KİMYASAL KURUTUCULARLA NEM ALMA CİHAZI VE BASINÇLI KURUTMA EKİPMANI
Nem alma cihazı, havadan, gazlardan ve diğer akışkanlardan su buharının çıkartılmasıdır. Bu tanımlamada basınç sınırlaması olmayıp, soğurma ile nem alma ekipmanı, atmosferik basınçla 40 MPa dibi yüksek bir basınca kadar olan aralıkta tasarlanmış ve başarıyla uygulanmıştır. Uygulamada, nem alma genel olarak temelde atmosferik basınçta çalışan ve diğer hava hazırlama cihazlarına benzer biçimde standartlara göre imal edilen ekipmanları anlatır. Basınc altındaki gazların veya sıvıların kurutulması icin normalde kurutucu yada nem alıcı terimleri kullanılır.
Bu bölüm temelde, diğer gaz ve sıvıların kurutulmasını değil fakat havadan nem çıkartan işlem ve ekipmanı kapsamaktadır. Hem sıvı hem de katı kimyasal kurutucular kullanılırken bunlar, ya kurutucunun yüzeyindeki suyu emer (adsorbtion) yada suyla kimyasal olarak birleşir (absorbtion).
Rejenaratif olmayan, kalsiyum klorit, üre yada sodyum klorit gibi higroskopik maddeleri kullanılır. Rejenaratif sistemler ise, genellikle silika yada alüminyum gel, aktifleştirilmiş alümina, moleküler sieve, lityum klorit tuzu yada çözeltisini kullanır. Rejenaritif ekipmanda, su çıkartma işlemi tersinir niteliktedir.
Kimyasal kurutucunun seçimi tesis gereklerine, ekipman tasarımına, işlem görecek gaza uygunluğa yada gazda bulunan kirliliklere bağlıdır. 2001 ASHRAE Handbook Fundamentals 22.Bölüm kimyasal kurutucular ve çalışma biçimleri hakkında daha fazla bilgi içermektedir.
Kimyasal kurutucularla nem almanın bazı ticari uygulamaları aşağıdakileri içerir.
· Binaları ve HVAC sistemlerini kurutma ve küf gelişimini engelleme,
· Bağıl nemi düşürerek higroskopik malzemelerin işlenmesini ve üretimini kolaylaştırma,
· Çiğ noktasını düşürerek, düşük sıcaklıklı işlemlerle üretilen malzemeler üzerinde nem toplanmasını önleme,
· Metallerin ısıl işlemleri için koruyucu bir atmosfer sağlama,
· Depolamada kullanılan mahaller ve depolarda nemliliğin kontrol edilmesi,
· Aksi halde yıpranması söz konusu olan, gemi, uçak ve endüstriyel ekipmanın korunması,
· Bir geminin kargo bölümü yada çok sayıda statik uygulamada olduğu gibi, kapalı bir mahal yada kapta kuru bir atmosferin korunması,
· Yoğuşmanın ve sonucundaki korozyonun önlenmesi,
· Şekerleme, tohum ve fotoğraf filmi gibi ısıya duyarlı ürünlerin hızlı kurutması için havanın kurutulması,
· Doğal gazların kurutulması,
· Sıvılaştırılacak gazların kurutulması,
· Ölçü aracı ve atölye havasının kurutulması,
· Proses ve endüstriyel gazların kurutulması,
· Sıvıların kurutulması (sudan arındırılması),
· Meşrubat fermantasyonu, yaşlandırma, filtreleme ve mahzenler gibi düşük sıcaklık işlemleri için donma yapmayan soğutma,
· Donma altı çiğ noktası nemliliği gerektiren işlemlerde donma yapmayan soğutma.
Bu bölüm, (1) yüksek basınçlı ekipman da dahil olmak üzere, sıvı ve katı kimyasal kurutucu ekipman türleri, (2) performan eğrileri, (3) işletme değişkenleri, (4) bazı tipik uygulamalar ele alınmaktadır. Kimyasallarla soğutkanların kurutulmasına ilişkin bilgiler 2002 ASHRAE Handbook Refrigeration 6.Bölümde bulunmaktadır.
NEM ALMA CİHAZ YÖNTEMLERİ
(1) Nem alama cihazı soğutarak veya basıncını artırıp, nem tutma yeteneğini azaltarak, (2) sıvı veya katı bir kimyasal kurutucu ile su buharını çekip çıkartarak hava nemsizleştirilebilir. İşletme verimini artırmak ve kurulum maliyetini düşürmek üzere çoğu zaman bunların bir birleşimi olan sistemler kullanılır. Şekil 1 ‘de kimyasal kurutuculu ekipman ve malzemeyle nem almanın üç yöntemi gösterilmektedir. A noktasında bulunan havadan nem çıkartılır ve B noktasına kadar soğutulur. Bir sıvı kimyasallı birimde, A noktasından B noktasına aynı anda hem kurutulur hem soğutulur. Bir katı kimyasal biriminde, bu işlem tümüyle A noktasından C noktasına ön soğutma ve nem alma olabilir, daha sonra C noktasından E noktasına kimyasal kurutucu ile nem alma ve son olarak da B noktasına kadar soğutma gerçekleştirilir. İşlem aynı zamanda, katı kimyasal kurutma ekipmanı ile A noktasından D noktasına nem alma ve D noktasından B noktasına soğutma biçiminde de yapılabilir.
Havanın sıkıştırılması nem tutma kapasitesini düşürür. Bunun sonucu olan yoğuşma, havanın nem içeriğini mutlak anlamda azaltırsa da, yüksek basınçta %100 bağıl nem gibi bir doymuş durum koşulu üretir.
Şekil 1- Nem Alma Yöntemleri
Atmosferik basınç uygulamalarındaki, bu yöntem çok pahalı fakat enstrüman havası gibi basınçlı sistemlerde uygulamaya değer bir sistemdir. Sıkıştırılmış havadaki yüksek nem sorunlarından kaçınmak için, genellikle kompresörden sonra soğutma ve kimyasallarla kurutma yapan ekipmanlar gibi diğer nem alıcılar kullanılır.
Nem alma cihazında en temel yöntemlerden birisi, havayı çiğ noktasının altındaki bir sıcaklığa kadar soğutmaktır. Bu; gazın nispeten sıcak, yüksek bir nem içeriğine sahip ve istenen çıkış havası çiğ noktası sıcaklığı 5C’nin üstünde olduğunda avantajlıdır. Soğutma, minimum maliyette son derece düşük bir çiğ noktası sıcaklığı elde etmek amacıyla, çoğu zaman kimyasal kurutuculu nem alma işlemiyle birleştirilir.
Sıvı Kimyasal Kurutucular
Sıvı kimyasal koşullandırıcılar (absorbe ediciler) hava ile lityum klorit veya glikol çözeltileri gibi sıvı nem tutucular arasında temas oluşturur. (Şekil 2 ve 3). Çözeltinin buhar basıncı, sıcaklık ve derişiminin bir fonksiyonudur. Yüksek konsantrasyonlar ve düşük sıcaklıklar, düşük buhar basıncı ile sonuçlanır.
Bu ilişkiyi göstermenin en basit yolu, konsantrasyon ve sıcaklığının fonksiyonu olarak sıvı bir kimyasal kurutucu ile denge durumunda olan havanın nem oranı grafiğini çizmektir. Şekil 4 bu ilişkiyi, 101.325 kPa’de havayla denge durumunda olan, Lityum klorit su çözeltileri için göstermektedir. Grafik, temelde psikometrik diyagramla aynı şekle sahip olup burada bağıl nemlilik eğrileri yerine kimyasal kurutucu konsantrasyon eğrileri geçmiştir.
Sıvı kimyasallı koşullandırıcılar tipik olarak yüksek bir temas verimine sahip olup hava, koşullandırıcıyı giriş sıcaklığı ve kimyasal kurutucunun denge nemlilik oranına çok yakın bir durumda terk eder. Nem alma işlemi uygulanırken, nem hava koşullandırılan akımından emilir ve kimyasal çözelti seyreltik hale gelir. Seyreltik çözelti, buhar basıncı ve denge nemlilik oranının yükseltilmek üzere ısıtıldığı rejeneratörde tekrar konsantre hale getirilir. Genellikle taze havadan oluşan ikincil bir hava akımı, rejeneratördeki ısıtılan havaya temas ettiğinde kimyasal kurutucudaki su buharlaşarak havaya karışır ve çözelti tekrar konsantre durumuna döner. Kimyasal kurutucu çözeltisi koşullandırıcı ile rejeneratör arasında sürekli olarak sirküle ettirilerek çevrim tamamlanır.
Şekil 2- Sıvı Absorber Kurutucu için Akış Diyagramı
Şekil 3- Geniş Hava Temas Yüzeyli Sıvı Absorber için Akış
Şekil 4- Lityum Klorit Dengesi
Sıvı kimyasal kurutucular genellikle etkili antifriz çözeltileridir. Sonuç olarak, sıvı kimyasallı koşullandırıcılar, havayı donma yada donmadan kaynaklanan sorunlara neden olmaksızın, donma sıcaklığının altında bir sıcaklıkta verebilirler. Lityum klorit su çözeltisi, -68 ̊C gibi bir ötektik noktaya sahipken, bu çözeltiyi kullanan kimyasal kurutucular havayı -54 ̊C’ye kadar soğutabilirler.
Katı soğurucu, havayı tanecikli kimyasal kurutucu yatağından veya kimyasal emdirilmiş bir paket yapı içerisinden geçirir. Nemli hava, aktif halde iken buhar basıncı nemli havanınkinden düşük olan kimyasal kurutucu arasından geçer. Bu basınç farkı nemi havadan kimyasal kurutucuya doğru harekete geçirir. Nemle doygun hale geldikten sonra, kimyasal kurutucu ısıtılarak yeniden aktifleştirilerek (kurutularak) buhar basıncı çevre havasının buhar basıncının üstüne çıkartılır. Tersine dönen buhar basınç farkı nedeniyle su, kimyasal kurutucudan tekrar aktifleştirme havası adı verilen ve nemi ekipmandan dışarı ileten ikincil hava akımına geçer.
Kaynaklar: 2004 ASHRAE® EL KİTABI Isıtma, Havalandırma ve İklimlendirme Sistemleri ve Ekipmanları
Mahmut Şevket Paşa Mah. Keskin Sk. No:10 Kat:4 Okmeydanı Şişli - İstanbul