Porszűrők Mu.-I.-95-o A szűrő, szűrő közeg A szűrőn a gáz áthaa, a por (jeentős része) eáik Leáasztás a szűrőközegen A szűrők aaptípusai Ipari szűrők és poreszíók Kíma (atmoszférikus) szűrők Nagy tisztaságú terek szűrői Az akamazott szűrőanyag típusok: 1.Szűrő rácsok, szűrő sziták: Szabáyos méretű nyíások, szitahatás, méret szerinti szétáasztás (~ 0μm-ig ) A szitahatás: A kisebb méretű átjut, a nagyobb nem. ( méret szerinti szétáasztás).szöetszűrők: Szűrési tuajonságai (áteresztőképesség, hőáóság stb. ) öntő mértékben függenek: a. Szöési mó b. Száfinomság c. Fonaanyag, kikészítés A szöetszűrők ehetnek: Sima feüetűek tuajonságai: A poreáás a feüeten történik, > a nyomáseszteség rohamosan nő. Eőny: a por könnyen etáoítható. Boyhos feüetűek (kártot)tuajonságai: Poreáasztás az anyagon beü is! A eáasztás jobb, a tisztíthatóság nehezebb. 3.Ficek: tuajonságai, jeemzői: Sima feüetűek Boyhos feüetűek 10-30μm átmérőjű eemi száakbó nemezet, 1-3 mm astagságú emezek. A réteg renezeten ( nem szöött ) e a pórusossága egyenetesnek tekinthető. 1
4. Rostágyas szűrők: 5.Szűrőgyertyák: Anyaguk: Pórusos kerámiák, Műanyagok, Szinterfémek? 6. Labirint emezek: Lyuggatott fémemezek 7. Szemcsés rétegek: Az anyaguk ehet p: -Homokréteg -Aktíszén 1 8.Utraszűrők, membránejárások membránjai: A szűrőanyagok egyéb fontos tuajonságai: -Viamos fetötőés ehetősége: a. Antisztatikus beonatok b. Beeszőtt fémszáakon keresztü történő föeés Porozitás, pórusosság: (ε ) Térkitötés: α 1 ε. Szűrőkre: α 0,1.0, α ρ HALMAZTÉRFOGAT / ρ FONAL -Éghetőség: Égésáó beonatok Megkötőképesség: (g megkötött por / m szűrőfeüet )
Δp ÖSSZES Δp TISZTA SZŰRŐANYAG + Δp MARADÓ +Δp PORRÉTEG Δp PORRÉTEG f (τ ) Δp MARADÓ A porszűrő nyomásesése üzem közben SZŰRÉS A tiszta szűrőszöet eenáása τ TISZTÍTÁS p MAX a.tiszta szűrőanyagok nyomásesztesége az áramási sebesség függényében: a/1:eméeti közeítésse: Ha a szokásos gázterheés 00 300m 3 /m.h, a gázsebesség: 0,05 0,08m/s, > az áramás amináris. > Δp λre ρ 64 p η Δ ρ ρ Δp 3 η 64 λ Re A átozás ~ ineáris! K C: áanó a tiszta szűrőanyag jeemzője a/. A tiszta szűrőanyagok nyomásesztesége; kíséretekbő: A átozás ineáris! Renezeten hamazokon történő fuium ( gáz ) átáramásának eírása; Kozeny-Karman szerint: Lamináris áramás, kör keresztmetszetű csöekben: Δp 3 η Renezeten hamazokban (pórusokban) az áramási keresztmetszet nem kör! > ismereten. > értéke és a pórusok hossza is ismereten. Az ismereten paraméterek meghatározása: Meghatározanó a gáz áta átjárt pórusok hossza, átmérője, és a gáz pórusokban kiaakuó sebessége. (POR)RÉTEG V & 1.Gázsebesség a pórusokban ( PÓRUS ): P ε? Δp 3 η az üresnek tekintett berenezés keresztmetszetére számított átagsebesség. ε a hamaz porozitása A? VALÓSÁGOS? PORRÉTEG Renezeten hamaz. aóságos meghatározása: A pórusokban az áramás nem kör keresztmetszetű : EGYENÉRTÉKŰ A 4 A: áramási keresztmetszet K K: átáramott kerüet 3
Átaakíta: E A E 4 K? VÜRES 4 porhamaz _ feüete PÓRUS PÓRUS A porhamaz gáz áta súrot feüete ~ feüete V ÜRES A gáz áta átjárható? Átaakíta: ( /: V ÖSSZES ) S o E 4 V V A ÜRES ÖSSZES PORHALMAZ V ÖSSZES Egy, már ismert összefüggés szerint: Térfogatra onatkoztatott fajagos feüet! ε? m ( 1 ε ) m APORHALMAZ APORHALMAZ 3 V V SZILÁRD ÖSSZES Beheyettesíte, egyszerűsítés után: E 4 ε 1 ( ε ) S o 3. Az áramási csatorna (pórus) aóságos hosszának meghatározása ( PORUS ): PÓRUS ko ε RÉTEG k o Kozeny - áanó ( k o 3 6, mérésekbő )? Δp 3 η Az ereeti egyenetbe beheyettesíte: PÓRUS ko ε Δp 3 η E 4 ε 1 ( ε ) S o RÉTEG P ε k o 3 ε Δp m RÉTEG ( 1 ε) S η s o RÉTEG : ε : k : S O : ΔpRÉTEG : η : RÉTEG : A renezeten hamazokon aó fuium-átáramást eíró Kármán- Kozenyi fée összefüggés 4
Δp PORRÉTEG : A kiszűrt porréteg nyomásesztesége. Üzem közben a kiszűrt porréteg astagsága nő! >Δp ~ f (τ SZŰRÉSI ) Δp RÉT K POR.η..μ FELÜLETI μ FELÜLETI FAJLAGOS FELÜLETI PORTERHELÉS μ V& τ SZ c A kg( por msz BE F SZ ) A szűrő kiáasztásának, gazaságos üzemeésének egyik egfontosabb paramétere: FAJLAGOS FELÜLETI TERHELÉS: Fajagos _ feüeti _ gázterheés _( Fajagoségmennyiség) V& 3 m / s m ASZŰRŐ V& 3 m / m ASZŰRŐ s Leáasztási összhatásfok A SZŰRŐ 1m L c A szűrőréteg jeemzői: c o, L Az átaunk izsgát szűrőanyag tuajonsága Legyen az eemi szá átmérője: R SZ,a száhossz 1m 3 szűrőanyagban: Ö [m],, > a száak térkitötési tényezője: α Ö.R.π [m3 / m 3 ] (Fajagos feüeti gázterheés) L astagságú, (1m ) feüetű szűrőrétegben: 1.Az eemi száhossz: Ö.L.1 5
A L rétegben eő, Ö.L.1 hosszúságú eemi szá eáasztása: A L rétegben eő, Ö.L.1 hosszúságú eemi szá eáasztása: A gázban eő porszemcsék y o.r 1 A REALITÁS Minen szemcse ütközik és eáik Ö.L 1. Nem minen (. Ö.L sában eő) szemcse ütközik!. Nem minen ütközött szemcse áik e! > A szűrés egy renkíü összetett, bonyout foyamat! y o <.R! 1.Csak az y o rétegben eő szemek ütköznek a szűrőszáa!.az ütközés nem minig ezet megkötőéshez! > Beezetjük az eemi szá ereő eáasztási hatásfok fogamát: η EREDŐ :Az eemi szá eáasztási hatásfoka η ER η ÜTKÖZÉSI. h MEGTAPADÁSI Az ütközés aószínűsége A megtapaás aószínűsége Leáasztás akkor an ha a szemcse ütközik és meg is tapa! A szűrés eírása a L astagságú rétegre: A SZŰRŐ 1m c o, Porkoncentráció csökkenés ~ Kiszűrt pormennyiség nöekeés -.(A SZŰRŐ 1m ).c PÓRUSBAN. R SZ Ö.L. η ER. c V & arányos L A ehetséges ütközőfeüet A hatásos ( minent eáasztó ) ütközőfeüet c L Az eemi szá aóságos eáasztása:.r SZ. Ö.L.η EREDŐ A ehetséges, maximáis ütközési feüet? -.(A SZŰRŐ 1m ).c PÓRUSBAN. R SZ Ö.L. η ER. c PÓRUS ε 1 α -.(A SZŰRŐ 1m ).c..r 1 α SZ Ö.L. η ER. c -.(A SZŰRŐ 1m ).c 1 α.r SZ Ö.L. η ER. c? Az 1m 3 térfogatban a száak áta efogat térfogat ( térkitötése ) : α Ö.R.π [m3 / m 3 ] Ö α πr α L πr Ö L α -.(A SZŰRŐ 1m ).c.r SZ L η ER. c 1 α πr 6
Egyszerűsíte: -.(A SZŰRŐ 1m ).c α. L η ER. c 1 α πr A megoanó iff. egyenet: c α η c πr 1 α SZ ER L Porkoncentráció csökkenés a szűrőn aó áthaaás során: C o C A szűrőréteg astagsága: 0 L A iff. egyenet megoása: C c c πr α η 1 α ER C SZ O 0 n c c o α η πr 1 α c c o e SZ ER α η ER L πrsz 1 α L L L Az L astagságú szűrő ( poreáasztó ) összhatásfoka minen esetben: co c c ηössz 1 co co η ÖSSZ 1 e πr A porszűrő eáasztási hatásfoka nő, ha: Nöejük: L, η ER, α értékét R SZ értékét csökkentjük. SZ α η 1 α ER L A. Az ütközést befoyásoó tényezők: 1.A befogási hatásfok (η BE ): y o széességű sában száított szemcsék biztosan ütköznek, ~ a kihasznát ütközőfeüet η BEFOGÁSI ~ a renekezésre áó, maximáis ütközőfeüet y o y o f Re, Re POR η ρ. Pajzshatásfok (η P ): A szemcsék tehetetenségük miatt kerünek az ütköző zónába η P f( Stk, ütköző feüet aakja) A pajzshatásfok (η P ) étemezése: η P f( Stk, ütköző feüet aakja) Stk: Stokes-szám, inercia paraméter. ütközés ütköző feüet aakja Áramona megszakítás 7
Stokes-szám, inercia paraméter értemezése: SZEMCSE Befúás A közegeenáás: 3πη POR Nyugaomban eő közeg SZEMCSE 0, a megtett út S átmérőjű rés S F 3πη POR 3 POR π Δρ 6 τ S Stk Miyen a szemcse megáásáig megtett út (S), és a rés () iszonya? A szemcse assu, feírható: F m. a Az egyenetet renezzük, beheyettesítünk: S 0 Δρ τ 18η τ POR POR Δρ S + 18η Tehát az egyenet megoásáa a szemcse megáásáig megtette út, S kiszámítható! S Stk Átaunk beáítot, ismert érték! Stk S Δρ POR 18η POR Δρ S + 18η A méretet minig az aott feaat jeege szerint áasztjuk Porszűrés esetén: Stk S POR Δρ 18η Zsaus eáasztókná: a a jeemző méret Δρ POR Stk 18η a Stk-szám értemezése az eemi szá eáasztására: SZEMCSE Az ütközést befoyásoó egyéb tényezők: 3.Diffúzió 4.Graitáció Stk S POR Δρ 18η 5.Triboeektromos hatás Az ütközés beköetkezésében a küönböző (1,,3,4,5) hatások együttesen érényesünek: A egfontosabbak: og POR Δρ g 18η Stk OG g. 8
B. A fetapaás aószínűsége (h) -Van er Waas-fée erők -Kapiáris erők -Eektrosztatikus erők Az ereő hatásfok ( η ER ) átozása (aott anyagpár esetén) a gázsebesség és a porszemcse méretének függényében: SZŰRŐBERENDEZÉSEK η Ö 100 50 η ÜTKÖZÉS h megtapaás A szűrési technoógiák gyakran több fokozatúak. A ura, eőeáasztók akamazásának céja a finomabb (rágább), szűrőfeüetek tehermentesítése, eseteg a koptató hatás csökkentése. η EREDŐ 0,1 1 10 Stk~ POR. Az ereő hatásfoknak optimuma an! Függ a szemcse és a szűrőszá jeemzőitő A technoógiák tartamazhatnak eőkészítő műeeteket; p. a eegő konícionáása, ( meegítés, hűtés, neességtartaom beáítása, aggomerátatás utrahangga stb.) 1.Zsákos ( táskás ) porszűrők: - Szakaszos üzem foyamatossá tétee - Eenáramú tisztítás Por 9
tisztítás szűrés gáz por Kiszűrt por Leáasztott por etáoítása a szűrőfeüetrő 10
A szűrés kötségei: A szűrési sebességnek optimuma an. táskák Szűrt eegő Poros eegő A szűrőfeüet nöeésée.kíma, atmoszférikus szűrők. Légszűrők. Jeemzőik: -Kis porkoncentrációk esetén akamazzák - Száraz és neesített feüetűek ehetnek - A poretáoítás ( tisztítás ): Hasznáat után eobanó Kifúatás Mosás ízze, egyszerekke 11
Tekercs szűrő: -nagy gázáramokra - orsómeghajtás ~ Δp SZŰRŐ - η SZŰRÉS ~ szűrőanyag 1
körbeforgó öntisztító szűrő 4.Szemcsés rétegű, ágyszűrők: 4.Gyertyás szűrők: Magas hőmérséketű, agresszí gázok szűrésére is akamasak. 13
Zára Nyita Leáasztás Poretáoítás(eenáram) Portaanítás több fokozatban A szűrő eőtt (mechanikus) eőeáasztás 14
5.Tisztatér technika -Fehér termek -Tiszta szobák b/ft 3 a.turbuens áramású tisztaheyiségek: Leegőhígításos renszer V BE A heyiségekben átaában: 3.5.10 6 b részecske/áb 3! [μm] A heyiség térfogata: V [m 3 ] A beépő tiszta eegő: V [m 3 /h] Kezet tiszta eegő V & b. Lamináris áramású tisztaheyiségek V HELYISÉG [m 3 ] Légcsereszám: P. 15 35 1/h Légcsereszám Eőny: Jó hőmérséket-eoszás Hátrány: Keereés V& V HELYISÉG Kis áramási sebesség Légcsereszám:P. 500 1/h Szűrőanyagai: Eőszűrést igényenek. Poreáasztásukra jeemző P; 0,1μm átmérő esetén; η 99,995! ( P. HEPA szűrők.) 6. Membrán szűrés: Szétáasztás membránon (membránszeparációs műeetek) 15
Szétáasztás membránon Pórusos membránok Nem pórusos membránok Pórusos membránok jeemzői: -Szeektáás méret szerint -Pórusméretük 10nm 50μm -Hajtóerő a Δp -Anyaguk: fém, kerámia, poimerek. Gázpermeáció Membrán Peraporáció Konenzáció Visszanyert p. oószer Nem pórusos membránok (iffúziós membránok) Szeres poimerek, p. oószer epároogtatássa készünek MEMBRÁN 16
b. Nem pórusos ( iffúziós ) membránok: Gázpermeáció Oóásos-iffúziós moe: p c J anyagáramsűrűség p 1 c 1 p 1 >p J a transzmembrán anyagáram sűrűsége D k Δp P Δp J Deszorpció MEMBRÁN Feüeti szorpció Gáz oóása a membrán anyagában Diffúzió a membránban D : a gáz iffúziós áanója a membránban k : a gáz Henry-áanója Δp : nyomásküönbség : a membrán astagsága P : permeabiitás J D k Δp P Δp J Pf(D,k) A membrán szeektiitása: P 1 α P 1 /P P Moekua méret P Δp J Küönböző membránokon! > J H >J O > SZÉTVÉLASZTHATÓ ΔP! A membrán anyag kiáasztható 17
A nagy membránfeüet eensúyozza a (gyakorati szempontbó) iszonyag kis anyagáram-sűrűséget. (Betápáás) (Nyomásáó ház) Spirá-tekercs mou: Retentát Permeát Üreges szá membrán 18
Akamazási ehetősége: -Biogáz tisztítás ( CH 4 CO ) - Fögáz tisztítás (CO, H S ) -H eáasztás -O és N szétáasztása. VOC-eáasztás? -..? 19