SEPARAREA SISTEMELOR ETEROGENE GAZOASE

Scop• Depoluare• Protectia utilajelor din aval prin indepartarea preliminara

a particulelor solide din faza gazoasa• Protectia personalului care opereaza utilaje in care se

genereaza noxe sub forma de particule solide in aer (echipamente de maruntire, cernere etc.)

• Asigurarea calitatii produselor prin asigurarea unei atmosfere locale curate (industria medicamentelor)

• Recuperarea produsului util antrenat de faza gazoasa (uscarea cu aer a materialelor granulare, fabricarea laptelui praf, transportul pneumatic al materialelor pulverulente)

• Purificarea aerului instrumental

Modalitati de realizare• Sedimentare in camp gravitational• Sedimentare in camp centrifug• Filtrare• Procedee umede• Separari in camp electric

Alegerea unui procedeu se face in functie de dimensiunea particuleor ce trebuie separate si de eficienta separarii (E) realizata de procedeul respectiv:

ICE

C – cantitatea de particule solide colectate;I – cantitatea de particule existenta initial in faza gazoasa.

1.Sedimentare in camp gravitational

Viteza de sedimentare

Se aplica relatiile de calcul stabilite pentru separarea sistemelor eterogene solid-lichid in care se poate neglija densitatea fluidului (aer) in comparativ cu densitatea particulei ce sedimenteaza.

Viteza de sedimentare in domeniul Stokes:

gd181gd

181w p2fp2

g,0

Diametrul critic:

3

fp

2

3

ffp

2

c gC

gCd

Atentie unde se face

simplificarea amintita !

C = 2,62 – pentru calculul dc,S-A;

C = 69,1 – pentru calculul dc,A-N.

Utilaje de separare prin sedimentare in camp gravitational

Camera de sedimentare

w0,g – viteza de sedimentare in camp gravitationalv- viteza de curgere a gazului prin camera

LH

v

w g,0 vLHgd

181 p2

m

LH

gv23dp

m

Diametrul minim (dm) al particulelor ce sedimenteaza intr-o camera cu dimensiuni date:

1Hh

n

L1nH

gv

23dp

m

Camera de sedimentare cu polite

Camere de sedimentare cu sicane (inertiale)

H – inaltimea camerein – numarul de politel – latimea camereih – inaltimea pe care sedimenteaza particulele

Diametrul minim al particulelor care sedimenteaza:

Caracteristici principale ale camerelor de sedimentare:Diametrul particulelor separate: minim 75 μmViteza de curgere gazului prin camera: 30 m/minRezistenta hidrodinamica a camerei: 0,2 – 1,0 mm H2OEficienta de separare: 30 – 70 %

Utilaje de separare prin sedimentare in camp centrifug

Cicloane

vn2R3d

pm

Diametrul minim al particulelor care sedimenteaza in ciclon:

2. Sedimentare in camp centrifug

Caracteristici principale ale cicloanelor:Diametrul particulelor separate: 20 – 40 μmRezistenta hidrodinamica a ciclonului: 30 – 180 mm H2O, depinzand de:• temperatura gazului;• dimensiunile ciclonului;• viteza fazei gazoase la intrare.Temperatura de lucru: pana la 4000 C.Eficienta separarii variaza invers proportional cu diametrul ciclonului: Diametrul ciclonului (mm): 230 400 600 3200 Eficienta de separare (%): 96,7 92,6 88,2 57,5

Concluzie: Eficienta mare = Diametru mic !

MulticiclonNumarul de cicloane dintr-o unitate: pana la 400Eficienta multiciclonului: 85 – 94 %Diametrul particulelor separate: minim 5 μmCaderea de presiune: 120 – 180 mm H2O

3. Separari prin filtrare

Filtru cu saci cu sistem de curatare mecanica

Filtru cu curatare prin inversarea directiei curentului de aer

Caracteristici principale ale filtrelor cu saci:• Diametrul particulelor separate: minim 5 μm• Caderea de presiune: 100 – 125 mm H2O• Eficienta separarii: peste 99% (depinzand de tipul materialului

filtrant)

4. Procedee umede

Scruber

Eficienta mare Gabarit mare

Retinerea de particule foarte mici

Cost de investitie mareCadere de presiune relativ micaFunctionare la temperaturi sub 300 °C si sub punctul de roua al fazei continue

Retinerea particulelor in stare uscata

Cost de operare mare

Avantaje Dezavantaje

Scruber centrifugal (ciclon umed)

Scruber cu talere perforateScruber cu strat de umplutura

cu flux transversal

Caracteristici principale ale separatoarelor umede:• Diametrul particuleor separate: 0,5 – 25 μm• Caderea de presiune: 12 – 400 mm H2O• Consumul de lichid: 20 – 60 L/min pentru un debit de circa

30 m3/ min faza gazoasa

• Dimensiuni de gabarit reduse• Pericol redus de formare a unor amestecuri explozive aer-praf• Performantele separarii nu depind de temperatura sau

umiditatea gazului• Posibilitatea neutralizarii unor gaze corozive prin alegerea

corespunzatoare a lichidului

Avantaje

Dezavantaje

• Retinerea concomitenta a particulelor si a unui/unor componenti gazosi solubili

• Cost relativ ridicat

• Coroziune

• Performanta constanta pe un domeniu larg de incarcare a utilajului

• Nu pot fi retinute particule submicronice

5. Separari in camp electric

Particulele disperse, incarcate electric, se separa sub actiunea fortei electrostatice

Sarcinile electrice sunt achizitionate de la faza gazoasa (de ex. aer) ionizata, aflata intr-un camp electric (spatiul dintre 2 electrozi conectati la o sursa de tensiune continua de 30 -100 kV).

Ionizarea aerului are loc pentru valori ale tensiunii mai mari decat o valoare minima numita tensiune de ionizare.

Cu cat tensiunea dintre electrozi este mai mare cu atat ionizarea este mai puternica. La valori ale tensiunii mai mari decat tensiunea de strapungere se produce efectul corona (corona pozitiva sau corona negativa, in functie de semnul electrodului de ionizare, + sau, respectiv, minus) .

Efect corona

Etapele separarii fazei disperse1. Achizitionarea de sarcini electrice de la electrodul de

ionizare.2. Deplasarea particulelor catre electrodul de semn

contrar (electrod de precipitare) sub actiunea fortei electrostatice si de frecare cu faza continua.

3. Descarcarea particulelor pe electrodul de precipitare.

Viteza de migrare catre electrodul de semn contrar este cu atat mai mare cu cat numarul de sarcini achizitionate este mai mare.

–(–)(+)

Forta electrostatica

Forta de frecare

Electrod de ionizare

Electrod de precipitare

Filtru electric

Elemente constructive ale unui filtru electric

1. Electrozi de ionizare (diametrul: 0,13 – 0,4 cm)

2. Electrozi de precipitare 3. Sursa de inalta tensiune continua 4. Sistemul de scuturare a electrozilor5. Buncarul de colectare a fazei disperse

separate

Electrozi de precipitare plani: Electrozi de precipitare cilindrici:

• lungimea 6 – 12 m;• distanta dintre electrozi

20-30 cm

• diametrul: 0,15 - 0,3 m

• lungimea: 2 – 4 m

Eficienta de separare a filtrului electric

Criterii generale de alegere a tipului de utilaj pentru separarea unui sistem eterogen

B. TRANSFERUL TERMIC

1. Mecanisme de transferMecanismul conductiv (Conductie)

Mecanismul convectiv (Convectie)

Convectie naturala

Convectie fortata

Mecanismul radiant (radiatie termica)