Gaz Kaynaklı Kirleticileri Gideren En Önemli 6 Cihaz

Bu makale, gaz kaynaklı kirleticileri gidermek için ilk altı cihaza ışık tutmaktadır. Cihazlar şunlardır: 1. Yerçekimi Yerleşimci 2. Atalet Ayırıcı 3. Santrifüj Ayırıcı 4. Filtreler 5. Elektrostatik Yağlayıcı ve 6. Scrubbers.

Cihaz # 1. Yerçekimi Yerleşimcisi:

Bir toz yüklü gaz akımı bir hazneden akarken, toz parçacıkları dikey yönde aşağıdaki kuvvetleri tecrübe eder:

(i) Aşağıya doğru hareket eden bir çekim kuvveti,

(ii) yukarı doğru hareket eden bir kaldırma kuvveti ve

(iii) Parçacıkların hareket yönünün tersi yönde bir sürükleme kuvveti.

Sonuç olarak, parçacıklar, sabit durum şartı altında terminal hızı Ur olarak adlandırılan net bir aşağı doğru hıza ulaşır. Parçacıklar ayrıca yatay yönde bir hıza sahiptir; bu, taşıyıcı gazınkiyle aynı olacaktır (gaz-parçacık arayüzünde kayma olmadığı varsayılır).

Haznede tutulan toz parçacıkları, taşıyıcı gaz akışından ayrılır ve gerisi taşınır. Böyle bir odaya yerçekimi yerleşimcisi denir.

Bir yerçekimi çökeltici içerisindeki bir gaz akımından toz alma derecesi aşağıdaki faktörlere bağlıdır:

(i) Haznedeki gaz hızı,

(ii) Parçacık büyüklüğü dağılımı,

(iii) Parçacıkların uç hızları, ki bu da parçacık büyüklüğüne, parçacık yoğunluğuna, gaz (taşıyıcı) hızına ve gaz yoğunluğuna bağlıdır.

(iv) Oda uzunluğu ve

(v) Oda yüksekliği.

Yerçekimi yerleşimcileri iki türdendir:

(i) Tek oda (içinde herhangi bir tepsi olmadan) ve

(2) Çoklu tepsi odası (aynı zamanda Howard yerleşimci olarak da bilinir).

Şekil 4.2'de yerçekimi yerleşim yerlerinin çizimleri gösterilmektedir.

Yapım bakımından tek oda en ucuzudur. Tutulan toz partikülleri, partiküllerin zaman zaman uzaklaştırıldığı tabandaki bir hazne / haznelerde toplanır. Çok tepsili bir oda daha pahalı olacak ve tepsiler arasında tek biçimli bir açıklığa sahip birkaç eğimli tepsiye sahip olacaktır. Tepsilere, uygun bir mekanik cihaz bulunur, böylece tepsiler üzerinde biriken toz tabakaları, akış işleminde herhangi bir kesinti olmadan giderilebilir.

Yerleştiriciler, gaz sıcaklığına, aşındırıcı ortama ve parçacıkların aşınmasına dayanabilecek herhangi bir metalden yapılabilir. Giriş gazı ile ilgili olarak basınç ve sıcaklık sınırlamaları yoktur. Etkili gazın çiğlenme noktasının altında soğumasını ve bunun sonucunda buhar yoğunlaşmasını önlemek için bir yerleşimcinin yalıtılması gerekebilir.

Tek odalı bir çökeltici parçacıklar içinde 40'tan büyük olan (verimli bir şekilde alınabilirken, uygun şekilde tasarlanmış bir çok-tepsi haznesi, 10 pm kadar küçük parçacıkları çıkarabilir.) Bir yerçekimi düzenleyicisinin en büyük avantajlarından biri, düşük basınçlı düşmesidir.

Genel basınç düşüşü, aşağıdakilerden dolayı basınç düşüşleri eklenerek hesaplanabilir:

(i) Giriş genişlemesi,

(ii) Odanın kendisinde sürtünme kaybı ve

(iii) Kasılmadan çıkın.

Yerçekimi Yerleşimci Tasarım Yaklaşımı:

Bir yerçekimi düzenleyicisini tasarlamak için, tutarlı birimler halinde aşağıdaki bilgiler gereklidir:

1. Volumetrik gaz akış hızı,

2. Toz partikül büyüklüğü ve kütle dağılım analizi (dpi vs. m dpi ),

3. Ortalama parçacık yoğunluğu, P p,

4. Gaz Yoğunluğu ve viskozitesi, Pg, p g, ve

5. Hedef parçacık boyutunun istenen temizleme etkinliği (ᶯ dpi ).

Daha önce dpi çapına sahip bir parçacığın üzerinde etki eden kuvvetlerin (zaten listelenen) bir sonucu olarak Ut, dpi bir terminal hızına ulaştığı belirtilmişti. U t ifadesi . dpj olmak için çalışıyor

Normalde bir yerçekiminde çökeltici madde içinde uzaklaştırmakla ilgilenecek olan parçacıklar, çok iyi olmayacaktı, bu nedenle, bu gibi parçacıkların Upi, dpi, Denklem kullanılarak hesaplanabilir. (4.7), varsayılarak elde edilir

ve aynısını Eşd. (4.2)

Burada, tasarım amacıyla, taneciklerin bir çökelme odasına girdikten hemen sonra kendi terminal hızlarına ulaşacağı varsayılmalıdır.

Bir yerçekimi yerleşimcisinin büyüklüğüne aşağıdaki adımlardan ulaşılabilir:

Adım I:

Eşitleri kullanarak u , dpi değerini tüm parçacık boyutları için değerlendirin. (4.2) ila (4.6) veya Denk. (4.7) dp'ye bağlı olarak.

II. Adım:

Önerilen çökeltici üzerinden uygun bir doğrusal gaz hızı U seçiniz. Genel bir kural olarak U, 0, 3-3 m / s arasında değişmektedir. Genellikle 0, 3 ila 0, 6 m / s olarak alınır.

III. Adım:

Yerleşimci uzunluğu L'ye karar verin. Yerleştiricinin montajı için uygun alana veya yerleşimci boyunca izin verilen basınç düşüşünü karşılamaya veya her ikisini de tatmin etmeye karar verilir.

Adım IV:

Odada kalma süresini değerlendirin, τ

τ = L / U

Adım V:

Yerleşimci yüksekliğini H tahmin edin. H tahmini için kullanılacak olan denklemler / ilişkiler, önerilen yerleşimcinin tek odalı bir yerleşimci mi yoksa çok tepsili bir yerleşimci mi olduğuna ve yerleşimci içindeki akışın laminer mi yoksa türbülanslı mı olduğuna bağlıdır.

VI. Adım:

Bölmenin W genişliği, W = Q / HU ilişkisi kullanılarak, hacimsel debinin dengelenmesiyle elde edilen,

buradaki Q = taşıyıcı gazın hacimsel akış hızı.

(A) Bir Tek Odalı Yerleşim Yeri, Laminer Akış Durumu:

Yerleşme yüksekliği (H), ilişki kullanılarak, hedef parçacık boyutunun (dpi) istenen temizleme etkinliğine dayanarak tahmin edilir.

Dpi dışında boyutlara sahip parçacıklar için, çıkarma etkinliği ilişki kullanılarak hesaplanır.

Şimdiye kadar elde edilen bilgileri kullanarak, yerleşimcinin genel etkinliği, ilişkinin yardımı ile tahmin edilir.

Η dp'nin maksimum değeri 1.0 olabilir.

Η'ın hesaplanan değerinin, yerleşimcinin Eqs'nin istenen performansını karşılamaması durumunda. (4.8) ila (4.10), istenen performans kriteri yerine getirilinceye kadar yeni (varsayılan) dpi veya yeni (varsayılan) η dpj veya yeni bir dpi ve η dpi grubu kullanılarak tekrar çalışılmalıdır .

(B) Tek Odacılı Yerleşim Yeri, Türbülanslı Akış Durumu:

Yerleşim yüksekliği H, hedef parçacık büyüklüğü dpi'ye dayanarak hesaplanır ve ilişki kullanılarak bir ayırma etkinliği olduğu varsayılır η dpi = 1 = 1

,

Dp pi dpi çapına sahip diğer parçacıkların her biri için, ddp çökme yüksekliği Eq kullanılarak hesaplanmaktadır. (4.12).

Daha sonra, dp <dpi'ye sahip farklı partikül boyutlarının her birinin çıkarma verimleri Denklem kullanılarak hesaplanır. (4.13)

Dp> dpi'ye sahip parçacıkların ayırma verimliliği 1.0 olarak alınmıştır. Tüm parçacıkların toplam uzaklaştırma verimi, Denklem kullanılarak nihayet değerlendirilir. (4.10).

Denklem bazında hesaplanan genel performans durumunda. (4.10) Denklemlerde istenen performans ile uyuşmuyor. (4.10), (4.11), (4.12) ve (4.13), istenen performans sağlanana kadar farklı bir hedef parçacık boyutu dpi seçilerek yeniden işlenir.

(C) Çok Kasetli Yerleşimci Tasarımı :

Çok tepsili bir çökeltici durumunda, iki ardışık tepsi Hr arasındaki mesafe önemlidir. Genellikle 30 cm civarındadır. Bir odadaki tepsi sayısı, N, ilişki kullanılarak tahmin edilir,

N = (H / H, t ). (4.14)

Yeniden Düzenleme Denk. (4.14) oda yüksekliği olarak ifade edilebilir.

H, H ve N değerlerinin tahmininde önceden seçileceği açıktır.

H t sabitlendikten sonra, çok kasetli bir çöktürücünün genel performansı, uygun Denklemler kullanılarak tahmin edilmelidir. (4.2) ila (4.13), akışın laminer veya türbülanslı olmasına bağlı olarak. W tahmini için kullanılacak ilişki

W = Q / NH, U

Teklif edilen yerleşimcinin performansının tatmin edici olmadığı tespit edilirse, problem yeni bir N varsayılarak tekrarlanmalıdır.

Belirtilen bir çökeltici içinde istenen ölçüde çıkarılacak olan asgari büyüklükteki parçacık,

Burada g = yerçekimi nedeniyle ivme.

Burada bir yerleşimcinin fiili verimliliğinin Denklem kullanılarak hesaplanandan daha az olacağı belirtilmelidir. (4.10), aşağıdaki sebeplerden dolayı:

(i) Yerleşmiş parçacıkların yeniden sürüklenmesi,

(ii) Parçacıklar, bir yerleşimciye girdikten hemen sonra terminal hızlarına ulaşmazlar ve

(iii) Parçacıkların küresel olmayan şekli.

Örnek 4.1:

40 pm çapındaki toz partiküllerinin bir taşıyıcı gazdan tamamen çıkarılması için bir yerçekimi düzenleyici kurulması önerilmektedir.

Diğer ilgili bilgi:

Taşıyıcı gaz akış hızı = 21, 600 m3 / saat. 50 ° C'de ve 1 atm'nin biraz üzerinde basınç,

Parçacık yoğunluğu (p p ) = 2.5 g / cm3.

Taşıyıcı gazın fiziksel özellikleri çalışma durumunda havanınki gibi alınabilir.

bul:

(a) Odada laminer akış varsayarak tek odalı bir yerleşimcinin uygun boyutlarını,

(b) Odadaki akış türbülanslı ise, aynı çökeltici temizleme verimi,

(c) Aynı çökeltici yaklaşık 30 cm aralıklarla tepsilere takılırsa, hangi minimum boyutlu partiküller yüzde 100 verimle çıkarılabilir?

Çözüm:

(a) Tek odalı yerleşimci varsayımları:

(i) Yerleşimcinin içindeki akış laminer olur,

(ii) Yerleşme partikülü Reynolds sayısı (Re p ) 2'den az olacaktır,

(iii) Yerleşim yerinden geçen taşıyıcı gaz hızı, U = 0, 4 m / s.

Taşıyıcı gaz yoğunluğu ( pg ) 50 ° C'de ve 1 atm'de.

Bir yerleşimcinin boyutları, yerleşimcideki akış laminar ise, aşağıdaki ilişkiler kullanılarak tahmin edilebilir.

R belirtilmediğinden, çeşitli x değerleri varsayılır ve karşılık gelen L, H ve W değerleri aşağıda listelendiği şekilde hesaplanır:

Uygun bir yerleşimcinin boyutları, montajı için mevcut alana bağlı olacaktır. Önerilen yerleşimci boyutları

L = 8 m, H = 2.29 m ve W = 6.55 m, r = 20 s'ye karşılık gelir

Şimdi, yerleşimci içindeki akışın Reynolds sayısı hesaplanarak laminer veya türbülanslı olup olmadığı kontrol edilmelidir.

Bu nedenle, yerleşimcinin içindeki akış çalkantılı olacaktır.

(b) Yerleşimcinin içindeki akış çalkantılı olacağı için verimliliği Denklem kullanılarak hesaplanmalıdır. (4.13)

(c) Önerilen yerleşimciye yaklaşık 30 cm aralıklarla tepsi takılması durumunda, yerleşimcinin içindeki tepsi sayısı

Bu, tepsi aralığına neden olur, H t = 2.29 / 8 = 0.28 m

Yerleşimcideki gazın doğrusal hızı,

Bu nedenle, akış türbülanslı olacaktır.

Çok tablalı çökeltici içindeki akış türbülanslı olacağından, tamamen çıkarılacak olan minimum boyutlu parçacıklar Denklem kullanılarak hesaplanabilir. (4.16)

Tamamen çıkarılması, n dpi = 1 anlamına gelir. Bununla birlikte, yukarıdaki denklemde n dpi = 1'in değiştirilmesi, belirsiz bir dpi ile sonuçlanacaktır. Dolayısıyla η dpi 0, 999 olarak alınır ve dq, Denk. Kullanılarak hesaplanır. (4.16).

Cihaz # 2. Atalet Ayırıcı:

Bir gaz akışı tarafından taşınan asılı katı parçacıklar, gaz akışının kendisiyle neredeyse aynı hıza ulaşır. Sonuç olarak, daha büyük ve daha yoğun parçacıkların momentumu ve dolayısıyla eylemsizlik (hareket), daha hafif ve daha ince parçacıklarınkine kıyasla daha fazladır. Böyle bir gaz akımı bir ekipman içindeki akış yönünü değiştirdiğinde, daha yüksek atalete sahip olan parçacıkların akış yönü eski (önceki) yönü izlemeye devam eder ve en sonunda bir yüzeye çarptıktan sonra dinlenir.

Daha hafif ve daha ince parçacıklar, sürükleme kuvveti ataletin üstesinden gelirken gaz akışının kendisi tarafından taşınır. Böyle bir ekipman 'eylemsizlik ayırıcısı' olarak adlandırılır. Ataletli bir ayırıcının toz alma etkinliği, sadece parçacıklar üzerindeki sürükleme kuvveti azaltılarak geliştirilebilir. Bu, ayırma bölgesindeki gaz hızının düşürülmesiyle başarılabilir. Atalet ayırıcılar farklı tiptedir. Şekil 4.3'te bazı atalet ayırıcıların eskizleri gösterilmektedir.

Ataletli bir ayırıcıya giren gaz hızı yaklaşık 10 m / s olabilir ve ayırıcıdaki normalde yaklaşık 1 m / s'dir. Ataletli bir ayırıcının ebadı genellikle benzer kapasite ve verime sahip bir yerçekimine göre daha küçüktür, ancak basınç düşüşü daha yüksek olacaktır. Atalet ayırıcı için basınç ve sıcaklık sınırlaması yoktur.

Cihaz # 3. Santrifüj Ayırıcı:

Bir merkezkaç ayırıcı genellikle bir siklon ayırıcı olarak bilinir. Atalet tipi bir ayırıcıdır, ancak ayrılmaya neden olan kuvvet merkezkaçtır. Üst kısmı silindir şeklindedir, alt kısmı ise ters çevrilmiş bir konidir. Toz yüklü gaz, silindire üstten yakın bir yan açıklıktan veya eksenel olarak üstten doğru teğetsel bir hızla girer. Temiz gaz, merkezi bir dairesel çıkıştan üstten çıkıyor. Ayrılan katı parçacıklar, altındaki bir merkezi çıkıştan boşaltılır.

Yan giriş siklonu durumunda, siklonun girişi teğet olarak yerleştirilir ve bu nedenle giren gaz teğetsel bir hız kazanır. Eksenel giriş siklonları, giren gaza teğetsel bir hız verecek şekilde kanatlarla donatılmıştır.

Bir siklon girdikten sonra toz yüklü gaz, teğetsel hızı nedeniyle aşağı doğru bir dış girdap olarak aşağı doğru hareket eder, neredeyse koni tepesine ulaşır ve sonra yukarı doğru yükselen bir iç girdap olarak hareket ederek yönünü tersine çevirir. Sonunda gaz, siklonu, tepede merkezi konumdaki bir çıkıştan bırakır.

Spiral olarak hareket eden gaz akımı ile birlikte aşağı doğru hareket ederken daha büyük ve daha ağır toz parçacıkları, bir sonucu olarak duvara doğru göç ettikleri bir merkezkaç kuvveti yaşarlar. Sonunda, genellikle döner bir valf ile donatılmış alt çıkışa doğru kayarlar. İnce ve daha hafif parçacıklar, dışarı çıkan gaz akımı tarafından taşınır.

M kütlesi parçacığına etkiyen merkezkaç kuvveti şu şekilde ifade edilebilir:

Eşitlikten (4.18) Çapı p p ve yoğunluğu p p olan bir parçacık için, üzerine etki eden merkezkaç kuvvetinin tan tan ile doğru orantılı olduğu ve R ile ters orantılı olduğu açıktır. Bu nedenle, bir siklondaki ayrılma etkinliği artar. U tanesinde ise R'deki artışla azalır.

Çapları 1 m ya da daha fazla olan siklonlar daha yüksek gaz akış hızlarını kaldırabilir ancak 30 pm'den daha ince parçacıkların giderilmesinde daha az etkilidir. Böyle bir siklon boyunca basınç düşüşü yaklaşık 2.5-15 cm su olabilir. Çapı 30 cm veya daha az olan siklonlara yüksek verimli siklonlar denir.

Gaz taşıma kapasiteleri daha azdır ancak saat 10 gibi küçük partikülleri temizlemekte oldukça etkilidirler. Küçük bir siklon boyunca basınç düşüşü genellikle yaklaşık 10 cm ila 30 cm sudur. Düşük gaz taşıma kapasiteleri nedeniyle, birkaç siklon genellikle paralel olarak çalıştırılır ve tek bir mahfazaya yerleştirilir. Böyle bir düzeneğe çok siklon adı verilir.

Şekil 4.4, standart bir siklonun eskizini göstermektedir. Böyle bir siklonun farklı bölümlerinin boyutları, çaplarına oranlar olarak ifade edilir. Bu oranlar siklon tipine bağlı olarak bir miktar farklılık gösterir. Siklonlar yüksek verim, orta verim ve geleneksel siklon olarak sınıflandırılır. Tablo 4.5'te yukarıda belirtilen siklon tiplerinin nispi boyutları listelenmiştir.

Bir siklon ayırıcının avantajları, yapımdaki basitliği ve düşük maliyetidir. Bir siklonda hareketli parça olmadığından bakım maliyeti düşüktür. Daha az zemin alanı gerektirir. Düzgün tasarlanmış bir siklon, 500 atm kadar yüksek bir basınçta ve 1000 ° C kadar yüksek bir sıcaklıkta çalıştırılabilir.

Bir Siklon Ayırıcının Tasarım Yaklaşımı:

Bir siklon tasarlamak için, etkili bir gaz akımında bulunan toz parçacıklarının boyut analizi mevcut olmalıdır. Parçacık kesim büyüklüğü d50 de bilinmelidir. d 5Q, % 50 (kütle olarak) toz yüklü bir gaz akışından çıkarılması gereken parçacık çapını belirtir.

Bu bilgiler bilindiğinde, bir siklon çapı Dc olduğu varsayılır, bu Dc'ye karşılık gelen dso, burada verilen prosedür kullanılarak hesaplanır. Hesaplanan d50 istenen d50 ile eşleşmezse, yeni bir Dc varsayılır ve hesaplama tekrarlanır.

Dc kurulduktan sonra, d50 dışındaki çaplara sahip olan toz parçacıklarının ayrılma etkinlikleri, Şekil 4.5'te gösterildiği gibi bir komplo kullanılarak tahmin edilmektedir.

Önerilen siklonun genel etkinliği, daha sonra Denklemde verilen ilişki kullanılarak hesaplanır. (4.10)

Bir siklon ayırıcı tasarlamada iki yaklaşım vardır:

(1) Lapple yaklaşımı ve

(2) Kuvvet dengesi yaklaşımı.

1. Lapple Yaklaşımı:

Bu yaklaşım, d 50 için aşağıdaki ifadeye dayanmaktadır.

burada N e = genellikle 1 ila 10 arasında değişen inen dış girdabın etkili sarım sayısı

U I = 6 ila 24 m / s arasında değişen gaz hızına girme

Genellikle 16 m / s olarak alınır.

Bir siklon boyunca basınç düşüşü için karşılık gelen ifade

Basınç düşüşü siklon tipine bağlıdır. Bazı tipik veriler Tablo 4.6'da listelenmiştir.

2. Zorla Dengesi Yaklaşımı:

Güç dengesi yaklaşımı aşağıdaki binalara dayanmaktadır:

(i) Eksenden R mesafesindeki bir siklonun içindeki parçacıklar, net alan kuvveti (merkezkaç kuvveti) ve sürükleme kuvveti arasındaki fark olan bir net radyal kuvvet yaşar.

(ii) dso çapında olan partiküller, sıfırda net bir kuvvete tabi tutulur.

(v) U tan için bir ifade, girişte ve çıkışta akışkanın kuvvet momentleri ile duvar kesme kuvvetini siklon ekseni etrafında dengelemek suretiyle elde edilir.

fs sürtünme faktörü ile aynı ise = 1/200

A 1, giriş kanalı kesit alanı = B C H C

A, maruz kalmış siklon yüzey alanıdır.

Dönen gaz

Tasarım prosedürü, ad 50'yi seçmek ve bir siklon çapı Dc varsaymaktır, Siklon çapı Dc, U1 = Q / BcHc, işletme giriş hızı aralığında (6-24 m / s) olacak şekilde seçilmelidir. genellikle 16 m / s).

Sonraki d 5Q, Eşdeğerler kullanılarak hesaplanır. (4.25), (4.24), (4.23) ve (4.22). Hesaplanan d50'nin önceden seçilen d50'ye uymaması durumunda, adımlar başka varsayılan siklon çapı ile tekrarlanır. İşlem, önceden seçilmiş dso'ya yakın ad 50'ye neden olan bir siklon çapı bulununcaya kadar tekrarlanır.

Böyle bir siklon boyunca basınç düşüşü ilişki kullanılarak hesaplanabilir.

Burada, gerçek ayırma verimliliğinin Denklem kullanılarak hesaplanandan daha düşük olacağı belirtilmelidir. (4.10) aşağıdaki etkilerden dolayı:

1. Parçacıkların duvardan iç girdaba geri sıçraması,

2. Koni apeksinden hazne akışıyla toplanan parçacıklar ve

3. Parçacıklar nedeniyle parçacıkların yeniden sürüklenmesi.

Örnek 4.2 :

Çapı 5 pm ve yoğunluğu 2.5 g / cm3 olan parçacıkların yüzde 50'sini 30 ° C'de 7200 m3 / saat hızında akan bir gaz (hava) akımından çıkarmak için geleneksel bir siklon ayırıcı tasarlanacaktır.

Çözüm:

Literatürden, 30 ° C'deki havanın viskozitesi, 0.018 kırkayak olarak bulunmuştur.

0, 018 kırkayak = 1.8 x 10 -4 g / cms = 1.8 x 10-5 kg / m s.

Yukarıda belirtilen görevi yerine getirmek için siklon çapının (D c ) bir ön tahmini Lapple'in yaklaşımı, Denk. (4.19) varsayımı

Cihaz # 4. Filtreler:

Tartışılan diğer ayırma cihazlarının aksine, daha önce filtreleme işlemi yarı parti modunda gerçekleştirilir. Operasyonun ilk bölümünde, cihazın içinde toz yüklü bir gaz akışından toz parçacıkları tutulur ve nispeten temiz (tozsuz) bir gaz akışı dışarı akar. Bir filtre içindeki, aslında toz parçacıklarını durduran bileşen, filtre aracı olarak adlandırılır.

Filtre ortamı üzerinde biriken toz parçacıklarının miktarı arttıkça, gaz akışına karşı direnç artar. Filtre içindeki basınç farkının zamanla artmasına neden olur. Son olarak, basınç farkı önceden belirlenmiş bir değere eşit olduğunda bir aşamaya ulaşılır.

Bu noktada gaz girişi durdurulur ve işlemin biriken toz parçacıklarının uzaklaştırılması (temizlik) olan bir sonraki aşaması başlatılır. Büyük miktarda biriken tozun uzaklaştırılmasından sonra, filtreleme işlemine (toz yüklü gaz girişi) devam edilir. Filtreler, kullanılan filtre ortamının tipine göre sınıflandırılır.

Kullanılan medya:

1. Agrega orta (çakıl) ve

2. Elyaflı ortam (kağıt, elyaflı mat, keçe, dokuma kumaşlar vb.).

Çakıl Filtresi:

Toplam filtre ortamı, yüksek sıcaklık ve diğer özel uygulamalar için kullanılır. Tipik bir filtre kurulumu, paralel olarak düzenlenmiş birkaç filtre modülünden oluşur. Şekil 4.6'da bir modül gösterilmiştir. Bir çakıl filtresinin en çekici yönlerinden biri, yüksek sıcaklığa dayanma kapasitesidir.

Doğal oluşumda bulunan çakıllar kullanılır. Seçimi, etkilenen gaz sıcaklığına bağlıdır. Kuvars çakıllar, 800 ° C'ye yakın bir çalışma sıcaklığına dayanabilir. Bununla birlikte, bir çakıl filtresinin gerçek çalışma sıcaklığı sınırlaması, yapımı için kullanılan yapısal malzemeye bağlıdır. Bir çakıl filtresinin hareketli parçaları bir arka flaş valfi ve bir tırmıklama mekanizmasıdır.

Bunlar aralıklı olarak çalıştırıldığından, bu parçalardaki aşınma düşüktür. Filtrenin altı bir siklon ayırıcı olarak işlev görür. Temizleme işlemi sırasında, havanın veya başka bir gazın ters yönde akmasına izin verilir ve tırmıklama mekanizması açılır. Yerinden çıkmış toz parçacıkları aşağıdaki haznede toplanır. Biriken toz parçacıkları, zaman zaman hazneden uzaklaştırılmaktadır. Bir çakıl filtre boyunca basınç düşüşü 120 cm su arasında değişebilir.

Kumaş Filtresi:

Kağıt ve elyaflı mat gibi bazı elyaflı ortamların temizlenmesi ve tekrar kullanılması zordur ve bu nedenle genellikle kullanımdan sonra atılır. Bunlar endüstriyel gaz temizliği için uygun değildir. Dokuma ve keçe kumaşlar gibi lifli ortamlar, endüstriyel atık gazlardan değerli malzemelerin geri kazanılmasında ve hava kirliliğinin kontrolünde yaygın olarak kullanılmaktadır.

Torba filtre olarak da bilinen bir kumaş filtre, bir ucunda açık ve diğerinde filtre aracı olarak kapalı olan tüpleri (kumaştan yapılmış) kullanır. Birkaç boru, açık uçları altta bulunan bir tel çerçeveden mahfaza içinde dikey olarak askıya alınmıştır. Toz yüklü gaz, tabana yakın bir yuvaya girer ve boruları açık uçlarından geçirir.

Temiz gaz tüplerin silindirik yüzeylerinden akarken, toz parçacıkları içeride tutulur. Biriken toz parçacıklarının zaman zaman çıkarılması (temizleme işlemi) için mahfazaya uygun bir mekanizma dahil edilmiştir. Temizleme işlemi çevrimiçi veya çevrimdışı yapılabilir.

Ön arıtma:

Kullanılan kumaşlar yüksek sıcaklığa dayanamazlar. Bu nedenle, gelen gazın sıcaklığını seçilen kumaşın önerilen maksimum çalışma sıcaklığının altına düşürecek şekilde soğutmak gerekir. Torba yüzeylerinde yoğuşma olabileceğinden, giren gazın çiğlenme noktasının 30 ° - 60 ° C üzerinde olması gerektiği unutulmamalıdır. Yoğuşma, nemli katı parçacıkların filtre ortamına yapışmasına neden olur ve bu da temizleme işlemini engeller.

Bir kumaş filtre üzerindeki yükü azaltmak için, kabul edilebilir miktarlarda mevcut olduğunda 20-30 um'den daha büyük parçacıkları çıkarmak için bir yerçekimi çökeltici / siklon ayırıcı kullanarak giriş gazını önceden temizlemek daha iyi olacaktır.

Kumaş Filtrasyon Mekanizması:

Taşıyıcı gazdan gelen partikül madde, elek, doğrudan çarpma, Van der Waal'in kuvveti, Brownian difüzyonu ve elektrostatik çekim nedeniyle kesişme yoluyla kumaşlar tarafından uzaklaştırılır. Elektrostatik yük oluşumu, gaz ve kumaşlar arasındaki ve partiküller ve kumaşlar arasındaki sürtünme nedeniyle olabilir.

Dokuma bezler dokuma iplikleri ile yapılır. Yeni olduğunda, iplikler arasındaki boşluklar oldukça büyüktür ve parçacıkların bazıları gözeneklere kolayca nüfuz eder. Bez üzerinde bazı parçacıklar tutuklandı. Filtrasyon devam ettikçe, kumaş üzerinde daha fazla toz partikülü birikir ve böylece bir 'filtre keki' oluşturur. Kek şimdi filtre ortamı görevi görür ve bezin kendisinden daha etkilidir.

Keçeli kumaş, iki veya daha fazla dokuma kumaş tabakasından dikenli iğnelerin itilmesi ve böylece bunların birleştirilmesi ve daha sonra yüzey tabakasının kabarması ile yapılır. İç katman güç ve boyutsal kararlılık verirken, yüzeydeki rasgele yönlendirilmiş ince kumaşlar küçük parçacıklar için yüksek toplama verimliliği sağlar.

Kumaş Malzemesi:

Filtre torbaları pamuk, yün, akrilik, naylon, nomeks, polyester, polipropilen, Teflon ve cam elyafından yapılır. İlk ikisi olarak adlandırılan dokuz kumaştan doğal ve geri kalanı sentetik. Belirli bir durum için bir kumaş seçerken, aşağıdaki faktörler göz önünde bulundurulmalıdır: çalışma sıcaklığı, taşıyıcı gaz asitliği / alkalinitesi, partiküllerin aşınması, hava / kumaş oranı ve son olarak maliyeti. Yukarıda belirtilen kumaşların özellikleri Tablo 4.7'de listelenmiştir.

Filtre Temizliği:

İstenen gaz akış hızını korumak için filtre torbalarının periyodik olarak temizlenmesi önemlidir. Temizleme, bir torbanın esnetilmesi ve böylece toz tabakalarının kırılması ve yerinden sökülmesi veya torbaların içinden geçen hava akımı veya her ikisinin bir kombinasyonu ile gerçekleştirilebilir. Torbaların bükülerek mekanik olarak çalkalanması, partiküllerin kumaşa çok derine gömülmemesi halinde tozun alınmasında oldukça etkilidir.

Bununla birlikte, mekanik sallama daha fazla kumaş aşınmasına neden olur. Dokuma kumaşlar böyle bir işleme dayanabilir. Cam elyafı ve keçe bezi gibi kırılgan kumaşlar mekanik sallanmaya maruz bırakılmamalıdır. Hava temizleme, ters hava akışı, darbe jeti ve üfleme halkası gibi çeşitli şekillerde gerçekleştirilebilir.

Ters akış temizliği bir modülün akışından çekilerek gerçekleştirilir. Yüksek hacimli düşük basınçlı havanın ters akımını normal debi yönünde akmasına izin verilir. Torbaların ters akışından dolayı esneme gerçekleşir ve toz tabakaları yerinden çıkar. Sonik jeneratörler bazen temizleme işlemini arttırmak için kullanılır. Bu işlem kumaşa çok fazla zorlama yapmadığından, kırılgan kumaşlar için de uygun şekilde kullanılabilir.

Darbeli jet temizliğinde, kısa bir süre (yaklaşık 0, 1 saniye veya daha az) bir torbaya yüksek basınçlı bir akış (yaklaşık 9 kg / cm2'ye kadar) hava jeti bir torbaya verilir. Jet genişledikçe, torba bir şok ve titremeye maruz kalır. Elde edilen temizlik oldukça iyidir. Darbeli jet temizliği, pamuk ve cam elyaf dışındaki her türlü kumaşın temizliğinde kullanılabilir. İşlem çevrimiçi veya çevrimdışı kullanılabilir. Darbeli jet temizleyicide hareketli parça yoktur.

Bir üfleme halkası tipi temizleyici, bir çukur bir metal halkanın iç kısmında bir torbayı yakından çevreleyen bir dizi delikten çıkan bir hava jeti kullanır. Halka, bir motorlu zincir ve zincir dişlisi düzenlemesi ile bir torbanın dışına yukarı ve aşağı hareket ettirilir. Bir üfleyiciden gelen hava, esnek bir hortum aracılığıyla halkaya yönlendirilir.

Hava jeti, bir poşetin küçük bir kısmına çarpar ve o kısmı içe doğru iter. Filtre keki kırılmış ve yerinden çıkmış. Bu temizlik işlemi sırasında torbanın kalan kısımları normal şekilde çalışmaya devam edebileceği için çevrimiçi olarak gerçekleştirilebilir.

Çok zorlanmadıklarından, dokuma, keçeleşmiş veya kırılgan olan her türlü kumaş bu teknik kullanılarak temizlenebilir. Bu tip temizlik düzenlemesi, yüksek maliyeti ve karmaşık makineleri nedeniyle büyük tesislerde kullanılmaz.

Sistem:

Bir çanta evi genellikle birkaç modülden oluşur, her modül bağımsız bir ünitedir. Her modülde birkaç torba uygun şekilde yerleştirilmiştir. Torba çapı 7 ila 30 cm arasında değişebilir. Genellikle yaklaşık 15 cm'dir. Bir çantanın yüksekliği 0, 75 m ila 8 m arasında değişebilir.

Toz yüklü gaz bir modüle bir giriş kanalından girer. Farklı modüllerin giriş kanalları ortak bir manifolda bağlanır. Toz yüklü gazın uygun şekilde dağıtılması için çok sıklıkla bölmeler ve difüzörler bir manifoldda bulunur. Süzme sırasında, gaz bir torbadan içeriye veya dışarıya doğru akabilir. Temiz gaz doğrudan bir modülden atmosfere boşaltılabilir veya daha ileri işlemler için başka bir ortak manifolda yönlendirilebilir.

Her modül, daha önce tartışıldığı gibi mekanik veya pnömatik uygun bir torba temizleme aletiyle donatılmıştır. Her modül, temizleme işlemi sırasında yerinden çıkarılan tozu almak için bir hazne içerecektir. Sırasıyla her bir hazne, bir çift tutucu vana veya bir döner hava kilidi gibi bir toz boşaltma cihazı ile donatılmıştır.

Yanıcı olmayan tozlar bile patlayıcı olabilir ve bu nedenle her modülde, patlamaya dayanıklı elektrikli aksesuarlar, patlayıcı havalandırma (patlama kapısı / menteşeli panel) ve bir acil durum için sprinkler gibi bir koruma cihazı / cihazı bulunur. Arızalı poşetlerin ve diğer bakım işlerinin değiştirilmesi için erişim kapıları bulunmaktadır. Şekil 4.7, torba filtre modülünün şematik diyagramını göstermektedir.

Torba Filtresinin Boyutlandırılması:

Gerekli toplam (net) kumaş alanını tahmin etmek için aşağıdaki temel bilgiler gereklidir:

Gaz debisi, m3 / dak;

Gaz nemi içeriği, % R.H cinsinden;

° C cinsinden gaz sıcaklığı;

Parçacık yükü, taşıyıcı gazın g / m3 cinsinden,

Parçacık büyüklüğü dağılımı, µm;

S02 içeriği (eğer varsa), ppm cinsinden;

Parçacık (katı) yoğunluğu, g / cm3;

Gaz Asitliği / Alkalinite.

Yukarıda belirtilen bilgilere dayanarak, uygun bir kumaş seçmeli ve onun türünü, yani dokuma / keçeli seçmelidir. Seçilen kumaş ve tipine uygun olarak, bir temizleme yöntemi de seçilmelidir. Daha sonra, Hava / Kumaş Oranı (A / C) olarak ifade edilen filtrasyon hızı, Tablo 4.8'de verilen veriler kullanılarak belirlenir. Hava / kumaş oranı toz partiküllerinin bileşimine, kullanılacak temizleme yöntemine ve dokuma / keçe kumaşın seçilip seçilmediğine bağlıdır.

Üreticinin kılavuzuna göre Hava / Bez oranı seçilmelidir. Normal olarak dokuma kumaş için daha düşük bir değer ve keçe kumaş için daha yüksek bir değer varsayılır.

M3 gazı / dakikada Q gaz akış hızı ve 1.04 ila 2 arasında değişen F faktörü.

1.04 A netinin çok büyük bir değeri ve A net'in küçük bir değeri için 2.

Torba Evi Verimliliği ve Basınç Düşümü :

Torba evi verimliliği toz partikül boyutuna, partikül yüklemesine, kullanılan kumaşa ve kullanılan temizleme yöntemine bağlıdır. Düzgün tasarlanmış bir ünite, 1 µm'den büyük partikül büyüklüğü için% 99 veya daha fazla bir verime sahip olabilir. Basınç düşüşü normalde 7, 5 ila 15 cm su seviyesindedir.

Cihaz # 5. Elektrostatik Yağışlayıcı (ESP):

Farklı kuru partikül ayırıcı türlerinden elektrostatik çökeltiler en verimli olanlardır. Proses temel olarak, yüksek voltajlı bir dc alanın tutulduğu bir borudan toz yüklü bir gazın geçmesinden oluşur. Toz parçacıkları şarj edilir ve temiz gaz borudan dışarı akarken, borunun topraklanmış (elektriksel olarak) yüzeyinde biriktirilir. Kanal yatay (birbirine bakan ve üstten kapalı iki paralel plakadan oluşan) veya dikey (bir boru) olabilir.

Yatay tip ESP daha yaygındır. İki plaka arasındaki tam yarıda birkaç metal parça (kablo şeritleri) askıda tutulur. Bunlar boşaltma elektrotları ve plakaları kolektörler olarak görev yapar. Dikey bir boru olması durumunda, merkez hattı boyunca dikey olarak asılı bir tel, boşaltma elektrotu olarak işlev görür ve borunun iç yüzeyi, toplayıcı olarak işlev görür. Toplanan toz parçacıkları, kolektör yüzeylerinin toplanması, titreşmesi veya yıkanması yoluyla periyodik olarak yerinden çıkar.

Yerinden çıkarılan toz parçacıkları nihayet, borunun altına yerleştirilen bir haznede toplanır ve bunlar uygun bir mekanik cihaz yardımı ile periyodik olarak çıkarılır. Yatay bir ESP durumunda, toz yüklü gaz plakalar arasında bir uçtan diğerine yatay olarak akarken, dikey bir ESP'de gaz dikey olarak yukarı doğru akar.

Kuru toplama için, toplayıcı üzerinde toz birikmesine yaklaşık 6 mm veya daha fazla bir süre izin verilir ve daha sonra güçlü bir şekilde toplanır, böylece toz tekrar sürüklenmeyecek büyük öbekler olarak yerinden çıkar. Zayıf ve sık sık diş çekme, kolayca yeniden tutulabilen yerinden çıkmış toz pulları üretecektir. Islak toz toplama, toplayıcıya aralıklı olarak veya sürekli olarak su püskürtülerek veya bir savak düzenlemesiyle sağlanabilir. Boşalma elektrotları da aralıklarla tekrarlananlar tarafından temizlenmelidir.

Alan Gücü ve Elektrotlar:

Normal olarak silikon doğrultucular ve otomatik voltaj regülatörleri ile birleştirilmiş transformatörlerin yardımı ile normal olarak yaklaşık 3 ila 6 kV / cm (dc) alan kuvveti kullanılır. Yüksek alan mukavemeti nedeniyle, yüksek hızlı elektron üreten korona deşarjları gerçekleşir.

Negatif bir korona (negatif bir kablodaki korona), daha kararlı ve verimli olduğundan daha etkilidir. Verimli çalışma için optimum bir kıvılcım hızı dakikada 50-100 kıvılcımdır. Milyonlarca veya mikro saniyelik aralıklarla bir ESP'nin darbeli enerjilendirilmesi toplama verimliliğini arttırır ve güç tüketimini azaltır.

Bazı tasarımlarda, boşaltma elektrot çapı yaklaşık 3 mm'dir, diğerlerinde ise büyüktür. Sivri çıkıntılara sahip olan düzensiz şekilli boşaltma elektrotları, yüksek yoğunluklu yerel alan geliştirir ve korona boşalmasını başlatır. Kare, üçgen ve dikenli teller bazen deşarj elektrotları olarak kullanılır. Bazı üreticiler kablo yerine metal şeritler kullanır. Toplayıcı plakalar, yerinden çıkmış toz parçacıklarının yeniden girmesini önlemek ve mekanik dayanım sağlamak için kanatlara / bölmelere sahip olabilir.

Parçacık Direnci ve ESP Muhafazası:

Düşük elektrik direncine sahip olan parçacıklar (10-107 ohm-cm), yüklerini kolayca kaybeder, plakayı düşürür ve tekrar tutulur. Dirençli (1011-10 13 ohm-cm) partiküller, kollektör plakasına yapışma ve onu izole etme eğilimindedir. Yüksek dirençli toz içeren toz yüklü gaz, gaz akışına NH3, S02, buhar vb. İlave edilerek şartlandırılabilir.

Bir ESP'nin çalışma basıncı, hafif vakum ila yaklaşık 10 atm basınç ve 600 ° C'ye kadar sıcaklık arasında değişebilir. Bir ESP, çelik veya betondan yapılmış gaz geçirmez bir muhafaza içine yerleştirilmiştir. Bununla birlikte, gerekirse korozyon açısından muhafaza kurşun veya plastik ile kaplanabilir. Kollektörün suyla temizlenmesi tamamlandığında, sis ve bazı çözülebilir gazlar toz parçacıkları ile birlikte uzaklaştırılır.

Özel bir durumda, bir ESP'nin yapımı / işletimi için aşağıda listelenen alternatiflerin bir kombinasyonu seçilebilir:

(i) Kuru / ıslak yağış,

(ii) Yatay / dikey gaz akışı,

(iii) Tek / bölümlenmiş plaka tipi ve

(iv) Basınç / vakum altında çalışma,

ESP Mekanizması:

Merkezi boşaltma elektrotu ile toprak toplayıcı arasındaki yüksek voltaj farkı nedeniyle, korona boşalması gerçekleşir. Korona deşarjı sırasında elektronlar yayılır ve yüksek hızlara çıkarlar. O 2 gibi gaz molekülleriyle etki eden bu tür elektronlar, onları iyonize eder ve gaz iyonizasyon işlemine devam eden elektronları serbest bırakır.

Gaz iyonları daha sonra mahallelerindeki asılı toz parçacıklarını çarpışma (bombardıman) veya yayılma ile yükler. 1 um'den büyük parçacıklar genellikle çarpışma ile yüklenirken, daha ince parçacıklar difüzyonla yüklenir. Yüklenen parçacıklar daha sonra yer toplayıcısına göç eder ve yüklerinden vazgeçerler. Kuru toplayıcılar söz konusu olduğunda partiküllerin yeniden sürüklenmesi oluşabilir. Islak toplayıcılar durumunda yeniden sürüklenme neredeyse yoktur.

Alan kuvveti, kıvılcım frekansının sınırlı olacağı şekilde korunur. Kıvılcım sırasında elektrostatik alanın çökmesine ve bunun sonucunda toz toplanmasının durmasına neden olan bir anlık voltaj düşüşü vardır. Aşırı kıvılcım, kıvılcım akımında giriş gücü kaybı anlamına gelir. Bir ESP'de bir parçacık yerçekimi kuvvetine, bir sürükleme kuvvetine ve bir elektrik alan kuvvetine tabi tutulur. Alan kuvveti partikülü kollektöre doğru çekerken, sürükleme kuvveti kollektöre doğru hareketine karşı çıkacaktır.

Ortaya çıkan kuvvet, partikülün 'sürüklenme hızı' olarak adlandırılan bir hızla kollektöre doğru hareket etmesine neden olur. Bir partikülün sürüklenme hızının büyüklüğü, partikül yükleme modu, partikül büyüklüğü, gaz hızı, alan şiddeti ve partikül direnci gibi faktörlere bağlıdır.

Bombardımanla yüklenen bir partikülün sürüklenme hızı, ilişki kullanılarak hesaplanabilir.

U p, dp = 3.694 10-6 E2 p dp / µ (4.29)

Bununla birlikte, eğer şarj difüzyonla gerçekleşirse, sürüklenme hızı aşağıdaki gibi olabilir.

U p, dp = 3-097 x 10 -4 Km E / µ

burada, U p dp = dp çapına sahip parçacıkların sürüklenme hızı, m / s cinsinden.

Bazı spesifik parçacıkların tipik sapma hızı verileri Tablo 4.9'da listelenmiştir.

Burada, tasarım amacıyla ESP üreticilerinin Denklemlere göre hesaplanan sapma hızı verilerine dayanmak yerine saha deneyimlerini kullandıkları belirtilmelidir. (4.29) ve (4.30).

Ön arıtma:

Bir ESP üzerindeki toz yükünü azaltmak için, etkili gaz akışı bir yerçekiminde veya bir santrifüjlü ayırıcıda (siklon) önceden işlenebilir. Kuru ESP durumunda, etkilenen gaz, çiğlenme noktasının 25 ° -50 ° C üzerinde olduğu bir sıcaklıkta olmalıdır, bu nedenle gerekirse gaz ön ısıtılmalıdır.

ESP Toplama Verimliliği:

Paralel plaka düzeneğinin şematik diyagramı Şekil 4.8'de gösterilmektedir.

Farklı boyutlardaki süspanse edilmiş partikülleri taşıyan bir toz yüklü taşıyıcı gaz, yatay olarak U doğrusal bir hızda iki paralel plaka arasında akar. Kanala girdikten sonraki parçacıklar şarj edilir ve kendi sürüklenme hızlarında kollektör plakalarına doğru hareket eder.

Taşıyıcı gaz giriş ucundan çıkış ucuna doğru hareket ederken parçacıkların konsantrasyonundaki (çap dpi olan) ilerici değişiklikleri analiz edelim. Temel uzunluktaki dL boyunca bir malzeme dengesi, Denklemi verir. (4.31)

H = Bir plakanın yüksekliği

L I = Bir plakanın uzunluğu,

2 S = Plaka aralığı,

U p dpj = Çapı dpi olan parçacıkların sürüklenme hızı

U = ESP'den yatay gaz hızı,

A = İki plakanın toplayıcı yüzey alanı = 2 L 1 H

q = İki plaka arasındaki kanal boyunca hacimsel gaz akış hızı = Q / n,

n = Kanal Sayısı,

Q = Toplam hacimsel gaz akış hızı.

Çapı dpi olan parçacıklar için bu tür bir birimin toplama (çıkarma) etkinliği için bir ifade Denklemin yeniden düzenlenmesi ile elde edilebilir. (4.32).

Though Eq. (4.33) is derived for a pair of parallel plates it is also valid for a tubular collector.

It has been reported that the experimental collection efficiency data fits Eq. (4.34) better than the theoretically derived Eq. (4.33).

Where the numerical value of m ranges between 0.4 to 0.7. The value of m may be approximated as 0.5

If it is desired to remove all the particles of a specific size dpi from a dust laden gas stream, then minimum length of a parallel plate collector (L dpj ) should be equal to SU/U p dpj so that the particles which are at the mid-plane between the plates at the entrance would be able to reach the plates before the carrier gas sweeps them away out of the channel.

Under this condition those particles having drift velocities greater than U p dpj would also be completely removed but those having lower drift velocities would be partially removed.

It is to be noted here that the particles take some time to get charged and acquire their drift velocities after entering a channel. The charging time 't c ' is about 0.3 sec. Hence the required minimum collector length for 100% removal of particles having a diameter dpi is

L dpi, (100%) = SU/U p.dpi + U× t c .

ESP Design Approach:

For estimating the dimensions of an ESP (L, H, S, and the number of parallel channels, n) the basic information required are particle size and mass distribution data, total volumetric gas-flow rate and the desired overall removal efficiency.

Based on these an ESP may be sized through the following steps:

Adım I:

A specific particle size dpi is chosen whose complete removal is desired.

II. Adım:

Influent gas velocity (U), plate spacing (25), plate height (H) and field strength (E) are assumed.

III. Adım:

The drift velocities of the dust particles are estimated using Eqs. (4.29) and (4.30).

Adım IV:

L dpj is calculated using Eqs. (4.33) and (4.35), whichever is larger should be accepted.

Adım V:

The removal efficiencies of the dust particles having a diameter other than dpi are estimated using Eq. (4.34).

VI. Adım:

The overall collection efficiency of the proposed ESP is estimated using Eq. (4.10).

N overall = Σm dpi × n dpi /Σm dpi

If the estimated overall efficiency does not match the desired efficiency, then some of the parameters listed in step II are changed and the steps III, IV, V and VI are reworked till the estimated overall removal efficiency matches the desired one.

The ratio of the effective length to the effective height of an ESP is referred to as the Aspect Ratio (AR). It generally ranges between 0.5 to 2. For 99.5 + % removal efficiency the AR should be greater than 2.

The number of parallel channels in a module is estimated using the relation,

n = Q/q, (4.36)

where Q is the total volumetric gas-flow rate.

ESP Performance:

An ESP is used to remove particles ranging in size from 300 (am to 1pm and the overall removal efficiency may be as high as 99.9%. Since the efficiency is a logarithmic function of the collector area, the area required for 99 % collection is about twice that required for 90% collection. The efficiency may be more than 99% for particles larger than 2 pm. The pressure loss is less than 2.5 cm of water. Power consumption is about 75-750 kW per 10, 000 Nm 3 /min gas-flow rate.

The actual performance of an ESP may be poorer than the calculated one because of re-entrainment, improper electrical setting, badly adjusted rapper, excessive dust build-up, channeling of gas, high electrical resistivity, low SO 2 content of the carrier gas. Sectionalized units have higher efficiency.

Normally an ESP operates in the particle resistivity range of 10 4 -10 12 ohm-cm. For resistivity less than 10 4 the particles lose their charge easily and hence are not collected. For resistivity more than 5 x 10 10 particles are held rigidly to the collector. Strong rapping required for dislodging such particles results in re-entrainment.

Advantages and Disadvantages of an ESP :

Avantajları:

1. Low pressure drop (draft loss),

2. Can handle gas at high temperature and pressure,

3. High collection efficiency even for small particles < 0.1 µm,

4. Variation of gas-flow rate and dust loading do not affect the efficiency much,

5. Can be operated both in dry and wet conditions,

6. Can handle corrosive gases,

7. Maintenance cost is low as there are fewer moving parts,

8. Low operating cost compared to other high efficiency dust removal systems.

Dezavantajları:

1. Initial cost is high,

2. More space is required,

3. It is not suitable for combustible dust and or gases,

4. Actual removal efficiency may be low if not operated properly,

5. Conditioning agents may be required for resistive particles.

In Table 4.10 the normal range of variation of the parameters of plate type commercial ESPs are listed.

Table 4.10 : Normal Range of Variation of Parameter Values of Plate Type Commercial ESPs

Example 4.3:

Design a suitable parallel plate electrostatic precipitator (ESP) for 99.5 percent removal of particles having a diameter 20 µm from a carrier gas (air) flowing at the rate of 30, 000 m 3 /hour at 30 °C.

Following data may be used for design purpose:

Çözüm:

Since U p dpi is given it is not necessary to calculate the same using either Eq. (4.29) or Eq. (4.30). From Eq (4. 33).

Device # 6. Scrubbers:

Scrubbers are widely used in industries for removal of dust particles, suspended liquid droplets and also for absorption of gaseous pollutants from effluent gas streams. In a scrubber a gas stream is brought in contact with a liquid stream (generally water) either in the form of a spray or a pool as a result of which the suspended particles are collected in the liquid stream and thereby form a slurry.

The treated gas saturated with water vapour and containing some water droplets comes out of the scrubber. The slurry often needs further treatment before its final disposal. In dry cleaners discussed earlier one does not encounter this problem.

In a scrubber the mechanism of collection of larger particles (dp > 0.3 pm) is predominantly interception and impingement, leading to agglomeration of particles. The finer particles (dp < 0.3pm) are mainly collected due to diffusion. If a gas stream cools down below its dew point coming in contact with the scrubbing liquid then the process of dust collection gets boosted.

One finds such a wide variety of industrial scrubbers that it becomes very difficult to classify them properly. All conceivable means of contacting gas and liquid streams have been and are being employed. A classification based on scrubber internals and scrubber liquid flow pattern is given in Table 4.11.

Scrubbers are also classified as 'low Energy' and 'high energy' type as listed below:

Some of the scrubbers listed in Table 4.11 are described hereunder. Their performance and other relevant data are tabulated in Table 4.12.

1. Plate Columns:

Sieve Plate:

In sieve plate columns the flow is countercurrent. The scrubbing liquid enters at the top and flows down. The gas enters near the bottom and flows up. Water flows over plates forming a pool about 2.5 cm deep on each plate. The dust-laden gas enters a plate through its perforations and bubbles through the liquid pool on it.

The mechanism of dust collection is interception and impingement. The pressure drop across such a column depends on the number of plates employed and the depth of liquid on each plate. The collection efficiency depends on the number of plates in a column, perforation diameter and gas velocity. It may be 90% or more for particle size 5 µm and larger.

Bubble Cap and Baffle Plate Column:

These scrubbers are vertical towers with one or more perforated plates mounted horizontally inside like the sieve plate columns. The difference lies in the fact that at a short distance above each perforation on a plate a cap or a baffle is placed submerged in the liquid pool on the plate. Because of impingement on the obstruction and subsequent change in direction of the flowing gas the collection efficiency is higher than that of a sieve plate column.

The efficiency increases as the holes diameter decreases. Decrease of gas velocity also increases the efficiency. The efficiency decreases with the decrease in the particle size. Because of improper removal of the collected particles from plates scaling and plugging of the perforations may take place.

2. Packed Scrubbers:

A packed bed scrubber is also a vertical tower in which the dirty gas generally enters at the bottom and flows up through a bed of pickings resting on a packing support. The scrubbing liquid is introduced at the top and is distributed throughout the cross section of the tower. As the gas flows up through the tortuous channels in between the pickings it comes in contact with wet packing surfaces where the particles are arrested due to inertial interception and impingement.

Packed scrubbers are of two types: fixed bed type and floating bed type.

A fixed bed may be either countercurrent or concurrent type. In a concurrent type both gas and liquid enter at the top. In a fixed bed the pickings are heavy and they rest on a packing support. Fixed beds are susceptible to choking at high dust load and low void age.

In floating type packed beds plastic balls made of polyethylene, polypropylene or other thermo plastic materials are generally used as they are resistant to corrosion and lighter than water. The packing's are confined between two perforated horizontal plates. The distance between the plates is normally about 0.5 m. A floating type bed is countercurrent type.

The gas enters at the bottom at a velocity of about 2 to 4 m/s. At low velocities the packing's form a fixed bed on the lower support plate, while at high gas velocities the packing's form a fixed bed below the restraining upper plate. At an intermediate velocity the packing would be floating and in turbulent motion.

For treatment of gases containing corrosive constituents FRP (glass fiber reinforced plastic) may be used for construction of such columns instead of rubber or plastic lined steel or such other materials. Collection efficiency increases as smaller packing's are used since they provide more surface area per unit packed volume. Use of smaller size packing would result in higher-pressure drop.

3. Fiber Bed:

A bed made of knitted plastic, fiber glass, metal wire or meshed fiber is used as a filter. Such a bed has a void percentage around 97-99%. The bed is kept wet and it is flushed with the scrubbing liquid. This helps in collecting particles and removing the collected particles in the form of a slurry.

Collection of particles due to impaction improves as fiber diameter decrease and gas velocity increases, whereas collection by diffusion increases as gas velocity decreases. The wire/fiber diameter should be small for efficient operation but must be able to provide sufficient mechanical strength so as to support its weight along with those of the collected particles and retained liquid.

4. Spray Contactors:

In these scrubbers a dust-laden gas is brought into contact with atomized liquid droplets. Atomization may be achieved by forcing the scrubbing liquid through nozzles or it may be induced by allowing the gas to flow at a high velocity (60-120 m/s) through a venturi or an orifice type device.

The liquid droplets collect the solid particles by inertial impaction and impingement. The removal efficiency is dependent on the particle size, liquid drop size, gas velocity and liquid to gas ratio. The dust laden droplets are separated from the gas by using gravity settlers or packed beds or cyclone type devices.

In spray scrubbers, where liquid droplets are removed by gravity settling the cut size is around 2 pm and the optimum droplet diameters for fine particle collection is 100 to 500 pm. For cut size around 0.7 pm high velocity sprays are more efficient. The liquid to gas ratio in spray scrubbers is in the range of 4000-14000 lit/1000 Nm 3 . Centrifugal Scrubber can recover particles smaller than those recovered by spray scrubbers. The cut diameter is between 2 to 3 pm. The collection efficiency is 97% or more for particles > 1 µm.

Venturi Scrubber :

Venturi Scrubbers are high efficiency wet scrubbers where particles even finer than 2 pm are effectively removed. These are as efficient as ESPs and fabric filters. Initial cost of a venturi scrubber is less than that of an ESP or a bag house, however the operating cost is high. If the particles to be removed are sticky/flammable/corrosive, a venturi scrubber is a better choice over an ESP or a bag house.

A venturi scrubber is basically a convergent-divergent duct with a throat where the cross section is the minimum. It may have a cylindrical or rectangular cross section. The gas enters the convergent section and the scrubbing liquid may be introduced either at the entrance of the convergent section or at the throat in the form of a spray.

When the gas and liquid droplets pass through the throat at a high velocity the particles are collected in the liquid droplets due to interception, impingement and diffusion. The collection efficiency increases as the throat length is increased with consequent increase in pressure drop. The optimum ratio of throat length to diameter is 3: 1.

The particle laden liquid droplets as they come out of the divergent sections are separated from the gas in a cyclone or a mist eliminator. When the influent gas is hot, the scrubbing liquid is introduced at the section where the convergent section starts, but when the gas temperature is not high or it is almost saturated with moisture the liquid is introduced at the throat.

The gas velocity at the throat ranges between 50-180 m/s at which it is most efficient. When the gas flow rate is high a rectangular venturi is used. The liquid to gas ratio normally ranges between 900-1400 lit/1000m 3 . A liquid flow rate of 400 lit/1000 m 3 is insufficient to cover the throat. The collection efficiency does not improve much beyond a liquid flow rate of 1400 lit/1000 m 3 . The converging angle is generally 25°- 28° and the diverging angle is 6°- 7°.

The pressure drop AP, across a venturi scrubber may be calculated using the relation,

∆P=1x 10 -5 V 2 L (4.37)

where, ∆P is in cm of water gauge, V= gas velocity at the throat, in m/s, and L = liquid flow rate in lit/1000 m 3 . At a liquid rate of 650 lit/1000 m 3 the ∆P calculated using Eq. (4.37) is quite accurate, but at a liquid rate of 1600 lit/1000 m 3 the calculated ∆P is higher than the actual.

Impingement and Entrainment Scrubbers :

In such scrubbers the gas to be scrubbed is passed through a trap partly or completely filled with water. The suspended particles are arrested by inertial impaction. The treated gas entrains some water droplets, which also help in removing some of the suspended particles.

Mechanically Aided Scrubbers:

This type of scrubbers use a motor driven device to bring about intimate contact between a dirty gas and liquid droplets. The motor driven device is often a fan, which moves the gas. The scrubbing liquid is introduced as a spray at the hub of the fan. The finer droplets move with the gas. The larger droplets hit the fan blades and wash the deposited particles. While leaving the blades at their tips the liquid gets atomized.

The dust-laden droplets are separated from the gas with the help of a suitable device. For producing liquid droplets (spray) the rotor may be partially submerged or Water may be injected between the rotor and stator. Such devices may experience high erosion, abrasion and Corrosion

In Table 4.12 the performance and other related information about some types of scrubbers are listed.

It is to be noted here that a scrubbed gas stream would invariably contain liquid droplets and its temperature would not be much higher than that of the influent scrubbing liquid. Hence the treated gas stream has to be freed from liquid droplets and mists and then reheated before purging the same to the atmosphere through a stack.

Ek bilgi:

Removal of Liquid Droplets and Mists:

The mechanisms by which suspended liquid droplets and mists may be removed are similar to those for solid particle removal. Removal of suspended liquid droplets is somewhat easier than that of solid particles. Liquid droplets coalesces easily on interception and drain off. Unlike solid particles, liquid droplets once separated are not re-entrained easily. Some of the devices, which are used, for removal of solid particles may also be used for removal of suspended liquid droplets.

The following types of devices are commonly employed for removal of gas-borne liquid droplets:

(a) Packed beds,

(b) Cyclones,

(c) Baffle system,

(d) ESP,

(e) Filter.

Packed beds and cyclones do not need any scrubbing liquid for arresting liquid droplets. Draining of collected liquid from an ESP collector surface occurs due to gravity and does not require any hammering. A special type of filter media is a pad made of knitted wire or fibrous mesh occupying the entire cross section of a vertical tower. It is very often used for filtering liquid droplets and mists. Such pads made of 0.3 to 1.5 mm diameter wire or fibre has high void volume and causes low pressure drop even at high gas velocities.

These devices are termed as 'mist eliminators' or 'demisters'. Very fine wires or fibres are not used for fabricating the pads and the pads are not densely packed as that would cause retention of more liquid and thereby finally block the flow channels.

The optimum gas velocity for such filters may be calculated using the relation

The numerical value of K in a given situation depends on factors like liquid density, liquid viscosity, surface tension, droplet size, etc.

Cooling and Condensation:

After removal of suspended solid particles from a gas stream using any device other than a scrubber it becomes necessary to cool the stream when any one of the following methods is to be employed for removal of the gaseous pollutants:

(i) Condensation of a vapour,

(ii) Absorption of gaseous pollutant (s),

(iii) Adsorption of gaseous pollutant (s),

(iv) Chemical reactions other than incineration.

Cooling of a gas stream may be carried out using either a direct contact heat exchanger or a surface (indirect contact) exchanger. In a direct contact exchanger a gas stream is brought into intimate contact with a large quantity of a liquid (generally water) at a temperature lower than the dew point of the gas..

The contacting equipment may be similar to any one of the wet scrubbers described earlier. As a result of heat exchange between the gas and the liquid, the gas stream may be cooled to the desired temperature and condensable vapour present, if any, may get condensed. This type of exchanger may be used when the condensable vapour is not having any economic value. The coolant temperature would rise during the process. Its rate may be calculated using Eq. (4.39) obtained by heat balancing.

If the gas is not cooled below its dew point then the gas would pick up some vapour (of the coolant) during the process. In such a situation the coolant rate may be calculated using Eq. (4.39a).

Indirect contact (surface) exchangers are generally shell and tube type. The tubes may be with or without fins. Of the two fluids (hot gas and coolant) one would flow through the tubes and the other would flow outside the tubes. The coolant may be either air or some other fluid depending upon whether the exchanger will act as a cooler or a cooler-cum-condenser. In Table 4.13 some guidelines for coolant selection and its inlet temperature are given.

Indirect Contact Exchanger Design Approach:

The basic design equation for a shell and tube heat exchanger is

Denk. [4.40] is applicable when cooling is accompanied by condensation of vapour. When there is no condensation the term Σʎ(y 1i – y 2i ) will be equal to zero. The symbols L, C pl, T L1 and T L2 refer to the coolant stream flow rate, specific heat of liquid, inlet and outlet temperatures.

Where q = rate of heat transfer,

U h = overall heat transfer coefficient,

A h = Heat transfer area, and

∆tm = mean temperature difference, a function of T L1, T L2, T g1 and T g2 .

The actual expression for evaluation of ∆tm depends on the flow arrangement of the fluids in an exchanger.

Figure 4.10 shows a sketch of a shell and tube type cooler-condenser.

The overall heat transfer co-efficient, U h, can be evaluated by combining the individual co-efficient using Eq. (4.41).

Typical values of the above named parameters are listed in Table 4.14.

For evaluation of U h in a specific situation the individual coefficient should be estimated using information and correlations available in standard books on Heat Transfer.