Ο ρόλος του ανέμου στη διασπορά

Transcript

1

2 Ο ρόλος του ανέμου στη διασπορά Τα αερολύματα που διοχετεύονται στην ατμόσφαιρα ακολουθούν την διεύθυνση του ανέμου και διαχέονται λόγω του τυρβώδους χαρακτήρα του. 0 τυρβώδης χαραχτήρας του ανέμου οφείλεται σε στροβιλισμούς που προέρχονται τόσο από μηχανικούς όσο κύρια από θερμικούς λόγους. 0 άνεμος επομένως αποτελεί καθοριστικό παράγοντα στην διάχυση των αερολυμάτων και οι παράγοντες που τον επηρεάζουν, θα επηρεάζουν και την διαδικασία της διάχυσης.

3

4

5

6

7 Τύποι διασποράς Οι τύποι αυτοί εμφανίζονται όταν δεν υπάρχουν επιδράσεις επιφανειακών ανωμαλιών όπως κτίρια κλπ. Η κατακόρυφη κατανομή της θερμοκρασίας και τα τυρβώδη χαρακτηριστικά που συνδέονται μ' αυτή, παίζουν σημαντικό ρόλο στον τύπο της διασποράς Τα τυρβώδη χαρακτηριστικά καθορίζονται από την τυπική απόκλιση στην κάθετη και οριζόντια μεταβολή της διεύθυνσης του ανέμου Το πρώτο διάγραμμα δείχνει την μεταβολή της θερμοκρασίας κατά τη διάχυση Τα σ θ και σ φ : σταθερές αποκλίσεις στις μεταβολές της οριζόντιας και κατακόρυφης διεύθυνσης του ανέμου (κυμαίνονται μεταξύ 0 και 25 μοιρών)

8

9

10

11 CONING Όταν δεν υπάρχουν θερμικά φαινόμενα η πτώση της θερμοκρασίας είναι ανάλογη με την αδιαβατική (ανεξάρτητα του ύψους) και η διασπορά έχει το σχήμα κώνου Η κάθετη τομή της είναι ελλειπτική με τον οριζόντιο άξονα γενικά πιο μεγάλο από τον κάθετο

12 LOOPING Πτώση της θερμοκρασίας μεγαλύτερη από την αδιαβατική καθώς ανεβαίνουμε είναι θερμικά ασταθής Οι δίνες που σχηματίζονται μπορεί να είναι πιο μεγάλες από την κάθετη διατομή με αποτέλεσμα να σχηματίζεται ο τύπος

13 FANNING Πτώση της θερμοκρασίας πιο μικρή από την αδιαβατική ή άνοδος της καθώς ανεβαίνουμε, προκαλούν μείωση της έντασης του τυρβώδη χαρακτήρα ιδιαίτερα στην κάθετη διεύθυνση Το αποτέλεσμα είναι ο οριζόντιος άξονας να είναι πολύ πιο μεγάλος από τον κατακόρυφο

14 Οι τρεις υπόλοιποι τύποι αναφέρονται σε θερμοκρασιακές μεταβολές που παρουσιάζουν ασυνέχεια λόγω της επαφής με αέρια στρώματα με διαφορετικά θερμικά χαρακτηριστικά Στους τύπους FUMIGATING και TRAPPING ένα θερμικά σταθερό στρώμα στο πάνω μέρος εμποδίζει την προς τα άνω διάχυση ενώ επιταχύνεται η διάχυση προς τα κάτω λόγω της ύπαρξης ενός ουδέτερου ή ασταθούς στρώματος στο κάτω μέρος. Στο LOFTING ένα θερμικά σταθερό στρώμα στο κάτω μέρος εμποδίζει την διάχυση προς τα κάτω.

15 TRΑΡPING Οφείλεται στην παρουσία για μεγάλα χρονικά διαστήματα ενός σταθερού στρώματος σε αρκετό ύψος πάνω από τον κώνο διάχυσης. Το ουδέτερο ή ασταθές στρώμα που καλύπτει τον κώνο διάχυσης μπορεί να προκαλέσει για πολλές ώρες υψηλές συγκεντρώσεις εδάφους.

16 FUMIGATING Είναι αποτέλεσμα της μετάβασης από ένα επιφανειακά σταθερό στρώμα σ' ένα αναπτυσσόμενο ουδέτερο ή ασταθές κάτω από τον κώνο διάχυσης (PLUME) των αερολυμάτων. Καθώς το ασταθές στρώμα καλύπτει τον κώνο, μπορεί να εμφανιστούν υψηλές συγκεντρώσεις εδάφους για μικρά χρονικά διαστήματα (λίγα λεπτά της ώρας ή περισσότερο). Το φαινόμενο οφείλεται στη θέρμανση της επιφανείας της γης τις πρωινές ώρες που ακολουθεί τις νυχτερινές σταθερές συνθήκες. Μπορεί επίσης να συμβεί κατά τη μετάβαση του αέρα από ψυχρές σε θερμές επιφάνειες όπως από τη θάλασσα στη στεριά ή από την ύπαιθρο σε αστικές περιοχές.

17 LOFTING Ο πιο επιθυμητός από την άποψη της αέριας ρύπανσης γιατί το κατώτερο σταθερό στρώμα εμποδίζει την διάχυση προς τα κάτω.

18 h s : το φυσικό ύψος της καμινάδας h e : το ενεργό ύψος της καμινάδας Δh: υπερύψωση του κώνου διασποράς

19 Τα χαρακτηριστικά των αερολυμάτων που επηρεάζουν την υπερύψωση είναι: η θερμοκρασία και η πυκνότητα: Γενικά όσο πιο μεγάλη είναι η διαφορά θερμοκρασίας εξόδου και περιβάλλοντος τόσο ευνοείται η υπερύψωση λόγω διαφοράς πυκνότητας. η ταχύτητα εξόδου των αερολυμάτων, που εξαρτάται από την παροχή των αερολυμάτων και την διάμετρο της καμινάδας: Γενικά όσο πιο μεγάλη η ταχύτητα εξόδου τόσο μεγαλώνει η υπερύψωση λόγω ορμής. η παρουσία σωματιδίων: Σωματίδια διαμέτρου <20μm ακολουθούν τα υπόλοιπα αέρια, ενώ σωματίδια διαμέτρου >20μm λόγω της επίδρασης της βαρύτητας θα έχουν μικρότερη υπερύψωση. η παρουσία υγρασίας, που μπορεί να οφείλεται σε προηγούμενη επεξεργασία των αερολυμάτων: Τα σταγονίδια τον νερού εξατμίζονται καθώς εξέρχονται από την καμινάδα απορροφώντας θερμότητα από την μάζα των αερίων και ψύχοντάς τα με αποτέλεσμα την μείωση της υπερύψωσης.

20

21 Τα χαρακτηριστικά του αέρα που επηρεάζουν την υπερύψωση είναι: η ταχύτητα του ανέμου: Γενικά η αύξηση της ταχύτητας του ανέμου προκαλεί μείωση της υπερύψωσης τόσο λόγω της μείωσης της κατακόρυφης ταχύτητας των αερολυμάτων όσο και λόγω της ταχύτερης ανάμιξης και εξισορρόπησης των χαρακτηριστικών των αερολυμάτων μ' αυτά του ατμοσφαιρικού αέρα. η ισορροπία της ατμόσφαιρας: Γενικά ατμοσφαιρικές συνθήκες που ευνοούν την προς τα κάτω κίνηση αερίων μαζών μειώνουν την υπερύψωση (π.χ. FUMIGATING, ΤRAΡΡΙΝG), ενώ συνθήκες που ευνοούν την προς τα πάνω κίνηση ευνοούν την υπερύψωση (LOFTING).

22 Εξίσωση HOLLAND h 1,5 v. D410 v 5 Q h Δh υπερύψωση (m) v αερολ ταχύτητα εξόδου αερολυμάτων (m/s) D διάμετρος εξόδου καμινάδας (m) Q ρυθμός εκπομπής θερμότητας (cal/s) h v ταχύτητα ανέμου (m/s)

23 Gaussian κατανομή στο οριζόντιο και κατακόρυφο επίπεδο

24 Διασπορά κατά GAUSS C(x,y,z: η συγκέντρωση στο σημείο συντεταγμένων (x,y,z), (g/m 3 ) : η παροχή εξόδου αερολυμάτων (g/s) h e : ενεργό ύψος της καμινάδας (m) x,y,z : το μέγεθος των συντεταγμένων (m) v : η μέση ταχύτητα του ανέμου σ όλη την έκταση του κώνου διασποράς (m/s) σ y και σ z : οι τυπικές αποκλίσεις της κατανομής Gauss στο οριζόντιο και κατακόρυφο επίπεδο αντίστοιχα (m) 2 y e 2 z e 2 y y x,y,z σ h z exp σ z - h exp σ y exp σ π 2 M C v z M

25 Παραδοχές για την ισχύ της εξίσωσης Συνεχής εκπομπή αερολυμάτων από την πηγή σε ρυθμούς ίσους ή μεγαλύτερους από την διασπορά λόγω του ανέμου, ώστε η διάχυση προς την κατεύθυνση της μεταφοράς να είναι αμελητέα. Το υλικό που διαχέεται είναι σταθερό αέριο ή αιώρημα σωματιδίων με διάμετρο μικρότερη των 20μm που παραμένει σε αιώρηση για μεγάλο χρονικό διάστημα. Όλη η μάζα των αερολυμάτων παραμένει στον κώνο διάχυσης και δεν έχουμε απώλεια υλικού λόγω προσρόφησης ή χημικής αντίδρασης κατά την επαφή με το έδαφος Η ταχύτητα και η διεύθυνση του ανέμου παραμένουν σταθερές σ' όλο το μήκος της διασποράς Η κατανομή των συγκεντρώσεων είναι κανονική και στο οριζόντιο και στο κάθετο επίπεδο Τα χαρακτηριστικά της ατμόσφαιρας είναι σταθερά σ' όλο το μήκος της διασποράς και τα σ y και σ z είναι συνάρτηση της απόστασης x από την καμινάδα

26 Για τον υπολογισμό των συγκεντρώσεων εδάφους η εξίσωση μπορεί να απλοποιηθεί και να πάρει την μορφή: C x,0,0 πσ 2 M σ y z exp- v 1 h 2 σ e z Για δεδομένη παροχή αερολυμάτων, οι συγκεντρώσεις εδάφους είναι αντιστρόφως ανάλογες της ταχύτητας του αέρα και μειώνονται με το ενεργό ύψος της καμινάδας Οι τιμές που μπορούν να πάρουν οι σταθερές διασποράς σ y και σ Ζ μπορούν να βρεθούν από διαγράμματα για διάφορες αποστάσεις από την καμινάδα

27

28

29

30

31 Η ταχύτητα του ανέμου (v) είναι συνάρτηση του ύψους (z). Στις σχέσεις συνηθίζεται να χρησιμοποιείται η ταχύτητα του ανέμου στο ενεργό ύψος (h e ). Αν είναι γνωστή η ταχύτητα του ανέμου v 1 σε κάποιο ύψος z 1 τότε μπορεί να υπολογιστεί η ταχύτητα του ανέμου στο ύψος h e σύμφωνα με την σχέση: v v 1 h z e 1 0,5

32 Η μέγιστη συγκέντρωση του αέριου ρύπου στο έδαφος εμφανίζεται σε απόσταση από την καμινάδα για την οποία ισχύει η σχέση: σ z = 0,707 h e Στη περίπτωση που τα αερολύματα παγιδεύονται λόγω θερμικής αναστροφής (trapping) τότε ισχύει η εξίσωση: C x,0,0 M 2π H σ 2 1 h exp- v 2 σ όπου Η i το ύψος της θερμικής αναστροφής i z Η απόσταση x i από την καμινάδα κατά την οποία το αερόλυμα φθάνει το επίπεδο της θερμικής αναστροφής υπολογίζεται από την σχέση: e z 2,15 σ z = Η i - h e

33 Άσκηση Μία μονάδα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας καταναλώνει ημερησίως καταναλώνει tons στερεού καυσίμου που περιέχει 1,5% θείο. Το ενεργό ύψος (h e ) της καμινάδας είναι 200 m. Στη στάχτη συγκρατείται το 25% του θείου ενώ το υπόλοιπο εκπέμπεται στην ατμόσφαιρα από την καμινάδα με τη μορφή SO 2. Μετρήθηκε μία ηλιόλουστη ημέρα σε ύψος 10 m η ταχύτητα του ανέμου και βρέθηκε 4 m/s. Να βρεθεί η συγκέντρωση του SO 2 στο έδαφος σε απόσταση 1, 5 και 10 km. Να υπολογιστεί η μεγίστη συγκέντρωση SO 2 στο έδαφος που μπορεί να μετρηθεί καθώς και η απόστασή της από τη καμινάδα. Να βρεθεί το ύψος της θερμικής αναστροφής που θα μπορούσε να επηρεάσει αρνητικά τη συγκέντρωση του SO 2 στο έδαφος σε απόσταση 10 km από τη καμινάδα.

34 Έλεγχος ρύπανσης στην πηγή

35 Έλεγχος αιωρούμενων σωματιδίων Προέρχονται από μία μεγάλη ποικιλία πηγών και έχουν ένα σημαντικό εύρος διαφορετικών μορφολογικών, χημικών, φυσικών και θερμοδυναμικών χαρακτηριστικών Η διάμετρός τους ποικίλει από μερικά νανόμετρα έως και 100μm και σχετίζεται άμεσα με τον τρόπο σχηματισμού και εκπομπής τους

36 Ταξινόμηση ΡΜ10 έχουν διάμετρο έως και 10μm. PM2.5 ταυτίζονται με την κατηγορία των αναπνεύσιμων σωματιδίων και θεωρείται ότι έχουν διάμετρο έως και 2,5 μm.

37 Μέθοδοι ελέγχου των εκπομπών αιωρούμενων σωματιδίων Θάλαμοι βαρύτητας ή καθίζησης Κυκλώνες Σακκόφιλτρα Υγροί καθαριστήρες ή πύργοι έκπλυσης-ψεκασμού Ηλεκτρόφιλτρα ή ηλεκτροστατικοί κατακρημνιστές

38 Μέθοδος Μέγεθος Σωματιδίων Απόδοση (%) Πλεονεκτήματα Μειονεκτήματα Θάλαμοι καθίζησης > 50 μm < 50 Χαμηλό κόστος Μέτριας αποτελεσματικότητας, ιδιαίτερα για μικρά σωματίδια Κυκλώνες 5-25 μm Χαμηλό κόστος κεφαλαίου Λειτουργία και σε υψηλές θερμοκρασίες Χαμηλές απαιτήσεις συντήρησης καθώς δεν περιλαμβάνουν κινητά τμήματα Σακκόφιλτρα <1 μm >99 Εξαιρετικά υψηλή απόδοση, ακόμα και για πολύ μικρά σωματίδια. Κατάλληλα για πολλά διαφορετικά είδη σκόνης. Σχεδιαστική διαρρύθμιση που επιτρέπει την επεξεργασία αερίων ρευμάτων ευρείας κλίμακας ογκομετρικής παροχής. Σχετικά χαμηλές πτώσεις πίεσης Χαμηλές αποδόσεις Υψηλό κόστος λειτουργίας λόγω της υψηλής πτώσης πίεσης Υψηλό κόστος, Μεγάλες απαιτήσεις χώρου. Λειτουργία μόνο σε συνθήκες ξηρασίας. Ευαισθησία των υφασμάτων έναντι υψηλών θερμοκρασιών και παρουσίας διαβρωτικών χημικών ουσιών. Κίνδυνος φωτιάς ή έκρηξης Υγροί καθαριστήρες Υψηλές αποδόσεις με ταυτόχρονη (α) Πύργοι ψεκασμού >10 μm <80 (β) Υγροκυκλώνες >2.5 μm <80 (γ) Venturi >0.5 μm <99 κατακράτηση μέρους των αερίων ρύπων. Επεξεργασία εύφλεκτης και εκρηκτικής σκόνης σχετικά ακίνδυνα. Δυνατότητα επεξεργασίας ομιχλών. Ταυτόχρονη ψύξη των θερμών αερίων. Εξουδετέρωση διαβρωτικών αερίων και σκόνης Πολύ υψηλό κόστος λειτουργίας λόγω της υψηλής πτώσης πίεσης. Απαίτηση για διάθεση της υγρής λάσπης που παράγεται. Κίνδυνος καταστροφών από διάβρωση. Απαίτηση για προστασία απέναντι σε φαινόμενα ψύξης. Πιθανόν τα απαέρια να χρειαστούν θέρμανση προς αποφυγή δημιουργίας ορατού πλουμίου. Πιθανή μόλυνση των συλλεγομένων σωματιδίων με αποτέλεσμα να μην είναι ανακυκλώσιμα. Πρόβλημα μόλυνσης από το παραγόμενο υγρό Ηλεκτρόφιλτρα <1 μm Επεξεργασία μεγάλου όγκου αερίων με μικρή πτώση πίεσης. Πολύ υψηλές αποδόσεις ακόμα και για πολύ μικρά σωματίδια. Δυνατότητα ξηρής συλλογής χρήσιμων υλών ή υγρής συλλογής αιθάλης και ομίχλης. Υψηλό κόστος κεφαλαίου. Σχετικά άκαμπτα σε αλλαγές των συνθηκών λειτουργίας. Μη δυνατότητα ελέγχου αερίων ρύπων. Μεγάλες απαιτήσεις χώρου. Πιθανότητα αποτυχίας στην περίπτωση

39 Κυκλώνες

40

41

42 Σχεδιαστικές παράμετροι κυκλώνα: Διάμετρος κυκλώνα D Μήκος κυλίνδρου L 1 = 2D Μήκος κώνου L 2 = 2D Διάμετρος εξόδου D e = D/2=h Ύψος εισόδου h = D/2 Διάμετρος εισόδου (πλάτος) b=d/4=l 3 =D d Διάμετρος εξόδου σωματιδίων D d = D/4=b=L 3 Μήκος αγωγού εξόδου των απαερίων L 3 +h = 5D/8 Αριθμός περιδινήσεων N e = (L 1 + L 2 /2)/h

43 Φυγόκεντρος δύναμη F c M p v 2 i R F c M p v i 2 /R v i R η φυγόκεντρος δύναμη (N), η μάζα του σωματιδίου (kg) η φυγόκεντρος επιτάχυνση (m/s 2 ) με ταχύτητα του σωματιδίου ακτίνα του κυκλώνα (m).

44 Ως σωματίδια αναφοράς λαμβάνονται τα σωματίδια εκείνης της διαμέτρου που κατακρατούνται κατά 50%. Το μέγεθος των σωματιδίων αυτών δίδεται από την εξίσωση του Lapple: d b N u e i p 1/2 Όπου d 50 η διάμετρος των σωματιδίων που κατακρατούνται με απόδοση 50% (m), το ιξώδες των αερίων αποβλήτων (kg/m-s), b η διάμετρος της εισόδου του κυκλώνα (m), N ο αριθμός των περιδινήσεων στον εξωτερικό έλικα του e κυκλώνα, η ταχύτητα εισόδου των αερίων αποβλήτων (m/s) και u i p η πυκνότητα των στερεών σωματιδίων (kg/m 3 ).

45 n j 1 (d 1 /d 50 pj ) 2 n j η απόδοση του κυκλώνα για σωματίδια συγκεκριμένης ομάδας d pj η χαρακτηριστική διάμετρος των σωματιδίων της ομάδας αυτής.

46 Η ολική απόδοση του κυκλώνα υπολογίζεται από την εξίσωση: n όπου n o m j o nj m j η ολική απόδοση του κυκλώνα και το ποσοστό, κατά βάρος, των σωματιδίων συγκεκριμένης ομάδας. Shepherd και Lapple: H v K h D 2 e b Hv η πτώση πίεσης (αδιάστατο), εκφρασμένη σε αριθμούς πιεζομετρικού ύψους ταχύτητας εισαγωγής K σταθερά η οποία εξαρτάται από την διάταξη του κυκλώνα και τις συνθήκες λειτουργίας του. (Κ=12-18, τυπικά 16)

47 Αδιάστατες σχεδιαστικές παράμετροι για κυκλώνες εφαπτομενικής εισόδου Συμβολισμός Παράμετρος Τυπικής απόδοσης Χαμηλής απόδοσης Υψηλής απόδοσης D Διάμετρος κυκλώνα 1,0 1,0 1,0 h Ύψος εισόδου 0,5 0,75 0,5 b Διάμετρος εισόδου 0,25 0,375 0,2 L 3 +h Μήκος εξόδου 0,625 0,875 0,5 D e Διάμετρος εξόδου 0,5 0,75 0,5 L 1 Μήκος κυλίνδρου 2,0 1,5 1,5 L 2 Μήκος κώνου 2,0 2,5 2,5

48 Πτώση πίεσης Υψηλές αποδόσεις επιτυγχάνονται όταν το ρεύμα αερίου εισέρχεται με μεγάλη ταχύτητα στον κυκλώνα. Ταυτόχρονα, όμως, θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη και η δημιουργούμενη πτώση πίεσης. Καθώς αυξημένη πτώση πίεσης μέσα στον κυκλώνα συνεπάγεται αύξηση και του έργου του ανεμιστήρα, κατά τον σχεδιασμό θα πρέπει να αναζητείται η βέλτιστη λύση, ισοσταθμίζοντας τους δύο αυτούς παράγοντες.

49 Πτώση πίεσης p Δp η πτώση πίεσης (N/m 2 ) και ρ g η πυκνότητα του αερίου (kg/m 3 ). 1 2 g v 2 i H v Η πτώση πίεσης στους κυκλώνες συνήθως ποικίλλει από Pa (N/m 2 ). Η κατανάλωσης ισχύος είναι τότε: dw f dt Q p όπου dw f dt Q η ισχύς σε Watt η ογκομετρική παροχή του αερίου (m 3 /s).

50 Διαδικασία σχεδιασμού Αρχικά επιλέγεται η διάμετρος του κυκλώνα Υπολογίζεται η d 50 Υπολογίζεται η συνολική απόδοση Εάν η απόδοση είναι χαμηλή, επιλέγεται μικρότερη διάμετρος και επαναλαμβάνεται η παραπάνω διαδικασία Ελέγχεται η πτώση πίεσης Εάν αυτή είναι υψηλή, θα πρέπει να μοιραστεί η ροή του αερίου σε δύο παράλληλους κυκλώνες.

51 Άσκηση Αέρια απόβλητα με ρυθμό ροής 8m 3 /s και ιξώδες μ=2, Pa.s, καθαρίζονται από κυκλώνα συμβατικών διαστάσεων. Η διάμετρος του κυκλώνα είναι 2m, και η θερμοκρασία του αέρα 77 o C. Να υπολογιστεί η απόδοση του κυκλώνα για σωματίδια πυκνότητας 1,6g/cm 3 και διαμέτρου 9μm.

52 Άσκηση Ρεύμα αέρα, με ρυθμό ροής 150m 3 /min, θερμοκρασίας T = 350K και πίεσης P = 1atm, περιέχει σωματίδια πυκνότητας 1600kg/m 3 και με την κατανομή μεγέθους που δίνεται παρακάτω. Μέγεθος σωματιδίων (μm) ποσοστό κατά βάρος (%) Δίνεται επίσης το ιξώδες του αέρα = 0,075kg/m-hr g Υπολογίστε την ολική απόδοση κυκλώνα τυπικής απόδοσης και διαμέτρου 1m.

53 j Πεδίο μεγέθους d pj d 50/ dpj n j m j (μm) (μm) (%) (%) n jmj ,23 0,02 1 0, ,08 0,18 9 1, ,25 0, , ,779 0, , ,445 0, , ,260 0, , ,156 0,98 5 4, ,083 0, ,1

54 Σακκόφιλτρα (fabric filters ή baghouse filters) Είναι ειδικά φίλτρα για τη συλλογή ξηρών σωματιδίων. Κατά τη διέλευση του αερίου ρεύματος, τα σωματίδια δεσμεύονται πάνω στην εσωτερική ή εξωτερική επιφάνεια του σακκόφιλτρου, δημιουργώντας ένα στρώμα σωματιδίων, το οποίο στη συνέχεια λειτουργεί ως φίλτρο για την περαιτέρω συλλογή σωματιδίων μικρότερης διαμέτρου. Τα σακκόφιλτρα είναι κατασκευασμένα συνήθως από ύφασμα, αλλά μπορούν να κατασκευαστούν και από άλλα υλικά

55 Θερμοκρασιακή και χημική αντοχή συνήθων υφασμάτων Ύφασμα Μέγιστη θερμοκρασία Χημική αντοχή (ºF) Οξέα Βάσεις Dynel 160 καλή καλή Βαμβάκι 180 ανεπαρκής καλή Μαλλί 200 καλή ανεπαρκής Nylon 200 ανεπαρκής καλή Πολυπροπυλένιο 200 άριστη άριστη Orlon 260 καλή επαρκής Dacron 275 καλή επαρκής Nomex 400 επαρκής καλή Teflon 400 άριστη άριστη Γυαλί 550 καλή καλή

56 Συλλέγουν το μεγαλύτερο ποσοστό σωματιδίων με μέγεθος έως 0,5μm και αρκετά μεγάλο ποσοστό σωματιδίων με μέγεθος έως 0,1μm. Η ταχύτητα φιλτραρίσματος κυμαίνεται από 0,46 έως 4,6m/min. Καθώς τα σωματίδια κατακρατούνται η πτώση πίεσης αυξάνει, με αποτέλεσμα να αυξάνει και το λειτουργικό κόστος Ο καθαρισμός γίνεται με: μηχανικό περιοδικό τίναγμα (δόνηση) των φίλτρων (Shaker) ή αναστροφή του αέριου ρεύματος (Reverse Air).

57 (a) Σακκόφιλτρο δόνησης (Shaker) (b) Σακκόφιλτρο παλμικών ακροφυσίων (Pulse-jet)

58

59 Σχεδιασμός σακκόφιλτρων Η ταχύτητα φιλτραρίσματος (μέση ταχύτητα εισόδου του απαερίου στο φίλτρο) είναι ίση με το λόγο του ρυθμού ροής του απαερίου προς την καθαρή επιφάνεια του φίλτρου: v f Q A όπου v f η ταχύτητα φιλτραρίσματος (m/min), Q ο ρυθμός ροής του απαερίου (m 3 /min) και A η καθαρή επιφάνεια υφάσματος (m 2 ).

60 Μέγιστες ταχύτητες φιλτραρίσματος για σακκόφιλτρα δόνησης (Shaker) και αναστροφής αέρα (Reverse Air) Είδος σωματιδίων Μέγιστη ταχύτητα Φιλτραρίσματος (m/min) Ενεργός άνθρακας, Μαύρος άνθρακας, 0,46 Απορρυπαντικά, Ατμοί μετάλλων Οξείδιο του αλουμινίου, Άνθρακας, 0,61 Λιπάσματα, Γραφίτης, Σιδηρομεταλλεύματα, Ασβέστης, Χρωστικές ουσίες, Ιπτάμενη τέφρα, Βαφές Αλουμίνιο, Άργιλος, Κωκ, Κάρβουνο, Κακάο, 0,69 Οξείδιο του μολύβδου, Mica, Σάπωνες, Ζάχαρη, Τάλκης Βωξίτης, Κεραμικά, Μεταλλεύματα Χρωμίου, 0,76 Άλευρα, Πυρόλιθος, Γυαλί, Γύψος, Πλαστικά, Τσιμέντο Αμίαντος, Ασβεστόλιθος, Χαλαζίας, Οξείδιο 0,84 του πυριτίου Σπόροι δημητριακών, Μάρμαρο, 0,91 0,99 Γη διατόμων, Αλάτι Δέρμα, Χαρτί, Φύλλα καπνού, Ξύλο 1,07

61 Μέγιστες ταχύτητες φιλτραρίσματος για σακκόφιλτρα με παλμικά ακροφύσια (Pulse-Jet) Είδος σωματιδίων Μέγιστη ταχύτητα Φιλτραρίσματος m/min) Άνθρακας, Γραφίτης, Ατμοί μεταλλουργίας, Σάπωνες, 1,5 1,8 Απορρυπαντικά, Οξείδιο του ψευδαργύρου Τσιμέντο (κοινό), Άργιλος (κοινή), Πλαστικά, Χρωστικές 2,1 2,4 ουσίες, Άμυλο, Ζάχαρη, Ψευδάργυρος (μεταλλικός) Οξείδιο του αλουμινίου, Σκόνες τσιμέντου, Άργιλος 2,7 3,4 (επεξεργασμένη), Ασβέστης, Ασβεστόλιθος, Γύψος, Mica, Χαλαζίας, Σόγια, Τάλκης Κακάο, Σοκολάτα, Αλεύρι, Σπόροι, Σκόνη 3,7 4,3 δέρματος, Πριονίδι, Φύλλα καπνού Σημείωση: Εάν το φορτίο είναι πολύ μεγάλο ή τα σωματίδια πολύ μικρά, οι παραπάνω τιμές θα πρέπει να μειωθούν κατά 0,3m/min.

62 Υπολογισμός πτώσης πίεσης Η πτώση πίεσης σε ένα φίλτρο αυξάνει με το χρόνο, την ταχύτητα v του απαερίου τη συγκέντρωση των σωματιδίων 0 c Η ολική πτώση πίεσης μέσω του φίλτρου και του στρώματος των σωματιδίων που δημιουργείται για χρόνο λειτουργίας t ισούται τελικά με: p p p 2 K1 v K2 c0 v t όπου Κ 1 και Κ 2 σταθερές.

63 Τιμές της Κ 1 μπορούν να δοθούν από τους κατασκευαστές ή από πειραματικά δεδομένα. 3 Ο Calvert (1984) προτείνει την τιμή K 350N min σε περίπτωση έλλειψης δεδομένων. 1 m Η Κ 2 ονομάζεται ειδική αντίσταση του στρώματος των σωματιδίων στο φίλτρο (dust cake) και συνήθως εκφράζεται σε s -1. Οι τιμές της Κ 2 ποικίλουν. Ακριβείς τιμές για κάθε περίπτωση μπορούν να ληφθούν μόνο από πειραματικά δεδομένα.

64 Τυπικές τιμές της ειδικής αντίστασης του στρώματος των σωματιδίων (Κ 2 ) για διαφορετικά είδη σωματιδίων Εφαρμογή Κ 2 (s -1 ) Alumina 1, Asphalt 1, Calcium sulfate 4, Carbon black 4, Cement 1,2 7, Copper 1,5 6,510 5 Dolomite 6, Electric furnace 0,45 7, Flour 4,310 4 Fly ash 0, Foundry dust ,210 6 Gypsum 0,63 1,910 5 Iron oxide , Lead oxide 5,710 5 Lime kiln Milk powder 4,510 4 Oats 1,510 4 Pigments 2,28 2, Soap 1,62 3, Tobacco 3,610 5 Zinc 0,7 5, Zinc oxide 1,84 4,010 5

65 Αριθμός διαμερισμάτων συναρτήσει της καθαρής επιφάνειας υφάσματος Καθαρή επιφάνεια υφάσματος (m 2 ) Αριθμός διαμερισμάτων 0, > > 20 Σημείωση: Η καθαρή επιφάνεια υφάσματος ισούται με τον λόγο της ογκομετρικής παροχής προς την ταχύτητα φιλτραρίσματος και αντιστοιχεί σε εκείνα τα τμήματα της επιφάνειας των φίλτρων που χρησιμοποιούνται κάθε φορά, με εξαίρεση αυτά που δεν λειτουργούν λόγω συντήρησης.

66 Εάν υπάρχουν N διαθέσιμα διαμερίσματα σακκόφιλτρων σε όλη την εγκατάσταση ο συνολικός χρόνος φιλτραρίσματος t f για ένα διαμέρισμα πριν αυτό σταματήσει για τον επόμενο καθαρισμό του (αφού ήδη έχουν υποστεί καθαρισμό διαδοχικά όλα τα υπόλοιπα διαμερίσματα) θα είναι ίσος με: t f t c (N 1) Ο χρόνος καθαρισμού κάθε διαμερίσματος t c μπορεί να κυμαίνεται από 1 έως 5min Ο συνολικός χρόνος λειτουργίας ενός διαμερίσματος μεταξύ δύο διαδοχικών καθαρισμών του t f κυμαίνεται από 30min έως 2h.

67 Άσκηση Υπολογίστε την απαιτούμενη επιφάνεια υφάσματος συστήματος σακκόφιλτρων δόνησης (Shaker), το οποίο επεξεργάζεται 1.100m 3 /min αέρα που περιέχει σκόνη βιομηχανικής αλεύρου. Καθορίστε επίσης τον αριθμό των διαμερισμάτων καθώς και τον αριθμό των σάκων που χρειάζονται, εάν γνωρίζετε ότι κάθε σάκος έχει μήκος 2,4m και διάμετρο 0,15m.