6. Porleválasztó ciklonok működése

Az előzőekben bemutatott környezetipari eljárásokhoz kapcsolódva a szakköri téma során a levegőszennyezők közül a poralakú szennyezőanyagok porciklonnal történő leválasztását vizsgáljuk. A légszennyezés hatásai, a tananyagi ismereteken túl, a természetes és épített környezetben nap, mint nap láthatóak, némely esetben az egészségkárosító hatásokkal is szembesülnünk kell. Ezért a légszennyezettség kialakításában meghatározó porrészecskék eltávolításának bemutatása, a tiszta levegő „előállítása’ mind a mindennapos környezetvédelmi problémákhoz, mind az addig tanult ismeretanyaghoz köthető.

A poralakú légszennyezés modellezése egyszerűen kivitelezhető, az eltávolításukra használt porciklonok működése szemléletes. A mérnöki gyakorlatban a folyamat jellemzésére használt leválasztási hatásfok számítása az alapvető matematikai és fizikai alapismeretekre épít.

Gyakorlat célja

A gyakorlat célja a porleválasztás alapfogalmainak, a porleválasztó berendezés működésének megismerése; a por jellemzése, a porleválasztás hatásfokának meghatározása.

A gyakorlat elméleti háttere

Kibocsátás (emisszió) révén a levegő minőségét károsan befolyásoló szilárd-, cseppfolyós-, gáz- vagy gőz-halmazállapotú légszennyező anyagok jutnak a légkörbe. A leggyakoribb és a legnagyobb mennyiségben kibocsátott légszennyező anyagok: por, pernye, korom, kén-dioxid, nitrogén-oxidok, szén-dioxid, szén-monoxid, szintetikus vegyületek és nehézfémek.
A porleválasztás elsődleges célja a hordozógázban eloszlatott szilárd szemcsék leválasztása vagy összegyűjtése):
A levegőt szennyező szilárd részecskék, porok leválasztására hatékonyan alkalmazható berendezések a porleválasztó ciklonok. A ciklonba a szennyezett gázt tangenciálisan vezetik be LINK, majd a készülékben a gáz spirál alakú pályán lefelé áramlik LINK. A porrészecskékre a nehézségi erőn kívül sugár irányú centrifugális erő is hat, amely hatására a fallal ütközve elveszítik sebességüket, majd a gravitáció hatására a ciklon alsó részébe, majd a porgyűjtő kamrába hullanak.

A megfelelő porleválasztó berendezés kiválasztásához ismerni kell a
- a por jellemző méretét
- a por koncentrációját
- a tisztítás előírt mértékét (a leválasztás hatásfokát)
- a részecske sűrűségét
- a por koptató hatását
- a por tapadási hajlamát.

A szilárd anyagra felírható tömeg-megmaradási egyenlet:

ahol a berendezésbe belépő por tömege, a berendezésből kilépő por tömege, a berendezésben leválasztott por tömege.

A tömegáramok:

ahol  a belépő poros levegő tömegárama, a kilépő tisztított levegő tömegárama, a leválasztott anyag tömegárama.

A belépő és kilépő gázáram szilárd anyag koncentrációja:

és

A leválasztó berendezés teljesítőképességének jellemzésére a leválasztási hatásosságot (hatásfokot) alkalmazzák. Az össz leválasztási hatásfok ( ) vagy össz portalanítási fok azt fejezi ki, hogy a tisztítandó gázáramban lévő szilárd rész tömegének hányad válik le a porleválasztó készülékben.

Folytonos üzemben:

ahol a beadagolandó (leválasztandó) por tömegáramát a következő összefüggéssel lehet meghatározni:

Szakaszos üzemben:

Feltételezve, hogy a leválasztott por elvételénél nincs tömítetlenség, azaz itt a gáz eltávozása elhanyagolható, a gáz térfogatárama:

, ahol a porszűrő kimenő oldali csőkeresztmetszet :

és a kilépő gáz sebessége: [m/s].

A szilárd anyagoknak a vivőgázból való leválását olyan erők idézik elő, amelyek hatására a vivőgázhoz képest a porszemcsék relatív elmozdulása bekövetkezik, így a porleválasztó berendezésekben a nehézségi erőt, a centrifugális erőt, az elektrosztatikus erőt használják ki, illetve a szűrőhatást alkalmazzák.
A frakcióportalanítási hatásfok kifejezi, hogy egy adott szemcseméret-tartományban a leválasztó milyen leválasztási hatásfokkal működik. A frakció-portalanítás fok görbe meredeksége a porleválasztó szétválasztás élessé­gének mértékét mutatja meg. Porleválasztók szétválasztási szemcsenagyságaként gyakran a   jellemzőt adják meg, vagyis esetében a hatásfok =50% (a méretű porszemcsék 50%-a választható le).
A portalanító készülék leválasztási hatásfoka nem egy állandó érték, hanem függ egyrészt a por tulajdonságaitól, másrészt az üzemi körülményektől, így aktuális értékéből nem következtethetünk a por emisszióra. A por emisszió meghatározásához ismernünk kell a tiszta gáz portartalmát, azaz a véggázban levő portartalmat (g/m3 vagy mg/m3) a porleválasztó után, amelyből megállapítható - a véggáz mennyiségének ismeretében - a por emisszió (ennek mértékegysége kg /h vagy t/h).



Próbáljon válaszolni az ellenőrző kérdésekre. Amennyiben nem tud, vagy nem biztos a válaszban olvassa el a leírást, illetve nézze meg újra a kisfilmet.

  • • Milyen típusú szennyezőanyagok fordulhatnak elő a levegőben?
  • • Milyen hatásai vannak a poralakú légszennyező anyagoknak?
  • • Milyen eljárásokat ismer a szilárd halmazállapotú szennyezőanyagoknak levegőből való eltávolítására?
  • • Hogyan működik egy porciklon?
  • • A levegőnek, illetve a ciklonnak mely jellemzői és paraméterei hatnak a porleválasztás hatásfokára?