1. UVODProcesna tehnika se u sklopu svoje mehanike oblasti izmeu ostalog bavi posmatranjem i tretiranjem disperzionih smjesa. Disperzione smjese su mjeavine dvaju ili vie razliitih materija. Nosiva faza u sistemu je disperziona materija, to je ili tenost ili gas, a noena faza u sistemu je dispergovana materija i mogu biti vrste estice, djelii tenosti ili gas. DISPERZIONE SMJESE

TENE D.S.

GASOVITE D.S.

SUSPENZIJE tenost + vrste estice

EMULZIJE tenost + tenost

PJENE tenost + gas

PRAINA, DIM gas + vrste estice

MAGLA gas + tenost

Tema ovog rada je mehaniko ienje gasova (otpraivanje), zato e se nadalje opisavti samo tretiranje gasovitih disperzionih sistema. Tehnika otpraivanja obuhvata sve tehnike postupke,bez obzira da li se radi o korisnim prainama (cement, kakao, brano itd.) ili o tetnim prainama (letei pepeo, a itd.). Evo i nekoliko razloga za otpraivanje: Odvajanje i odvod tetnih materija (zatita ovjeka i okoline) Odstranjivanje tetnih materija koje djeluju na vijek trajanja nekih aparata ili ureaja Obezbjeivanje boljih (zdravijih) uslova rada Poboljanje kvaliteta proizvoda i sl. Ureaji kojima se vri otpraivanje zovu se odvajai praha ili otpraivai. Odvajanje tenih estica iz gasa principijelno se ne razlikuje od odvajanja vrstih estica, tako da otpraivanje pokriva i ovu oblast. Pod utjecajem nekih sila, kao to su hidrodinamike, dispergovana materija (reda veliine od 10 -3 m do reda veliine mm) lebdi u gasovitim smjesama. Otpraivanje treba da obezbijedi dovod tih estica u prostor gdje te sile ne djeluju. Moe se rei da proces otpraivanja ima dvije faze i to faza pomjeranja estica i faza odstranjivanja estica. Otpraivanje se moe izvesti na nekoliko naina i to: 1. Otpraivanje djelovanjem sile tee 2. Otpraivanje djelovanjem centrifugalnih sila 3. Mokro otpraivanje 4. Filtracija 5. Otpraivanje djelovanjem elektrostatikih sila. Kvalitet otpraivaa zavisi od pomjeranja estica, ali i od odstranjivanja i ienja. Bitni elementi kvalitete otpraivaa su: a) njegov kapacitet, b) frakcioni i ukupni stepen razdvajanja i c) gubitak pritiska koji on prouzrokuje.

1

2. OTPRAIVANJE DJELOVANJEM SILE TEEGRAVITACIONI OTPRAIVAI Najjednostavnije reeno taloenje se odvija tako to disperzionu smjesu dovodimo u talonu komoru, gdje se usljed djelovanja gravitacije odvaja dispergovana materija. TALONA KOMORAL x zagaeni gas y ux uy y Hy otpraeni gas H B

- estica dispergovane materije

Ovo je primjer jedne talone komore. Ako se dispergovana materija posmatra kao monodisperzni prah i da je brzina gasa (Vx) po presjeku konstantna, zatim da nema promjene koncentracije na ulazu, onda moemo rei da je na ulazu (x = 0) ux = Vx i uy = 0. Na nekoj udaljenosti x vai relacija kao uy up i uy = y = x up ; ux = Vx y=x Vx ux ul na nekoj udaljenosti x bie Ako je maseni protok gasa na ulazu m y up x H-y Stepen odvajanja bi mx = mul = mul (1 - ) = mul (1 - ) bio: H Vx H H = mul miz up L miz o = = 1 - = 1 - mx L = 1 - (1 - ) Vx H mul mul mul up L o = Vx H Ukupni stepen odvajanja polidisperznog praha, pod pretpostavkom da estice ne ometaju jedna drugu prilikom taloenja i ako komoru zamislimo uzduno razdijeljenu na niz uskih komora za odvajanje pojedinih estica, dobije se na sljedei nain. Ako je raspodjela estica zadana funkcijom D(d), onda je udio estica, veliine d, u ukupnoj masi D(d) ( diferdncijalni operator): D=1 up(d) L o = D(d) Vx H D=0 Frakcioni stepen odvajanja dobije se iz prethodne razrade za monodisperzni prah, tako da je: up(d L o(d) = ) H Odavde je vidljivo da je otpraivanje bolje za manje H i manje Vx Vx, a za vee L. Da bi se iskoristio utjecaj H, u komore se ugrauju pregrade radi poboljanja o. TALONA KOMORA SA PREGRADAMA 2

zagaen gas proien gas estice se taloe na uzdunim povrinama, a otpraen gas nastavlja dalje ka izlazu. Mana ovih otpraivaa je oteano ienje povrina i opasnost da estice budu ponovo ponesene. Sila otpora kod taloenja je: V2tal P = F g 2 - koeficijent otpora g [kg/m3] gustina gasa F [m2] - povrina projekcije estice g [m/sec2] - ubrzanje zemljine tee Brzina taloenja je: Vtal =

4 ( g) g d 3 F g

[kg/m3] - gustina estice Poto zavisi od Re (Reynolds-ov broj) imamo sljedee vrijednosti koeficijenta otpora: 1. = 24/Re za laminarni reim (Re < 1) 2. = 18,5/Re0,6 - za prelazni reim (1 < Re < 500) 3. = 0,45 za turbulentni reim (Re > 500) Brzina strujanja gasa mora biti manja od brzine taloenja, jer u suprotnom ne bi dolo do taloenja. Brzina strujanja gasa je max. 3 m/s. Ovi otpraivai uglavnom slue za predotpraivanje grubih estica, jer se u njima odstranjuju estice veliine preko 100 m. Prednosti su im to su jeftini, jednostavne konstrukcije, mali pad pritiska, nema temperaturnog ogranienja i nema problema sa habanjem. Mane su im to zauzimaju veliki prostor i odstranjuju samo grube estice. Zbog relativno slabog pomjeranja estica usljed gravitacije u talonicima se poboljanje pokretljivosti postie intenziviranjem centrifugalnog polja. To su gravitaciono - centrifugalni otpraivai.

3

3. OTPRAIVANJE DJELOVANJEM CENTRIFUGALNIH SILAGRAVITACIONO CENTRIFUGALNI OTPRAIVAI (CIKLONI) CIKLONotpraeni gas Dc/2 odvodna cijev

Dc/1,6

Dc/2

zagaeni gas

ulazni kanal

Dc

cilindrini dio ciklona

kontejner za vrste estice

R1 Dc/4

R2

Proraun ciklona bi bio veoma komplikovan, zato to je tu ukljuena sila otpora, centrifugalna sila i sila gravitacije. Meutim ako se uvedu neke pretpostavke i naeka uprotenja mogu se dobiti priblino tani parametri. mV 2 U ovim otpraivaima centrifugalna sila Fc= r viestruko prevazilazi gravitacionu silu teine.

2 Dc

konusni dio ciklona

Zagaeni gas se u ciklon dovodi tangencijalno , brzinom od 18 do 20 m/s, a zatim zbog oblika ciklona prelazi u rotaciono kretanje , pri emu se stvaraju centrifugalne sile . Zbog centrifugalne sile vrste estice se kreu vanjskom stranom struje gasa i prema donjem dijelu ciklona , gdje se odvajaju u kontejner . U sredinjem dijelu ciklona ostaje isti gas , koji se vrtlono kree u suprotnom smjeru i na kraju izlazi kroz odvodnu cijev . Jedan od bitnih parametara za efikasnost i stepen odvajanja, u ciklonima, je njihova geometrija . Ovdje je prikazan jedan primjer dimenzionih odnosa, ali mogui su i drugi dimenzioni odnosi, u zavisnosti od procesa u kojem se koristi ciklon , odnosno koja vrsta estica treba da se odvoji iz gasa .

2 Dc

4

Na ulazu je raspored koncentracije ravnomjeran. Bez djelovanja centrifugalne sile estice bi se na jednom te istom preniku kretale brzinom Vul i [0,], meutim usljed centrifugalne sile postoji komponenta brzine uc, a usljed gravitacione sile komponenta brzine up.zagaeni gas otpraeni gas , linija razgranienja zona sa i bez estica

Ri Ra R()

R

uc up

ut = Vul

Vul = const.;

ut = Vul u radijalnom pravcu u tangencijalnom pravcu

dR = [uc(R) + upsin]dt Rd = [ut + upcos]dt

Dijeljenjem ovih izraza dobije se: uc (R) + upsin dR = R d ut + upcos Ova diferencijalna jednaina moe se rijeiti samo numerikom metodom. dR u (R) + u sin = R Vc d up cos ul + Moe se pretpostaviti da je gravitaciona komponenta zanemariva, jer je up dmin, da bi se ostvarilo odvajanje estica iz gasa. Pad pritiska u ciklnu je jo jedan parametar bitan za izbor ciklona. V2 c p = 2 ul c koeficijent otpora. Osim ve prikazanog, tangencijalno - ravnog dovoda gasa, bolja je izvedba sa tangecijalno helikoidnim dovodom gasa. Ta izvedba je neto komplikovanija i skuplja. HELIKOIDNA IZVEDBA

otpraen gas

zagaen gas

7

Dovod gasa u ciklon moe se izvesti i aksijalno. AKSIJALNI DOVOD otpraen gas zagaen gas

lopatice

Na osnovu prorauna ciklona moe se zakljuiti da na efikasnost ciklonskog otpraivanja utie ulazna brzina Vul, kao i prenik ciklona 2R. Bolju efikasnost bi postigli sa poveanjem Vul ili sa smanjenjem prenika, ali bi time doveli i do veeg pada pritiska. Da se to izbjegne postavlja se vie ciklona povezanih u tzv. ciklonsku bateriju. Cikloni se u bateriju veu paralelno, jer se time, pri istom protoku gasa, poboljava efikasnost odvajanja bez bitne promjene pada pritiska.

8

Nedostak ciklonskog otpraivanja su relativno nizak stepen otpraivanja, jer ak i jedan dio estica koje se odvoje iz struje gasa usljed lokalnih vrtloga se vraaju u proienu struju i zajedno s njom naputaju ciklon. Fiziko oteenje zidova ciklona je takoe nedostatak ovog otpraivanja. Ta oteenja se javljaju usljed fizikog djelovanja estica na zidove ciklona. Dobre osobine ciklona su niski trokovi odravanja, mala potronja elektrine energije i otpornost na visoke temperature. U zadnje vrijeme, pojedinani cikloni, se najee koriste kao predotpraivai.

4. MOKRO OTPRAIVANJEMokro otpraivanje je tehnoloka operacija zasnovana na stvaranju vodene zavjese kroz koju prolazi zagaeni gas ili stvaranje tankog sloja tenosti preko koje struji zagaeni gas. I u jednom u drugom sluaju vrste estice se veu ("lijepe") za tenost, a gas prolazi nastavlja prema odvodnom izlazu. Otpraivai sa vodenom zavjesom su SKRUBERI.otpraen gas vodene prskalica

zagaen gas

U skrubere se dovodi zagaeni gas, koji struji prema gore. Voda koja prska iz prskalica, u vidu kie, stvara vodenu zavjesu sa kapljicama, na koje se "lijepe" vrste estice i zajedno padaju u talonu komoru. Iz talone komore se odvodi otpadna voda (mulj). Gas "prolazi" kroz vodenu zavjesu i na vrhu skrubera izlazi prooen.

otpadna voda

otpraen gas vodene prskalica

ispuna sa materijalom

Jo bolji rezultati se postiu, ako se skruberi u donjem dijelu ispune (koksom ili Raigovim prstenima). U tom sluaju, jedan dio estica se vee za materijal ispune, a ostale estice u gasu se izdvajaju kao i u neispunjenom skruberu.

zagaen gas otpadna voda

9

Skruberi bez ispune imaju stepen odvajanja od 60% 75%, a skruberi sa ispunama imaju stepen odvajanja od 75% 85%. Brzina gasa nesmije biti velika (1 1,5 m/s), jer bi u suprotnom gas ponio sa sobom kapljice tenosti i morali bi se postaviti odvajai kapljica. Najbolji rezultati se postiu u Venturi skruberima. Za estice od 0,5 m postie se stepen efikasnosti i do 99%. U ovim skruberima zagaeni gas se dovodi kroz cijev, gdje se zbog suavanja cijevi na kraju naglo poveava brzina gasa. Istovremeno vodena pumpa ubrizgava vodu, koju gas raspruje i zajedno tangencijalno ulaze u ciklon. Zbog velike brzine i djelovanja centrifugalnih sila tenost sa esticama udara u zidove ciklona, a zatim slijevajui se odlijeva u talonik. Venturi skruberi, osim otpraivanja, slue i za hlaenje gasova.

proien gas VENTURI SKRUBER

Venturi cijev

mlaznice za tenost

gas

zagaen gas

tenost talonik - -- - otpraen gas

vodena pumpa

mulj

Stvaranje tankog sloja vode izvodi se tako to se u otprivae postavljaju horizontalne pregrade, preko kojih struji voda dovedena u otpraiva. Pregrade imaju veliki broj rupica, da bi gas dolazei odozdo mogao da proe prema izlazu. Prolazei kroz tanki sloj vode gas se "pere" (voda zadrava vrste estice) i proien struji dalje ka odvodnom otvoru. dovodi vode reetke

SKRUBER SA TANKIM SLOJEM VODE usmjerivai zagaen gas

10 odmuljenje

5. FILTERSKO OTPRAIVANJEFiltersko otpraivanje se vri tako to se u otpraiva dovodi zagaeni gas, koji zatim nastrujava na filterski materijal. Filterski materijal je porozan i gas nastavlja strujanje, a estice se zadravaju na materijalu. Filterski materijali mogu biti: tkanina (od prirodnih ili od vjetakih materijala) u obliku vrea, nabijeni vrsti materijali (pjesak ili sl.) i porozni keramiki materijali. Izbor filterskog materijala ovisi od uslova rada filtera kao to su temperatura, vlanost, pritisak, vrsta estica koje se odvajaju. VREASTI FILTERI U tijelu filtera su smjetene vreaste porozne cijevi, prenika do 200 mm i visine 1 5 m. Gas struji kroz platnene cijevi, platno zadrava vrste estice veliine 0,1 0,01 m, a proien gas struji dalje prema izlaznoj cijevi. Kapacitet filtera se izraava kao zapreminski protok gasa po jedinici povrine i vremena [m3/(m2h)]. Brzina filtriranja zavisi od hidraulikog otpora filtera (P). P = A Vnf P hidrauliki otpor Vf brzina filtriranja A; n konstante filterskog materijala proien gas

zagaen gas bunker za odvajanje estica

VREASTI FILTER 11

Na slici je prikazan uproen izgled vreastog filtera. Iznad filtera se ugrauju sistemi za ienje vrea i dodaju se sistemi za odvoenje skupljene praine. Kao to je ve reeno platno zadrava estice i zbog njihovog nakupljanja smanjuje se prenik strujanja gasa to poveava pad pritiska. Zato se periodino (svakih 5 30 min) zaustavlja dotok zagaenog gasa, da bi se vree oistile. ienje se vri otresanjem ili produvavanjem vrea u suprotnom smjeru od strujanja gasa i traje oko min. Vreasti filteri imaju dobar stepen iskoritenja, ak do 99%. Zavisno od materijala filtera limitirana je i temperatura gasova, npr. pamuk (6085 C), vuna (80110C), neki vjetaki materijali do 150C, a staklena vlakna do 350C. KERAMIKI FILTERI Koriste se za fino filtriranje gasova, najee ve preienih. Temperatura gasa moe biti do 700 C. Oteano se iste, zbog adsorbivnih osobina keramike.

6. OTPRAIVANJE DJELOVANJEM ELEKTROSTATIKIH SILAELEKTROOTPRAIVAI Zagaeni gas se dovodi u elektrootpraiva i usmjerava se kroz elektrino polje, gdje se ionizuje. Ioni gasa zatim naelektriu vrste estice, koje se nalaza u gasu, naelektrisane estice se kreu ka suprotno naelektrisanim talonim eletrodama, dolazi do razelektrisanja i na kraju odvajanja estica od elektroda. dovod visokog napona izolator otpraen gas ram za vjeanje

visokonaponske elektrode

talone elektrode

zatezai zagaen gas 12 sabirnik

CIJEVNI ELEKTROOTPRAIVA

U elektrootpraivau su pozitivno naelektrisane cijevi (mogu biti i ploe), kroz sredite cijevi su provedene tanke ice. Tim icama se dovodi negativni visoki napon, tako da one postaju negativno naelektrisane. U svakoj atmosferi postoje slobodni elektroni, pa tako i u cijevima. Elektroni u blizini elektroda dobivaju veliko ubrzanje. Kad dou u kontakt sa atomom ili molekulom zagaenog gasa, koji struji kroz cijevi, otcjepljuju se novi elektroni i dobie se pozitivni ioni ili e se elektroni apsorbovati i dobie se negativni gasni ioni. Ovo elektrino pranjenje naziva se korona. Pozitivni ioni vraaju se na elektrodu i tu se razelektriu. Negativni ioni ,usljed dejstva polja, naputaju aktivnu zonu oko negativne elektrode i idu prema talonoj elektrodi. Da bi se estice izdvojile iz gasa moraju imatielektrini napon. Taj napon dobivaju od negativnih iona i zajedno sa njima idu prema talonoj elektrodi. estice se taloe na talonu elektrodu i stvaraju sloj taloga, koji se mora odstraniti sa talone elektrode. Odstranjivanje se moe izvesti otresanjem ili stvaranjem tankog filma vode koji spira talog sa talone elektrode. Elektrootpraivaima se izbjegavaju nedostaci koji se javljaju kod drugih otpraivaa, mada su investicije vee. Stepen efikasnosti je od 97% do 99%, mada je mogue postii i vie od 99%. U njima se takoe postie mali pad pritiska i mogu je rad sa gasovima visoke temperature.

LITERATURA1. Milenko Krsti; Mehanike operacije i ureaji procesnih postrojenja; Univerzitet u Sarajevu; Sarajevo 1970. 2. Dimitrije Voronjec; Tehnoloke operacije; Univerzitet u beogradu; Beograd 1985. 3. Vlado Kohari; Uvod u mehanike operacije; Sveuilite u Zagrebu; Zagreb 1981.

13

SADRAJ1. Uvod 2. Otpraivanje djelovanjem sile tee Gravitacioni otpraivai 3. Otpraivanje djelovanjem centrifugalnih sila Ciklon 4. Mokro otpraivanje Skruber 5. Filtersko otpraivanje Vreasti filter 6. Otpraivanje djelovanjem elektrostatikih sila Elektrootpraiva 7. Literatura 8. Sadraj

strana 1 2 4 9 11 12 13 13

14