3. 1 İletim Malını Ayrıcı Sistemler

İletim malı, örneğin geniş kesitli bir siloda depo edilmek üzere iletilecek veya iletim bir üretim prosesinde bir kademeyi oluşturuyor ise bu iki ilkeyi birbirinden ayırmak gerekir.

Birinci durumda Şekil 3.1'de görüldüğü gibi (a) silosunun işlevi, ayırma ve toz gidermektir, (b) İletim borusu aşağı doğru pozisyondaki kıvrımlı dirsek ile silonun tepesinden içeri girer. Siloda, üstte toplanan toz içerikli hava bir bunker filtresinde tozunu bırakır. Bir (d) emme vantilatörü siloda basınç oluşumunu engeller. Filtre sağırlaşınca manometrik basıncın artmasıyla silonun tavanındaki bir (e) klapesi açılır. Böylece silo izin verilmeyen bir basınçtan korunmuş olur. Bundan başka silo gövdesi üzerindeki bir (f) doluluk düzeyi haber vericisi, siloyu aşırı doluma karşı korur. Bu düzende iken emme vantilatörü, iletim durmuş olsa bile silonun kaldıramayacağı herhangi bir negatif basınç üretmez.

Kesintisiz çalışan üretim proseslerinde malın ayrılması öncelikle Şekil 3.2'de görüldüğü gibi gerçekleştirilir. İletim borusu (a) burada teğetsel biçimde (b) ayırıcısına giriş yapar.Helezonlar oluşturarak akan iletim malı bir (c) hücreli çark vericisine ulaşır. Bu esnada hava bir (d) filtresinden geçerek temizlenmiş olur. İletim havası basıncının yaklaşık filtre direnci ile eşdeğer bir düzeye ulaştığında iletim havasının aşağıdan kaçıp gitmemesini sağlamak için bir hücreli çarklı vericiye gerek vardır.

Şekil 3.1 ve Şekil 3.2 de görüldüğü gibi malın ayrışması ancak aşağı çöküşmekte olan tozların hızı, yukarı yükselen hava hızından daha büyük olduğu zaman gerçekleşir. Başka bir durumda, aşağı çöken, işin özelliği hafif tozlar tekrar filtreye taşınarak zamanla filtreyi tıkanık hale getirir.

Şekil 3.1 ve Şekil 3.2'de görülen ayırma işlevinde her iletim malının filtre ortamına giderek onu tıkanma ve yıpratma durumuna getirmesi söz konusu değildir. Ancak ince tozlar filtre ortamına ulaşırken tüm kaba tozlar ayrışır. Burada asıl tehlike ince tozların filtreyi tıkamasıdır. Bu nedenle filtre ortamına mümkün olduğunca az miktarda toz tutunmalı. Ayrışma olgusu ne çok kuvvetli, ne de çok zayıf olmalıdır. Bu düşünce, bazı filtre üreten firmaları, malın filtreye girişini teğetsel değil radyal biçimde gerçekleştirmeye yöneltmiştir.

3.2 Siklonlar

Siklonlar 100 yılı aşkın süreden beri yapılmakta ve 50 yıldan bu yana yeni hesap yöntemleri uygulanmaktadır. Zamanımıza kadar bu alanda çok araştırmalar yapılmıştır..

Ayrıcı siklonlar endüstride en çok kullanılan toz tutma aparatlarıdır. İşletme ve yatırım masrafları açısından en ucuz olan sistemlerden biridir. Genellikle 5 ila 200 (micron) iriliğindeki partiküllerin tutulmasında uygulanır.

İşlevi:

İletim malı siklonda merkezkaç kuvvetinin etkisiyle hava akımından ayrışır. Merkezkaç kuvvet spiral akımla ortaya çıkar. Bir kaptan boşalan her akışkan (fluid) bundan başka bir anafor depresyonu oluşturma eğilimindedir. Potansiyel anafor içerisinde öteki akımları aksine uçuşmakta olan elementler birbirine engel olmazlar. Bu nedenle akışkanın ve iletim malının siklona teğetsel olarak girmesiyle kararlı bir spiral akım meydana gelir.

Şekil 3.3'de bir pnömatik iletim hattının sonundaki siklonun işlevi görülmektedir. Dairesel kesitli (a) iletim borusu dikdörtgen kesitli bir (b) giriş borusuyla eklenerek siklonun silindirik (c) kısmında ağızlanır. Buraya gelen iletim malı, tümüyle spiral yörüngedeki yumakcıklar halinde siklonun konik (d) kısmının çeperinden kayarak (e) çıkış kabına akın eder. Hava (f) dalgıç boru içine spiral bir biçimde akarak buradan dışarı çıkar.

İletim malının (e) çıkış kabı yönünde ayrışmasını destekleyeceği için siklon gövdesinin koni kısmında ikincil bir akımın oluşması gerçekleşmiş olur. Ancak siklonun (g) tepesinin iç yüzeyinde ikincil akımın olumsuz etki yaptığı bildirilmiştir.

Bu konuda yapılan deneyler (1) göstermiştir ki, helezon çekirdeğinin içinde (e) çıkış kabından ayrılan tozun (f) dalgıç boru içinde yukarı çekilmesini önlemek için (e) akış kabının tepe kısmına koni biçimi verilmesi önerilmektedir.

Emme yöntemli tesislerde siklonun dibine yerleştirilen hücreli çarklı vericiden iletim malına karşı ters akım yapan kaçak hava, siklonun ayırıcı niteliğini fena etkiler.

Siklonlarda belirli bir teğetsel hızda merkezkaç kuvveti yarıçapla ters orantılı olarak değiştiğinden , küçük çaplı siklonlar büyük çaplı siklonlara göre yarattıkları merkezkaç kuvveti nedeniyle daha etkilidirler. Öte yandan proje mühendisi için yüksek sıcaklık, yüksek nem ve yapışkan nitelikte iletim malı söz konusu olduğunda yatırım ve işletme masrafları yönünden siklonlu ayırıcılar çok daha ucuz oldukları için endüstride öncelikle tercih edilmektedir.

Hava ve mal karışım oranı (n) 'nün artması ile siklondaki basınç kaybı artmayıp aksine azalacaktır. Çünkü siklona akış yapan havanın (fi) çevre hızı, havanın yığın mal üzerine sürtünmesi nedeniyle düşecektir.

İşlemsel uygulamada gazların temizlenmesinde hizmete konacak siklonlarda genel çalışma koşulları yaklaşık şöyledir;

3.2.1 Siklon Konstrüksiyonunu Etkileyen Faktörler

Siklonlar genel olarak belli bir basınç kaybı dikkate alınarak tasarımlanır. Atmosferik basınçta çalışan normal özellikteki siklonlarda körüğün (vantilatörün) karşılayabileceği basınç kayıpları, siklon gaz giriş hızlarını 6 ila 20 m/s arasında sınırlar. Bu nedenle siklonları genellikle 15 m/s gaz hızlarında çalışacak şekilde tasarımlamak gerekebilir.

Siklon verimini etkileyebilecek başlıca tasarım faktörü siklonun çapıdır. Aynı basınç kaybı altında çalışan daha küçük çaplı bir siklonun verimi daha yüksek olacaktır. Bu böyle olmakla beraber belirli bir miktardaki gazı ayrıştırabilmek için küçük çaplı siklonlardan birden fazlasının paralel olarak uygulanması gerekebilir. Bu biçim uygulamaya multisiklon tertibi de (Bkz. Şekil 3.4) denilmektedir.

Eğer tozun önemli bir miktarında partikül boyutu 15 m'dan küçük ve akımdaki dağılımı geniş bir aralıkta bulunuyorsa siklonlar seri olarak da tertiplenebilir. Böyle olunca iri partiküller geniş çaplı tek bir siklonda ayrıştırılarak yükü azalan gaz bundan sonra ufak çaplı paralel tertipteki multisiklon grubunda işleme tabi tutulur. Siklondan geçen gaz miktarının artması ile verim normal olarak yükselecekse de yumakcıklar oluşturan tozlar yüksek hızlarda tekrar dağılacağından bu durumun tam tersi gaz miktarı arttıkça verim azalabilir.

Siklon gaz çıkış borusunun çapının azaltılması basınç kaybını arttırır. Siklon uzunluğunun gaz giriş borusu boyut oranı hakkında yapımcı firmalar kendi deneyimlerini değerlendirmektedir. Bununla beraber belli bir gaz giriş hızında genişliğin minimumda tutulması gerekir. Siklona gaz girişindeki boğaz uzantı parçasında uzunluk genişlik oranını yüksekçe tutulması da verimi yükseltir. Bundan başka gazın siklon gövdesine girişindeki basınç kayıplarının artmaması için boğaz uzantı parçasının gövdeye tedricen uyacak biçimde yapılanması gereklidir.

Yüksek verimli siklonların çoğunda koni yükseklikleri, siklon çapının 1.6 ila 3 katı kadar öngörülmektedir.

Bir siklon, basınç altında olduğu kadar vakum altında da çalışabilir. Vakum altında çalışan siklonlarda sızdırmazlığın çok iyi sağlanması zorunludur. En ufak bir sızdırmada özellikle ince tozların tutulma verimleri hızla azalır. Basınç altında çalışan siklondaki sızdırma kaçağı, çevre sağlığını ve temizliğini bozacağı için çok dikkat edilmesi gerekir.

Bir siklon, ender olarak bazı hallerde yatay konumda da çalışabilir. Ancak bu durumda toz çıkış hattının tıkanma eğilimi artacak ve böylece siklonun verimi düşecektir.

Siklondan çıkan gaz borusunun tasarım gereği daraltılması istendiğinde, daralma geçişi, siklon çıkışından itibaren yaklaşık 5 çaplık bir mesafeden yapılmalıdır. Bu esnada bir dirsek varsa dirsekten sonra yapılmalıdır.

 

3.2.2 Standard Siklonlar

Şekil 3.5'te bütün boyutları, çap orantısı ile tespit edilen spiral akımlı bir siklonun konstrüksiyonunu gerçekleştirmek mümkün olabilmektedir.

Siklon tasarımında genel anlamda bir standardizasyon henüz mevcut olmamakla beraber, tanınmış büyük firmalar bu alanda kendi deneyimleri doğrultusunda kendi standardlarını geliştirmişlerdir. Bununla birlikte, endüstrinin istek ve koşullarına göre tasarımcı bir mühendis genelde bu standardların dışına çıkabilmektedir.. Malzeme olarak genellikle St.37 veya kaliteli paslanmaz çelik (Argon gazaltı kaynağı uygulayarak) kullanılmaktadır. Endüstrideki uygulamada gerektiğinde iç çeperi seramikle kaplanabilmektedir.

Şekil 3.6a'da küçük gövdeli siklonlardan oluşan bir multisiklon sistemi görülmektedir. Burada (Bkz. Şekil 3.6b) giriş kanatçıkları yardımı ile gaza spiral hareket verilmektedir. Gövdeler 15 ila 25 cm çapında ve dökme demir ve aşınmaya dayanıklı alaşımlı borulardan yapımlanmıştır. Bu tip siklonlar özellikle buhar kazanlarında uçucu külün tutulmasında kullanılmaktadır.

Amerika Birleşik Devletleri'nde endüstri tipi siklon üreten tanınmış bazı firmaların ürettikleri standard, düşük basınç ve spiral akımlı siklonlar Şekil 3.7-Tablo 3.1 ve ayrıca orta boyutlu , spiral tepelikli siklonlar Şekil 3.8-Tablo 3.2'de gösterilmiştir. Her iki tabloda verilmiş olan değerler Amerikan ölçü birimleri ilkesine göre tertiplenmiş olduğundan metrik sisteme çevirmede aşağıdaki karşılık değerlerle çarpılması yeterli olacaktır.

ED-VAN Vantilatör Sanayii Ltd. firmasının standardında halen üretilmekte olan iki ayrı tipteki spiral akımlı orta ve yüksek basınçlı siklonlar (Şekil 3.9-Tablo 3.2), (Şekil 3.10-Tablo 3.3)'te gösterilmiştir.

3.2.5 Siklon Uygulamasında Bazı Kriterler

Pnömatik iletimde çoğu kez iletim malının sürtmesi ile boru çeperinde ince aşıntı olgusu ortaya çıkar. Bundan başka karışım oranı ( m ) yüksektir. Böyle olunca artan hava sürtmesi, akım burgacını azaltacaktır. Sonuçta karışım oranı artınca hava miktarında iniş çıkışlar hasıl olur. Böylece projede siklondan beklenen optimum değerler amacından sapmış olacaktır. Pnömatik tesislerin çoğunda siklonlu toz giderme işlevi çevre sağlığını koruma yönünden yetersiz kalabilmektedir. Bu nedenle pnömatik tesislerin sonuna, siklon yerine bir filtre yerleştirilir.

Pnömatik tesislerin çoğunda siklonlu toz giderme işlevi çevre sağlığını koruma yönünden yetersiz kalabilmektedir. Bu nedenle pnömatik tesislerin sonuna, siklon yerine bir filtre yerleştirilir.

Bir tesiste tozu önce bir siklondan ve ardından da bir filtre ile nihai bir ayrıştırma işlemi gerçekleştirmek anlamsızdır. Bununla beraber siklonun teknik yöntemli proseslerde vazgeçilmez olduğu bir gerçektir.

Sonuç olarak, yüksek sıcaklık ve yüksek nem, yapışkan karakterli iletim malının söz konusu olduğu olağanüstü durumlarda toz ayırıcı olarak, yapımı çok basit olan siklon daima uygun bir sistemdir.

3.2.4 Ayırıcılarda Basınç Kaybı

Bir pnömatik iletim tesisinin sonunda yer alan siklon içinde malın ayrışması sonucu meydana gelen basınç kaybı, iletim hattındaki basınç kaybı ile (örneğin 1000 Pa) karşılaştırıldığında çok azdır.

Ayırıcılarda meydana gelebilecek basınç kaybı aşağıdaki denklemle de bulunabilir:

Pnömatik iletimde, basınç kaybı katsayısı (e) deneysel ilkelerden elde edilen sonuçlara göre şöyledir:

3.3 İnce Tozun Filtreden Süzülmesi

Havanın temiz tutulmasında filtre uygulaması son yıllarda büyük önem kazanmıştır. Aynı olgu, çevrenin korunması dikkate alındığında pnömatik iletim için de geçerlidir. Halen filtre teorisi üzerinde yoğun çalışmalar sürmekle beraber, bugün için toz ayırıcı filtreler doğrudan pratik bilgilere dayanılarak gerçekleştirilmektedir.

Toz ile yüklü hava bir dokuma, yün veya iğneli keçeden geçer (Şekil 3.11). Filtre ortamı henüz temiz iken toz partikülleri filtre ortamının doku aralıklarından geçerek temiz tarafına ulaşır. Öteki partiküller kirli gaz tarafında birikerek esas filtre tabakasını oluşturur. Bu tabaka ince toz partiküllerini alıkoyar. Burada tutunmuş olan tozlar düzenli olarak temizlenecektir.

Filtrelerde toz ayrışımı üç ayrışım olgusu ile gerçekleşmektedir (1):

a) İri taneler doku örgüsü nedeni ile (örneğin 75 ile 150 mikron) alıkonulduğundan %100 oranında elenmiş olur.

b) İnce taneler porlar arasından hava akımını izleyerek doku içinde geçeceğinden ayrışmazlar. Tane çapları büyüdükçe eylemsizlik nedeni ile dokular arasından geçişte, önce buralarda tutunup kalırlar.

c) Çok ince toz taneleri statik elektrikle yüklü doku fazları tarafından kolaylıkla çekilerek orada birikirler.

Yukarıda açıklanan üç ayrı ayrışım olayı, gerek iri ve gerek ince toz tanelerinin yaklaşık %100 oranında ayrışmasını gerçekleştirmiş olur.