FLTRELER VE AYIRICILAR ZEYNEP AFAK YKSEK LSANS TEZ MAKNE MHENDSL Anabilim Dal Aralk 2005 FILTERS AND SEPERATORS ZEYNEP AFAK MASTER OF SCIENCE THESIS Department of MECHANICAL ENGINEERING December 2005 FLTRELER VE AYIRICILAR ZEYNEP AFAK Osmangazi niversitesi Fen Bilimleri Enstits Lisansst Ynetmelii Uyarnca MAKNE MHENDSL Anabilim Dal ENERJ-TERMODNAMK Bilim Dalnda YKSEK LSANS TEZ Olarak Hazrlanmtr Danman: Prof. Dr. YAAR PANCAR Aralk 2005 ZeynepAFAKnYKSEKLSANSteziolarakhazrladFiltrelerve ayrclarbalklbualma,jrimizcelisansstynetmeliininilgilimaddeleri uyarnca deerlendirilerek kabul edilmitir. ye : Prof.Dr.Yaar PANCAR ye : Prof.Dr. Kemal TANER ye : Yrd.Do.Dr. rfan REYEN Fen Bilimleri Enstits Ynetim Kurulunun ............................. tarih ve ...................... sayl kararyla onaylanmtr. Prof. Dr. Abdurrahman KARAMANCIOLU Enstit Mdr v ZET Bualmada,endstriyelilemlerdeoluankirligazvetozlarnatmosfere gnderilmedennceayrtrlptemizlenmesiamacylakullanlanayrtrmacihazlar incelenmitir.Siklonlarbataolmakzeregenelalmaprensiplerivetasarmiin gerekli parametrelerin hesaplanmas anlatlmtr. Gemitengnmzesiklonlarzerindeyaplanaratrmalarincelenmive aratrmaclarn elde ettii sonulara gre tasarladklar siklonlar gsterilmitir. vi SUMMARY Inthisthesis,seperationandcleaningdeviceswhichareusedforthe contaminatedgasesanddustsjustbeforethecontactingwiththeatmosphere. Parameters for operation and design have been injustified.Specially the cyclones have been examined in details. Beside these, all kinds of designs have been handled in order to see closely.The works done by the many investigators. vii TEEKKR Siklon tasarm zerine yapm olduum bu almada yardmlarn esirgemeyen deerlihocamProf.Dr.YaarPANCARaveYrd.Do.DrrfanREYENe teekkrlerimisunarm.Ayrcadesteiniherzamanhissettiimailemeokteekkr ederim. viii NDEKLER ZET ............................................................................................................................... v SUMMARY.................................................................................................................... vi TEEKKR.................................................................................................................. vii NDEKLER............................................................................................................viii EKLLER DZN........................................................................................................ x TABLOLAR DZN.................................................................................................... xii SEMBOLLER DZN ................................................................................................xiii SEMBOLLER DZN(DEVAM) .............................................................................. xiv SEMBOLLER DZN(DEVAM) ............................................................................... xv SEMBOLLER DZN(DEVAM) .............................................................................. xvi SEMBOLLER DZN(DEVAM) ............................................................................. xvii SEMBOLLER DZN(DEVAM) ............................................................................xviii 1. GR........................................................................................................................... 1 2. FLTRELER............................................................................................................... 1 2.1 Filtrenin Tanm .................................................................................................... 2 2.1.1 Filtre oranlar ................................................................................................. 2 2.1.2 Filtre verimlilii ............................................................................................. 4 2.1.3 Filtre geirgenlii ........................................................................................... 5 2.1.4 Filtre testleri ................................................................................................... 8 2.2 Filtre Trleri ......................................................................................................... 9 2.2.1 Emici filtreler ............................................................................................... 10 2.2.2 Tutan(Adsorbe eden) filtreler..................................................................... 10 2.2.3 Diyafram filtreler......................................................................................... 11 2.2.4 Manyetik filtreler......................................................................................... 12 2.2.5 Boru hatt filtreleri....................................................................................... 13 2.2.6 Kanal filtreler............................................................................................... 14 2.2.7 Manyetik /Mekanik filtreler ....................................................................... 15 2.2.8 Fiek filtreler ................................................................................................ 16 2.2.9 Sinterlenmi metal filtreler ......................................................................... 16 2.2.10 Mum filtreler.............................................................................................. 18 2.2.11 Torba filtreler............................................................................................. 19 2.2.12 Silindir gvdeli filtreler ............................................................................. 19 2.2.13 Dnel diskli vakum filtreler ...................................................................... 22 2.2.14 Kay filtreler.............................................................................................. 23 ix 2.2.15 Plakal filtreler ........................................................................................... 23 2.3 Filtre Seim Klavuzu .......................................................................................... 26 3. AYIRICILAR (SEPERATRLER) ....................................................................... 28 3.1 Ayrclarda Basn Kayb.................................................................................. 31 4. DNAMK AYIRICILAR (SKLONLAR) ............................................................ 32 4.1 Siklonlarn Tarihesi ve Tanm ........................................................................ 32 4.2 Siklonlarn alma Prensibi ............................................................................. 34 4.3 Deneylerde Kullanlan Siklon Tesisat.............................................................. 39 4.4 Siklondaki Basn D.................................................................................. 44 4.5 Siklonda Ak Modeli.......................................................................................... 50 4.6 Siklonda Ak Dinamii Analizi......................................................................... 52 4.7 Askda Kalan Taneciklerin Hareketi ................................................................ 55 4.8 Enerji Kayplar .................................................................................................. 55 4.9 Toz Halinde Dalm Katlarn Ayrtrlmas................................................ 57 4.10 Siklon Karakteristiklerinde Ortak Noktalar ................................................. 57 4.11 Siklon Konstrksiyonunu Etkileyen Faktrler.............................................. 60 4.12 Siklon ayrclarn performans ....................................................................... 62 4.13 Standart Siklonlar............................................................................................. 64 5. HDROSKLONLAR (GAZ TEMZLEYCLER).............................................. 66 5.1 Hidrosiklonlarn alma Prensibi.................................................................... 68 5.2 Hidrosiklon performans .................................................................................... 69 5.3 Hidrosiklonlarla ilgili Deney Sonular ............................................................ 71 5.4 Hidrosiklon Tesisatnn Tasarm...................................................................... 77 5.5 Orifis Gaz Temizleyici iin Formlasyon......................................................... 79 5.5.1Eulerian/Lagrangian yntemiyle bir orifis gaz temizleyicinin similasyonu ............................................................................................................ 80 5.5.2 Matematiksel model..................................................................................... 80 5.5.3 Konsantrasyon zellii ................................................................................ 80 5.5.4 Sv damlack hz ......................................................................................... 81 5.5.5 Damlack konsantrasyonu........................................................................... 82 5.5.6 Gaz girdap (Eddy) yaylma gc................................................................ 82 5.5.7 Hedef verimlilik............................................................................................ 83 5.5.8 Toplama verimlilii...................................................................................... 85 5.6 Orifis-tip Gaz Temizleyici iin Deney Sonular.............................................. 85 6. GAZ-SIVI SLNDRK SKLON SEPERATRDE K FAZLI DNER AKI........................................................................................................................................ 89 7. SONU ...................................................................................................................... 98 KAYNAKLAR DZN ................................................................................................ 99 x EKLLER DZN ekil 2.1 Basn dnn ak oranna etkisi............................................................ 5 ekil 2.2 Bir filtrenin scaklk erileri ........................................................................... 6 ekil 2.3 Filtrede zamanla artan kirlilik....................................................................... 7 ekil 2.4 Zamanla basn d erisi........................................................................... 7 ekil 2.5 Boru hatt filtreler ......................................................................................... 13 ekil 2.6 Manyetik filtre dizayn.................................................................................. 14 ekil 2.7 Kanallar iin manyetik filtre........................................................................ 15 ekil 2.8 Mum filtreler.................................................................................................. 18 ekil 2.9 Silindir gvdeli filtre ..................................................................................... 20 ekil 2.10 Silindir gvdeli filtre dzenei ................................................................... 21 ekil 2.11 Dnel diskli vakum filtre ............................................................................ 22 ekil 2.12 Plakal filtreler............................................................................................. 24 ekil 3.1 Bir santrifj rnei........................................................................................ 28 ekil 3.2 Temel tabla ekilleri ...................................................................................... 30 ekil 4.1 Siklon tasarm ve adlandrlmas ................................................................ 33 ekli 4.2 Bir siklon seperatr iindeki ak diyagramnn ekli................................ 33 ekil 4.3 Tipik siklon ayrc......................................................................................... 35 ekil 4.4 Bir siklon ayrc iindeki ana akn genel gsterimi ................................ 36 ekil 4.5 X.H Quing tarafndan kullanlan tipik bir siklon ayrc .......................... 37 ekil 4.6 Hava ve iletim malzemesinin siklondan ak ............................................. 38 ekil 4.7 Siklon sistemi ................................................................................................. 39 ekil 4.8 Siklonun boyutlar (mm)............................................................................... 40 ekil 4.9 Nozul girii ..................................................................................................... 41 ekil 4.10 Toz toplayc................................................................................................. 41 ekil 4.11 Toz besleyiciler ............................................................................................ 42 ekil 4.12 Alt ak Sistemi ............................................................................................ 43 ekil 3.13 Ana ak filtreleri......................................................................................... 43 ekil 4.14 Kk bir hidrosiklonda dey hz dalm............................................. 50 ekil 4.15 Kk bir siklondaki teetsel hzlar.......................................................... 51 xi ekil 4.16 Bir siklondaki eksenel ve radyal ak izgileri .......................................... 58 ekil 4.17 Multisiklon sistemi ...................................................................................... 60 ekil 4.18 Spiral akml siklon boyutlar..................................................................... 64 ekil 4.19a Western Precipitation Firmasnca retilen multisiklon grubu............. 65 ekil 3.19b Yksek verimli dar apl bir siklon......................................................... 65 ekil 5.1 Gaz temizleyici sistemi .................................................................................. 66 ekil 5.2 Ventri tip gaz temizleyicinin ematik gsterimi ....................................... 68 ekil 5.3 Deneysel siklonun yaps ............................................................................... 72 ekil 5.4 Bir siklondaki Cy50nin basn farkna etkisi.............................................. 72 ekil 5.5 Cy50 nin ve (D/L)x Cy50 nin siklon uzunluu zerine etkisi ....................... 73 ekil 5.6 Bir siklonda st ak ve eitli giri aplar iin Cy50 deerleri................. 74 ekil 5.7L/D=5 olan siklon iin Cy50 sabitinin evre izgileri ................................. 75 ekil 5.8 Kellsall tarafndan D=3mm olan ve iinde plastik paralar bulunan suyla yaplan; Dahlstrom tarafndan D=9 mm olan ve iinde silis bulunan suyla yaplan siklon deneyleri........................................................................................ 75 ekil 5.9 Reynolds saysnn bir sv siklonun optimum ekli iin basn kaybnaetkisi ....................................................................................................................... 78 ekil 5.10 Sv siklonlarn tasarm iin radyal yndeki uzaklk .............................. 79 ekil 5.11 Deney verileriyle oluturulan mevcut korolasyon ve Calvert iin ayrtrma says ve hedeflenen verimliliin kyaslanmas............................ 85 ekil 5.12 Taheri ve arkadalarnn deneyde kulland orifis gaz temizleyicinin ematik gsterimi .................................................................................................. 86 ekil 5.13 3,8 cm lik orifis iin ana ak izgileri ..................................................... 86 ekil 5.14 Gaz temizleyici uzunluu boyunca gaz ve damlacn hz...................... 87 ekil 5.15 Balang konumundaki 30 damlack iin orifisteki yrngeler ............ 88 ekil 5.1 Gaz-sv Silindirik Siklon Ayrc ................................................................. 89 xii TABLOLAR DZN Tablo 2.1 Bir filtrede verimliliin, oranyla ilikisi ................................................. 4 Tablo 2.2 Manyetik Filtre Tipleri ve Uygulamalar .................................................. 15 Tablo 2.3 Sinterlenmi metal malzemeler iin deerler ............................................ 17 Tablo 2.4 Filtrelenen karm malzemelerinin zellikleri ......................................... 23 Tablo 2.5 Kullanlan malzemelerin zellikleri ........................................................... 25 Tablo 2.6 Hava filtre tipleri ve performanslaryla ilgili filtre seim klavuzu ........ 26 Tablo 2.7 Kirleticilerin Tanecik Boyutunu Gsteren Klavuz.................................. 27 xiii SEMBOLLER DZN SimgelerAklama
x X m den byk tanecikler iin beta oran Nu st akta birim hacimdeki X m den byk tanecik says NdAlt akta birim hacimdeki X m den byk tanecik Sv viskozitesi tFiltre kalnl AFiltre alan w1 Eklenen kirletici arl w2 Diyaframdaki sznt arl Svnn yzey gerilimi Svnn, filtre ortamnda yapt a K1 Filtre malzemesine ve yapsna bal bir ampirik faktr (1-2) Sv ve katnn younluk farklar Kekil dzeltme faktr fDinamik kuvvet (rnein f=Rw2) us Taneciin havaya gre bal radyal k hz GBasn kayb faktr Q retilen i kapasitesi A Giri boaz alan RSiklonun yarap L Toplam uzunluk Gazn k hz (m/s) xiv SEMBOLLER DZN(DEVAM) SimgelerAklama Basn kayb katsays V0Orifisin giriindeki gazn hz Kontrol hacmindeki damlacklarn bekleme zaman Vcv Kontrol hacmi cAtalet toplama parametresi Ex Filtrede verimlilik Geirgenlik katsays QAk oran Vs Santrifjn ayrma hz De D boru apri Dalg boru yarap ra Siklon yarap ui Dalg boru yarapnda evresel hz ua Siklon yarapnda evresel hz Vin Giri kanalndaki lineer ak hz (m/sec) Srtnme katsays u Eksenel hz bileeni v Radyal hz bileeniKKarman sabiti (=0.42) EAmprik sabit(=9.81) upDuvara yakn p noktasndaki akkann hz kpDuvara yakn p noktasndaki trblansn kinetik enerji xv SEMBOLLER DZN(DEVAM) SimgelerAklama Ampirik sabit (=0.09) npp noktasndan duvara olan uzaklk Tw Kesme gerilimi r1 Giri yarap f Silindir cidarnda bir srtnme katsays 1 Giri apndaki teetsel ak hz Svnn viskozitesi E Toplama verimlilii ZBiriken tanecik ktlesi f arpma skl dQ.Su ak oran cQ.Hava ak oran a Siklonun giri ykseklii b Siklonun giri genilii Dest ak (k) ap SVorteks dzenleyicinin i uzunluu (derinlik) HSiklonun toplam ykseklii hSiklonda silindirik blmn ykseklii BAlt ak (k) ap N Damlacn toplam ak oran g,Gaz fazn boluk kesri xvi SEMBOLLER DZN(DEVAM) SimgelerAklama gDifzyon hz Mm Karmn momentumu m Karmn gerilme gc veff Karmn kinematik viskozitesi u Srtnme hz y+ Duvara olan boyutsuz uzaklk u D tabaka iin trblans hz D tabaka iin trblans uzunluuD Srklenme katsays v Belirli sv ortamnda tek bir baloncuun terminal hz C Ampirik sabit Trblans yaylma oran cGaz ktle konsantrasyonu Jk k faz iin yzey akm C,C1,CAmprik sabitler EDuvarn przllk katsays Jktk faz iin trblans aks JmKarmn toplam aks KTrblansn kinetik enerjisi MkAra yzey momentum kaynak transferi MYzey boyunca doru akm nkk faz iin da doru normal vektr birimi xvii SEMBOLLER DZN(DEVAM) Simgeler Aklama SModeli oluturan eitliklerinin ana terimi UDuvara yakn blgedeki teetsel hz uSrtnme hz vglFazlar arasndaki kayma hz vektr vgmGaz faz iin difzyon hz vektr viAra yzey iin hz vektr vkk faz iin hz vektr vlmSv faz iin difzyon hz vektr vmKarm iin hz vektr vsBaloncuk kmesinin terminal hz vTerminal baloncuk ykseli hz VHacim yDuvara olan uzaklk Kk faz iin lokal faz oran Trblans enerjisinin dalma oran mEddy viskozitesi Difzyon katsays kk faz iin ara yzey ktle kayna mKarmn ana terimi kk faz iin ana terim Karmen sabiti Skaler deiken xviii SEMBOLLER DZN(DEVAM) Simgeler Aklama Ana serbest yol(arpmalar arasndaki ortalama uzaklk) vKinematik viskozite veffEffektif kinematik viskozitesi vtEddy viskozitesi kk faz iin viskoz gerilme gc Byklk miktar kk faz iin spesifik byklk miktar mKarm iin spesifik byklk miktar ktk faz iin trblans gerilimi mKarmn gerilimiwDuvarn kesme gerilimi DDifzyon gerilme gc 1 1. GR Sanayidetoztutmavekirleticileriayrmailemleriiinkullanlancihazlardan filtreler ve ayrclar incelediimizde kullanld ortama gre ok eitlilik gsterdiini grrz.Bu almada kullanlan filtrelerin performans deerlendirmek iin kullanlan filtreoranlarvefiltretestleriincelenmi,filtregeirgenliiveveriminderoloynayan deikenlerin zellikleri grafikle anlatlmtr. Sanayidekidierayrclarisesantrifj,siklonlar,yaayrclarvehidrostatik ktrcler olmak zere snflandrlr.Santrifj, her trl ortama uygun esnek yaps, hacimveayrmaihtiyalarnkarlamassebebiyleenoktercihedilendir.Ayrclar zel grevler iin de tasarlanabilirler. Siklonlarnsanayidetoztutmacihazolarakkullanlmasnnbalcanedenlerive tasarmlar iin gerekli parametreler belirlenmitir. 2. FLTRELER Tmbuayrmasisteminde,filtreveayrclarnnaslsnflandrlmasgerektii problemi ortaya kmtr.Fakat filtrasyon ve/veya ayrclarn drt snfa ayrlmasnn dnda tamamlanm bir zm yoktur. 1)Kat-gaz ayrm, 2)Kat-sv ayrm, 3)Sv-sv ayrm, 4)Kat-kat ayrm eklindedir. 2 Kat-svayrmndamekanikfiltrasyonyapldndahacimgereksinimiortaya kabilir.zellikle proses endstrisinde ayrma ileminde, otomatik yada yar otomatik olan pratik metodlar uygulanabilir.Sv-sv ve kat-kat ayrmnda ekonomik olarak ve baarylakullanlanfiltreveayrctrleridahasnrldr.Dolaysylabu snflandrmadaki filtrasyon ve ayrc daha zel alanlardr.Sv-sv ayrm iin temel metod,starakdamtmayntemidir.Benzerolarakfizikselzelliklerifarklkat-kat ayrm iin en basit yntem, eleme yntemidir.Bunlarn dnda sv-sv karmlarn ayrmakiinseperatrler,keltmecihazlargibizelproseslermevcuttur.Filtreve ayrctiplerininhangisinindahauygunolduuyaplanilemleregredeiir.Bunun yannda performanslarn kyaslamak iin de birok alternatif yol vardr. 2.1 Filtrenin Tanm Filtre,birmaddeyidierindenayrmaileminiyapanbircihazolduundan filtrelemetemelolarakayrmametodudur.Filtrelemeilemi,filtrelerinkullanmnn tesinde ayrc cihazlarn da iermektedir. Havafiltrasyonunda,havafiltreleriveayrcaendstriyelgazproseslerigibi ilemlerdekat-gazayrmgenibiralandakullanlr.Buayrmailemleriiin nceliklefiltreler,dahasonrakiaamadaayrclar,elektro-filtreler,gaztemizleyiciler ve gerekliyse ilave filtreler kullanlr. 2.1.1 Filtre oranlar Filtrelerin,zelboyuttakitanecikleribirsvdanuzaklatrmasnagre performanslardeerlendirilir.Fakatbuyollaverimliliklerinibelirlemedeokeitli metotlar uygulanr.Ayrt edici rnekler zel ilem ya da test artlar iin geerlidir. 3 Mutlakoran:Mutlakoranyadafiltreninkesmenoktas,filtrezerindengeen enbyktaneciinapnifadeeder.Budanormaldemikrometreolarakbelirtilirve filtreortamndakigzenekboyutunugsterir.Tamveuygungzenekboyutuilefiltre ortamteorikolaraktambirmutlakoranasahiptir.Buoran,filtreelemannagre deiirvepratiktegenelliklekullanlmaz.Filtreoranlarngelitirmekiinsv ierisindekikirliliibelirlemekamacylakreselcambilyalarkullanlaraktestler yaplr.Pratikte bu kirleticiler gerek formlarnda kresel yapda olmaz.Nominal ap, lineer boyutlarda en byk olarak alnr.Taneciin gerek ekli nominal apa gre iki farkl lineer boyutta ok kk olabilir. Nominaloran:Buoran,filtrereticilerinegretanmlanandeikenbir deerdir.Tanml bir kirleticinin arl tarafndan tutma oran olarak ifade edilir. Ortalamafiltreoran:Birfiltreelemannngzenekboyutuanlamnagelen lmeye ortalama filtre oran denir.Nominal orana gre daha anlamldr ve bu yzden deiengzenekboyutlarilefiltreelemanlarmutlakorandandahagerektir.Filtrelerin etkili olmaya balad tanecik boyutunu belirler Beta Oran (): Beta oran filtre reticileri ve kullanclar tarafndan benimsenen geerliliikabuledilenkarlatrmaolarakyenibiroransistemidir.Belirliboyuttan bykvefiltrezerindekalantaneciksaysnn,belirliboyuttanbykvefiltreden geen tanecik saysna oranyla kurulan oklu gei testiyle tanmlanr. duxNN= (2.1) Ex= 1001xxx (2.2) 4 Tablo 2.1 Bir filtrede verimliliin, oranyla ilikisi (Warring, 1981) rnein,birfiltre5orannasahipsebununanlam,tanecikboyutu5mdenbyk tm taneciklerin % 99 unu geirme yeteneindedir. 2.1.2 Filtre verimlilii Nominalorannekiletkinliiyleverimlilikbelirtilir.Filtrelerinetkinliinin temel tanm olan verimlilik direk olarak oranndan tretilebilir. Burada 1-( mevcut tanecik says / tesadf tanecik says)x (%100) olarak ifade edilir. Buuygulamalar,tanecikboyutoranmutlakkesmedendkolduundagznne alnr ve biriken tanecikler sfr olarak dnldnde verimlilik %100 olur. Eertanecikboyutumutlakkesmedenkkiseverimliliin%100denkkolmas gerekir.Pratikteoranx >75olduundaverimlilik%98.6olaraktanmlanrve tanecik boyutu X m dir. oran: Verimlilik: 10 2 %50 10 %90 20 %95 50 %98 100 %99 1000%99,9 10000 %99,99 5 2.1.3 Filtre geirgenlii Geirgenlikbirfiltretarafndanakakargsterilendirenolarakifadeedilir. Buyzdenyksekgeirgenlikdkdirencivedkgeirgenlikyksekdirenci gsterir.Bu,normalolarakverilenakoranQdageirgenlikkatsaysolanve basn dm P ile balantl olarak gsterilir. P Adt Q= (2.3) Pratiktebuformlkullanlmaz.Geirgenliindirekolarakakorannakarbasn dyletanmlanmasdahauygundur.Buerilerherbirfiltreiinzeldirve maddelere bal olarak tretilirler. (ekil 2.1) 1)Filtre boyutu 2)Ak scakl3)Zaman ya da kirlilik derecesi ekil 2.1 Basn dnn ak oranna etkisi (Warring, 1981) 6 Scaklk,akkannviskozitesinideitirerek(basnd/akoran) karakteristiklerinietkiler.Buyzdenbasnddirekolarakviskoziteyle orantldr.Aynakoraniinakscaklazaldndabasndartarve scaklk arttnda basn d azalr. ekil 2.2 Bir filtrenin scaklk erileri (Warring, 1981) Belirliscaklkaralndatekbirfiltreninscaklkerilerininkarakteristiklerisvlarda gazlara gre daha belirgindir.(ekil 2.2 ) 7 ekil 2.3 Filtrede zamanla artan kirlilik (Warring, 1981) Filtreelemanzerindezamangetiketoplamkirlilikartar.(ekil2.3)Genellikle BasndZamanerileribalangtakeskinbirarttansonralineerartile gsterilir. (ekil 2.4) Sonra da daha hzl bir artla devam eder. ekil 2.4 Zamanla basn d erisi (Warring, 1981) 8 2.1.4 Filtre testleri Cambilyatesti,birfiltreninmutlakaralnyadaetkinliinibelirlemede kullanlanklasikmetodudur.Akkaniindecambilyalarnaplarkirleticigibikabul edilerekmiktarlarbelirlenirveakkan,filtreelemanlarndanszlr.Builemden sonra bilyalar u yollarla tespit edilir:1)Filtrelemedegeenenbykbilyabelirlenir.Bubulgufiltreiinmutlakkesme orandr. 2)Cam bilyalar nceden saylr. Filtrelemeyle ayrlr ve saylr. (ekil 2.1) Bilya boyutu %X ya da bu boyuttan kk olanlarn geecei kabul edilir. (100-%X) (nominal oranda verimlilik).X deeri%2 ile%10 arasnda bir deer olabilir. Filtrelemederecesitesti:Eklenenkirleticilerinarlklarnnlmve filtrelemedekitmkirleticiarlhaributestiinkullanlandzenek,anatanecik gei testine benzer.Filtreleme derecesi aadaki gibi hesaplanr. (%) 10012 1xww w(2.4) oklugeitesti:ButestbirfiltreninBetaoranntespitetmekiinkullanlr. (ekil2.3)Akkannherbirmililitresindekitoplamtanecikboyutubelirlenir.Bu tanecikboyutlar5,10,20,30ve40mdur.GenellikleBetaoran()herbiriiin hesaplanr.staktahermililitredekiXmdenbyktaneciksaysnn,altaktakiher mililitrede Xm den byk tanecik saysna oranna BX denir.Buna bal olarak Verimlilik (Ex): Ex= (%) 1001xxx ya daEx=100- (%)100x(2.5) 9 Kabarcklama noktas testi: Verilen akkan ve sabit slanma ile gzenek boyutu esas alnarak kabarcklama noktas testi yaplr. (ekil 2.4) ki farkl lm yaplr.lk kabarcklamanoktastesti,enbykdeliinboyutunubelirler.AkKabarcklama noktas basnc, filtre elemann ana gzenek boyutunu belirler.Hava ak hz balang kabarcknoktasnaetkietmez.Kabarcknoktasbasncylagzenekaparasndaki teorik iliki ince boru iin Poiseuille yasasyla verilir.
P=d cos 4(2.6) Pratik filtre elemannda gzenek olmadn ve klcal tpe benzer ekilde olduunu gz nne alarak K ekil dzeltme faktrn formle eklersek; P=dK cos 4(2.7) Ayrcavesabitolduudnlrseformlbasitletirerekaadakiifadeyielde ederiz: P=dK1 (2.8) 2.2 Filtre Trleri Filtrelermekanikvemanyetikolmakzeretemelolarakikiyeayrlabilir.Mekanikfiltrelerisediyafram,emici,tutan,torba,sinterlenmimetal,kay,dnel diskliveplakalfitrelerolmakzereayrlr.Manyetikfiltrelerdeboruhattvekanal filteleolmakzereayrlr.Butrlerdenhangisininuygunolduualmaortamnave maliyetinebaklarakseilir.reticifirmalartarafndanoluturulankataloglardan istenilen performansta filtre seimi yaplr. 10 2.2.1 Emici filtreler Biremiciortam,akkanemenvekendiyapsiindetutansngerebenzeyen biryapdadr.Bumantklabirfiltregibidavranarakabsorbeederveakkantutar. rneingeirgenkt,havadansutaneciklerinifiltreedenemicimalzemedir.Buna ramenpratikfiltreolarakkullanszolmasnnnedenisnrlbirzamandamalzemeyi tutmasdr.Kda, mmkn olan maksimum emme gcyleya dayankllk; sentetik kauuk,fenolformaldehitvediersentetikreinelergibimaddelerle;mekanik dayankll ise emdirme yntemiyle kazandrlr.Bu trdeki zel ktlar, ana ortamn delikli yapsnda tutulma esnasnda yalara, asitlere ve dier kimyasal zeltilere diren gsterebilir.Emdirme,kdn mekanik dayanklln arttrabilir.Doal lifler, doal keelervedieremiciortamlarbirbirinebaldeliklihcrelimalzemelerdir.Bununla beraber,emicielemanlarnsadeceemicifiltreolarakkullanmoksnrldrveemme zellikleri daha az nemli olduu artlarda mekanik filtreler gibi alrlar. 2.2.2 Tutan(Adsorbe eden) filtreler Adsorpsiyon,filtreortamvetaneciklerarasndaoluanmoleklerekimyada elektrostatikkuvvetlertarafndantaneciklerintutulmasveyaekilmesidir.Buolay mekanik filtrelerde genellikle az da olsa baz uzamalara neden olur. Filtreleriinkullanlantemelemiciortamkmr,karbonunbenzerdier yaplar,sabunkilivedieretkinkillertarafndanetkinhalegelir.Bunlarnhepsi granl yapdadr.Emici filtrenin daha sertyaps, bir emici ortam ile kdn kimyasal olaraketkileimiyoluylaretilir.Filtrelemeiinkullanlanmalzemeleriindeenaz tercih edilen malzeme kmrdr.Emici ortam yaygn olarak kokularn, duman, sis v.b tanmasnda ve ortamdan uzaklatrlmasnda kullanlr.Endstriyel atk olan dumann tanmasnda,havalandrmasistemindeyaygnolarakkullanlr.indeetkinkmr 11 bulunanfiltre-rneinkaravanyadabotlardaimesuyusalamadasuyutemizlemek gibi-kkuygulamalariinkullanlr.Endstriyeluygulamalardaemicifiltreler, yadan kokuyu uzaklatrmak iin de kullanlabilir. Emici yzeyin amac,znm ve znmemikirlilikleriuzaklatrmaktr.Emicifiltrelerkrankyaszgecivehidrolik svlargibiuygulamalardakullanszdr.Ayrcasuluzeltilerinfiltrelemesi,sentetik svlarveyumuakkimyasalzeltiler(rneinasitlervealkaliler)iindeuygun deildir. 2.2.3 Diyafram filtreler Moderndiyaframfiltreler,mikrogzenekliyapdainceplastikmalzemelerden retilir.Gzenekboyutlar0.005mile12marasndadr.Sngerebenzeyenince yaps,zigzagsralanmelektabakalaretkileyenbirbirinebalantldeliklerden oluan filtreleridir.Szlen madde, her zaman yzeyde tutulur ve yksek ak oranlar mmkndr.Tipikbirdiyaframdahacmin%15-35inirijitmalzeme,kalanksmn gzenekboluuoluturur.Gzenekboyutukatlarnsvlardanayrmaderecesini belirler.Ataletkuvveti,absorpsiyonveelektrostatikkuvvetlertarafndangazlarn tutulmas artar.Taneciin ap diyaframdaki gzenek apndan 5 kat kk olduunda etkinayrtrmadabaarlabilir.rnein,havadakibiramayasvekflergzenek boyutu 8 m olan diyafram filtreler tarafndan ayrtrlrken; havadaki virsler gzenek boyutu0.2molandiyaframfiltrelertarafndanayrtrlr.Diyaframfiltreleriin kullanlan malzemeler, naylon, PVC, PTFE, jeltin, selloz ve dier florokarbonlardr. Tipik olarak bunlaryksek dolgu maddesi zelliiyle ince tabakalar haline, daha sonra da bu dolgu maddesi mikro gzenekli yapda bir tabakaya dntrlr. Kullanlan zel malzemeler ve uygulamalar: Selloz Nitrat: Esneklii, kolay ekillenebilir ve deitirilebilen hacmiyle yaygn olarak kullanlan diyafram malzemesidir. 12 SellozAsetat:Suluzeltiler,alkoller,glikolv.b.ekardayankldr.180C de scak havay temizler. RejenereSelloz:Organikzcleredayankldr.Svolmayan malzemelerinin steril filtrasyonunda ve artmada yaygn olarak kullanlr. NaylonPolyamit:okiyikimyasaldayankllasahiptirvezellikleketon, ester,fotodirenlerv.b.ortamlardakullanmiinuygundur.Bumalzemekaynak edilebilir zellie sahiptir. PVC:Azsuyuemmezvefiltresvzeltilerindekullanlmadannceslanmak iin ethonele ihtiya duyar.yi bir kimyasal dirence sahiptir.zellikle asit ve alkalileri filtreleme iin uygundur. Polistiren: Bu malzeme zerinde oluan yksek elektrostatik kuvvetlerden dolay havadan tozun ayrtrlmasnda etkilidir. Diyaframfiltrelerinkullanmsrasndafiltrelemeninyaplabilmesiiinvakum ya da basnca ihtiya vardr.Bunlar genellikle basn tanklar, pompalar ve vakum iin boruhattyada10bardanyksekbasnlatamamlanmbirsistemdenoluurlar. Filtrasyonilemindenfiltrelemeyadabazstaknoktalarndadiyaframfiltre dorudan kullanlarak her bir nokta temizlenir.Filtre malzemesi iin yaygn olarak cam elyaf kullanlr.zellikle ar alma artlar iin azalan gzenek boyutuyla seri olarak sralanmdiyaframfiltrelerleayrtrmayapar.Filtretipiveboyutuylabalantl olarakakoranlarzerinebasncn,scaklnvesvviskozitesinindeetkisivardr. Patentlidiyaframfiltreleriinbuoranlarbelirlenmitir.Limitdeeriverilmeyen diyaframdailembasncmmknoldukagenibiraralktatutulur.Derinliktip filtrelerde ise ortam basnc etki etmez. 2.2.4 Manyetik filtreler Manyetik filtreler, bir ak sisteminde bulunan demir metal paralarn, nikel ve kobalt taneciklerine dntren basit mknatslardan oluur. 13 Yalamasistemlerinde,hidroliksistemlerde,seramikendstrisindeseramikkilinden demirtanecikleriniayrmadavezellikleyenibirsistemaltrlrkenanandemir metalparalarnyakalamakvetutmakamacylapnmatikkonveyrlerdekullanlrlar. Yksek enerjili srekli mknats malzemelerinin grnm manyetik filtrenin snrlarn etkiler.Demirmetalparalar,mknatstarafndanoluturulanmanyetikalaniinde hareketeder.Mknatsheryadeiimindekazmayla(kabuksoyma)temizlenebilir. almaesnasndaoluananmalardandolayitenyanmalmotorlar,viteskutusu, dilipompavebenzermakineleriinmknatskullanldr.Dieruygulamalariin manyetikelemanlarakartlarnauyguntasarlanmaldr.Temelolarakbuekilde montajolmayanmknatslarsuyuntamasnanedenolur.Maksimumetkiiin manyetikalanilesvnnakynnnaynolmasgerekir.Taneciklernceden manyetikelemanlartarafndanynlendirilirveanaaktanuzaklatrlrlar.Demir olmayanmetalkafesyadasilindirikekil;ikiyumuakelikkutupvesilindirik mknatsserisininenaltaveenstebalanmasylaoluur.Yumuakelikkafeste kutuplar arasndan geen d alan yoluyla gl aklar elde edilir. 2.2.5 Boru hatt filtreleri Manyetikfiltrelerinzellikleboruhattyerletirmeleriiinzelformlar gelitirilmitir. (ekil 2.5) ekil 2.5 Boru hatt filtreler (Warring, 1981) 14 Buradafiltreelemannnmerkezindemanyetikolmayankaplamaiindesreklibir mknatsyeralr.Bukaplamapirineritleyumuakelikyadademirsegmentleri balar.Byleceherbirsegmentarasndademirartklarnntutulduukkboluk oluur.Manyetik olmayan kaplamann kullanlmasnn nedeni, taneciklerile kirlenmi olmasn nlemek iindir.Bylece tozlar segmentler arasna toplanr. 2.2.6 Kanal filtreler ktrmetanknda(drenajtank)kullanmauygunsreklimanyetikfiltrelerin dizayndabelirlimiktardamknats,manyetikolmayanyatakiineyerletirilir.(ekil 2.6)vezelkutupparalartarafndanparalelbalantsalanr.Filtreak dorultusunda yerletirilir. (ekil 2.7)
ekil 2.6 Manyetik filtre dizayn (Warring, 1981) 15 Manyetik elemanlar kanaln besleme boru hattna taklr.Dier taraftan manyetik filtre elemanlarylademirvedemirolmayantozlarntekbirfiltredengeiiiintekbir noktada yataklanr. ekil 2.7 Kanallar iin manyetik filtre (Warring, 1981) 2.2.7 Manyetik /Mekanik filtreler Manyetikvemanyetikolmayanparacklarakarkorumasalamakiin manyetik filtre elemanlar, mekanik filtre elemanlaryla birletirilir. Tablo 2.2 Manyetik Filtre Tipleri ve Uygulamalar (Warring, 1981) TipUygulamalarBoyut aralzellikler Ya subabMotorkrankbiyel,dili kutusu, rulmanlar Geni bir aralkta FiekMakine yalama sistemleri, kk boru hatlar Genibiraralkta80 m3/saat e kadar Tek ya da iftDz filtrelerde Boru hattSv boru hatt114m3/saate kadarift ya da tek BirletirilmiSv boru hatt380m3/saat e kadarMekanik ya da manyetik filtreler Kpk kepelerikeltme tanklardaki svlardan demir paralarn ayrmada eitli TamburAra szme40m3/saat e kadarGenellikle artclar olarak bilinir Basnl artcSon kat ilemler ve soutucular 4000m3/saat e kadar Vakum artcSon kat ilemler ve soutucular 20m3/saat e kadarGenellikle mekanik aralarla kullanlr Tala konveyrArtklar Kesme takmndan uzaklatrmada eitli 16 2.2.8 Fiek filtreler okeitliyapdaolanfiekfiltrelereitlimalzemelerdenretilebilir.Filtre malzemesi;iplik,kee,kat,liflireine,tekdokunmukuma,sinterlenmimetalve seramikyaplarierir.Fiekleriniplikyadareineliflerindenyaplmbaztipleri, merkezinedoruyounluuartanbiryapyasahiptirler.Buderinliktipfiltreler,filtre bezinintoplamkalnlboyuncatanecikleriyakalarlar.Kat,keevetekdokunmu kumagibiincemalzemeler,yzeyfiltreleriolaraktanmlanrlar.nkbunlarn tmnn tanecik yakalama zellii filtrenin yzeyinde veyayzeyineyakn blgesinde gerekleir.Filtre uygulamalarnda yzey ya da derinlik tip fiek seimi birok faktre baldr. Fiek Filtreler tarafndan belirlenen filtreleme performans: 1m ile 500 m arasnda deiebilir fiek filtre eleman tkandnda kullanma hazryenibirfiekileyerdeitirilebilir.Dayanklyapdaolanbazfiltreelemanlar temizlenebilir ve yeniden kullanlabilir trden seilir. Fiekfiltrelerdayankl,kolayilenebilir,dkmaliyetlivedierfiltrasyontiplerine gredahaazilemdenemesigerektirir.Kirlilik seviyesibirarlkolarak%0.01den az olan sistemlerde genellikle fiek filtreleme tercih edilir.ok kirli sistemlerde, fiek filtrelersonrnszmeiindierfiltrelemetrlerindensonrakullanlr.Bununla beraberbazyksekkirlilikoluturanuygulamalarda-zellikleharmanilemede- performans,gvenilirlik,salamlkvefazlaarlauygunlukgibidierfaktrler sebebiyle sadece fiek filtreler kullanlr. 2.2.9 Sinterlenmi metal filtreler Sellozmalzemelerdendahadayanklolmalar,rijitvedahakuvvetlimatrise sahip olmalarndan dolay sinterlenmi metal filtreler, plastiklere gre filtrenin gzenek boyutunun,eklininveyapsnndahaiyiolmasnsalar.Gzenekboyutu10-8cm civarndadr.Gzeneklilikvekatiyzeyhacmigenibiraralktadeitirilebilir. 17 Dahadzgngzenekboyutusaladklariinkreseltaneciklertercihedilir.Kabaca snflandrlm sinterlenmi metal filtreler tanecik ap 1 mm olan taneciklerden retilir. Bunedenlegzenekboyutu,tanecikapnn%15civarndadr.Buda150mkabul edilirve100tekadokumafiltreyeedeerdir.Bufiltreleringenelolarakretimi pahaldr.Kktanecikaplolanlardaretimmaliyetidahadktr.nktek dokumaayapda,gzenekboyutuazaldkamaliyetartarveaynzamanda mukavemetivesertliiazaltlr.Bunedenlesinterlenmimetalfiltreler,gzenek boyutu 100m nin altnda olduunda daha ok tercih edilir.ap 5-10 m olan kresel metal taneciklerin retimi ve snflandrlmas pahal olduu iin 1 m den daha kk boyuttaretilirler.Derintipfiltreler;sinterlenmimetalblm,akyounluuve filtre zerindeki ak hznn karesiyle orantl ilk kayplara maruz brakr. Bu normalde sadeceyksekakhznasahipsvlardanemlidir.Geirgenlik,basndyle orantl viskoz geirgenliine ve sv younluuyla orantl atalet viskoziteye dayanarak tanmlanr. Tablo 2.3 Sinterlenmi metal malzemeler iin deerler (Warring, 1981) Gzenek Boyutu: Viskoz Geirgenlik:Atalet Geirgenlik: 10,6 0,2 20,2 0,3 5 1 0,7 10 3 1,3 20 10 2,5 50 50 5 100 160 10 Geneldesinterlenmibronzfiltreler,tmartlardakullanlabilir.zelliklear hizmetierenokyksekbasn,yksekscaklkvekorozifakkanlariinfiltre elemanlarpaslanmazelik,bakrnikelalam,safnikel,titanyumyadatungsten sinterlenebilir.Dk scaklklarda bronz ve bakr-nikel nceden sinterlenir ve bylece karbonkalplardayadapaslanmazelikiindekimetaltozdandorudanokeitli ekillerretilebilir.Gzeneklipaslanmazelikmalzemeler,yksekmukavemet, 18 scaklkvekorozyonadayankllkgerektirenyerlerdetercihedilirler.Gzenekli paslanmazelikmalzemeler,filtreelemannnyapsndadirekkullanlmakzere tamamen dz ya da disk eklinde retilirler. 2.2.10 Mum filtreler Svvegazlarnfiltrelenmesiiinbasnyadaemmefiltresiolarak kullanlabilir.MumFiltreler,sarldokumaliflerindenoluur.Kimyasalzeltilerde asitlerevealkali,vernik,galvanikbanyo,suyunminerallerineayrtrlmasv.b.de hassasfiltrelemeiinkullanlr.Ayrcahavay,buharvediergazlardantemizlemede kullanlr. (ekil 2.8) ekil 2.8 Mum filtreler (Warring, 1981) Malzemelersellozvepamuk,naylon,reinebalselloz,camelyafndan oluur.Metalikmumfiltrelersinterlenmimetaldendeoluabilir.Filtrelemeyi tanmlamakiinmumfiltrelerinkullandrnler,Alvyonlufiltrelemevekat/sv ayrclar, zcler, hidroflorik asit, boyalar, slfrik asit, gliserin, mineralya, jelatin, glikol,deterjanlar,ethanol,metanol,btanol,benzol,nitrikasit,kloroform,aseton, 19 sodyumklorat,amonyumnitrat,potasyumhidroksayt,hidroklorikasit,fabrikasuyu eklindedir. 2.2.11 Torba filtreler Endstriyelatmosferdekitozlarnuzaklatrlmasndatorbafiltreleryaygn olarakkullanlr.Enoktercihedilen,silindirikekildetakviyeemberinesahip dokuma kuma kovan olan tiptir.Toz yakalama, kovan i ya da d yzeyinde salanr. Mekaniktitreim,sktrlmhavanngeriykanmasgibifarklsistemlerdetozun toplanportamdanuzaklatrlmasiinkullanlr.Tozunyapsvekarakteristiklerine uygundokumalifveyapsseilebilir.Anaparametreler,filtrelemegc,tanecik boyutu,younluu,andrcyapvepatlayctoz/gazkarmlar,elektrostatik zellikler v.b. gibidir.Torba filtreler, su pskrtme, sya dayankllk ya da yapmay nleyici yzey gibi karakteristikler iin zel ilemlerden geirilir.Gaz scakl 230 C yada300Cdenyksekalmaortamndacamelyafndandokumaolduutakdirde uygunsentetikliflertercihedilir.Metalikveseramikliflerdahayksekalma scaklklarndatercihedilirfakatbunlarnuygulamalargnmzdeoksnrldr. Dokumavekeeleryapsalolarakfarkllkgsterir.Keelerynyadasentetikliften dahahomojenyapoluturacakekildeyaplr.Dokumalartekfilamanlyadaok filamanl iplikler olmak zere ok eitlidir. 2.2.12 Silindir gvdeli filtreler Vakumlutipolandnelvakumfiltrevebasnltipolanbasngvdelifiltre olmakzeresilindirgvdelifiltrelerikiyeayrlr.Metodendstrisindeokeitli kat/svayrmnda,mineralmhendisliindev.b.deokeitlitiplerdeveboyutlarda imaledilirler.Bufiltreler,fazlagceihtiyaduymazlarvebugteyksekykama kapasitesi iin srekli ileme sahiptir. 20 ekil 2.9 Silindir gvdeli filtre (Warring, 1981) 1.Karm malzemesi6.Filtre malzemesi11.Ykama svs 2.Filtre boaz7.Kontrol merkezi12.Ana szme 3.Sarka kartrc8.Filtre borular13.Sv ykama4.Filtre hcreleri9.Filtre amuru14.Boaltma cihaz 5.Tambur10.Ykama cihaz15.Artk madde rnektekitambursaatte1060deviryapmaktadr.(ekil2.9)Tambur hcresinden geerek filtre emme borusuyla sv szdrmaz bir pompaya balantl vakum yaklakolarak21-53kPadr.Budasvnnfiltrebeziboyuncaszlmesinesebep olur.erisindetozbulunankarmmalzemesi,filtrebezizerindedzgnbirtorba iindebekletilir.Kontrolnoktasfiltretamburunu;ykama,emerekkurutmaveamur boaltma gibi farkl blmelere ayrr.Bir devirde tamburun her bir alan bu blgelerden geer.Seperatrdeposunaboaltlrveatmosferikbasnkullanlarakyadapompa yardmylagnderilir.Tamburundnmesiylekarmmalzemesindenfiltrelenenkat tabakasortayakar.Dnmedevamettike,bukarmmalzemesiykanr,emilerek kurutulurvefiltrebezindengeriboaltlr.Buykanansv,amurdanbeslenir.Ykamablgesindenszlenmaddeanafiltredenboaltlr. Filtreamurutm tambur geniliini saran boaltma cihaz tarafndan dar atlr.Filtre bezi tekrar daldrlmadan ncesujetleriyleyadatemizlemefralarylatemizlenebilir.ekil2.10da 21 filtrelemenintamamlanmtesisat,ykamaveszntayrmagsterilmektedir.Eer filtre amuru ykanmyorsa dzenek sadece filtre seperatryle kurulur. ekil 2.10 Silindir gvdeli filtre dzenei (Warring, 1981) 1. Filtre tamburu 10.Valfler 2.Filtre boaz11.Karm malzemesi kab 3.Ykama aparat12. Karm malzemesi pompas 4.Kontrol merkezi13.Kat boaltma cihaz 5.Ykama szme iin ayrc A. Karm malzemesi 6.Ana szme iin ayrc B.Sv ykama 7. Ykama szme iin filtre pompasC.Artk madde 8.Ana szme iin filtre pompas D.szme ykama 9.Vakum pompas E.Szme 1.2.14 Basnl tip filtreler Gerekliilemlervakumlufiltrelerlebenzerdirfakatfiltreleme,pozitifbasn altndaolurvernileszlenmaddetamamenkapaldr.(ekil2.10)Basnaltnda filtrelemede, silindir gvdeli davul filtre, kat-sv karmlarn mekanik olarak ayrmak amacylahcrelibiryapyasahiptir.Filtreninsilindirgvdesinindnmesiiinbasn fark gereklidir. 22 2.2.13 Dnel diskli vakum filtreler Silindirgvdelifiltrelerlekarlatrldndadahagenifiltrealannasahip olduklariinzelliklekmrileme,cevherhazrlamavektoluumugibibyk rnlerinolutuuprosesleriinuygundur.Dneldisklivakumfiltreyataybirmil zerinesralanandisklerdenoluur.Filtrebezininkarlptekraryerinetaklabilmesi iindeiebilirdisklerkullanlr.amur,diskinyardmcelemanndatoplanr.Farkl bir tasarmda her bir disk kendi yrngesinde dner ve filtrede farkl hcreler oluturur.Bu nedenle kartrma gerekli deildir ve disk zerindeki slak alan %50 sinden byk olabilir.Her bir set birbirinden izole edilerek iki farkl rn ayn anda ve ayn filtreden geirilebilir. Tm yapdaki disk saysn arttrarak; dnel disk filtrelerin alan dolaysyla filtrekapasitesiarttrlabilir.Disklerdnerkenapabalolarakherdisk30filtre hcresinden geer. (ekil 2.11) ekil 2.11 Dnel diskli vakum filtre (Warring , 1981) 1.Filtre diski A.Karm malzemesi 2.st ak kanal ile filtre boaz B.Artk maddeler 3.Raspa(amurluk) ile kat oluu C.Filtre amuru 4.Filtre g nakliD.Alkol 5.Kontrol merkeziE.Ykama svs 6.Sktrlm hava kabF.Sznt ykama 7.Sznt ayrcG.Sktrlm hava 8.Vakum pompasH.Vakum 9.Sznt pompas 10.Ykama elemanlar 23 Tablo 2.4 Filtrelenen karm malzemelerinin zellikleri (Warring , 1981) Malzeme tr erii Filtreleme sirklasyon sresi(Saat) Kat besleme(%) amur(%) amur Kalnl (%) nce atk sulu amur Kprm atk Polyelektrolit%0,10-0,15 0,5-2 1-2,5 15-35 15-35 75-82 73-80 25-40 25-40 Temel lam amuru Top. lam amuru %5-25kire,%5-15 bakrve%3-6demir klorryada%1-2 ACH(Al2O3) 3-7 1,5-2 2-3 4-7 3-6 40-55 35-50 25-32 25-32 Isl ilem grm amur 1-2 12-15 50-70 32 Kark lam amuru%3ekadarAl2O3 yada %30kireile%30Cu-%3-8 FeCl3 3-6 2-4 -4 -4 30-45 30-40 32 25 Kat fab. humus amuru%1 ACH80,5-1,530-4525 Katfabrikashavuz amuru %10 kire,%1 FeCl31-31-1,540-5525 Kaplama amuruGerektiinde%10a kadar kire 1,5-32-330-4525-32 Su amuru%0,2-1,5 poli-elektrolit3-80,5-325-3519-25 Tuzlu su amuru1,5-310-2560-7020-25 2.2.14 Kay filtreler Vakumprensibinegrealarakyatayfiltrelemegereksinimininolduubirok ilemigerekletirenkayfiltrelerinalmaprensibibasittir.Filtrebezini,zerinde yataytaycbanddnenkanalekillitabladestekler.Stroksonundavakumserbest kalrvetablahavalandrlmolur.Vakum-strok/geridnsreklitekrarlanr.Emme tip kay filtreler,ykama ve temizleme proseslerini birlikteya daher iki ilemi ayr ayr yapabilir. 2.2.15 Plakal filtreler Biraftzerindeiiegemifiltredisklerindenoluanplakalfiltrelerdetm dzenekyatayyadadikeyolabilir.Filtreyuvas,filtrasyoniinstatiktir,karm malzemesinegatifyadapozitifbasn(vakum)altndaboazdangeebilir.Filtre disklerinineklinevetipinebalolarakamurunuzaklatrlmasnnokeitli 24 metotlarvardr.Levhatasarmzgarabiiminde,filtrebeziyerletirilmiyadafiltre bezi kullanlmadan ok eitli yapda olabilir.eklin tanm, plakalarn dzenlenmesine gre deiir.rnein dikey plakal filtreler,yatay olarak dzenlenmi plakalara;yatay plakalfiltreler,dikeyolarakdzenlenmiplakalarasahiptir.Bazreticilerbu tanmlar ve plaka tiplerinin tanmlarn farkl kullanabilirler. ekil 2.12 Plakal filtreler (Warring , 1981) a)Szlmemi rnd) Rondelag)Filtre amuru b)Szlm rne)Filtre ortam c)Filtre aftf)Filtre diski Bufiltreninstksmndafiltreekranvedaireselfiltredisklerivardr.(ekil 2.12) Filtre diskleri dikeyfiltre mili zerindeki boluayerletirilmitir.Dikey plakal filtrelerinavantaj,filtreamurubasndeiimlerindenetkilenmediiiinamur younluukanaldanbamszdr.Dieryatayplakalfiltreler,altksmdaboaltmaya sahiptir.amur her bir plakadan kazma bayla temizlenir ve en son alt ksma den kuru amur yava hzla dnen helisel dili tarafndan dar atlr. 25 Tablo 2.5 Kullanlan malzemelerin zellikleri (Warring, 1981) MalzemeUygunlukToC Max. YararlarMahsurlar Pamuk Suluzeltiler,yalar, soukasitler,balmumu,uucu organik asitler 90 Ucuz Kf ve mantar etkiler. Lt beziSulu zeltiler85 Sulu zeltiler ve seyreltik asitler 80 Douda filtre ilemlerinde kullanlr. Saklanmasnda gve ekme riski yksek Naylon Asitler,petrokimyasallar, organikzcler,baz alkalin karmlar 150 Yksekdayankllkyadaesneklik, kolayamurboaltma,uzun mrllk Emilebilir su ve alkaliler iin uygun deil Polyester Asitler,yaygnorganik zcler, ykseltgenler 100Dayankllkveesneklik,ilkekme kabiliyeti iyiAlkalileriin uygun deil PVC Asit ve alkaliler-90Is direnci dk, abuk bozulur PTFE Hemenhementm kimyasallar 200Kimyasaldirencifazla,mkemmel amur biriktirme Pahal Polietilen Asitler ve Alkaliler 70 Kolay amur biriktirme Normal scaklkta yumuama Polipropilen Asitler, alkaliler, zcler (aromatik ve klorlu hidrokarbonlar) 130 Nem emme kabiliyeti yksek Cam yn Kimyasal zeltiler, konsantre scak asitler 250 Soukyadascakhemenhemen tm kimyasallar(alkaliler hari) Esneklik direnleri ve andrc direnci dk Orlon elyaf Asitler(Kromikasitdahil) petro-kimyasallar 150 26 2.3 Filtre Seim Klavuzu Herfarkluygulamaiingenelifadelerlefiltreseimiyapmakzordur.Genellikle ok eitli sayda filtre mevcuttur ve bunlarn arasnda seim yaparken dikkat edilecekfaktrlervardr.zeluygulamalardayaygnolarakgerekstandartlarda olmas, performans, fiyat, uygunluu ve dier ticari faktrler gz nne alnarak tercih yaplr.rnein makinelerde giri filtresi tasarm, dk ya da yksek standartta, rn arl da gz nnde bulundurulursa sonu olarak ok yksek fiyatta olabilir.Burada temelfarkllk,dizelmakineleriinkeemalzemesininvepetrolmakineleriiinkat malzemenin kullanlmasdr.Dier uygulamalar iin de bu seim benzerdir.Tablo 2.4 ve Tablo 2.5te grld gibi her bir reticinin rn tasarm detaylarnda ve malzeme seiminde farkllk gsterir.En uygun filtre tipi, tecrbeyle belirlenir. Tablo 2.6 Hava filtre tipleri ve performanslaryla ilgili filtre seim klavuzu (Warring, 1981) Filtre tipiOrtalama tutmaMalzeme dayankll Cam elyaf dolgu% 75Deitirilebilir Kaplamal,kvrml yzey%25-30Deitirilebilir Preslenmi yzey%60-95 Reine bal cam dolgu%80-85Deitirilebilir Otomatikrulo(camelyaf ortam) %807-9haftasonrarulo deitirilebilir Elektrostatik%85-95 Otomatikntemizlemeli rulo %30-9012-18haftasonra deitirilebilir Liflimalzemeleriin otomatikrulo(andrctoz iin uygun deil) Yenilenebilir Otomatik viskoz filtre%80 Uzatlm yzey torba tipte%40-95 27 Tablo 2.7 Kirleticilerin Tanecik Boyutunu Gsteren Klavuz (Warring, 1981) Tanecik Boyutu( m) Kirleticiler -0,010,01-010,1-11-1010-100100-1000 HemoglobinX VirslerXX BakteriX-XX Mantar ve Bira mayasX-XX PolenX-XX Bitki sporlarX erideki tozlarXX-XX-XX-XX Atmosferik tozlarX-XX-X Endstriyel atklarXX-XX-X Askda atklarXX-XX-X Yal dumanXX-XX-X Sigara dumanX-XX-XX Endstriyel gazlarX-X AerosolXX-XX-XX Bcek ld. ilalarX-X Srekli atmos. kirlilikXX-XX-X Geici atmos. kirlilikX-XX-XX-X Mak.zararl atklarXX-XX-X Mak.koruma normalXX-XX-X Aly. balk kontrolX(3-5) Ksmi balkX(10-15) Yonga Kontrol(25-40)X 28 3. AYIRICILAR (SEPERATRLER) Santrifjmakinesi,siklonlar,yaayrclarvehidrostatikktrclerolmak zere ayrclar snflandrlr.Santrifj, her trl ortama uygun, esnek yaps, hacim ve ayrmaihtiyalarnkarlamassebebiyleenoktercihedilendir.Bunlarnilem karakteristiklerinebaklrsazellikleiticisantrifj,hzlfiltrelemedekatlariin uygundur.Filtreedebilirliikatnntanecikboyutudalmnabaldr.Sistem0.2 mmdenbyktanecikleresahipseiticisantrifjdedahaiyisonueldeedilir.lem kapasitesiniolumsuzyndeetkiliyorsaeleingzenekgeniliikltlebilirbunun dnda boyutunda deitirme yaplmaz. ekil 3.1 Bir santrifj rnei (Warring, 1981) 29 Siklonvesantrifjaynzamandahavalandrmacihazolarakdakullanlr.nksantrifjterkedenszlmmaddehavannbykbirhacmiylekarr.Santrifjler de seperatrler gibi bir disk eklinde tasarlanr. (ekil 3.1)ki sv bileenin fiziksel olarak ayrmas bu disk blmesinde gerekleir.Younluu kk olan sv i blmede, younluu byk sv d blmede birikir.Bu blmeye ayrma tabakas denir vebutabakaenetkiliayrmaiinykselenkanallarboyuncabulunur.Herdisktebu ykselenkanallarbirbolukserisiolutururvebuboluklardiskgiriiboyuncadikey kanallarsalar.Bukanalarayrcadisklerarasndakiboluklarasvkarmlarnn giriini salar.Santrifj kuvveti bu iki svy ayrr. Ayrclar,zelgrevleriindetasarlanabilirler.Santrifj,temelolarakbir mekanikivmealanyoluylasantrifjkuvvetoluturanbircihazdrvebundandolay dkyounluktakiaktaaslkalankattanecikleriniayrr.Buyntem,yerekimi alanndaayrmayntemiylebenzerdirfakatokdahahzldr.Santrifjde,yerekimi ivmesinden 50008000 kat daha byk merkezka ivmesi retilir.Santrifjn ayrma hz(Vs) aadaki gibi hesaplanr: Vs=2 2 12) (xRwvKd (3.1) Paranteziindekimiktarlarrnlebalantldr.Santrifjnperformanstasarmnave dnen tablann gerilimine baldr.Tablann gerilimi, iki bileeni ierir. 1)Kendi ktlesinin dnmesinden dolay oluan gerilim2)Sv basncndan dolay oluan gerilim Kktablada1.maddedekitoplamgerilim1.5olaraksaylrfakattablannboyutuile budeerartar.Svbasnc(2.maddede)kabnyarapnabaldrvemodern santrifjlerde yaklak olarak 100 bar gelmektedir.Bu yzden tablann yaps ve boyutu (ap)dnmehzvehangimalzemedenyapld,tasarmnanaparametreleridir.Bu temel tabla ekilleri ekil 3.2 de gsterilmektedir. 30 ekil 3.2 Temel tabla ekilleri (Warring, 1981) 1)embereklindetabla:oksaydaortakmerkezliemberlerinsantrifjlemealanna sralanmalarn salar. 2)Diskeklindetabla:Konikdiskserisiierirvebudasantrifjlemealannnparalel yaplanmasn salar. 3)Tpeklindetabla:Dnmedeenyksekhzsalarvebuyzdenaynmalzeme gerilimi iin en gl ivmelenme alan oluturur. Filtrelemeveelemegibiayrclar,mekanikayrmadanfarklolarakyerekimi ve/veya atalet kuvvetleriyle alrlar.Ayrmann bu basit ekli, ktrmeyle yerekimi kuvvetietkisiylesvdankatyayrmakiinkullanlr.Kat,svdandahayksek younluasahipse,ktrmehzkatnnyounluuylabalantldr.ktrmehz, tanecik apnn karesiyle ve akkann viskozitesiyle ters orantldr.ktrme hz, formlle aadaki gibi ifade edilir. 31 ktrme hz vd2(3.2) ktrme hz yerekimi altnda aadaki gibi ifade edilir: Vs= xgKvx d ) (2 12 (3.3) Vs= xfKvx d ) (2 12 (3.4) Tanecik boyutu ok kk olmad srece, ktrme hznn tanecik younluu, apveakkannviskozitesiylebalantldr.Taneciklerinhareketinietkileyensv moleklleri Brownian hareketiyle tanr.Siklonlar kuru ya da slak tipte olabilir.Kuru siklonlarhavagaztemizleyicilergibikat-gazkarmnayrmaysalar.Islak siklonlarsvierisindebulunankattanecikleriayrmailemigibikat-svkarmn ayrmaysalar.Islaksiklonlarhidrosiklonlarolarakdatanmlanr.Siklonlarbasnl ortamlardaalrvebeslemepompasndakiistenenyeterlibasnncedenhazr deildir. 3.1 Ayrclarda Basn Kayb Birpnmatikiletimtesisininsonundayeralansikloniindemalzemenin ayrmassonucumeydanagelenbasnkayb,iletimhattndakibasnkaybile karlatrldndaokazdr.(rnein1000Pa)Ayrclardameydanagelebilecek basn kayb yaklak olarak denklem yardm ile bulunabilir. 981 , 0 22 xvx p = (3.5) Pnmatikiletimde,basnkaybkatsaysdeneyselilkelerdeneldeedilensonulara gre: Siklonlarda =8 ile 10, Ayrclarda =6 ile 10,Filtrelerde =10 ile 20 arasndadr. 32 4. DNAMK AYIRICILAR (SKLONLAR) Birsiklondailenmirn,karmmalzemesiiindeyounlatrlrvetoz karmmalzemesiinceltilir.Bukmelenme,santrifjveyerekimininetkisiyle baarlr.rnyksekhzdateetselolaraksiklonunstksmndaheliselyolizerek girer.Daireselhareket,byktaneciklerinduvarlarasrklenmesinivekonininaltn boaltan hacimsel santrifj ivmesini salar.Artk sv ve tozlar eksenel ynde kar ve sistemistksmnmerkezindenterkeder.Siklonlarhareketsizparalarasahiptir; korozyonveanmayakardayanklimaledilmitir.Santrifjpompastarafndan salanan 1-2 bar arasndaki ilem basncna ihtiya duyar. 4.1 Siklonlarn Tarihesi ve Tanm Yzyldrimaledilmekteolansiklonlarnyaklak50yldanberiyenihesap yntemleriyletasarlanabildikleribilinmektedir.Zamanmzakadarbualandayaplan pek ok aratrma mevcuttur. 33 ekil 4.1 Siklon tasarm ve adlandrlmas (Pant, 2000) ekli 4.2 Bir siklon seperatr iindeki ak diyagramnn ekli (Pant, 2000) 34 Mekanik ayrma metodlarndan biri olarak kullanlan siklonlar, katlar, kat-sv, kat-gaz,karmazsvvesv-gazheterojenkarmlarayrr.Bunlarnyansra siklonlarendstrideenokkullanlantoztutmaaparatlarolarakbilinirler.Kimyasal endstrideendstriyelgazlaratmosferegndermedenncetemizlemekamacyla kullanlansiklonlargeniscaklkaralnadayanabilenokfarklmalzemelerden retilirler.Hareketli paralara sahip olmadklar iin dk maliyetlidirler.Endstriyel gazlardanap5mikrondanbyktanecikleriayrmadayksekverimliliesahipolan siklonlar genellikle 5 ile 200 boyutundaki taneciklerin tutulmasnda kullanlrlar.Ar tanecikleriayrmadaelektrostatikktrcleryadatorbafiltrelergibidahakarmak techizatlardan nce seperatrler kullanlr.Ayrca virsler zerinden bakterileri toplama gibi biyolojik tanecikleri snflandrmada da kullanlabilirler. letmeveyatrmmasraflardnldndeendkmaliyetlisistemlerolarak tannrlar.Korozif gazlar gibi ar alma artlarna kolaylkla uyum salarlar. 4.2 Siklonlarn alma Prensibi Farklkonfigrasyonlarylaokeitlisiklonlarmevcuttur.Kirligazlarn teetsel girdii ve silindir gvdesinin tepesinden temiz gazlarn st akla eksenel olarak darktvekonininucundaeksenelaltakbulunansiklonlardahayaygnolarak kullanlrlar.Eksenel alt akla gaz akmndan ayrlan ar tanecikler dar atlr. 35 ekil 4.3 Tipik siklon ayrc (Morales, 1996) Silindirikblmntepesindenteetselolarakgirenkirliendstriyelgazlar tutarak,temizgazlarneksenelboaldduvarvesiklonungvdeduvararasnda girdapakmyaratr.Bugirdapakmaltadorugazknakadardevamederve konininaltndasonlanr.Girdapakmkendihareketinidevamettirirfakatimdi siklonun merkezinde yukar doru hareket eder.ekil 4.4 te olduu gibi sonunda akm temiz gazlarn knda siklonu terk eder.Ar tanecikler giri akm tarafndan tanr vesantrifjkuvvetiyleendstriyelgazlardanayrlr.Santrifjkuvvetitanecikleri siklonunduvarlarnasrklerveartanecikleriduvarayaknhareketetmesinisalar.Yerekiminin yardmyla ar tanecikler siklonun alt kndan siklonu terk eder. Buna kirleticilerin(tozlarn)kdenir.Bunedenlesiklondakiiakikitanegirdap akmndanoluur.Bunlardanbiridgirdapakmolarakadlandrlrveykleyicinin 36 altnadoruhareketeder.Dieriigirdapakmolarakadlandrlrvesiklonun tepesinde bulunan temiz gaz kna doru yukar hareket eder. ekil 4.4 Bir siklon ayrc iindeki ana akn genel gsterimi (Morales, 1996) X.H Quing tarafndan kullanlan tipik bir endstriyel siklon ayrc ekil 4.5 te gsterilmektedir.BuradastsilindirikksmnapD=288mmveykseklikh=230 mm;dikdrtgenborueklindekigiriblgesiningenilii80mmveykseklii130 mm,dboruapDe=126mmvederinlikS=130mmdir.Koninintepeyarmas =25dir.Siklondaaknnmerikolaraktahminindekullanlanakkanatmosfer artlarnda havadr. 37 ekil 4.5 X.H Quing tarafndan kullanlan tipik bir siklon ayrc(Morales, 1996) AratrmacW.Krambrocktarafndanyaplanalmadaisepnmatikiletim hattnnsonundakisiklondadaireselkesitli(a)iletimborusudikdrtgenkesitlibir(b) giri borusuyla eklenerek siklonun silindirik gvdesine (c) ksmnda tespit edilmilerdir. (ekil 4.6) letilen malzeme, merkezka kuvvetin yardmyla hava akmndan ayrarak siklondatoplanr.Merkezkakuvvetspiralakmlaortayakar.Bilindiizerebir kaptanboalanhertrlsvdaimagirdapdepresyonuoluturmaeilimindedir.Potansiyel girdap ierisinde teki akmlarn aksine uumakta olan elementler birbirine engelolmazlar.Bunedenleakkannveiletilenmalzemeninsiklonateetselolarak girmesiilekararlbirspiralakmmeydanagelir.Burayageleniletilenmalzeme, tmylespiralyrngedetopaklarhalindesiklonunkonik(d)ksmncidarndan kayarak(e)kkabnageer.Hava,(f)boruyladaryaveyafiltrasyonnitesine tanr.Siklongvdesininkonikksm,iletilenmalzemenin(e)kkabynnde ayrmasnsaladiinikincilbirakmmeydanagetirir.Ancakbuikincilakm, siklonun(g)tepesininiyzeyindeolumsuzbiretkiyaratr.Helezonekirdeinin iindekkabndanayrlantozun,dalgboruiindenyukarekilmesininlemek amacyla ak kabnn tepe ksmna koni biimi verilir. 38 ekil 4.6 Hava ve iletim malzemesinin siklondan ak (Arun ve Akko, 1997) a)letim borusug)Siklon tepesi b)Havann giriiri Dalg boru yarap c)Silindirik siklon paras ra Siklon yarap d)Siklon konik parasui Dalg boru yarapnda evresel hz e)k kabua Siklon yarapnda evresel hz f)Dalg boru Emme yntemiyle alan tesislerde siklonun dibine yerletirilen hcreli yapdaki arkl vericidemeydanagelenkaakhava,iletilenmalzemeyekartersakmyaparak siklonunayrczelliiniolumsuzetkiler.Siklonlardabelirlibirteetselhzda merkezkakuvveti,yaraplatersorantlolarakdeitiinden,yarattklarmerkezka kuvvetinedeniylekkaplsiklonlarbykaplsiklonlaragredahaoktercih edilirler.Uygulamada gazlarn temizlenmesinde kullanlacak siklonlarda genel alma artlar aadaki verilere benzer olacaktr: Gaz Debisi:50 m3/h ile 4500 m3/h Gaz Scakl:1000Cye kadar Gaz Basnc:Vakum(-0,5 at) Gaz Giri Hz:6 m/s ile 21 m/s Basn Kayb:25 mmSS ile 125 mmSS Partikl Boyutu:2 ile 200 39 Partikl Younluu:0,23 g/m3 ile 230 g/m3 Verim:%50 ile %90 Endstridesiklonlarnprojemhendisleritarafndanncelikletercih edilmelerininbalcasebebi,yatrmveiletmemasraflarynndendnldnde yksekscaklk,ykseknemveyapkanzellikteiletilenmalzemeszkonusu olduundaayrcolarakokdahadkmaliyetgerektirmeleridir.Havavemalzeme karmoran()nnartmasilesiklondakibasnkaybazalr.nksiklonaak yapanhavann(u)evreselhz,havannmalzemezerineyaptsrtnmekuvveti etkisiyle decektir. 4.3 Deneylerde Kullanlan Siklon Tesisat ki eit siklon kullanlmaktadr. 1)Metal Siklon (Standart siklon): Lapplenin Dc=30.5 cm ile tasarlad siklon ekil 4.7deki gibidir.Bu tip siklon 1977-1978 yllar arasnda deneylerde kullanlmtr. ekil 4.7 Siklon sistemi (Tran, 1981) 40 2)Plastik Siklon: Bazamalariinmetalsiklonayerineplastiksiklontercihedilir.Enbelirli avantajalmaesnasndaduvarnyaknndakiblgelerigrlebilirolmasdr.Siklonunierisindekiakblgeleriokrahatlklagrlebilirzellikleaknsnr tabakalar grlebilir.Kullanlan plastik akriliktir ve kalnl 6.4 mmdir.ekil 4.8 de plastik siklonun boyutlar gsterilmektedir. ekil 4.8 Siklonun boyutlar (mm) (Tran, 1981) Giri borusu: Metalsikloniin,girikanalolarak15cmielikolandrtmetrelikboru;Plastik sikloniin152x152likkareolandrtmetrelikplastikborukullanlr.Giritekiak kolaylatrmakiinekil4.9dakigibigirienozulkonurveyaplaniinlmlerine yardmc olur. 41 ekil 4.9 Nozul girii (Tran, 1981) Toz Toplayc: Alt ak sistemiyle balantsn salamak iin ak bir blm bulanan ksa plastik kaba toz toplayc denir. (ekil 4.10) ekil 4.10 Toz toplayc (Tran, 1981) Toz besleyicisi: Konveyr-kaybesleyicikullanlmtr.(ekil4.11a)Tanantoz,deitirilmikap tarafndan kayla beslenir.Daha sonra kay, tozlar hava jet datcsna tar.Uan tozlar giriborusunungiriineemilir.Bubesleyicininsabittozbeslemesivesabitakoranna 42 sahipolmadgrlmtr.Sonyllardaikincibirtozbesleyicikullanlmayabalanmtr. (ekil4.11b)Butasarmdabesleyiciierisindekitozhareketlipaletler(arklar)tarafndan beslemevalfinekartutulmaktadr.Tahrikmotordiliarktozudatmakiinsabithzda dner.Besleyicigirinozulununbirparasolarakgrevyaptiinetrafatozkamasna izinvermez.kincibesleyicinindeneylerdekullanmamaczamanabalolarakbesleme hznn sabit olmas ve toz aknda uzun srekli kesintiye uramamasdr. ekil 4.11 Toz besleyiciler (Tran, 1981) 43 Alt ak sistemi: ekil4.12dealtaksisteminindetaylargsterilmektedir.Altak,konikblmdeki snr tabaka akn ve tekrar srklenen tozun etkisini tanmlamak iin kullanlr. ekil 4.12 Alt ak Sistemi (Tran, 1981) Filtre tabakas: 635x635filtretabakassiklondankaantozlartoplamakiinkullanlr.(ekil4.13) Bylece bu tozlar ne vantilatre zarar verebilir nede atmosfere kaabilir.ok ince toz tutucu olarak adlandrlan lifli cam elyafndanyaplm kumatan oluan ve 25.4 mm kalnlndaki filtre ortam 10 mikron ve zerindeki tanecikleri engeller. ekil 3.13 Ana ak filtreleri (Tran, 1981) 44 Vantilatr: BualmadaKuzeyAmerikanMfg.irketitarafndanretilen15HPgcndeki vantilatrkullanlmtr.Buvantilatrokyksekilemhacmindealabilirfakatbu ilemde evre artlarnda istenen ortalama giri hz 40m/s verilmitir. 4.4 Siklondaki Basn D 1939ylndanberigirivekgazkanallararasndakistatikbasnfarkiinbirok teori retilmitir.Giri ve k kanal arasndaki basn farkna etkiyen birok faktr olduu belirlenmitir ve bunu ilk Shepherd ve Lapple tanmlamtr. 1)Gaz siklona girerken genilemesine bal olarak basn d 2)Siklonun silindirindeki dnme kinetik enerji dne bal olarak basn kayb 3)Duvarlara srtnmeden dolay oluan basn kayb 4)Gazlarn kna bal olarak basn kayb 5)Basnenerjisigibidnmekinetikenerjisiningerikazanlmamasndandolay basn kayb Basn dn belirleyen ana teoriler siklon basn dn en iyi tanmlayan iki ve nc faktrleri dikkate alr ve aadaki forml kullanrlar: gVPin22 = (4.1) 1)1939ve1940ylndaK2=16iinstandartteetselgirilibirsikloniin Shepherd ve Lapple tarafndan ilk korelasyon yaplmtr. 2 2eDabK = (4.2) 45 2)1949daAlexandertarafndan,gazakndaenerjikaybnabalbasn dneldeetmilerdir.Sonuolaraksrtnmekatsaysiinaadakieitlii hesaplamlardr. (((
|||
\|+)` )`|||
\|=nene eDDfnnDDDDab2 211 62 . 4 (4.3) burada 3 . 014 . 0)283)(5 . 2) 394 . 0 (1 ( 1T DnC = ve ((
+ +((
= ) 2 ( 5 . 1 )1)( 1 2 ( 2 . 0 )1( )32 4() 1 (18 . 02 22n nnnnnnn nf 3)1949 ylnda Stairmand, giri ve kta siklon vorteksinde toplam kayplardan dolay toplam enerji kaybn dnerek ve dnen gaz akna maruz kalan siklonun tm iyzeylerinigznndetutarakhesaplamayapmtr.Stairmandsrtnmekatsays iin aadaki eitlii elde etmitir. 222)4( 2 ) 1) ( 2( 2 1DeabDb De + + = (4.4) Burada ))2()4) ( 2( )) ( 2(() 2 / 1 ( ) 2 / 1 (abGAabGAb DDb DDe e++= G srtnme faktrdr ve yaklak olarak 0.005 e eittir.A siklondaki dnme aknn olduu ak alandr.A aadaki formlden hesaplanabilir: 46 ( )) 2 / 1 (22 2 22) () (2) (4((
++ + + + + =B Dh H B D S D Dh D D Ae e (4.5) 4) Vantilatrsz giri borusu iin K1=0.5 ile yeni bir basn d korelasyonu: 3 / 122) () )(12(((
=Dh H hDabKe (4.6) 5)SonteorideBarthtarafndan1956ylndayaplmtr. e ve i ikifaktrn toplamfonksiyonunubasndolaraktanmlamtr.Burada e faktrsiklonun giriindeki kayplara, i srtnme ve kinetik enerji kayplarna baldr.ifaktr gaz kndaki basn kaybna baldr. [ ]i ee iiDabvu + + =2 2)4( ) ( (4.7) [ ])` = 1) / 2 )( )( / ( 112e i ieeD S H v u DD 1) / (4 . 43 / 2+ =i iiv u ) )( ( 2) )( 2 / (b D S H abb D Dvueii += 47 Db2 . 1 1 = Burada srtnme katsays0.02ye eittir. Ktlenin Korunumu: Silindirikkoordinatlarformlasyonunukullanrkenktlenin,momentumunve tmskalerbyklklerinkorunumueitlikleriniFluentakazer.Silindirik formlasyon,ilikiliterimlererisinidirekhesaplamaysalar,yksekdnmeieren problemlerdedahadorunmeriksonularkazandrr.Siklonayrcdakiakn tamamentrblans,sabityanisktrlamazolduukabuledilir.Silindirik koordinatlarda (x, r, ) ortalama sreklilik denklemi: 0) ( 1=++wrrvr xu(4.8) Burada u ortalama zamanl eksenel hz bileeni, v ortalama zamanl radyal hz bileeni ve w ortalama zamanl evresel hz bileenidir. Momentumun korunumu: Her bir silindirik koordinat ynndeki momentumun korunumu denklemi: Eksenel ynde: xr rrFrr x xp wur rrvur xuu+++ =++ ) ( 1 ) ()) ( 1 ) ( 1 ) (( Radyal ynde: rr rr rrFr r rrr x rwrp wvr rrvvr xuv+ +++ + =++ ) ( 1 ) ( 1 ) ()) ( 1 ) ( 1 ) ((2 48 evresel ynde: Frr rrr x rvw prwwr rrvwr xuwr r++++ =++ ) ( 1 ) ( 1 1)) ( 1 ) ( 1 ) ((22 Burada silindirik koordinatlardaki gerilim bileenleri: 2' )) ( 1(322 uwrrvr xuxuxx ++= 2' )) ( 1(322 vwrrvr xurvrr ++= 2' )) ( 1(32)1( 2 wwrrvr xurv wr ++ += ' ' )) (( u vxvruxr +=' ' )) ( 1( u wxw urx +=' ' )) / ( 1( w vrr wrvrr += Eitliktekiu,v,wherbiryndekiortalamahzbileenlerininanlkbyklklerinin fonksiyonudur.Fx ,Fr,Fiseeksenel,radyalveevreselyndekiyerekiminebal gvde kuvvetleridir. Trblans modelleri: Trblansaklarda,dalgalanmabileenlervetoplamolarakbirnoktadakihz gz nne alnr. 'i i iu u u + = (4.9) 49 Trblans ak tahmin iin, bu eitlik ana momentum eitliine eklenir. ) ' ' ( ))32( ( ) ( ) (j iji ii iiijjijj ijiu uxF gxpxuxuxuxu uxut + + +(((
+=+ Standart duvar fonksiyonu: Trblansakta,duvarsnrtabakasbirlamineralttabakavetamamen trblansakblgedenoluur.Bublgede,duvargerilimiduvarfonksiyonuyoluyla hesaplanabilir. ) ln(1*+=ypEK uu(4.10) burada wu =* p pn c ky=+4 / 1 2 / 1 (4.11) Trblanssnrtabakasndakisabitkesmegerilimivelokaldengeartlarnvarsayarak aadaki eitlikte y+ elde edilir: pn uy=+* Budenklemtrblansakverilerininamprikuygunluunugsterirvey+deeri15-20ninzerindeolduundageerlidir.Eery+ 11.225tenkksekesmegerilimi aadaki fonksiyonla bulunur. nunuw== 50 4.5 Siklonda Ak Modeli Siklonun giri boaz ve giri blgesi hari silindirik simetriye sahip olan gvde ksmndaki ak gz nne alnr.Bu nedenle; u(radyal giri), (teetsel) , w(asal) hz bileenlerini, z ve eksene uzakln fonksiyonu r yi bilmemiz gerekir.Farkl boyut ve zelliktekisiklonlardaakmodelleriilebuhzbileenleriarasndaoldukakarmak lme yntemleri mevcuttur. a)KELSALLoptikbircihazkullanarakaskdakalmtaneciklerinhareketlerini izleyerek ve w yi lmtr.Bu sonulardan u hesaplanabilmektedir.Bu lmler; oldukauzunvorteksayrcylaokksasilindirikblmesahipkkbir hidrosiklonun konisinde alnmtr. ekil 4.14 Kk bir hidrosiklonda dey hz dalm (Rietema, 1961) 51 ekil 4.15 Kk bir siklondaki teetsel hzlar (Rietema, 1961) b)TERLINDEN ,Pitottpkullanaraktoztoplaycsiklondakiaknkapsaml bir aratrmasn tamamlamtr.Bu verilerle hz bileeni ve basn llebildii iin KELSALLn yapt lmlere gre daha eksiksizdir.Bu metodda Pitot tpnn ekli, statikvetoplambasncnradyalbileenlerininvarlnedeniylednmedemeydana gelenyavalamadandolaybykhatalarnolumaolaslvardr.Oluacakbu hatalar nlemek iin, geni bir tnel iinde kreyi kalibre ederiz. 52 c)SHEPPARD ve LAPPLE, bir hava siklonuyla almlardr ve Ter Linden ile benzersonulareldeetmilerdir.Bumetodkullanlarak,Pitottpylehzlm yaplm ve aerodinamik akla ak yn belirlenebilmitir. d)FONTEINveDIJKSMAN,verilenhidrosiklonuncidarbasndeerleri kullanlarak teetsel hz hesaplanmtr.Daha sonra suyla aynyounlua sahip kk bir krenin hareketini filme almlardr. Bulmlerkarlatrlabilirartlaraltndayrtlmemitirvedetaylarkontrol edilmemitir.Bu nedenle deneysel farkllklar grmek o kadar artc deildir. Sonu olarak aadaki gerekler ortaya kmtr: yitasarlanmbirsiklondagiriyarapr1dekiteetselak1,giriboazndakiV hzndan ok kk deildir. hznn arttrlmas; i yndeki apn re k yarapndan kkolanr2 yarapnakadararttrlmasylasalanr.(r2/re0,5ile0,7arasndadr.) Giri ynnde momentum r azalr. 4.6 Siklonda Ak Dinamii Analizi Siklonhareketiiinhidrodinamikdenklemlerinoksaydazorluklarolanbir zmyoluvardr.Denklemlerinenbasitisreklilikdurumudur.Silindiriksimetri hesabzerinedrdzkesitalanyladaireselhalkakesitininiindekinetakgznne alrz.Bu ak denklemde yerine koyup sfra eitlersek; zwr ur= ) ((4.12) Budenklem,wnunlmleriyaplarakyadadeneyselsonularkullanlarakunun hesaplanmasiinkullanlabilir.Konininiiveevresindekiradyalakbileeniu, siklonunverimliliiiinoknemlidir.Teorikolaraksikloniindekiartlar ykseklikten bamsz olarak kabul edilir ve aadaki forml elde edilir: r q u 2 / ' = (4.13) 53 qkoniiindebirimyksekliedenakhacmidir.Dahasonrasvnnhareket denklemlerinigznndebulundurmalyz.Svnnivmedenklemlerivebasn kuvvetlerinintoplam,yzeyzerindesrtnmegerilimlerinindenklemindeyerine yazlr.Aknsilindiriksimetrideolduu,uvewnunilekarlatrlacakkadar kkolduu,gerilimbileenlerirolduukabuledilerekilemyaplr.Bu varsaymlar koni ve komu cidarlar hari tutularak yaplr.Bu denklemler: 01=zp(4.14) r rp21 =(4.15) ) ( ) ( ) (12 rzw rru rr + = (4.16) uyadawnuntekarpanolarakkatldterimlerdikkatealnarakformlyazarz.Birgerilimbileeniolanrnunbasnyaptngznndetutarz.FONTEIN tarafndanhazrlananeitliktehz,basnlmlerindenfaydalanlaraktanmlanrve tekrar dairesel halkagz nnde bulundurulur. Trevlerleyaplan varsaymda z ihmal edilebilir ve aadaki forml yazlabilir: ) ( ) (2'2rdrdrdrd q = (4.17) 21 121 f = (4.18) Silindir cidarnda f bir srtnme katsaysdr ve boruda ak denklemi yardmyla hesapmakinesindehesaplanabilir.0,01denkktr.fcidarprzllyleartar;1 54 ver1inartmasylaazalr.Konininrijitbiryapgibidndnvarsayarakgeici olarak 2=0 yazabiliriz.(4.17) formlnn r1 ve r2 ye gre integralini aldmzda; ) 1 ('1 12 21 1r vrrqf =(4.19) Buformlsiklonierisindekihareketlerianlamadadahakullanldr.Farklsiklon aklarnkarlatrmakamacyla1,r1 ver2 ninayndeerlerinikullanrz.qnun tanmyla balantl olarak (4.19) formln tanmlarsak: SrtnmefaktrxYkseklik=SabitxKoniyeradyalgiriakxBalMomentum d Buformlle,ayngirihzndagenigiriboazgerektirenradyalakn azaltlmas,yksekliinazaltlmas,przszcidarlarilemomentumdnn azaltlmas ve dolaysyla koninin dn hznn azaltlmas salanr. Ayrtrma karakteristiklerinin ve basn dnn maksimum teetsel hz 2 ye bal olduunu grmek isteriz.Bu miktarlar kolaylkla llebilir.Amacmza ulamak iin Forml4.19ukullanrz.ninryegerekballnbilmekisterizancak gnmzdeiindahafazlabilgialabileceimizbirteoriyoktur.Pratikteamprik yaklam aadaki gibidir: nrr) (11=(4.20) ya da) )( 1 ( ) (111rrrr + = (4.21) Bunlargenelliklekoninindblgesiiinkullanlr.Verimlisiklonlardan;0,5ile0,8 arasndadr. 55 4.7 Askda Kalan Taneciklerin Hareketi Tmsiklonlarayrtrmaamacylakullanlr,bazaratrmaclarsiklondaki taneciklerinyrngesinihesaplamakveayrmadaminimumtanecikapneldeetmek iinformltretmilerdir.Buhesaplamalariinilkart,tmhzbileenlerinintam olarakbilinmesidir.Taneciklerkendiarlklarndanokkkdmehzna sahiptirler.Dahairitozlardahafarklyollardanayrlr.Havadakibirkkkreiin bu d hz Stokes yasasna gre: gda182=(4.22) Burada d tanecik ap, sv ve kat malzeme arasndaki younluk farkn, svnn viskozitesini gsterir. Taneciin havaya gre bal hz us ise viskoz srtnme usg / a ya bal olarak azalr.Birsiklondakius,denokkkveadanokbyktr.Bunedenleyerekimi ihmal edilebilir ve taneciin ivmesi ortamnkine eit olarak yazlr. rdgraus 182 2 2= =(4.23) 4.8 Enerji Kayplar Birsiklonutasarlarkenayrmakapasitesiyanndamaliyetinidegznnde bulundurarakgtketiminigreseimyaparz.retilenbirite,girivek arasndakibasnfarkPoldukadkolabilir.Giritekihzlabasnkayb arasndaki bant aadaki gibi gsterilir: 221V G P = (4.24) 56 Bazen dier bir katsay olan kullanlarak bant tanmlanr: )21( 22V PA Q+ = (4.25) grld gibi; 112 =G (4.26) Tamamlanmbirsiklonteorisi,tasarmparametrelerininbirfonksiyonuolanGve Reynolds saysn ierir.SHEPPARD-LAPPLE, STAIRMAND ve ALEXANDER gibi geleneksel aratrmaclarn teorilerinde, enerji dnn kaynaklar da yer alr. Giri Kayplar: V>v1 olduunda k kinetik enerjisi kaybedilir.Borularda genleme kayplar iin iyi bilinen bir forml yazlabilir: 21 1) (21v V G P = (4.27) ve G1 in deeri tahmin edilir. Dnme Kinetik Enerjisi Kayplar: Koninindtepenoktasndakitmkayplar(4.15)formlkullanlarak hesaplanabilir: drvr drvdrdvvrvv pdrd ) ()21(22 = + = +(4.28) 57 4.9 Toz Halinde Dalm Katlarn Ayrtrlmas Aratrmaclar,sabityrngeleritemelalarakayrtrmannanaartlarn belirlemilerdir.Bir yarap tarafndan oluturulan santrifj kuvveti, tanecie etkiyerek dairesel biryrnge meydanagetirir.Buyrnge Stokes a gre radyal aktan dolay sabit bir yrngeyi ifade eder.Kresel bir taneciin ap d olmak zere bu sabit: Hacim x Younluk fark x Merkezka ivmesi =3ud ya daudrvx x d 36123= (4.29) ve ya 2218 vur d=(4.30)
Mesela v=v1/rn ve u=sabit.v1/rm olursa m nrsabit d +=2 11218 (4.31) Taneciinbelirlenmidapiinsabityrngebuformllerlebelirlenir.Bykapa sahiptaneciklerbykbiryrngetanmlar(genellikle1+2n-m>0)vekkapl tanecikler kk yrngeleri tanmlar. 4.10 Siklon Karakteristiklerinde Ortak Noktalar AyrtrmadagncelteoriyednerekKELSALLveTERLINDENtarafndan belirlenenakrnekleriniincelediimizde,sikloncidarlarnayaknradyalveeksenel hzlarnpratiktesabitveherikihznbelirlibirorandasikloncidarnaparalelhareket ettiini grrz. (ekil 4.16) 58 ekil 4.16 Bir siklondaki eksenel ve radyal ak izgileri (Rietema, 1961) Bu saptama, kendini evreleyen svyla ayn younlua sahip taneciin santrifj kuvveti olmadan siklon cidarna olan uzakln ayn mesafede koruduunu gsterir. Santrifj kuvvetinin etkiledii bir d50 tanecii sadece cidarla deil ayn zamanda svyagre(gazsiklonuisegazagre) 21buzaklnkorur.Svyagrehzn, santrifjkuvvetininetkisisonucundaparacktarafndanoluturulanushzolarak tanmlarz.Bu hz sabit deildir ve teetsel hz gibi artar.Bu teetsel hz da siklonun apnn azalmasyla artar. =Tsb dt u021(4.32) 59 us, tanecik boyutu tarafndan belirlenir, viskozite ve santrifj kuvvetiyle ilikisi: rdus2 25018 = (4.33) Burada dt yerine dz/wyazabiliriz.Taneciin eksenel uzakl z ve eksenel hz w dr.Bu hz, svnn eksenel hzna eittir. drRLw wdzdt1= = (4.34) Daha ncede belirtildii gibi w sabit olduu iin tm bu sonular aadaki gibi forml edebiliriz: =Tsb dt u021(4.35)
==T Rdrr WRL dwdrRLrdb0 02 2502 25018 18 21 (4.36) Bylece, =Rst P drr02) ( (4.37) Budenklemde,(P)stsiklondakistatikbasnfarkdr.Santrifjkuvvetisvyada gazndnenktlesinietkiler.Eerbuktleleremerkezlitabakalarhalinde dnlrse her bir tabaka st ste uzanr.Bu basn, tm yarap uzunluu iin integre edilirse bize statik basn farkn verir. 60 4.11 Siklon Konstrksiyonunu Etkileyen Faktrler Siklonlargenelolarakbelirlibirbasnkaybdikkatealnaraktasarlanrlar.Atmosferikbasntaalannormalzelliktekisiklonlardavantilatrn karlayabileceibasnkayplar,siklongirihzlarn6ile20m/sarasndasnrlar.Bunedenlesiklonlargenellikle15m/sgazhzlarndaalacakekildetasarlamak gerekebilir. Siklonveriminietkileyebilecekbalcatasarmfaktrsiklonunapdr.Ayn basnkaybndaalandahakkaplbirsiklonunverimidahayksekolacaktr.Bunun yan sra belirli bir miktardaki gaz ayrtrabilmek iin kk apl siklonlardan birdenfazlasnnparalelolarakuygulanmasgerekebilir.Butarzuygulamaya multisiklon yap da denilmektedir. (ekil 4.17) ekil 4.17 Multisiklon sistemi (Arun, 1997) Siklondangeengazmiktarnnartmasileverimnormalolarakartacaksadatopaklar oluturan tozlar yksek hzlarda tekrar dalacandan bu durumun tam tersi gaz miktar arttka verim azalabilir. Siklongazborusununapnnazaltlmasbasnkaybnarttrr.Siklon uzunluunungazgiriborusununuzunluunaoranhakkndayapmcfirmalarkendi deneyimlerini sunmaktadrlar.Ayrca belirli bir gaz giri hznda geniliin minimumda 61 tutulmasgerekir.Siklonagazgiriindekiboaznuzantksmnnuzunluk-genilik orannn yksek tutulmas da verimi ykseltir.Bunlarn dnda, gazn siklon gvdesine giriindekibasnkayplarnnartmamasiinboazuzantparasnngvdeyeuyacak biimdeyaplmasgereklidir.Yksekverimlisiklonlarnoundakoniykseklikleri, siklon apnn 1,6 ile 3 kat kadar olabilir. Birsiklonbasnaltndaolduukadarvakumaltndadaalabilir.Vakum altndaalansiklonlardaszdrmazlnokiyisalanmasgerekir.Enufakbir szdrmada ncelikle ince tozlarn tutulma verimleri hzla azalr.Basn altnda alan siklondakiszdrmakaa,evresalnvetemizliinibozacaiinokdikkat edilmesi gerekir. Birsiklonenderolarakbazdurumlardayataykonumdadaalabilir.Ancakbu durumdatozkhattnntkanmaeilimiartacakvebylecesiklonunverimi decektir.Siklondankangazborusununtasarmgereidaraltlmasistendiinde, daralmageiisiklonkndanitibarenyaklak5aplkbirmesafedenyaplmaldr.Bu esnada bir dirsek varsa dirsekten sonra yaplmaldr. Pnmatikiletimdeoukeziletimmalzemesininsrtnmesinedeniyleboru cidarndaincebiranmameydanagelir.Karmoran()yksektir.Budurumda artan hava srtnmesi,akm girdabnazaltacaktr.Sonuta karm oran artnca hava miktarndainiklarmeydanagelir.Byleceprojedesiklondanbeklenenoptimum deerler elde edilemeyecektir.Pnmatik tesislerin ounda siklonlu toz giderme grevi evresalnkorumaynndenyetersizkalabilmektedir.Bunedenlepnmatik tesislerinsonuna,siklonyerinefiltreyerletirilir.Siklonunteknikbirokilemde vazgeilmezolduugereineramenbirtesistencebirsiklondangeirilenve ardndan da bir filtre ile tamamlanan ayrtrma ilemi yeterli olmayabilir.Tasarm ok basit ve maliyeti dk olan siklon, yksek scaklk ve yksek nem, yapkan karakterli iletilenmalzemeszkonusuolduudurumlardatozayrcolarakdaimauygunbir sistemdir. 62 4.12 Siklon ayrclarn performans Siklonboyuncabasndvetanecikleritoplamayeteneinegresiklonlar snflandrlr.Siklon boyunca basn d, giri ve alt ak arasndaki basn d olaraktanmlanr.Siklonuntoplamtoplamaetkinlii,altaktakitaneciklerinktle aknnsiklondakitaneciklerinktleaknaorannadenir.Eersiklondatanecik birikmesi yoksa ters akta alma modudunda toplama verimlilii olarak tanmlanr. A AAAAM MME. ..+= (4.38) Farklllendirilenkksiklonlarnperformanslarnbelirlerkensiklonapntemel alarak Reynolds says ve giri hzna bal olarak hesaplanr. ieDVR = (4.39) Basnkatsays,giritekidinamikbasncnsiklonboyuncadoranolarak tanmlanr. 221ipVPC= (4.40) Siklonuntasarmndasiklonunperformansnetkileyensekizanaparametre mevcuttur.SaltzmanveHochstrasser(1983)vorteksdzenleyiciningiriap,vorteks dzenleyicininduvarkalnlvesiklonunkonikblmnnuzunluuolmakzerebu geometrik parametreyi deneysel olarak incelemilerdir. Konik blmn uzunluu: Siklonunkonikblmnnuzunluusiklonuntoplamaverimliliineyada aknyaylmasnanemlibiretkisiyoktur.Konikuzunluuntmdeerleriiin siklondakitoplamhavaakorannnaltakorannaoran(RAA)sabitolduu 63 bulunmutur.ReynoldssaysnntmdeerleriiinLC=4cmde%90kesimnoktas ap minimum olmutur.Siklonun yksekliine snrlama getirmedike konik blgenin uzunluu siklonun apna gre 35 kat bykln korunmaldr. Alt ak ap: Siklondakiakblgesininbelirlenmesindevorteksdzenleyiciyleberaberak apnnbykrolvardr.Bunedenletmperformanskarakteristiklerisiklonapnn altakapnaorannabaldr.Siklonboyuncabasndaltakapnn deimesine duyarldr. Vorteks dzenleyicinin uzunluu: Siklonda ikili (ift) vorteks hareketi zerine dengeleyici bir etki yapar.Vorteks dzenleyicinin uzunluu arttka siklonun toplama verimlilii ve siklon boyunca basn dartar.Bunaramenperformanskarakteristiklerininvorteksdzenleyicinin uzunluuyla olan fonksiyonlar ok fazla nem tamamaktadr. Vorteks dzenleyicinin ap: Giritenaltakakadarolanhavaakmnndirencinibelirlemedevorteks dzenleyicininapdikkatealnr.aparttkahavaakmnndirenciazalrvebunun sonucunda siklon boyunca basn d azalr. 64 4.13 Standart Siklonlar Spiralakmlbirsiklonuntasarmndaboyutlarveaporantsaadakigibi belirlenebilir. (ekil 4.18) ekil 4.18 Spiral akml siklon boyutlar (Arun, 1997) BC=DC/4, LC=2x DC, De=DC/2, He= DC/2 ve JC= (genelde DC/4)Siklon tasarmnda genel anlamda bir standardizasyon henz mevcut olmamakla berabertannmbykfirmalarbualandakendideneyimleridorultusundakendi standartlarngerekletirmilerdir.Bununlabirlikte,endstrininistekvekoullarna gretasarmcbirmhendisgeneldebustandardndnakabilmektedir.Malzeme olarak genelde St 37 veya kaliteli paslanmaz elik (Argon gazalt kayna uygulanarak) 65 kullanlmaktadr.Endstrideki uygulamada gerektiinde i siklonun cidarlar seramikle kaplanabilmektedir. Buharkazanlarndauucuklntutulmasndakullanlankkgvdeli siklonlardan oluan bir Multisiklon sisteminde giri kanatklaryardm ile gaza spiral hareketverilmektedir.(ekil4.19b)Gvdeler15ile25cmapnda,dkmedemirve anmaya dayankl alaml borulardan yaplmtr. (ekil 4.19) (a)(b) ekil 4.19a Western Precipitation Firmasnca retilen multisiklon grubu ekil 3.19b Yksek verimli dar apl bir siklon (Arun, 1997) 66 5. HDROSKLONLAR (GAZ TEMZLEYCLER) Hidrosiklonlardierbirifadeyleslakgazayrclar;dumanykama,tozluhava yadaspreyligazlarykamakgibiilemlerigerekletirmeksuretiylekirleticileri sistemdenayrtraraktemizhavaolumasiintasarlanrlar.Endstriyelilemlerde oluanbazdumanvetozkontrolproblemlerindebaarldrlarvezelliklesuyladirek temastatavlamadaoluanscakgazilemlerindeuygulanabilirler.Buyollaeliesu vermede oluan kirli gaz buhar tutulabilir.
ekil 5.1 Gaz temizleyici sistemi (Warring, 1981) Hidrosiklonlar,ak(havalandrmal)yadatamamenkapalolabilirler.Depolama tanknda istenmeyen dumanlar serbest braklr.Suyun pskrtmeyle ventri ksmndangirmesivakumyaratrvedumanlarngazykayciineekilmesini,oradan gaz ykama suyu tarafndan uzaklatrlmas ve tanmas sadece temiz gazlarn kn salar.Bu yapnn verimlilii ventri dizaynna su tazyiki enjeksiyon sistemiyle ortaya kan maksimum gazykama enerjisine, maksimum basn dne baldr.Ventri 67 tipgazykayclarileykseksubeslemeoranlargereklidirfakatuygunsutemizleme sistemindedevirdaimyapansutarafndanbiriktirmeyaplabilir.Pskrtmeli-venturi tipgaztemizleyicilerokyksekhzdasvlarkullanaraksvlarkkdamlacklara ayrrlar.Bylecegazlaramomentumlarnaktarrlar.Ayrcatmsvlarnaynhzla karm tpn terk etmelerinin ardndan sv damlacklar hava ak retmek amacyla gazfazzerinesrkleyicikuvvetuygularlar.Ventritiphavalandrmasolmayan kazannbasnlgaz,temizlemevebirokslfrdioksitgazykamailemleriiin tasarlanr.(ekil5.1)Butipgaztemizleyicilerzelilemleriintasarlanrlar,gaz soutma/younlatrmavebuharlatrmablmlerindendetaylardaayrlr.Bugaz temizleyici, esas olarak nitrojen, karbondioksit ve 1613 C scaklkta oksijen ieren gaz buhar reten oksijenelik retimi fabrikas iinzel olarak tasarlanmtr.Normalde, gazbuharnasuveriliryadammknolanenhzlekildedoymuhalegetirilir.Su vermede,enbyktoztanecikleritoplanrvegazbuhar93Cyasoutulur.Bun temizleme yaplm gaz bir ya da daha fazla enerjinin kullanld ventriden geirilerek ktozyklemesi0.02taneciktenkkyadaeitolacakekilderetilir.Bundan dolay ok yksek gaz hacimleri ierir. Endstriyelfabrikalardagazaklarndabulunankirligazlaryadakk paracklaruzaklatrmakiinkullanlanventritipgaztemizleyicilerinavantaj, kk tanecikleri tamada yksek verimlilie sahip olmalar, dk yatrm maliyeti ve dkbakmgiderlerigerektirmeleridir.Birsilindirikblmolanboaz,birbirinden ayrlan blmle difzr ve dbkey blm olmak zere ana parasyla dikdrtgen ya da dairesel bir yapdadr.Bu ventri geometrisi en kk basn kaybn elde etmemizi salar.Kirligazakmdbkeyksmdaivmelenirveboazniindemaksimumhza ular,difzrblmdedeyavalar.Boazasuveyasuluzeltiolanbirsv gnderilir.Bu yksek hzla boaza giren gazlar sv zerine pskrtlr. 68 ekil 5.2 Ventri tip gaz temizleyicinin ematik gsterimi (Gonalves, 2002) 5.1 Hidrosiklonlarn alma Prensibi Hidrosiklonlarntasarm;tanecikleri,gazlar,taneciklerlegazlarbirlikteyada asitligazlartoplamayeteneinebaldr.Kirleticilerintmtiplerinitoplamaiinbaz artlar gelitirilir. Islakgaztemizleyiciler,svdamlacklariindekitanecikleriyakalamayada temizleyicisv(genelliklesu)kanallarndanvegazakndandamlacklarayrma yntemleriyletaneciklerigazaklarndanayrrlar.okeitliprosesdeikenleri tanecik yakalamay etkiler.Tanecik boyutu, ok nemli parametre olan tanecik boyutu ilesvdamlacklarnnboyutu,tanecikvesvdamlacklarnnbalhzlarnierir.Genelliklebyktaneciklerkkleregredahakolaytoplanr.Tanecikyakalamada yksek enerji gerekir; nk retim iin enerjiye ihtiya vardr.Ayn zamanda tanecik vesvdamlacklararasndabulunanyksekbalhz(taneciklersvdamlacklarna gredahahzlhareketederler)taneciklerintoplanmasnsalar.Gazkirleticilerin toplanmasiin,kirleticilerinseilengaztemizleyicisvsiindezlebilirolmas gerekir.Ekolaraksisteminsvvegazfazlarnnokiyibirekildekarabilmesine imkn salayacak ekilde tasarlanmaldr ve gaz kirleticilerin zlebilmesi iinyeterli kme zaman olmaldr.Sv gaz oran referans alnarak, verilen her bir gaz ak iin gaz temizleyici ierisine sv enjekte edilir.Kirleticilerin etkin bir ekilde tanabilmesi iinyeterlisvsalamakamacylasv-gazorannemlidir.Temizlenmiegzozgaz 69 akbacayterketmedenncesrklenmidumanveyadamlacklarterkedecek ekildesistemtasarlanmaldr.Eerterketmezse,yakalanmkirleticilerbacadan yollanr. 5.2 Hidrosiklon performans Hidrosiklonlarnperformansnteorikolaraktanmladmzdasiklonaeklenen suyun siklon duvarlarndan itibaren tanecikleri ykamas anlamna gelir.Ykanan canl organizmalar gibi tanecikler su deposunda toplanr. Suyunsiklonagirebilmesininokeitliyollarvardr.Enuygunmetod,birnozuldan suyunsikloniinepskrtlmesidir.Subirenjektrlepskrtlerekvorteks dzenleyiciyoluylasiklonagirer.Buamacahizmetedendierbiryol,suyund vorteks ile sralanarak teetsel girile silindirik blme gelmesidir. Sonotuzyldrhidrosiklonlarlagenellikletersakmodukullanlarakyaplan deneylerdeama,dierbazsvlarsiklonagndererektaneciklerinykanmasve siklonunduvarlarnabirikmesidir.Eersiklondzmoddaaltrlrsasv,altakta seyreltmeetkisiyledaltfaziinkonsantrasyonaracgibidavranr.Bunedenleaz miktardasvhidrosiklonlariinyeterlidirvebununsonucundayakalanma konsantrasyonuykselir.Yakalanantaneciklerinkonsantrasyonunuarttrrsakistenen younluaulancayakadarsvdepodayenidenevrimesokulur.Sv,sikloniine pskrtldnetanecik-damlackarpmasmeydanagelir.Siklonuntoplama etkinliibuarpmalarabalolarakaklanabilir.Tanecik-damlackarpmaskl aadaki formlle gsterilir: r d dv d n f2 = (5.1) Siklondakidamlackyounluu;damlackapna,svakoranna(dQ.)vehavaak oranna(cQ.) bal olarak tanmlanabilir. 70 3..6d cddd QQn= (5.2) damlacklaragretaneciklerinbalhzsiklonungiriindekitanecikhznn byklyle ayndr. arpma skln formlle belirtirsek: ab dQfdd.6= Buradaasiklonungiriyksekliivebsiklonungeniliidir.Siklonunkonik blmndeki (tm tanecik-damlack arpmasnn olduu blm)taneciklerin bekleme zaman: .224) (cRQh H Di= (5.3) Tmtanecik-damlackarpmalarnntanecikleriyakaladnvarsayarak,tekbir damlacktarafndanyakalanantaneciksays Ri f dir.Saniyedesvdamlacklar tarafndanyakalanantoplamtaneciksayspe n.,tekbirdamlacktarafndanyakalanan tanecik says ve damlacklarn ak oran says toplamndan elde edilir. 3..6ddRpedQft n= (5.4) Siklondakitaneciklerintoplamakoran,siklondakitoplamhavaakoran, tanecikap(dp),tanecikyounluu(p ),havannyounluu vebirikentanecik ktlesi (Z) terimleri kullanlarak hesaplanabilir. p pcpdZ Qn 3..6= 71 Bu iki denklem; damlack ap, su ak oran ve hava ak orannn farkl deerleri iin tanecik-damlack arpmasyla yakalanan tanecik kesrini hesaplamak iin kullanlr. 5.3 Hidrosiklonlarla ilgili Deney Sonular Siklonlartasarlamakveimaletmekiinuygunbirsiklonkarakteristiksays Cy50 tretilir. Siklonda ayrtrma iin: 1)Ayrtrmann ok iyi olmas iin d50 deerinin olduka kk, 2)htiya duyulan basn farknn mmkn olduka ok kk, 3)Siklonun kapasitesi mmkn olduka byk olmas gerekir.Tm bu artlar Cy50 nin en kk deerini elde etmemizi salar.Bu almada siklonlarn mutlak boyutlarnn, Cy50 nin deerlendirilmesinde temel olarak etkileri yoktur.nk bu say boyutsuzdur ve sadece eitli boyutlarn oranlar bu say iinnemtar.Bundandolaybuaratrmadasabitsiklonap(D=7,5cm)olarak belirlenir.Girivekblmleriiintasarlananbileenlerkolaylkladeitirilebilir ve uzunluk ekil 5.3 teki gibi deitirilebilir. 72 ekil 5.3 Deneysel siklonun yaps (Rietema, 1961) ekil 5.4 Bir siklondaki Cy50nin basn farkna etkisi (Rietema, 1961) 73 Her bir deney iin basn fark ve retilen iin llebilmesi iin Cy50 deerinin hesaplanmasnda %50 ap dikkate alrz.Cy50nin ilk konumunun basn farkndan ya daReynoldssaysndanbamszolarakbelirlenmesigerekir.Aynsikloniinbasn farkdeitirilerekyaplandeneysonulartoplanmtr.(ekil5.4)Buserilerde viskozite sabit deildir.Daha sonraki adm en uygun uzunluun belirlenmesidir.ekil 5.5 te bu amala yeni yaplan deneylerin sonular gsterilmektedir. ekil 5.5 Cy50 nin ve (D/L)x Cy50 nin siklon uzunluu zerine etkisi (b/D=0.20 , e/D=0.40) (Rietema , 1961) 74 ekil 5.6 Bir siklonda st ak ve eitli giri aplar iin Cy50 deerleri(D=75 mm ve L=390 mm) (Rietema, 1961) ekildesadeceuzunluudeitirilenbirsiklontipiiinCy50ve(D/LxCy50) deerlerininikisideL/Dyekarizilmitir.Buradankolaylklaanlalabileceigibi en byk L/D orannda L ile orantl olarak Cy50 deerinin artmas ve bunun sonucunda daha iyi ayrtrma elde edilmemesi sebebiyle en uygun L/D oran 5 civarndadr.EnuygunL/Dorannnbulunmasndansonragirivekaplar(bvee)belirlenir.Bukonuylailgiliyaplanserideneylerinsonularekil5.6dagsterilmektedir.Grafikteki evre izgisi Cy50 sabit deeri iin izilir. (ekil 5.7) BuekildedeakagrldgibisiklonlariinenkkCy50deeribelirlenmi olur.b/D oran yaklak 0,28 civarnda, e/D oran yaklak olarak 0,34 olarak bulunur. 75 ekil 5.7L/D=5 olan siklon iin Cy50 sabitinin evre izgileri (Rietema, 1961) ekil 5.8 Kellsall tarafndan D=3mm olan ve iinde plastik paralar bulunan suyla yaplan; Dahlstrom tarafndan D=9 mm olan ve iinde silis bulunan suyla yaplan siklon deneyleri (Rietema, 1961) 76 SvsiklonlardaayrtrmaiinKELSALLveDAHLSTROMtarafndanyaplan deneylerde aratrmaclar farkl siklonlar ve farkl sv-kat karmlar ieren sistemleri kullanmlardr. (ekil 5.8) Deneyin temelinde4 , 0 Dl yaklamda en uygun uzunluk elde edilmitir.Siklonun tm uzunluu, konik ve silindirik blmleri tarafndan paylalr.En uygun uzunluktaki koni iin baz tercihler yaplabilir ve koninin tepe as 30 yi geebilir. zetolarakkarmmalzemesininyounluklariinsiklonboyutlarnnen uygun oranlarn ifade edersek: 5 =DL 4 , 0 =DL28 , 0 =Db34 , 0 =De DeneyselsonularnncedenkullanlanteoriyletekrarkarlatrdmzdaCy50 aadaki gibi tanmlanr: bRVwqt pLdCy 36 ) (25050= = (5.5) Deneyselolarakenuygunsikloniinbelirlenenoran
