Endüstriyel tozsuzlaştırma teknolojileri

İki ana tip toz toplayıcı vardır: kuru ve ıslak. Kuru yöntem, filtreleme katmanlı (torba filtreler, cepler, kartuşlar), mekanik (siklonlar) ve elektrostatik (elektrostatik çökelticiler) toz toplayıcıları içerir; ıslak yöntem ise yıkayıcıları, venturi yıkayıcıları, kabarcık kolonlarını ve ıslak elektrostatik çökelticileri içerir. Bir toz toplayıcının seçimi, beklenen performansa, bütçe kısıtlamalarına ve tozlanacak endüstriyel proseslere, özellikle de yayılan partiküllerin boyutuna bağlıdır.

Filtre katmanı toz toplayıcıları (torba filtreler, cepler, kartuşlar)

Prensip: Tozlu hava gözenekli bir filtre ortamından geçerek ortamın gözenekliliğinden daha büyük tüm partikülleri tutar.

Cihaz, tabanında toz toplama haznesi bulunan bir kutudan oluşur. Keson, tozlu hava akışının içinden geçtiği filtre elemanları (torbalar, cepler, kartuşlar) sıraları (dikey veya yatay) içerir. Plenumun girişinde, hava ilk olarak bir saptırıcı ile karşılaşacaktır. Atalet etkisiyle, en büyük partikülleri hava akışından ayırır ve bunlar daha sonra hazneye düşer.

Kalan toz daha sonra filtre ortamının yüzeyinde birikir. Hava akımı, filtre elemanlarının gözenekli duvarları tarafından oluşturulan filtreleme katmanından tozsuz olarak çıkar. Sürekli olarak biriken partiküller, hava filtrasyonuna katkıda bulunan bir katman oluşturmak üzere toplanır: filtre keki. Filtre keki toz toplama verimliliğini artırır. Öte yandan, basınç düşüşünü artırır (tıkanma, filtre ortamının yukarı ve aşağı akışı arasındaki statik basınç farkı ile ölçülür). Bu, filtre ortamının yenilenmesi için ortamın değiştirilmesini (tek kullanımlık kağıt, keçe vb.) veya periyodik olarak tıkanıklığın açılmasını (açık veya kapalı) gerektirir.

Genel olarak, operasyonun sürekliliğini sağlamak için, temizleme işlemleri filtre ortamının bir kısmı üzerinde otomatik ve sıralı olarak gerçekleştirilir, diğer kısım filtrelemeye devam eder. Buna karşılık, manuel tıkanıklık açma işlemi, sürecin sonunda müdahale edilmesini, hatta tamamen durdurulmasını gerektirir. Kritik bir basınç düşüşüne ulaşılana kadar filtrenin tıkanma süresi, prosesin süresi ile uyumlu olmalıdır.

Filtre elemanlarını temizlemek için ana yöntemler şunlardır:

• Filtre kekinin düşmesine neden olmak için torbaların kumaşında bir deformasyon dalgasına neden olan mekanik sallama.
• Filtre ortamının gözenekleri içindeki hava akışını tersine çevirerek tıkanıklığı açar. Ayarlanan bir basınç düşüşü limitinden veya ayarlanan bir süreden sonra otomatik olarak gerçekleştirilir.
• Torbaların basınçlı hava enjeksiyonu (jet-pulse) ile pnömatik temizliği , filtrelemeyi anlık olarak engeller ve tozu filtreden kaldırır. Bu yöntemin, bir kısmı komşu ortamlara yerleşen tozun yeniden süspansiyon haline getirilmesi gibi bir dezavantajı vardır; dolayısıyla bu olguyu sınırlandırmak için eleman grubu temizliğinin kullanılması gerekir.

Torba filtreler, filtre rejenerasyonunu korumak için düşük bir filtrasyon hızı gerektirir. Çalışma sırasında temizleme işlemleri sırasında, akışın yukarı doğru hızı, temizlenen parçacıkların çökelme hızı ile çakışmamalıdır. Filtrasyon hızı, arıtılacak toz ve gaza ve filtre ortamının türüne bağlı olarak 0,6 ile 6 cm/s arasında değişir. Filtrasyon hızı veya filtrasyon oranı m3/h.m² olarak da ifade edilir.

Filtre medyası çeşitli yapılarda gelir: kumaşlar, iğne keçe, kompozitler, membranlar ve seramikler. Sentetik (PET, naylon), mineral (cam) veya organik (selüloz) malzemelerden yapılırlar. Bu lifler belirli özellikleri iyileştirmek için işlenir: kimyasal direnç, iletkenlik, hidrofobiklik, oleofobiklik, yapışkanlık, ıslanabilirlik vb.

Filtre elemanının seçimi, arıtılacak akıştaki toz konsantrasyonuna, tozun yapısına, gazların bileşimine, gereken verimliliğe, temizleme yöntemine, sıcaklık direncine ve ekonomik kısıtlamalara bağlıdır.

Bir toz toplayıcının yakalama verimliliği, çapı 0,1 ila 0,5 µm arasındaki partiküller için en düşüktür (difüzyonla toplanamayacak kadar büyük, çarpma veya durdurma ile toplanamayacak kadar küçük). 0,1µm’de verimlilik %95’tir. 0,5µm’nin üzerinde %99’un üzerindedir. Gerekirse, elde edilecek emisyon konsantrasyonları özellikle düşük olduğunda bir HEPA H13 veya H14 güvenlik filtreleme aşaması eklenebilir.

Bu tozsuzlaştırma tekniği yüksek seviyede ayrıştırma sağlar ve çok çeşitli toz emisyon konsantrasyonları için uygundur. Filtre katmanı teknolojisi, torba veya kartuş toz toplayıcılar iyi verimliliği cazip bir işletme maliyeti ile birleştirdiğinden, gaz/katı ayrımı için endüstride en yaygın kullanılanıdır.

Mekanik toz toplayıcılar: siklonlar, dekantörler

Siklonlar

Nasıl çalışır: tozlu hava bir siklon içinde döner; merkezkaç kuvveti tozu duvara doğru iter, burada toplanır ve hazneye yerleşir. Temizlenen hava siklonun merkezinden geçerek üstteki çıkışa yükselir.

Toz ayırma işlemi şu durumlarda çok daha etkilidir:

• siklonun yarıçapı küçüktür (merkezkaç kuvvetini artırır)
• partikül konsantrasyonu yüksektir (bu da onları aglomerasyona teşvik eder)
• parçacıkların yoğunluğu yüksektir (duvara giden yol daha hızlıdır)
• hava akışı sıcaklığı düşüktür (gaz viskozitesini azaltır, siklonik etkiyi artırır)

Siklon girişindeki yüksek hava akışı ince partiküllerin toplanmasına yardımcı olur.

Siklonlar hava kirliliği yönetmeliklerine uygun değildir. Genellikle birincil toz toplayıcılar veya örneğin kaba partiküller veya cüruf için ön ayırıcılar olarak kullanılırlar. Düşük maliyetleri ve basitlikleri onları bu amaç için ideal kılmaktadır. Siklonlar 10μm ve üzerindeki partikülleri toplamak için seçilir.

Sürahiler

En büyük partiküller bir muhafaza (genleşme kutusu, dekantasyon odası) içinde dekantasyon yoluyla önceden ayrılır. 30µm’den büyük partiküller, toz yüklü havanın 5m/s hızında dekante edilebilir.

Islak toz toplayıcılar: yıkayıcılar, venturi, kabarcık kolonları

Nasıl çalışır: tozlu hava bir yıkama sıvısı ile temas ettirilir.

Parçacığın ıslatma etkisine bakarız. Sıvı ve toz arasındaki teması tercih ediyoruz:

• ya da parçacık etrafındaki buharın yoğunlaşması yoluyla,
• veya tozun sıvı damlasına yapışmasını sağlamak için yüzey aktif maddeler ekleyerek.

Tozdan arındırılanhava, santrifüj veya atalet yoluylatozlu sıvıdan ayrılır. Karışım ne kadar samimi olursa veya damlalar ne kadar küçük olursa (havadan ayrılamayacak kadar ince olmadan), tozun ayrılması o kadar büyük olur.

Bir yıkayıcıda hava aşağıdan yukarıya doğru dolaşır ve püskürtücüler akıntıya karşı su damlacıkları fırlatır.

Bir venturi toz yüklühavanın hızını artırırken, yakınsak bir difüzör partiküller ve sprey damlacıkları arasındaki etkiyi artırır. Daha sonra ıraksak bir nozül hızı yavaşlatarak tozun bir araya toplanmasını sağlar. Son olarak hava akışı, tozun santrifüjleme ve atalet yoluyla yakalandığı siklon tipi bir separatörden geçer. Tozsuz hava akışı, siklonun merkezinden geçerek üstteki merkezi çıkışa yükselir.

Yıkayıcılar ve venturi yıkayıcılar 0,5 ila 1 μm arasındaki partiküller için etkilidir. 0,5 µm’nin altında, yakalama verimliliğine önemli bir basınç düşüşü ve dolayısıyla daha yüksek enerji tüketimi eşlik eder. Bununla birlikte, bir mikrondan büyük partiküllerin yakalanması toz konsantrasyonu ile artar.

Yakalama verimliliği de su ve hava akış hızlarıyla birlikte artar. Bu da tozlu hava/su teması olasılığını katlar. Ayrıca venturi boğazındaki bu akış hızlarının artırılması venturi yıkayıcıların verimliliğini orantılı olarak artırır. Partikül toplama esas olarak su spreyinin hızından etkilenir.

200 µm’ye kadar yüzey aktif madde eklenmesi ve damla yüksekliğinin artırılması, yaklaşık 3 mm’lik damlacıklar için toz toplamayı iyileştirir. Bunun nedeni, yüzey aktif maddenin düşme sırasında damlacığın deformasyonunu ve dolayısıyla temas yüzeyini artırmasıdır.

Tozun gaz fazından sıvı faza aktarılması, kuru prosesle karşılaştırıldığında önemli arıtma maliyetlerinin yanı sıra su ve enerji tüketimine neden olabilir. Yıkayıcılar, patlayıcı tozlar ve yanıcı gazlarla bağlantılı bir güvenlik sorununu çözmek için veya arıtılacak hava su doygunluğuna yaklaştığında kullanılır.

Islak proses ayrıca havadaki tozu gidermek için kabarcıklı kolonlar kullanır. Hava, ince kabarcıklar şeklinde kolonun enine kesiti üzerinde eşit olarak dağıtılır. Sıvının yüksekliği arttıkça, kabarcığın içinden geçmesi için geçen süre de artar.

Hava akış hızının azaltılması kabarcıkların çapını azaltır ve toplama verimliliğini artırır. Ek olarak, bu verimlilik şunlarla artar: 1,5 ila 20 µm arasındaki partiküllerin boyutu (bunun üzerinde stabil, 1µm’nin altında: düşük verimlilik), yüzey aktif maddelerin kullanımı, gaz dağıtım deliklerinin boyutu. Nanometrik partiküllerin düşük toplama verimliliği, kabarcıkların inceliği, kabarcık rejimi ve kabarcıkların kalma süresini iyileştirmek için paketleme eklenmesiyle iyileştirilebilir.

Kabarcık kolonlarının yapımı ve kurulumu oldukça basit ve nispeten ucuzdur. Ancak,yakalama verimliliği torba filtreler veya elektrostatik çöktürücülerle karşılaştırıldığındadüşük kalmaktadır.

Elektrostatik presipitatörler, elektrostatik presipitatörler veya elektrostatik presipitatörler

Toz toplama prensibi, partiküllerin elektriksel olarak şarj edilmesini ve ardından toz akışının yolundan saptırmak için elektrostatik etkileşimlerin kullanılmasını içerir. Yüklenen toz daha sonra zıt elektrik yüküne sahip bir elektroda doğru yönlendirilir ve burada toplanır.

Yayıcı elektrotlar (genellikle teller) ve alıcı elektrotlar (plakalar) bu cihazı oluşturur. Çevrelerine elektron yayan anotlara negatif bir voltaj uygulanır. Bu, katotlar tarafından çekilen gaz moleküllerini iyonize etme etkisine sahiptir, bunlar yollarındaki tozla çarpışır ve elektriksel olarak yüklenir. Buna karşılık, yüklü toz plakalara çekilir ve bir araya toplanır. Filtrenin verimliliği, plakaların çeşitli teknikler kullanılarak periyodik olarak temizlenmesiyle korunur: titreşim, çekiçleme, yıkama. Toz bir haznede toplanır ve ardından boşaltılır.

Elektrikli sabit bir toz toplayıcının verimliliği aşağıdakilere bağlıdır:

• tozun özdirenci (¹⁰⁶ ile¹⁰¹⁴ Ω.cm arasında).
• hava hızı (1 ila 4 m/s)
• tozun fi̇zi̇koki̇myasi
• elektrotların geometrisi

¹⁰⁶ Ω.cm’nin altında, toplama elektroduna ulaşan toz elektrik yükünü kolayca kaybeder ve hava akımı tarafından alınabilir.¹⁰¹⁴ Ω.cm’nin üzerinde katot üzerinde yalıtkan bir tabaka oluşur ve filtrenin verimliliğini engeller.

Havanın elektrostatik çökeltici içinden geçişi düşük bir basınç düşüşüne (50-100Pa) neden olur. Elektrostatik çökelticinin verimliliğini artırmak için, toz giderme işleminin ilerlemesine bağlı olarak birkaç elektrik toplama alanı (2 ila 6 arasında) seri olarak yerleştirilebilir. Bu , 100 nm’den büyük partiküller için idealdir. Bununla birlikte, partiküller 16nm’den küçük olduğunda, birkaç tek alanlı elektrostatik çökeltici daha etkilidir. Ve 0,2 µm’lik bir partikül boyutu için minimum yakalama verimliliği vardır.

Küçük çaplı yayıcı elektrotlar ve geniş alanlı toplayıcı elektrotlar toz toplama verimliliğini artırır.

Yanlış voltaj ayarı elektrotun bozulmasına ve dolayısıyla patlama riskine yol açabilir. Islak elektrostatik çökeltici bu riski ortadan kaldırır. Çalışma prensibi kuru elektrostatik çökeltici ile aynıdır. Aradaki fark, damla sulama sistemiyle beslenen toplama elektrotları üzerinde ıslak bir film bulunmasıdır. Yakalama

Elektrostatik presipitatörün hacmi ve temsil ettiği yatırım önemlidir. Elektrik tüketimi ve kalifiye personel ihtiyacı, işletme maliyetini yüksek hale getirir. Elektrostatik çökelticiler büyük gaz akışları (80.000^m3/h) için tavsiye edilir. Ağırlıklı olarak çelik endüstrisi, atık yakma tesisleri, çimento fabrikaları ve enerji üretim birimleri gibi ağır sanayide kullanılırlar.

Sonuç

Toz giderme, partikülleri hava akımından ayırmak için çeşitli etkiler içerir: çökeltme, sıkıştırma, santrifüjleme, ıslatma, filtreleme ve elektrostatik çekim. Toz toplayıcılar genellikle istenen toz giderme seviyesine ulaşmak için bu etkilerin birkaçını birleştirir. Hareketlilik, toz toplayıcının konumu vb. gibi endüstriyel bağlama bağlı olarak başka kriterler de devreye girer.