7: Πλυντρίδες - Scrubbers

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 2/64 Εισαγωγή (ΙΙ) 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). 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. Υγρή πλυντρίδα Ρυπασμένος αέρας Συσκευή επαφής αερίου-υγρού (πλυντρίδα) Αντλία ανακυκλοφορίας υγρού Μείγμα αερίου και υγρού Διαχωριστής αερίου-υγρού (κυκλώνας) Διαχωριστής υγρού-στερεού (καθίζηση ή διήθηση) Τα κυριότερα τμήματα ενός συστήματος πλυντρίδας. Ρυπασμένο υγρό Συλλογή στερεού Καθαρό αέριο Ταξινομούνται σε μονάδες χαμηλής, μέσης και υψηλής ενέργειας Σχετικά υψηλό κόστος λειτουργίας. * Οι καταλληλότερες συνθήκες για την απομάκρυνση των σωματιδίων αντιστοιχούν στις χειρότερες συνθήκες για τον έλεγχο αερίων. 3/64 4/64

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 5/64 6/64 Εισαγωγή (ΙΙΙ) Εισαγωγή (ΙV) Σε μία υγρή πλυντρίδα το ρυπασμένο αέριο ρεύμα φέρεται σε επαφή με το μέσο έκπλυσης με τον ψεκασμό σταγόνων, με τη διέλευση του μέσα από μία υγρή φάση, με την πρόσκρουση σε υγρή επιφάνεια κ.α. Μπορούν να παρασταθούν ότι αποτελούνται από δύο ζώνες: τη ζώνη επαφής και τη ζώνη διαχωρισμού. Theoore (2008) 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) 7/64 8/64

Μηχανισμοί σύλληψης των σωματιδίων - Απόδοση Μηχανισμοί σύλληψης όξινων αέριων πρόσκρουση Οι κύριοι μηχανισμοί σύλληψης των σωματιδίων στα σταγονίδια είναι η πρόσκρουση, η ανάσχεση και η διάχυση. 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. 9/64 10/64 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 μικρότεροι 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 νεφελωμάτων 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 είναι επιρρεπείς σε διάβρωση. Απαίτηση για υψηλή ισχύ Υψηλή απόδοση επιτυγχάνεται μόνο σε συνθήκες υψηλής πτώσης πίεσης, γεγονός που οδηγεί σε υψηλότερο λειτουργικό κόστος. Προβλήματα διάθεσης του νερού Μπορεί να χρειάζονται δεξαμενές καθίζησης και διαυγαστήρες λάσπης. Δαπανηρό. 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 Πιθανή ανάγκη για επαναθέρμανση του αέριου ρεύματος Μικροκλιματικά προβλήματα Τα κορεσμένα σε νερό απαέρια από την καπνοδόχο μπορεί να δημιουργούν ένα υγρό, ορατό «πλούμιο» (plume) προκαλώντας τοπικά μετεωρολογικά προβλήματα. 11/64 12/64

Τύποι πλυντρίδων Τύποι πλυντρίδων σε σχέση με την πτώση πίεσης Ανάλογα με τον 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 13/64 14/64 1. Πλυντρίδες με θάλαμο ψεκασμού (spray chambers) Πλυντρίδα κατακόρυφου θαλάμου αντιρροής (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 - αντιρροή (counter-flow) και διασταυρούμενη ροή (crossflow). Ορισμένες φορές χρησιμοποιούνται και διαφράγματα. 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. Θάλαμοι κυκλικής ή ορθογώνιας διατομής. Μέσο συλλογής: Σταγονίδια Βρεγμένη επιφάνεια Νερό ανακυκλοφορίας Αποτροπές συμπαρασυρμού σταγονιδίων Ακροφύσια ψεκασμού 15/64 16/64

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 17/64 18/64 Πλυντρίδες με θάλαμο ψεκασμού (spray chambers) Ακροφύσιο πρόσκρουσης Ελικοειδές ακροφύσιο Αποτροπέας σταγονιδίων http://www.globalspec.com/learnmore/manufacturing_process_equipment/air_quality/scrubbers 19/64 20/64

Πλυντρίδες με θάλαμο ψεκασμού (spray chambers) 2. Θάλαμοι ψεκασμού με κυκλώνα (Cyclone Spray Chamber) Τροποποίηση του θαλάμου ψεκασμού για βελτίωση της απόδοσης. Διατάξεις αποτροπής συμπαρασυρμού σταγονιδίων 21/64 22/64 Θάλαμοι ψεκασμού με κυκλώνα (Cyclone Spray Chamber) 3. Πλυντρίδες πρόσκρουσης σε υγρό (Impingement Scrubber) Η ροή του ρυπασμένου αέριου ρεύματος γίνεται εφαπτομενικά (φυγοκεντρική δύναμη) για καλύτερο διαχωρισμό των σταγονιδίων Χρήση σταγονιδίων μικρότερου μεγέθους Ταχύτητες εισόδου: 50-80 m/s (150-250 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) 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. Βαθμοί απόδοσης: ~95% για σωματίδια μεγαλύτερα από 5 μm. 23/64 24/64

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, 1988 25/64 26/64 Πλυντρίδα με πληρωτικά υλικά (packe be scrubber) Πλυντρίδα με πληρωτικά υλικά Σε ομορροή Χρησιμοποιείται κυρίως για την απομάκρυνση αέριων ρύπων. 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. 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. Σε αντιρροή *Μπορεί να λειτουργήσει σε μεγαλύτερες παροχές υγρού και αερίου επειδή δεν απαντάται το πρόβλημα του πλημμυρισμού, όπως στα συστήματα σε αντιρροή. 27/64 28/64

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 (www.inuscoenviro.com/scrubbers.htm) 29/64 30/64 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) 31/64 32/64

Πλυντρίδα με πληρωτικά υλικά (packe be scrubber) Πλυντρίδα με πληρωτικά υλικά (packe be scrubber) Συστήματα κατανομής του νερού. Στηρίγματα του πληρωτικού υλικού. 33/64 34/64 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: 60-150 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. Η απόδοση εξαρτάται από τη σχετική ταχύτητα των σταγονιδίων και των αιωρούμενων σταγονιδίων Απαιτούν αποτροπέα συμπαρασυρμού (emister): κυκλωνικό, τύπου σήτας, πτερυγίων 35/64 36/64

Πλυντρίδες Venturi (Venturi Scrubber) Πλυντρίδες Venturi (Venturi Scrubber): Είσοδος νερού Venturi με ψεκασμό στην είσοδο της συστολής. Πηγή: EPA Venturi με ρυθμιζόμενο λαιμό. Πηγή: www.epin.ncsu.eu Venturi με ψεκασμό στο λαιμό. Πηγή: EPA http://www.attaresign.net/tmpfilter/en/scrubber.html 37/64 38/64 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 39/64 40/64

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 41/64 42/64 Πλυντρίδες Venturi (Venturi Scrubber) 6. Μηχανικές Πλυντρίδες (Mechanical wet scrubber) Τα σταγονίδια δημιουργούνται από κινούμενα μέρη (π.χ. δίσκους, πτερύγια). Καλή απόδοση, υψηλό κόστος. Μικρή πλυντρίδα venturi. 43/64 44/64

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 ) 0.5-2 1-20 1-3.5 2-10 2-3 2-5 0.5 2-4 3-12 3-15 (a) Μονή σειρά διαφραγμάτων (b) Διπλή σειρά διαφραγμάτων (c) Διαχωριστής σχήματος W () Κυματοειδής διαχωριστής http://www.globalspec.com/learnmore/manufacturing_process_equipment/air_quality/scrubbers 45/64 46/64 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- η όπου η η κλασματική απόδοση για σωματίδια με διάμετρο. Η συνολική διείσδυση υπολογίζεται από: (e) Κάθετοι 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. 47/64 48/64

Απόδοση κατακόρυφων θαλάμων ψεκασμού σε αντιροοή 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 των σταγονιδίων (π.χ. από Σχήμα 3.8), cm/s V G = φαινομενική ταχύτητα αερίου (cm/s) Q = ογκομετρική παροχή υγρού (m 3 /s) Q G = ογκομετρική παροχή αερίου (m 3 /s) = κλασματικός βαθμός απόδοσης συλλογής ενός και μόνο σταγονιδίου (0 με 1) z= μήκος της ζώνης επαφής της πλυντρίδας (m) r = ακτίνα σταγονιδίου (cm) A = επιφάνεια της διατομής όλων των σταγονιδίων στην πλυντρίδα (cm 2 ) V V t V V V t G Συνολικός αριθμός σταγονιδίων στον θάλαμο ανά sec. Συγκέντρωση σταγονιδίων στο θάλαμο n Q 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 σωματιδίων 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 49/64 50/64 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 Όγκος θαλάμου n 1P t G Ο Calvert προτείνει το Q /Q G να πολλαπλασιαστεί με 0,2 Πότε έχουμε την μεγαλύτερη απόδοση; Όταν n, V t ~V G, z. Tι γίνεται με το ; 51/64 52/64

Θεωρία- θάλαμοι ψεκασμού 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 την εκτίμηση του η. Οριακές ταχύτητες σταγονιδίων νερού 53/64 54/64 Οριακές ταχύτητες σταγονιδίων νερού Εναπόθεση σωματιδίων σε σφαιρικό συλλέκτη V Re t G G 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 Απόδοση συλλογής μονής σταγόνας (ανάσχεση) 2 C V Sc St D 18 G G (διάχυση) (πρόσκρουση) c p p p, G (Slinn, 1983), για ρ l =ρ p Gunn an Kinzer (1949) 55/64 56/64

Εναπόθεση σωματιδίων σε σφαιρικό συλλέκτη 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 πλυντρίδων Venturi : μοντέλο Calvert Η διείσδυση των σωματιδίων σε μία πλυντρίδα venturi, με κυρίαρχο μηχανισμό την πρόσκρουση (Calvert et al, 1972), εκτιμάται από τη σχέση: 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 Γιατί υπάρχει μία βέλτιστη διάμετρος; Ισχύει για ρ p = 2 g/cm 3 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 0.45 0.5 1.5 k 1 Q V 0.5 Q G G 597 1000 Για νερό και αέρα σε συνθήκες περιβάλλοντος, απλοποιείται: 16400 Q(gal/s) 1,45 1000 ( m) 3 V(ft/s) G Q(ft /s) G 1.5 k 1 = 58600 εάν V G είναι σε cm/s = 1920 εάν V G είναι σε ft/s σ, ρ και μ είναι στο ίδιο σύστημα μονάδων Q και Q G πρέπει να έχουν τις ίδιες μονάδες V G : ταχύτητα αέρα στην είσοδο του λαιμού 57/64 58/64 Πτώση πίεσης σε πλυντρίδα Venturi Προσέγγιση με την ισχύ επαφής (Contact power theory) Η πτώση πίεσης οφείλεται κυρίως στην επιτάχυνση των σταγονιδίων για να φτάσουν την ταχύτητα του αερίου στον λαιμό και βρίσκεται από τη σχέση των Yung et al. (1977) Q p k V Q 2 G G V G =ταχύτητα αερίου 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) [Semrau, 1980] Πλυντρίδα Venturi που συλλέγει μεταλλουργική «κάπνα» 2 4 2 k 2(1X X X ) l t : μήκος λαιμού venturi X: αδιάστατο μήκος λαιμού Re: αριθμός Reynols σταγόνας 1exp( N ) t N t = αδιάστατος αριθμός μονάδων μεταφοράς, από 3l C X 1 16 t D G Hesketh et al. (1979) 24 4 V C, Re D Re 1/3 Re G G G C D : συντελεστής οπισθέλκουσας σταγόνας Re: 10-500 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) 59/64 60/64

Προσέγγιση με την ισχύ επαφής Προσέγγιση με την ισχύ επαφής Παράδειγμα: 10 water, 2 μm: 61/64 62/64 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 (%) 12.7 56 38.1 89 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 και 0,9 T 3,506 0, 44P P 10 hp / 1000cfm T 63/64 64/64