • Düşük dirençli katılarda; Elektrik iletkenliği iyi kek oluşumu söz konusu. • Kekteki voltaj değişimi (gerilim) düşük. • Parçacıkları plaka yüzeyinde tutacak yeterli elektrostatik kuvvet oluşamaz • Duvara yapışmaz ve toplama verimi düşer. Direnç çok düşük olduğunda iyileştirmeye yönelik çok fazla bir şey yapılamaz Direnç çok yüksek olduğunda (elektrik iletkenliği yok) • Sıcaklık değiştirilebilir • İletkenliği artırmak için asit veya baz eklenebilir • Yükleme ve toplama fonksiyonlarını Direnç düşük, elektrik iletkenliği yüksek, verim düşük ayırmak Direnç yüksek, elektrik iletkenliği yok, verim düşük Direnç orta seviyede, elektrik iletkenliği orta seviyede (yeterli elektrostatik kuvvet oluşumuna neden olacak şekilde voltaj değişimi söz konusu kekte) Ayırma ile toplama düzenekleri • Filtreler ve yıkayıcılar YÜZEY FİLTRELERİ DERİN FİLTRELER Yüzey filtreler tüm partikülleri filtrenin yüzeyinde toplarken, derin filtreler partikülleri filtre derinliği boyunca toplar. Filtre türleri • Yüzey filtreler: Çelik, kumaş, filtre kağıdı, tel kafes gibi farklı malzemelerden yapılır. «kek oluşumu» prensibi ile çalışır. Temizledikten sonra tekrar kullanılabilir. • Derin filtreler: Keçe malzemesinden yapılır. Malzemenin gözenekli yapısında partiküller tutulur. Yüksek toplama verimine sahiptir ancak tekrar kullanılamazlar. Yüzey filtreler Derin filtreler Filtre malzemesi aşağıdaki parametrelere dayalı olarak seçilir: • • • • Filtre toplayıcı türü Maliyet İşletim sıcaklığı Partikül maddenin ve taşıyıcı gazın fiziksel/kimyasal özellikleri (aşınırlık, yanabilirlik) Yüzey filtreler • Partikül boyutundan daha küçük gözenek çapına sahip filtre malzemesinde parçacıklar toplanır. • Filtre malzemesi üzerinde kek oluşumu gerçekleşir ve oluşan kekik kendisi de filtre görevi görür. • Gaz akış hızları çok düşüktür (örneğin siklonlarla karşılaştırıldığında; siklonda 60 ft/sn iken, filtrelerde birkaç ft/sn dir) Yüzey filtreler Δx kek Filtre keki ve filtre ortamı boyunca akışa karşı dirençler oluşur ve bu da basınç düşüşüne neden olur. P1 P3 Q Vs A m (x / k ) cake ( x / k ) fm Basınç düşüşü Filtre ortamı alanı k: geçirgenlik, filtre ortamının bir özelliği x/k=kek direnci (x/k)filtre= zamandan bağımsız bir sabit olarak kabul edilir = V mW V m ( P1 P3 )t A 2k A 2 V: temizlenen gaz hacmi W: temizlenen gaz hacmi başına oluşan kek hacmi Uygulamalarda filtre ortamı direnci= =kek direnciyle karşılaştırıldığında ihmal edilebilir. Bu nedenle bu kısım çıkarılır. Basınç düşüşünü engellemek için üfleyiciler kullanılabilir! Partikül kütlesi m Kek kalınlığı= A m/A = c*Vs*ƞ*t süre Giriş gazı Filtre yüzeyine partikül yükü- gelen ortalama derişim gaz hızı Sallama/boşaltma Torba filtreler • En etkin partikül kontrol yöntemleri arasındadır. • Çok küçük parçacıkların tutulmasında etkindir (0.5 μ’a kadar parçacıklarda %99’a varan verime sahiptir). • Nem çeken maddeler için uygun değildir. Torba filtreler Torba filtrelerin temel tasarım parametreleri: • Temizleme mekanizması • Boyut • Basınç düşüşü • Bez • Torba ömrü ÖRNEK 9.16 Q/A = Vs = HAVA/BEZ ORANI (AIR TO CLOTH RATIO) = YÜZEY HIZI Başlangıç derişimi=0,8 g/m3 1,7*10-1 Çıkış derişimi, giriş derişiminin ≈ % 20’si Çıkış derişimi, giriş derişiminin ≈% 0,1’i ≈%99,9 verim Farklı hava/bez oranları veya yüzey hızları=Vs 6*10-4 Vs’deki artış, toplama verimini düşürmektedir! Birim filtre alanı başına toplanan partikül miktarı Oluşan kek de filtre görevi gördüğü için, belli bir kek kalınlığına kadar kek kalınlığı arttıkça toplama verimi de artar! Kek toplama yöntemi • • • • Filtre torba üniteden çıkarılır Sallanır/silkelenir Ters yönde düşük hızlı akış uygulanır Temizleme işlemi esnasında sistem kapalı tutulur • 1 adet büyük filtre torba veya daha küçük daha çok sayıda torbalar kullanılabilir Derin filtreler • Kek oluşumu yok • Tüm filtre ortamı boyunca partikül maddeler toplanır Derin filtreler Gaz akışı içerisindeki parçacıklar, filtre ortamındaki fiber parçacıklarına (her biri PM hareketi için engel/bariyer teşkil eder) doğru hareket eder. PM’lerin, fiber parçacığına tutunması elektrostatik veya van der Waals kuvvetleri etkisi ile gerçekleşir. PM’ler, ya fiber parçacıklarına tutunur, ya da etrafından gaz akışı ile süpürülerek yoluna devam eder. Sıkışma (farklı fiber parçaları arasında sıkışma gerçekleşebilir) Durdurma/yolunu kesme (gaz akışı sırasında parçacıklar fiber parçalarına çarparak yüzeyinde tutunurlar) > 1 um çaplı parçacıkların giderimi Db Difüzyon (parçacıkların fiber yüzeyine doğru difüzyon hareketi) 0.001 - 1 um arası parçacıkların giderimi • http://www.porex.de/by_function/by_functi on_filtration/air_filtration.cfm#javascript; • http://www.porex.de/flash/airFiltrationOVw.htm Fiber parçacığının tutma verimi Ayırma sayısı D V Ns 18mDb 2 V: gaz akış hızı :PM yoğunluğu D: PM çapı Db: Bariyer/fiber parçacık çapı ÖRNEK 9.18 TOPLAM VERİM = (HER BİR FİBER PARÇACIĞIN TUTMA VERİMİ) * (FİLTRE ORTAMINDAKİ TOPLAM FİBER YÜZDESİ) ÖRNEK 9.19 DERİN FİLTRELER • Genellikle, çok küçük partikül içeren sıvı damlacıkları (aerosol) için kullanılır (sülfürik asit tesislerindeki sülfürik asit mistleri için) • Partikül giderimi: Endüstrideki temiz odalar, laboratuvarlar, hastaneler vb. • Tek kullanımlık filtrelerdir, temizlenemezler Yıkayıcılar (yaş tutucular) • Çok küçük boyuta sahip parçacıkları sıvı damlacıkları üzerinde toplayarak ayıran sistemlerdir. • Küçük parçacıklar, temas halinde bulunduğu sıvı damlacıklarına yapışırlar/tutunurlar Yıkayıcılar (yaş tutucular) Çalışma prensibi; parçacıkların sıvı damlacıkları ile çarpışması sonucu enerji kaybetmesi ve çökelmesi şeklindedir. Kirli gaz Gaz-sıvı birleştiricisi Gaz-sıvı karışımı) Gaz-sıvı ayırıcısı Temiz gaz (siklon) (yıkayıcı) Kirli sıvı Temiz sıvı Sıvı-katı ayırıcı (çöktürme odası) Temiz sıvıyı sisteme geri döndüren pompa Toplanan katı Kompleks bir yıkayıcı sisteminin kısımları •Sıvı-katı ayrımı, her zaman gaz-katı ayrımından daha kolay olduğundan, sıvıyı geri kazanarak tekrar kullanmak olanaklıdır 1.5 t QL t c c0 exp DdA Co: başlangıç PM derişimi QL: sıvı akış hızı (debisi) Dd: sıvı damlacığı çapı t: toplama verimi (su damlacığı için) A= yatay kesit alanı t’yi bulmak için, Ns ve Fig 9.18 (fiber parçacığı tutma verimi) kullanılabilir. Giderilen PM miktarı; sıvı akış hızı, sıvı damlacık çapı ve Ns değerine bağlıdır. ÖRNEK 9.22 Yıkayıcıların verimini artırmak için; D V Ns 18mDb 2 t Crossflow, counterflow and co-flow scrubbers Gaz akışı ile sıvı akış yönünün birbirine dik olduğu yıkayıcılar t QL C ln 1.5 z C0 Dd Q g Eşitliğe göre; damlacık boyutunun daha küçük olduğu (parçacık boyutu arttığı zaman yerçekimi etkisiyle çok daha hızlı çökecektir) ve yıkayıcı yüksekliğinin daha fazla olduğu durumda (sıvı damlacıklarının alığı yol uzunluğu artacak) yıkayıcı verimi artacaktır. Gaz akışı ile sıvı akış yönünün birbirine dik olduğu yıkayıcılar • Ancak, z artarsa ve Dd azalırsa, bu sefer de çok küçük parçacıkların dikey çökelme hızları çok düşük olacağı için, yüksek akıştaki gaz akışı ile yıkayıcı içerisinden sürüklenip uzaklaştırılacaktır. • Böylece, PM’ler de giderilemeyecektir. kirli gaz ile taşınacak • Bu nedenle, bu tip yıkayıcılar çok yaygın değildir. ve Gaz ve sıvı akışının birbirine paralel ancak ters yönde olduğu yıkayıcılar t QL Vt C ln 1.5 z C0 Dd Qg (Vt Vg ) Vt: sıvı damlacığının bağıl (etrafını saran gaza göre) çökelme hızı Vg: gazın yukarı doğru hareket hızı Gaz ve sıvı akışının birbirine paralel ancak ters yönde olduğu yıkayıcılar Gaz ve sıvı akışının aynı yönde olduğu yıkayıcılar Yıkayıcının sonuna sıvıgaz ayırıcısı yerleştirilir. • Gaz ve sıvı, yıkayıcının sol tarafından girer ve sağ tarafından sistemi terk eder. • Sıvı girişi ise, gaz girişinin sağından ve belli bir açıyla gerçekleşir. • Böylece, sıvı ve gaz teması sağlanmış olur. Venturi yıkayıcılar, yüksek toplama verimi ve düşük maliyetle PM toplama sistemi Siklon yıkayıcı Hangi durumda hangi partikül giderim yöntemi SİKLONLAR: • PM kaba ise (> 5 µ) • Konsantrasyon yüksek (L>2.3 g/m3) ise • Sınıflandırma gerekiyorsa • Çok yüksek verim gerekmiyorsa (Örn: Toprak ürünleri (seramik) tesisleri) Hangi durumda hangi partikül giderim yöntemi ISLAK TUTUCULAR • Çok ince PM yüksek verimle tutulmak isteniyorsa • Soğutma isteniyorsa • Nem sorun değilse • Gazlar yanıcı ise • PM ile birlikte gazlar da tutulacak ve uzaklaştırılacak ise (Örn: Atık gazındaSOx içeren termik santral benzeri tesisler) Hangi durumda hangi partikül giderim yöntemi TORBA FİLTRELER • Çok yüksek verim isteniyorsa • Gaz çiğlenme (yoğuşma) noktasının üstündeyse • Hacim (arıtılacak gaz hacmi) çok büyük değilse • Sıcaklık çok yüksek değilse • Atık gaz filtre malzemesine zarar verecek türde değilse (Örn: Alçı üretimi) Hangi durumda hangi partikül giderim yöntemi ELEKTROSTATİK ÇÖKTÜRÜCÜLER • Çok ince PM (< 5u) çok yüksek verimle tutulacaksa • Gaz hacmi ve akışı çok yüksekse • Değerli madde toplanacaksa (Örn: Çimento üretimi) Örnek Sorular 1) Aşağıda yer alan veriler için; α=5*107/m Q/A=0.02 m/s ∆x=0.13 mm ρkek=1000kg/m3 k=0.71x10-13 m2 ∆P=69kgf/m2, 1 kgf=9.81 N a) Filtre malzemesine ve toplanan partikül maddelere bağlı olarak oluşan basınç düşüş oranını hesaplayınız. b) İki basınç düşüşünün birbirine eşit olduğu zamanda filtrede ne kadar katı olduğunu (katı miktarını) bulunuz. c) Temizlenen gaz akışı içerisinde 0,01 kg/m3 partikül madde derişimi olduğunu ve filtre içerisinden geçen gaz hızının 0,02 m/s olduğunu kabul ederek, (b) maddesinde belirtilen noktaya ulaşmanın ne kadar zaman alacağını hesaplayınız(tamamen temiz bir filtre ile başlandığını varsayarak) 2) a) 750 MW gücünde, 1,5 milyon ft/3/dak baca gazı debisine sahip termik santral için kaç ft uzunluğunda yüzey filtresi gerekli olduğunu hesaplayınız. b) Filtre alanı silindirik torba şeklindeyse ve 40 ft uzunluğunda ve 1 ft çapında ise, kaç adet filtre gerekli olduğunu bulunuz. Örnek soru (Warner) • Bir ıslak yıkayıcıda, yukarı doğru akış hızı, 500 μm boyutlu su damlacıklarının nihai çökelme hızlarının % 50’sine eşittir. a) Partikül maddeler 10 μm çapında ve 2 g/cm3 yoğunluğa sahip ise, tek bir su damlacığının toplama verimini bulunuz. Parçacıkların gaz akış hızı ile aynı hızda hareket ettiklerini ve su damlacıklarının da yer çekimi etkisine bağlı olarak gaz akışına ters yönde düştüklerini varsayınız. (Havanın dinamik viskozitesi: 1.85 x 10-4 kg/m.s. Havanın yoğunluğu: 1.2 kg/m3. Parçacıkların dinamik viskozitesi: 1.8 x 10-5 kg/m.s) • b) QL=4 gallon/dak, QG=1000 ft/dak, Z=3 m. Islak yıkayıcının toplam verimini hesaplayınız.
