7: Πλυντρίδες - Scrubbers

Transcript

1 Εισαγωγή 7: Πλυντρίδες - Scrubbers Οι πλυντρίδες ανήκουν σε μία ευρεία ομάδα συσκευών ελέγχου της αέριας ρύπανσης, που χρησιμοποιούνται βασικά για την απομάκρυνση σωματιδίων και/ή αέριων ρύπων (με διαλυτοποίηση ή απορρόφηση) από βιομηχανικά απαέρια. Παραδοσιακά οι πλυντρίδες αναφέρονται στα συστήματα ελέγχου της αέριας ρύπανσης που χρησιμοποιούν μία υγρή φάση (κυρίως νερό) για να «ξεπλύνουν» ανεπιθύμητους ρύπους από ένα αέριο ρεύμα. Γενικά, όταν τα λεπτά σωματίδια έλθουν σε επαφή με ένα υγρό, τότε αμέσως προσκολλώνται σε αυτό. Επίσης σωματίδια ή σταγονίδια μεγέθους 50 μm συλλέγονται εύκολα σε διαχωριστή. Έτσι αν γίνει δυνατή η προσκόλληση των λεπτών σωματιδίων στα σταγονίδια, η συλλογή τους γίνεται ευκολότερη. Η ιδέα προφανώς έρχεται από τη φύση: η βροχή ξεπλένει τα σωματίδια στην ατμόσφαιρα. Μετά τη βροχή η ατμόσφαιρα είναι πεντακάθαρη. Cooper & Alley: Κεφάλαιο 7 2/61 Εισαγωγή (ΙΙ) Υγρή πλυντρίδα Πρόσφατα, ο όρος πλυντρίδα χρησιμοποιείται επίσης για να περιγράψει το σύστημα της εισαγωγής ενός στερεού αντιδραστηρίου ή ενός αιωρήματος σε ένα ρυπασμένο ρεύμα με σκοπό την απομάκρυνση των όξινων αερίων. Οι πλυντρίδες είναι οι κύριες συσκευές για τον έλεγχο αέριων εκπομπών και ειδικά όξινων αερίων (π.χ. SO 2, HCl). Ρυπασμένος αέρας Συσκευή επαφής αερίου-υγρού (πλυντρίδα) Μίγμα αερίου και υγρού Διαχωριστής αερίου-υγρού (κυκλώνας) Ρυπασμένο υγρό Καθαρό αέριο Θα πρέπει να βρεθεί η κατάλληλη μέθοδος για το διαχωρισμό της στερεής φάσης (σωματίδια) από την υγρή φάση, και η οποία μπορεί να επαναχρησιμοποιηθεί. Ειδάλλως, το πρόβλημα της ρύπανσης μεταφέρεται από την αέρια φάση στην υγρή φάση. Μπορούν να λειτουργήσουν με μικρή ή υψηλή απόδοση. Προσαρμοστικότητα ανάλογα με την περίπτωση. Σχετικά υψηλό κόστος λειτουργίας. Αντλία ανακυκλοφορίας υγρού Διαχωριστής υγρού-στερεού (καθίζηση ή διήθηση) Συλλογή στερεού Τα κυριότερα τμήματα ενός συστήματος πλυντρίδας. * Οι καταλληλότερες συνθήκες για την απομάκρυνση των σωματιδίων αντιστοιχούν στις χειρότερες συνθήκες για τον έλεγχο αερίων. 3/61 4/61

2 Υγρή πλυντρίδα Παράδειγμα συστήματος πλυντρίδας Τα κυριότερα τμήματα ενός συστήματος πλυντρίδας. Αγωγοί και σύστημα ανεμιστήρα (Προαιρετικό) σύστημα κορεσμού Δοχείο πλυντρίδας Αποτροπέας σταγονιδίων Αντλητικό σύστημα (και σύστημα ανακυκλοφορίας) Επεξεργασία υγρών και επανάχρηση Καπνοδόχος Δέσμευση σωματιδίων και όξινων αερίων 5/61 6/61 Εισαγωγή (ΙΙΙ) Εισαγωγή (ΙV) Σε μία υγρή πλυντρίδα το ρυπασμένο αέριο ρεύμα φέρεται σε επαφή με το μέσο έκπλυσης με ψεκασμό υγρού, με τη διέλευση του μέσω από μία υγρή φάση, με πρόσκρουση σε υγρή επιφάνεια κ.α. Μπορούν να παρασταθούν ότι αποτελούνται από δύο ζώνες: τη ζώνη επαφής και τη ζώνη διαχωρισμού. Υπάρχει πληθώρα σχεδιασμών πλυντρίδων και συστημάτων πλυντρίδων. Στόχος του σχεδιασμού είναι η όσο το δυνατόν καλύτερη επαφή μεταξύ του υγρού και του ρυπασμένου αέριου ρεύματος. Ανάγκη συστήματος αποτροπής του συμπαρασυρμού σταγονιδίων από το καθαρό ρεύμα (emister). 7/61 8/61

3 Μηχανισμοί σύλληψης των σωματιδίων - Απόδοση Μηχανισμοί σύλληψης όξινων αέριων πρόσκρουση Οι κύριοι μηχανισμοί σύλληψης των σωματιδίων στα σταγονίδια είναι με πρόσκρουση, διάχυση και με ανάσχεση. Κύριος μηχανισμός σύλληψης αερίων: απορρόφηση. Υπάρχει μεγάλης επιφάνειας επαφής (διεπιφάνεια) Καλή ανάμιξη τύρβη Επαρκής χρόνος Η διαλυτότητα σημαντικός παράγοντας Διάχυση στην αέρια φάση ανάσχεση απορρόφηση. Μεταφορά μάζας Διάχυση στην υγρή φάση διάχυση Υποθετική καμπύλης απόδοσης. 9/61 10/61 Πλυντρίδες: Πλεονεκτήματα - Μειονεκτήματα Πλυντρίδες: Πλεονεκτήματα - Μειονεκτήματα Πλεονεκτήματα Μικρές απαιτήσεις σε χώρο. Οι πλυντρίδες μειώνουν συγχρόνως τη θερμοκρασία (ψύξη) και τον όγκο των αερίων. Για το λόγο αυτό οι αγωγοί και οι ανεμιστήρες κατάντη της συσκευής είναι μικρότερα και με μικρότερο κόστος. Δεν δημιουργούνται δευτερογενείς πηγές σκόνης. Όταν συλληφθούν τα σωματίδια στο υγρό δεν μπορούν να «αποδράσουν». Επεξεργάζονται αέρια σε υψηλή θερμοκρασία και υγρασία. Δεν υπάρχουν περιορισμοί στη θερμοκρασία και προβλήματα συμπύκνωσης όπως στα σακόφιλτρα και στα ESP. Ελαχιστοποίηση των κινδύνων φωτιάς και εκρήξεων Πολλές ξηρές σκόνες γίνονται εύφλεκτες. Δυνατότητα ελέγχου συγχρόνως σωματιδιακών και αέριων ρύπων, αλλά και νεφελώματα σταγονιδίων. Ο βαθμός απόδοσης μπορεί να μεταβάλλεται. Μειονεκτήματα Προβλήματα διάβρωσης Τα διαλυμένα αέρια στο νερό μπορούν να το καταστήσουν άκρως διαβρωτικό. Απαιτείται σωστή επιλογή υλικών. Επίσης οι υγρές-ξηρές μεταλλικές επιφάνειες επιρρεπείς σε διάβρωση Απαίτηση για υψηλή ισχύ Υψηλή απόδοση επιτυγχάνεται μόνο σε συνθήκες υψηλής πτώσης πίεσης που οδηγούν σε υψηλότερο λειτουργικό κόστος. Προβλήματα διάθεσης του νερού Μπορεί να χρειάζονται δεξαμενές καθίζησης και διαυγαστήρες λάσπης. Δύσκολη ανάκτηση του σωματιδιακού προϊόντος Η αφύγρανση και η ξήρανση της λάσπης από την πλυντρίδα κάνει την επανάχρηση της σκόνης δαπανηρή και προβληματική. Η διάθεση της λάσπης πιθανόν να είναι δαπανηρή Μικροκλιματικά προβλήματα Τα κορεσμένα σε νερό απαέρια από την καπνοδόχο μπορεί να δημιουργούν ένα υγρό, ορατό «πλούμιο» (plume) προκαλώντας τοπικά μετεωρολογικά προβλήματα. 11/61 12/61

4 Τύποι πλυντρίδων Τύποι πλυντρίδων σε σχέση με την πτώση πίεσης Ανάλογα με το μηχανισμό επαφής, όπως: Ακροφύσια ψεκασμού Επιφάνειες πρόσκρουσης Πλάκες Ανακλαστήρες (Baffles) «Καπάκια» (Bubble caps) Πληρωτικό υλικό (Packing) Στενώσεις Venturi Στόμια καταιονισμού (Spray inucing orifices) Μηχανικοί στροφείς (Mechanically riven rotors) Οι πλυντρίδες μπορούν να ταξινομηθούν σε σχέση με την πτώση πίεσης: Χαμηλής ενέργειας (ΔP=2-5 cm H 2 O): π.χ. θάλαμοι ψεκασμού Χαμηλής-μέσης ενέργειας (ΔP=5-15 cm H 2 O): π.χ. τύπου κυκλώνα Μέσης - υψηλής ενέργειας (ΔP=15-50 cm H 2 O): π.χ. με πληρωτικά υλικά Υψηλής ενέργειας (ΔP>50 cm H 2 O): π.χ. Venturi Μέτρηση πτώσης πίεσης σε μία πλυντρίδα venturi 13/61 14/61 1. Πλυντρίδες με θάλαμο ψεκασμού (spray chambers) Πλυντρίδα κατακόρυφου θαλάμου (Vertical spray chamber - countercurrent flow) Τα σταγονίδια παράγονται μέσω ακροφυσίων ψεκασμού (spray nozzles). Το μέγεθος των σταγονιδίων ρυθμίζεται ώστε να βελτιστοποιείται η επαφή των σωματιδίων με την υγρή φάση. Πίεση ακροφυσίων: 2,5-3,5 bar Διάταξη: αντίθετη ροή (counter-flow) και διασταυρούμενη ροή (cross-flow). Ορισμένες φορές χρησιμοποιούνται και διαφράγματα. Μέσο συλλογής: Σταγονίδια Βρεγμένη επιφάνεια Απαίτηση σε νερό: 1,3-2,7 kg νερό ανά m 3 αερίου. Πτώση πίεσης: 0,25-1,0 kpa (1-4 in H 2 O) Βαθμοί απόδοσης: >90% για σωματίδια μεγαλύτερα από 8 μm (χαμηλή απόδοση). Έχουν χρησιμοποιηθεί σε ποικιλία βιομηχανικών διεργασιών: έλεγχος σκόνης χαρτιού και αιωρούμενα στερεά κατά την παραγωγή υαλοϋφάσματος. Χαμηλή κατανάλωση ισχύος: 1,5-6 hp ανά 100 m 3 /min αέρα. Νερό ανακυκλοφορίας Ακροφύσια ψεκασμού 15/61 16/61

5 Πλυντρίδα οριζόντιου θαλάμου (horizontal spray chamber cross ή coccurent-flow) Πλυντρίδα οριζόντιου θαλάμου (horizontal spray chamber cross ή coccurent-flow) Ακροφύσια ψεκασμού Διασταυρούμενης ροής Ομορροής 17/61 18/61 Πλυντρίδες με θάλαμο ψεκασμού (spray chambers) Ακροφύσιο πρόσκρουσης Ελικοειδές ακροφύσιο Αποτροπέας σταγονιδίων 19/61 20/61

6 Πλυντρίδες με θάλαμο ψεκασμού (spray chambers) 2. Θάλαμοι ψεκασμού με κυκλώνα (Cyclone Spray Chamber) Τροποποίηση του θαλάμου ψεκασμού για βελτίωση της απόδοσης. Η ροή του ρυπασμένου αέριου ρεύματος γίνεται εφαπτομενικά (φυγοκεντρική δύναμη) για καλύτερο διαχωρισμό των σταγονιδίων Χρήση σταγονιδίων μικρότερου μεγέθους Ταχύτητες εισόδου: m/s ( ft/s) Απαίτηση σε νερό: 0,3-1,3 kg νερό ανά m 3 αερίου (2-10 gal/1000 ft 3 ) Πτώση πίεσης: 1,5-10 inh 2 O (0,4-2,5 kpa) Βαθμοί απόδοσης: ~95% για σωματίδια μεγαλύτερα από 5 μm. Διαχωριστές σταγονιδίων 21/61 22/61 Θάλαμοι ψεκασμού με κυκλώνα 3. Πλυντρίδες πρόσκρουσης σε υγρό (Impingement Scrubber) (Cyclone Spray Chamber) Τα σωματίδια ή το μίγμα σωματιδίων-σταγονιδίων προσκρούει σε μία στερεή ή υγρή επιφάνεια. Διάφοροι σχεδιασμοί. Απαίτηση σε νερό (χαμηλή): 0,4-0,7 kg νερό ανά m 3 αερίου. Πτώση πίεσης: 0,50-1,5 kpa ανά στάδιο Βαθμοί απόδοσης: ~97% για σωματίδια μεγαλύτερα από 5 μm. 23/61 24/61

7 Πλυντρίδες πρόσκρουσης σε υγρό με διάτρητες πλάκες (Impingement Scrubber) Πλυντρίδες πρόσκρουσης σε υγρό με διάτρητες πλάκες (Impingement Scrubber) Valve plate Bubble-cap plate Πηγή: EPA Flagan & Seinfel, Funamental of Air Pollution Engineering, /61 26/61 Πλυντρίδα με πληρωτικά υλικά (packe be scrubber) Πλυντρίδα με πληρωτικά υλικά Σε ομορροή Χρησιμοποιείται κυρίως για την απομάκρυνση αέριων ρύπων. Σε αντιρροή Μπορούν να κατασκευαστούν από ειδικά μέταλλα, fiberglass reinforce plastic (FRP) ή θερμοπλαστικά (π.χ. PVC, PP) Απαίτηση σε νερό (χαμηλή): 0,1-0,5 kg νερό ανά m 3 αερίου. *Μπορεί να λειτουργήσει σε μεγαλύτερες παροχές υγρού και αερίου επειδή δεν απαντάται το πρόβλημα του πλημμυρισμού, όπως στα συστήματα σε αντιρροή. Πτώση πίεσης: 0,25-2,0 kpa Βαθμοί απόδοσης: ~97% για σωματίδια μεγαλύτερα από 1 μm. Πληρωτικό υλικό από PP, PP-G, Teflon, η ανοξ. χάλυβα σε διάφορα σχήματα. 27/61 28/61

8 Πλυντρίδα με πληρωτικά υλικά (packe be scrubber) Πλυντρίδα με πληρωτικά υλικά (packe be scrubber) Οριζόντια πλυντρίδα με πληρωτικά υλικά (διασταυρούμενη ροή + ομορροή) Κατακόρυφη πλυντρίδα με πληρωτικά υλικά σε αντιρροή ( 29/61 30/61 Πλυντρίδα με πληρωτικά υλικά (packe be scrubber) Πλυντρίδα με πληρωτικά υλικά (packe be scrubber) Πληρωτικά υλικά Πλυντρίδα με πληρωτικά υλικά σε διασταυρούμενη ροή (Crossflow packe be scrubbers) 31/61 32/61

9 Πλυντρίδα με πληρωτικά υλικά (packe be scrubber) Πλυντρίδα με πληρωτικά υλικά (packe be scrubber) Συστήματα κατανομής του νερού. Στηρίγματα του πληρωτικού υλικού. 33/61 34/61 4. Πλυντρίδες με στόμιο (swirl orifice) 5. Πλυντρίδες Venturi (Venturi Scrubber) Τα σωματίδια ή το μίγμα σωματιδίων-σταγονιδίων προσκρούει στην υγρή επιφάνεια και εν συνεχεία σε ανακλαστήρες. Απαίτηση σε νερό (χαμηλή): ~ 0,2 kg νερό ανά m 3 αερίου. Μία πλυντρίδα venturi αποτελείται από τρία τμήματα: ένα τμήμα συστολής, το τμήμα του λαιμού και το τμήμα διαστολής. Ίσως η κοινότερη πλυντρίδα. Πτώση πίεσης: 0,20-0,40 kpa Βαθμοί απόδοσης: ~90% για σωματίδια μεγαλύτερα από 2 μm. Το υγρό εισάγεται είτε στο λαιμό ή στην είσοδο της συστολής. Ταχύτητα του αερίου στο λαιμό: m/s Απαίτηση σε νερό: 0,7-1,0 kg νερό ανά m 3 αερίου. Πτώση πίεσης: 1,5-18 kpa Βαθμοί απόδοσης: ~98% για σωματίδια μεγαλύτερα από 0,5 μm. Υψηλή απόδοση. Απαιτούν αποτροπέα συμπαρασυρμού (emister): κυκλωνικό, τύπου σήτας, πτερυγίων 35/61 36/61

10 Πλυντρίδες Venturi (Venturi Scrubber) Πλυντρίδες Venturi (Venturi Scrubber): Είσοδος νερού Venturi με ψεκασμό στην είσοδο της συστολής. Πηγή: EPA Venturi με ρυθμιζόμενο λαιμό. Πηγή: Venturi με ψεκασμό στο λαιμό. Πηγή: EPA 37/61 38/61 Πλυντρίδες Venturi (Venturi Scrubber) Πλυντρίδες Venturi (Venturi Scrubber) (Hanbook of Air Pollution Control Engineering & Technology, Mycock, McKenna & Theoore, CRC Inc., 1995.) Venturi με λαιμό ορθογώνιας διατομής. Πηγή: EPA Venturi με ρυθμιζόμενο λαιμό. Πηγή: EPA 39/61 40/61

11 Πλυντρίδες Venturi (Venturi Scrubber) Πλυντρίδες Venturi (Venturi Scrubber) Λόγω της έλλειψης κινητών μερών, το κόστος της λειτουργίας και συντήρησης της συσκευής είναι μικρό. Τα ακροφύσια θα πρέπει να είναι αντικαταστάσιμα εύκολα. Κατασκευάζεται από υλικά ανθεκτικά στη διάβρωση. Εφαρμογή σε σειρά βιομηχανιών (λιπασμάτων, χαρτοπολτού, αποτεφρωτήρες, μεταλλοβιομηχανίες κτλ.) Venturi με ράβδους. Η εκνέφωση δημιουργείται κυρίως στις ράβδους, οι οποίοι θα πρέπει να είναι από ανθεκτικό υλικό. Πηγή: EPA 41/61 42/61 Πλυντρίδες Venturi (Venturi Scrubber) 6. Πλυντρίδες μηχανικές (Mechanical wet scrubber) Τα σταγονίδια δημιουργούνται από κινούμενα μέρη (π.χ. δίσκους, πτερύγια). Καλή απόδοση, υψηλό κόστος. Μικρή πλυντρίδα venturi. 43/61 44/61

12 Comparison of ifferent scrubber types Συστήματα αποτροπής συμπαρασυρμού σταγονιδίων με πρόσκρουση Scrubber Type Spray-chamber Cyclone-spray Impingement Orifice Venturi Efficiency 90% (+8µm particles) 95% (+5µm particles) 97% (+5µm particles) 97% (+5µm particles) 98% (+0.5µm particles) Power iqui Inputs Requirements (hp/1000 cfm) (gal/1000 ft 3 ) (a) Μονή σειρά διαφραγμάτων (c) Διπλή σειρά διαφραγμάτων (b) Διαχωριστής σχήματος W () Κυματοειδής διαχωριστής 45/61 46/61 Συστήματα αποτροπής συμπαρασσυρμού σταγονιδίων με πρόσκρουση Σχεδιασμός πλυντρίδων Η αδρανειακή πρόσκρουση (impaction) είναι ο κυρίαρχος μηχανισμός. Ο σχεδιασμός των πλυντρίδων βασίζεται σε μοντέλα που αναπτύχθηκαν για διάφορες διεργασίες επαφής (και συλλογής) υγρού-αερίου, από τα οποία μπορούν να συναχθούν κατάλληλες σχέσεις της διείσδυσης, P, για συγκεκριμένη διάμετρο σωματιδίων,. Διείσδυση: το κλάσμα των σωματιδίων που δεν συλλέγεται. P = 1- n όπου n η κλασματική απόδοση για σωματίδια με διάμετρο. Η συνολική διείσδυση υπολογίζεται από: (e) Κάθετη ράβδοι με διατομή «δάκρυ» σε οριζόντιο σύστημα (f) Οριζόντιοι ράβδοι με διατομή «δάκρυ» P total = Σ(P xm ) όπου m το κλάσμα μάζας των σωματιδίων στη συγκεκριμένη διάμετρο. 47/61 48/61

13 Απόδοση θαλάμων ψεκασμού Θεωρία - θάλαμοι ψεκασμού Απλός σχεδιασμός και λειτουργία. Σχέση για το P από Calvert (1977). Βασικός μηχανισμός: πρόσκρουση V G Όγκος κάθε σταγόνας: 3 6 V G 3Q V z t AV t P exp exp 4Q r (V V ) Q G t G G P = διείσδυση ενός συγκεκριμένου μεγέθους σωματιδίων V t = οριακή ταχύτητα του σταγονιδίου V G = φαινομενική ταχύτητα αερίου (cm/s) Q = ογκομετρική παροχή υγρού (m 3 /s) Q G = ογκομετρική παροχή αερίου (m 3 /s) η = κλασματικός βαθμός απόδοσης συλλογής ενός και μόνο σταγονιδίου z= μήκος της ζώνης επαφής της πλυντρίδας (m) r = ακτίνα σταγονιδίου (cm) A = ενεργός διατομή της επιφάνειας όλων των σταγονιδίων στην πλυντρίδα (cm 2 ) V V t V V V t G Συνολικός αριθμός σταγονιδίων στον θάλαμο ανά sec. Q N Συγκέντρωση σταγονιδίων στο θάλαμο n 3 N Q 6 6Q 3 AV c AV c Q = ογκομετρική παροχή υγρού Α c = διατομή πλυντρίδας V = ταχύτητα του πίπτοντος σταγονιδίου σε σχέση με το τοίχωμα V t = οριακή ταχύτητα του σταγονιδίου ΥΠΟΘΕΣΕΙΣ V V V t V t V - Η συγκέντρωση των σωματ. στο επίπεδο κάθετο στη διεύθυνση της ροής - Η ταχύτητα V G ομοιόμορφη - Τα σταγονίδια, με ομοιόμορφη διάμετρο, κατανέμονται ομοιόμορφα - Δεν γίνεται συλλογή σταγονιδίων στα τοιχώματα - Όχι συσσωμάτωση σωματιδίων G 49/61 50/61 Θεωρία - θάλαμοι ψεκασμού Θεωρία- θάλαμοι ψεκασμού Σε συγκεκριμένο χρόνο t, το σταγονίδιο πέφτει κατά Ο συνολικός ενεργός όγκος του αέρα ανά s που «σαρώνεται» από όλες τις σταγόνες στο διάστημα z (με κάποια απόδοση) 2 2 V 6Q t V t V N z z air,all 3 4 V 4 V z V t Ο όγκος του αέρα που «σαρώνεται» μέσω της διατομής μιας σταγόνας σε χρόνο t 2 2 V t V V t z air, single roplet t 4 4 V Συνολικός αριθμός σωματιδίων που «σαρώνονται» από όλες τις σταγόνες ανά s στο z 2 6Q V t n n z p 3 p,z 4 V n p = συγκέντρωση σωματιδίων (#/όγκο) η =απόδοση μονής σταγόνας Συνολικός αριθμός σωματιδίων που απομακρύνονται ανά s στο z n V A n n p G c p,zz/2 p,zz/2 Q G n z z/2 n z n z z/2 z Q Q G Επομένως: n Και η διείσδυση σωματιδίων σε κατακόρυφο θάλαμο ψεκασμού σε αντιρροή γράφεται: np,out 3 Q Vt z A V t P exp exp (1) n 2 Q V V Q p,in G t G G Όπου Α είναι η διατομή όλων των σταγονιδίων 2 6Q Az c 3 AV c A p,out n p,in n Q V n 2 Q V V z p 3 t z p o G t G 3Q z 4 2 V V n 1P t G Πότε έχουμε την μεγαλύτερη απόδοση; Ο Calvert προτείνει το Q /Q G να πολλαπλασιαστεί με 0,2 Όταν n, V t ~V G, z. Tι γίνεται με το ; 51/61 52/61

14 Θεωρία- θάλαμοι ψεκασμού Οριακές ταχύτητες σταγονιδίων νερού H διείσδυση σε θάλαμο ψεκασμού σε διασταυρούμενη ροή. 3 Q P exp 2 QG η A Vtη z exp QG Ποιοι είναι οι μηχανισμοί συλλογής; Τους χρειαζόμαστε για το n. 53/61 54/61 Εναπόθεση σωματιδίων σε σφαιρικό συλλέκτη Εναπόθεση σωματιδίων σε σφαιρικό συλλέκτη V Re t G G 2 C V Sc St D 18 G G c p p p, Αρ. Reynols σωματιδίου Αριθ. Schmit σωματ. Αριθμ. Stokesσωματ. [V p, : ταχ. σωματ. σε σχέση με τη σταγόνα, V p, ~V t ] p Λόγος διαμέτρων Λόγος ιξωδών G G Μόνο πρόσκρουση Βέλτιστη μέγεθος σταγονιδίων 2 K p St K 0,7 St0,35 p 2 Η παράμετρος πρόσκρουσης K p που χρησιμοποιείται στο βιβλίο: K p = 2 St Απόδοση συλλογής μονής σταγόνας (διάχυση) Γιατί υπάρχει μία βέλτιστη διάμετρος; (ανάσχεση) (πρόσκρουση) Ισχύει για ρ p = 2 g/cm 3 55/61 56/61

15 Πλυντρίδες Venturi : μοντέλο Calvert Πτώση πίεσης σε πλυντρίδα Venturi Η διείσδυση των σωματιδίων σε μία πλυντρίδα venturi, με κυρίαρχο μηχανισμό την πρόσκρουση (Calvert et al, 1972) Η πτώση πίεσης οφείλεται κυρίως στην επιτάχυνση του σωματιδίου και βρίσκεται από τη σχέση των Young et al. (1977) K f 0,7 P exp 0,7 K f1,4ln Q V G po 0, 49 1 po 55Q 0,7 0,7 K f K G G po po K po = παράμετρος πρόσκρουσης για ταχύτητα στο λαιμό (=2St με την αεροδυναμική διάμετρο) f = 0,5 για υδρόφιλα υλικά, 0,25 για υδρόφοβα Η παραπάνω εξ. λύνεται με τη χρήση της μέσης διαμέτρου του Sauter ( 32 =6V p /A p ) που δίνεται από τη σχέση των Nukiyama-Tanasawa k 1 Q V 0.5 Q G G Για νερό και αέρα σε συνθήκες περιβάλλοντος, απλοποιείται: Q(gal/s) 1, ( m) 3 V(ft/s) G Q(ft /s) G 1.5 k 1 = εάν V G είναι σε cm/s = 1920 εάν V G είναι σε ft/s σ, ρ και m είναι στο cgs Q και Q G πρέπει να έχουν τις ίδιες μονάδες V G : ταχύτητα αέρα στο λαιμό Q p k V Q 2 G G t D G k 2(1X X X ) 3l C X V C, Re D Re 1/3 Re G G G V G =ταχύτητα αερίου l t : μήκος λαιμού venturi X: αδιάστατο μήκος λαιμού Re: αριθμός Reynols σταγόνας C D : συντελεστής οπισθέλκουσας σταγόνας 57/61 58/61 Προσέγγιση με την ισχύ επαφής Προσέγγιση με την ισχύ επαφής Όταν συγκρίνονται στην ίδια κατανάλωση ενέργειας, όλες οι πλυντρίδες δίνουν χοντρικά τον ίδιο βαθμό απόδοσης, ανεξάρτητα από τον κυρίαρχο μηχανισμό και από πού προέρχεται η πτώση πίεσης (υγρή ή αέρια φάση). Πλυντρίδα Venturi που συλλέγει μεταλλουργική «κάπνα» 1exp( N ) t N t = αδιάστατος αριθμός μονάδων μεταφοράς, από N t P T P T = ισχύς επαφής σε hp/1000 cfm α = συντελεστής β = αδιάστατος εκθέτης Ισχύς επαφής, hp/1000 cfm (1 inch Η 2 Ο = 0,1575 hp/1000 cfm) 59/61 60/61

16 Προσέγγιση με την ισχύ επαφής Προσέγγιση με την ισχύ επαφής Δοκιμές σε πλυντρίδα σε μεταλλουργική μονάδα έδωσαν τα αποτελέσματα δίπλα. Να εκτιμηθεί η απαιτούμενη ισχύς επαφής για να επιτευχθεί απόδοση 97%. Απώλειες πίεσης (in H 2 O) η (%) Μετατροπή μονάδων (σε hp/1000 cfm) P 12, 7 (inh O) 0,1575 2, 0 hp / 1000 cfm, P 6, 0 hp / 1000 cfm T,56% 2 T,89% 1 exp( N ) N ln 1/ 1 n t t N 0,821 t,56% N 2,207 t,89% N 3,506 t,97% Από τη σχέση N P βρίσκουμε τα α και β: t T a 0,44 β 0,90 Παράδειγμα: 10 water, 2 μm: και 0,9 T 3,506 0, 44P P 10 hp / 1000cfm T 61/61 62/61