Katı ve sıvı faz maddeler
Büyük partiküller kısa sürede çökelerek atmosferden uzaklaşırken, küçük partiküller atmosferde daha uzun süreler kalır.
Partiküller boyutlarına, kütlelerine, yoğunluklarına, morfolojileri (biçimleri) ve kimyasal bileşimlerine göre farklılık gösterirler.
Partiküller doğrudan kaynaklardan (doğal ya da antropojenik olarak) salınabildiği gibi (birincil partiküller), gaz fazı bileşenleri de içeren kimyasal tepkimeler sonucu atmosferde de oluşabilirler (ikincil partiküller)
Çökelen partiküllerin topraktaki etkileşimler sonucu oluşturduğu olumsuz etkiler
Aerodinamik çap: Birim yoğunluğa sahip (1g/cm3) ve standart hızla çökelen bir parçacık.
Yani, söz konusu bir parçacık, 1g/cm3 yoğunluğa sahip ve 10 mikrometre boyutlu bir parçacıkla aynı aerodinamik özelliklere sahipse (örneğin aynı hızla çökeliyorsa), bu parçacığın aerodinamik çapı da 10 mikrometredir.
Farklı parçacık boyutu – farklı giderim yöntemi
Mekanik prosesler <10 µm boyutunda parçacıklar oluşturamazlar.
0,1 - 10 µm boyut aralığındaki PM’ler yanma, buharlaşma ve yoğuşma gibi prosesler sonucu oluşurlar.
Yanma işlemi sonucu ince partiküller oluşur.
Yanma işlemi sonucu açığa çıkan kül, yanmayan (tutuşmayan) maddeler içerir (silikon oksitler, kalsiyum, alüminyum, diğer mineraller gibi)
Kül parçacıkları 0,02 µm - 10 µm boyut aralığındadır.
İnce partiküllerin büyük bir kısmı gazların yoğunlaşması sonucu oluşur.
Yoğuşma sonucu oluşan daha küçük parçacıklar daha uçucu maddeler içerir (P, Mg, Na, K, Cl, Zn, Cr, As, Co, Sb)
Daha büyük parçacıklar ise, buharlaşmayan, gaz formda olmayan mineral vb. maddelerden oluşur.
van der Waals bağ kuvvetleri ve
Elektrostatik kuvvetlerle yapışırlar.
Bu kuvvetler partiküllerin yüzey alanları ile doğru orantılıdır.
Birincil partikül maddeler, direkt olarak kaynaklarından ortama verilirler.
İkincil partiküller ise, azot ve kükürt oksitler, hidrokarbonlar, ozon gibi gazların atmosferdeki reaksiyonları sonucu oluşurlar.
Tüm birincil partiküller kontrol altına alınsa bile, halen ikincil partiküller ortamda bulunabilir.
Kaba partiküller için yer çekimi veya eylemsizlik (durgunluk) etkileri, elektrostatik veya van der Waals kuvvetlerinden daha etkilidir.
Partikül madde kontrolünün temeli:
Biraraya getirerek daha büyük parçacıklar oluşturmak ve böylece çökebilir hale gelerek daha kolay toplanmalarını sağlamak.
(çöktürme odası, siklon, elektrostatik çöktürücü, filtre gibi ortamlarda partikül maddelerin birbirleri ile temas ederek bir araya gelmelerini sağlamak)
VEYA ıslak yıkayıcılar kullanılarak su damlacıkları ile temas etmelerini sağlamak
Nihai çökelme hızı (Terminal settling velocity), partiküllerin atmosfer veya su ortamı boyunca çökeldiği hız
Kaba kum parçacıkları(10000µm çap) için havadaki çökelme hızı 6 m/s
Boya pigmenti (1 µm çap) çökelme hızı=
Viskozite bir akışkanın harekete (akmaya) karşı gösterdiği iç direnci temsil eder.
Akan bir akışkanın bir cisim üzerine akış yönünde uyguladığı kuvvete sürükleme (direnç) kuvveti denir.
Partikül maddenin, aşağı yönde hareketine bağlı olarak sahip olduğu sabit hız.
Bu hareket, yer çekimi kuvveti, kaldırma ve sürükleme kuvvetlerinden daha etkili olduğunda gerçekleşir.
Fkaldırma + Fsürükleme = Fyerçekimi
Çok büyük veya çok küçük parçacıklar için bu kabuller geçerli değildir
Partikül madde etrafındaki akışkan akışı türbülanslı kabul edilir
Stokes’ kanununa göre, partikül maddenin içerisinde hareket halinde olduğu akışkanın sürekli bir ortam olduğu kabul edilir.
Gazlar, sıvılar veya katılar atom veya moleküllerden oluşurlar ve sürekli değildirler.
Eğer, partikül madde gaz molekülleri arasındaki boşluklardan daha büyükse sürekli bir akışkan ortamındaymış gibi hareket eder.
Eğer, partikül madde çok küçük ise, akış şekli ve yolu değişir ve sürekli olmaz.
Atmosferdeki ince partiküllerin çoğu ikincil partiküllerdir.
Birçok birincil partikül birçok ikincil partikülden daha toksik özelliktedir (Pb, asbest, eser elementler gibi).
Birincil partiküller ikincil partiküllerden daha büyük olmasına rağmen, solunabilecek kadar küçük boyutlara sahiptir.
Yer çekimi ile ayırma
Santrifüj kuvveti ile ayırma
Eylemsizlik ile ayırma
Duvar etkisiyle toplama düzenekleri
*Ağırlık (yer çekimi) ile çöktürme
*Santrifüjlü ayırıcılar (siklonlar)
Ayırma ile toplama düzenekleri
*Yıkayıcılar (yaş tutucular)
* Ağırlık (yer çekimi) ile çöktürme
* Santrifüjlü ayırıcılar (siklonlar)
* Elektrostatik çöktürücüler
1) Blok akış modeli (Block flow-plug flow) model: tam karışmamış akış
Yatay gaz hızı = Vavg = Q/ (W*H) ve değişmemektedir (oda içerisinde her yerde aynı)
Partiküllerin sahip olduğu hızın yatay bileşeni= Vavg
Hızın dikey bileşeni, nihai çökelme hızına (Vt) eşittir
Zemine çöken parçacıklar, odanın zemininde kalır ve yeniden hareket etmez
Yerçekiminden çok daha etkili bir kuvvet (santrifüj kuvveti) ile parçacıklar toplama ortamına yönlendirilir
Giderim veriminin 0,50 (%50) olduğu parçacık boyutu.
Partikül toplayıcı bir düzenekte, yakalanan parçacıkların boyutunun bir göstergesidir.
Aşağıdaki özelliklere sahip bir siklon için kesme çapını hesaplayın
Giriş genişliği = 25 cm
Giriş hızı = 30 m/s
Dönüş sayısı = 5
Pek çok durumda ρ and μ için kullanabileceğiniz tipik değerler
ρ: 2000 kg/m3
μ: 1.8 x 10-5 kg/m.s
Çöktürme odaları ve siklonlar < 5 µ çapındaki parçacıkların yüksek verimle giderimi için uygun değildir.
Bu durumda ESP’lerin kullanımı daha uygundur.
ESÇ, parçacıkları 3 aşamalı bir işlemle çöktürür:
(1) parçacıkları yüklü hale getirme,
(2) parçacıkların gaz akımından ayırmak için elektrik alan oluşturma,
(3) toplanan parçacıkları uzaklaştırma.
Tel elektrotlardaki yüksek voltaj korona deşarjı denen süreç ile gaz moleküllerini iyonlaştırır. Bu iyonlar partiküllerin de eksi yüklenmesine neden olur. Bu parçacıklar artı yüklü levhalara doğru hareket eder.
Direnç çok düşük olduğunda iyileştirmeye yönelik çok fazla bir şey yapılamaz
Direnç çok yüksek olduğunda (elektrik iletkenliği yok)
İletkenliği artırmak için asit veya baz eklenebilir
Yükleme ve toplama fonksiyonlarını ayırmak
Filtreler ve yıkayıcılar
Yüzey filtreler: Çelik, kumaş, filtre kağıdı, tel kafes gibi farklı malzemelerden yapılır. «kek oluşumu» prensibi ile çalışır. Temizledikten sonra tekrar kullanılabilir.
Derin filtreler: Keçe malzemesinden yapılır. Malzemenin gözenekli yapısında partiküller tutulur. Yüksek toplama verimine sahiptir ancak tekrar kullanılamazlar.
Filtre toplayıcı türü
Partikül maddenin ve taşıyıcı gazın fiziksel/kimyasal özellikleri (aşınırlık, yanabilirlik)
Partikül boyutundan daha küçük gözenek çapına sahip filtre malzemesinde parçacıklar toplanır.
Filtre malzemesi üzerinde kek oluşumu gerçekleşir ve oluşan kekik kendisi de filtre görevi görür.
Gaz akış hızları çok düşüktür (örneğin siklonlarla karşılaştırıldığında; siklonda 60 ft/sn iken, filtrelerde birkaç ft/sn dir)
En etkin partikül kontrol yöntemleri arasındadır.
Çok küçük parçacıkların tutulmasında etkindir (0.5 μ’a kadar parçacıklarda %99’a varan verime sahiptir).
Nem çeken maddeler için uygun değildir.
Torba filtrelerin temel tasarım parametreleri:
• Temizleme mekanizması
• Basınç düşüşü
• Torba ömrü
Filtre torba üniteden çıkarılır
Ters yönde düşük hızlı akış uygulanır
Temizleme işlemi esnasında sistem kapalı tutulur
1 adet büyük filtre torba veya daha küçük daha çok sayıda torbalar kullanılabilir
Kek oluşumu yok
Tüm filtre ortamı boyunca partikül maddeler toplanır
Genellikle, çok küçük partikül içeren sıvı damlacıkları (aerosol) için kullanılır (sülfürik asit tesislerindeki sülfürik asit mistleri için)
Partikül giderimi: Endüstrideki temiz odalar, laboratuvarlar, hastaneler vb.
Tek kullanımlık filtrelerdir, temizlenemezler
Çok küçük boyuta sahip parçacıkları sıvı damlacıkları üzerinde toplayarak ayıran sistemlerdir.
Küçük parçacıklar, temas halinde bulunduğu sıvı damlacıklarına yapışırlar/tutunurlar
PM kaba ise (> 5 µ)
Konsantrasyon yüksek (L>2.3 g/m3) ise
Çok yüksek verim gerekmiyorsa
(Örn: Toprak ürünleri (seramik) tesisleri)
Çok ince PM yüksek verimle tutulmak isteniyorsa
Nem sorun değilse
Gazlar yanıcı ise
PM ile birlikte gazlar da tutulacak ve uzaklaştırılacak ise
(Örn: Atık gazındaSOx içeren termik santral benzeri tesisler)
Çok yüksek verim isteniyorsa
Gaz çiğlenme (yoğuşma) noktasının üstündeyse
Hacim (arıtılacak gaz hacmi) çok büyük değilse
Sıcaklık çok yüksek değilse
Atık gaz filtre malzemesine zarar verecek türde değilse
(Örn: Alçı üretimi)
Çok ince PM (< 5u) çok yüksek verimle tutulacaksa
Gaz hacmi ve akışı çok yüksekse
Değerli madde toplanacaksa
(Örn: Çimento üretimi)
1) Aşağıda yer alan veriler için;
∆P=69kgf/m2, 1 kgf=9.81 N
Filtre malzemesine ve toplanan partikül maddelere bağlı olarak oluşan basınç düşüş oranını hesaplayınız.
İki basınç düşüşünün birbirine eşit olduğu zamanda filtrede ne kadar katı olduğunu (katı miktarını) bulunuz.
Temizlenen gaz akışı içerisinde 0,01 kg/m3 partikül madde derişimi olduğunu ve filtre içerisinden geçen gaz hızının 0,02 m/s olduğunu kabul ederek, (b) maddesinde belirtilen noktaya ulaşmanın ne kadar zaman alacağını hesaplayınız(tamamen temiz bir filtre ile başlandığını varsayarak)
2) a) 750 MW gücünde, 1,5 milyon ft/3/dak baca gazı debisine sahip termik santral için kaç ft uzunluğunda yüzey filtresi gerekli olduğunu hesaplayınız.
b) Filtre alanı silindirik torba şeklindeyse ve 40 ft uzunluğunda ve 1 ft çapında ise, kaç adet filtre gerekli olduğunu bulunuz.
Bir ıslak yıkayıcıda, yukarı doğru akış hızı, 500 μm boyutlu su damlacıklarının nihai çökelme hızlarının % 50’sine eşittir.
a) Partikül maddeler 10 μm çapında ve 2 g/cm3 yoğunluğa sahip ise, tek bir su damlacığının toplama verimini bulunuz. Parçacıkların gaz akış hızı ile aynı hızda hareket ettiklerini ve su damlacıklarının da yer çekimi etkisine bağlı olarak gaz akışına ters yönde düştüklerini varsayınız.
(Havanın dinamik viskozitesi: 1.85 x 10-4 kg/m.s. Havanın yoğunluğu: 1.2 kg/m3. Parçacıkların dinamik viskozitesi: 1.8 x 10-5 kg/m.s)
b) QL=4 gallon/dak, QG=1000 ft/dak, Z=3 m. Islak yıkayıcının toplam verimini hesaplayınız.