ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ: ΑΝΤΙΡΡΥΠΑΝΤΙΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΑΕΡΟΜΕΤΑΦΕΡΟΜΕΝΩΝ ΡΥΠΩΝ (ΑΤΑΡ)

Παρουσίαση με θέμα: "ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ: ΑΝΤΙΡΡΥΠΑΝΤΙΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΑΕΡΟΜΕΤΑΦΕΡΟΜΕΝΩΝ ΡΥΠΩΝ (ΑΤΑΡ)"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ: ΑΝΤΙΡΡΥΠΑΝΤΙΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΑΕΡΟΜΕΤΑΦΕΡΟΜΕΝΩΝ ΡΥΠΩΝ (ΑΤΑΡ)
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ: ΑΝΤΙΡΡΥΠΑΝΤΙΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΑΕΡΟΜΕΤΑΦΕΡΟΜΕΝΩΝ ΡΥΠΩΝ (ΑΤΑΡ) Μ. Γούλα, – Υπεύθυνη Μαθήματος Ν. Χαρισίου, Εργαστηριακός Συνεργάτης

2 Τμήματα & Ώρες Εργαστηρίων
Δευτέρα 14:00 – 16:00 16:00 – 18:00 18:00 – 20:00 Παρακολουθείτε ΜΟΝΟ στα τμήματα τα οποία έχετε εγγραφεί Να έχετε μαζί σας τις Εργαστηριακές Σημειώσεις, Υπολογιστική Αριθμομηχανή, και το βιβλίο των Cooper & Alley, 2004

3 Βιβλιογραφία Έλεγχος αέριας ρύπανσης - Σχεδιασμός αντιρρυπαντικής τεχνολογίας Κωδικός Βιβλίου στον Εύδοξο: 9407 Έκδοση: 3η έκδ./2004 Συγγραφείς: Cooper C. David,Alley F. C. ISBN: Διαθέτης (Εκδότης): ΕΚΔΟΣΕΙΣ Α. ΤΖΙΟΛΑ & ΥΙΟΙ Ο.Ε. Εργαστηριακές Σημειώσεις

4 Αξιολόγηση Ο συνολικός βαθμός του εργαστηρίου προκύπτει από:
Ο συνολικός βαθμός του εργαστηρίου προκύπτει από: 50% του βαθμού των Πρόχειρων Διαγωνισμάτων (10) και 50% του βαθμού της Τελικής Εξέτασης

5 Στόχοι Στην καριέρα σας είναι πιθανό να αντιμετωπίσετε προβλήματα ελέγχου αέριας ρύπανσης Αντιμετωπίστε τα προβλήματα αυτά από βιομηχανική σκοπιά Πως λειτουργούν οι συσκευές ελέγχου αέριας ρύπανσης? Εάν δεν λειτουργούν σωστά, πως θα διορθώσετε το πρόβλημα? Πως μπορεί ο σχεδιασμός των τεχνολογιών αυτών να ανταποκριθεί σε αλλαγές στις συνθήκες λειτουργίας ή στο νομοθετικό πλαίσιο?

6 Περιεχόμενο Μαθήματος
1. Βασικές Έννοιες 2. Αιωρούμενα Σωματίδια 4. Κυκλώνες Διαχωρισμού 5. Σακόφιλτρα 6. Πλυντρίδες Σωματιδίων 7. Ηλεκτροστατικά Φίλτρα Αντιρρυπαντική Τεχνολογία Αερομεταφερόμενων Ρύπων

7 Τι θα βρω στο e-class? - Αφορά και τη Θεωρία και το Εργαστήριο Εγγραφή μέχρι και τις 26/10/2015. Παρουσιάσεις & Ασκήσεις κατανόησης Τους στόχους, περιγραφή, περιεχόμενο, βιβλιογραφία και αξιολόγηση του μαθήματος και στοιχεία επικοινωνίας των διδασκόντων Το χρονοδιάγραμμα παράδοσης των μαθημάτων Παλαιότερα θέματα (& λύσεις) Ανακοινώσεις & κάθε άλλη σχετική με το μάθημα πληροφορία

8 Επικοινωνία Τηλ: 24610 – 68021(Δευτέρα – Παρασκευή 9:00 – 17:00)
Τηλ: – (Δευτέρα – Παρασκευή 9:00 – 17:00) Προσωπική Συνάντηση (Ώρες Επικοινωνίας): Τετάρτη & Πέμπτη17:00 – 19:00 (Εργ. Ε5)

9 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟ ΜΑΘΗΜΑ 1 Βασικές Έννοιες

10 Μεταφορά, Διασπορά Απομάκρυνση Τοποθέτησε ΑΤΑΡ εδώ Πηγή Έκθεση
ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ Α.Ε. Απομάκρυνση Τοποθέτησε ΑΤΑΡ εδώ Πηγή Έκθεση Μεταφορά

11 Τα Αιωρούμενα Σωματίδια μικρής διαμέτρου έχουν σχετιστεί με τη θνησιμότητα
London Fog Donora, PA Chimney sweeps

12 Τι θα κάνουμε στο Εργαστήριο σήμερα?
Σύντομη αναφορά σε βασικές έννοιες Μετατροπές μονάδων Θερμοκρασία αερίων Πίεση αερίων Κανονικές συνθήκες Καταστατική εξίσωση των αερίων Ιξώδες Απόδοση συλλογής

13 Μετατροπές μονάδων Η μετατροπή μονάδων από ένα σύστημα σε κάποιο άλλο μπορεί να επιτευχθεί εύκολα με χρήση των κατάλληλων συντελεστών μετατροπής. Οι συντελεστές αυτοί προκύπτουν από απλές εξισώσεις και σχετίζουν αριθμητικά τις δύο μονάδες. Για παράδειγμα, από τη σχέση:  12 inches (in) = 1 foot (ft) προκύπτει ο ακόλουθος συντελεστής μετατροπής:

14 Παράδειγμα 1-1 Από καμινάδα εκπέμπονται 1000 tn/day CO2. Υπολογίστε την παροχή σε lb/s. (Σημείωση: 1 tn = 2205 lb) Σημείωση: 25.52 20,000

15 Θερμοκρασία αερίων Οι δύο συνηθέστερες κλίμακες θερμοκρασίας είναι οι βαθμοί Celsius (ή αλλιώς Centigrade) και οι βαθμοί Fahrenheit. Οι βαθμοί Celsius βασίζονται στα σημεία βρασμού και τήξης του νερού σε πίεση μίας ατμόσφαιράς (100 οC και 0 οC αντίστοιχα). Στους βαθμούς Fahrenheit, οι θερμοκρασίες αυτές αντιστοιχούν σε 212 και 32 oF αντίστοιχα. Οι παρακάτω εξισώσεις μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μετατροπή από την μία κλίμακα στην άλλη.

16 Απόλυτη θερμοκρασία Κάθε θερμοκρασία που έχει ως αρχή μέτρησης το απόλυτο μηδέν της όποιας κλίμακας (Celsius ή Fahrenheit) χαρακτηρίζεται απόλυτη θερμοκρασία. Οι κλίμακες της απόλυτης θερμοκρασίας είναι οι κλίμακες Kelvin και Rankine (μία απόλυτη κλίμακα δεν επιτρέπει αρνητικές τιμές). Το απόλυτο μηδέν ορίζεται ως -273 oC (Kelvin) ή -460 oF (Rankine). Θεωρητικά, σε αυτή τη θερμοκρασία ο όγκος ενός αερίου θα είναι ίσος με το μηδέν. Οι παρακάτω εξισώσεις δείχνουν αυτές τις σχέσεις:

17 «Κανονική» θερμοκρασία
«Κανονική» θερμοκρασία είναι η θερμοκρασία σε Κανονικές Συνθήκες (ΚΣ). Στο βιβλίο της θεωρίας και στο εργαστήριο η «κανονική» θερμοκρασία που υιοθετείται είναι 25 οC.

18 Παράδειγμα 1-2 Η θερμοκρασία αερίου ρεύματος στην είσοδο μιας πλυντρίδας Venturi είναι 130 oF. Να υπολογίσετε την απόλυτη θερμοκρασία σε Rankine και σε Kelvin.

19 Πίεση αερίων (I) Ως πίεση χαρακτηρίζεται η δύναμη που ασκείται στη μονάδα της επιφάνειας ενός υλικού. Οι μετρήσεις πίεσης μπορούν να εκφραστούν με διαφορετικές μεθόδους. Για παράδειγμα: Βάση της δύναμης που ασκείται σε μια επιφάνεια (π.χ. Κιλά ανά τετραγωνικό εκατοστό, Kg/cm2 ή λίβρα ανά τετραγωνική ίντσα, pounds per square inch, psi). Βάση του ύψους ενός υγρού (π.χ. ίντσες νερού, in H2O ή χιλιοστά υδραργύρου, mm Hg).

20 Πίεση αερίων (IΙ) όπου, P = Απόλυτη πίεση, Pa
Pa = Βαρομετρική ή ατμοσφαιρική πίεση, psia Pg = Πιεζομετρική ή στατική πίεση (Gauge pressure) psig

21 Απόλυτη πίεση Η κλίμακα της απόλυτης πίεσης έχει την ίδια έννοια με την κλίμακα της απόλυτης θερμοκρασίας, δηλαδή πίεση 0 psia είναι η θεωρητικά χαμηλότερη δυνατή πίεση, το απόλυτο κενό.

22 Βαρομετρική (ατμοσφαιρική) πίεση
Ως «κανονική» βαρομετρική πίεση ορίζεται η μέση ατμοσφαιρική πίεση στο επίπεδο της θάλασσας σε βόρειο γεωγραφικό πλάτος 45ο και στους 32 oF και αντιστοιχεί σε πίεση 1 atm ( psi και mm Hg).

23 Πιεζομετρική πίεση Οι μετρήσεις πίεσης με χρήση πιεζόμετρου καταγράφουν τη διαφορά πίεσης (χαμηλότερη ή μικρότερη) στην ατμόσφαιρα γύρω από το πιεζόμετρο. Η πιεζομετρική πίεση είναι η πίεση που καταγράφει η συσκευή. Σχετική πίεση Πίεση μεγαλύτερη της βαρομετρικής Βαρομετρική πίεση Πίεση μικρότερη της βαρομετρικής Σχετική πίεση Μηδενική πίεση

24 «Κανονική» πίεση (I) «Κανονική» πίεση είναι η πίεση σε Κανονικές Συνθήκες (ΚΣ). Στο βιβλίο της θεωρίας και στο εργαστήριο η «κανονική» πίεση που υιοθετείται είναι 1atm.

25 «Κανονική» πίεση (II) Μονάδες Σύμβολο Τιμή Ατμόσφαιρα (atmosphere) atm
1 Λίβρες ανά τετραγωνική ίντσα (pounds force per square inch) psi 14.70 Ίντσες υδραργύρου (inches of mercury) in Hg 29.92 Χιλιοστά υδραργύρου (millimeters of mercury) mm Hg 760 Πόδια στήλης ύδατος (feet of water column) ft in H2O 33.92 Ίντσες στήλης ύδατος (inches of water column) in H2O 407 Κιλοπασκάλ (kilopascals) kPa 101.3 milibars mb 1013

26 Παράδειγμα 1-3 Στην είσοδο συσκευής ελέγχου αέριας ρύπανσης η στατική πίεση βρέθηκε να είναι -25 in H2O. Να υπολογίσετε την απόλυτη στατική πίεση στην είσοδο της συσκευής αν η βαρομετρική πίεση είναι in Hg (407 in H2O = in Hg) . Μετατρέψτε της μονάδες βαρομετρικής πίεσης σε in H2O: Προσθέστε την βαρομετρική και την πιεζομετρική (στατική) πίεση:

27 Κανονικές Συνθήκες (Κ.Σ.) Αερίων Ρευμάτων (I)
Οι ΚΣ είναι απαραίτητες προκειμένου να μπορέσουμε να συγκρίνουμε τις ογκομετρικές ιδιότητες διαφόρων αερίων. Qv (m3/min) T1 = 285 oC P =1 atm V1 Qv (m3/min) T2 = 350 oC P=1 atm V2 V < V2

28 Καταστατική εξίσωση των αερίων
Η καταστατική εξίσωση των αερίων: όπου, P = απόλυτη πίεση V = όγκος του αερίου n = αριθμός γραμμομορίων R = η σταθερά του νόμου των ιδανικών αερίων T = η απόλυτη θερμοκρασία

29 Γραμμομοριακός όγκος - Παράδειγμα 1-5
Να υπολογίσετε τον γραμμομοριακό όγκο ιδανικού αερίου στους 200 oF και 1 atm.

30 Νόμος Boyle - Mariotte Ο όγκος συγκεκριμένης ποσότητας αερίου είναι αντιστρόφως ανάλογος της πίεσης, όταν η θερμοκρασία είναι σταθερή.

31 Νόμος Charles Ο όγκος αερίου σε σταθερή πίεση είναι ανάλογος της απόλυτης θερμοκρασίας.

32 Συνδυασμένος νόμος (Boyle & Charles)

33 Παράδειγμα 1-6 Από καμινάδα εκπέμπονται 8640 scfm σε θερμοκρασία 320 oF και στατική πίεση -10 in H20. Η βαρομετρική πίεση είναι in Hg. Αν η καμινάδα έχει διαστάσεις 3 ft x 4 ft, να υπολογίσετε την ταχύτητα εξαγωγής του αερίου ρεύματος. Μετατρέψτε την στατική πίεση σε απόλυτη πίεση: Μετατρέψτε τη θερμοκρασία του αερίου σε απόλυτη θερμοκρασία:

34 Παράδειγμα 1-6 (συνέχεια …)
Μετατρέψτε την παροχή στην έξοδο της καμινάδας σε πραγματικές συνθήκες (actual conditions, ΠΣ): Υπολογίστε την ταχύτητα:

35 Δείτε επίσης … Μετατροπή ppm σε mg/ m3 – Παράδειγμα Εργαστηριακών Σημειώσεων σελ. 15 Πυκνότητα αερίου – παράδειγμα 1.9 (Cooper & Alley) Ιξώδες

36 Διαφάνεια εσκεμμένα κενή

37 Απόδοση συλλογής μιας συσκευής
ΔP Είσοδος Qin, Cin Έξοδος Qout, Cout Συσκευή Αντιρρύπανσης Κλασματική Διείσδυση Ptd = 1 - η Συλλεχθείσα Ποσότητα, η Μία συσκευή ελέγχου αέριας ρύπανσης θα επεξεργαστεί συνολική ογκομετρική παροχή (Q, m3/s), και φόρτιση/ συγκέντρωση σωματιδιων (C, g/s). Θα χαρακτηρίζεται από απόδοση συλλογής (η) και πτώση πίεσης (ΔP)

38 Παράδειγμα Ι-7 Να υπολογίσετε την απόδοση συλλογής που απαιτείται για μια πλυντρίδα απομάκρυνσης φθορίου σε ένα εργοστάσιο παραγωγής φωσφορικού οξέως προκειμένου να επιτευχθεί το όριο εκπομπής των 80 mg/Nm3 που θέτει η νομοθεσία. Υποθέστε ότι η μη ελεγχόμενες εκπομπές είναι 415 mg/Nm3

39 Συνολική απόδοση συλλογής
Μέγεθος σωματιδίων, μm Ποσοστό μάζας (mj) Απόδοση συλλογής (ηj) Ποσοστό που συλλέχθηκε (ηj x mj) 4 3.0 0.2721 0.82 10 10.0 0.8208 8.21 20 30.0 0.9546 28.64 40 40.0 0.9883 39.53 80 15.0 0.9970 14.96 100 2.0 0.9983 100.0 ηο = % Η συνολική απόδοση συλλογής εξαρτάται από: Το ποσοστό μάζας των σωματιδίων Την απόδοση συλλογής (για κάθε χαρακτηριστική διάμετρο σωματιδίων)

40 Απόδοση συλλογής συσκευών σε σειρά
Αν δεν επαρκεί ένα σύστημα ελέγχου μπορεί να γίνει χρήση περισσοτέρων συσκευών τοποθετημένα σε σειρά Qin Cin ΔP1 ΔP2 Qout Cout 1η Συσκευή Αντιρρύπανσης 2η Συσκευή Αντιρρύπανσης Pt 2= 1 – η2 Pt 1 = 1 – η1 η1 η2 ηολ = (1 – η1) (1-η2) Η απόδοση συλλογής των συσκευών θα διαφέρει, συνήθως η1 > η2 (και αυτό συνεχίζεται αν υπάρχουν περισσότερες συσκευές σε σειρά). Ο λόγος είναι ότι τα μεγαλύτερα σε διάμετρο σωματίδια (ευκολότερα στην απομάκρυνση) συλλέγονται από την πρώτη συσκευή. Μειονέκτημα αυτής της διάταξης αποτελεί η αυξημένη ΔP (άθροισμα), και η συνεπαγόμενη αύξηση στο λειτουργικό κόστος.

41 Απόδοση συλλογής συσκευών εν παραλλήλω
Αν πρέπει να μειωθεί η ΔP, τότε το εισερχόμενο αέριο ρεύμα μπορεί να χωριστεί σε παράλληλα ρεύματα ΔP Qin/2, Cin/2 2η Συσκευή Αντιρρύπανσης Είσοδος Έξοδος Qout, Cout 1η Συσκευή Αντιρρύπανσης η1 η2 Η απόδοση μπορεί να αυξηθεί με τη μείωση της ογκομετρικής παροχής που διέρχεται από τις συσκευές (ισχύει για τις περισσότερες τεχνολογίες συλλογής εκτός από τους κυκλώνες

42 Εν συντομία … Σημερινή διδακτέα ύλη:
Εργαστηριακές Σημειώσεις: σελ. 1-17 Cooper & Alley: σελ 53 – 93 Την Δευτέρα (19/10) θα γράψετε το 1ο Πρόχειρο Διαγώνισμα του εργαστηρίου

43 Σελίδα εσκεμμένα κενή

44 Μοριακό βάρος - Παράδειγμα 1-4
Να υπολογίσετε ΜΒ του νιτροβενζολίου C6H5O2N; [Ατομικά βάρη: C = 12, H = 1, O = 16, N = 14]. Το ΜΒ του νιτροβενζολίου είναι:

45 Γραμμομόριο Γραμμομόριο (g mole) ενός στοιχείου ή μιας ένωσης είναι η ποσότητα σε γραμμάρια όσο το μοριακό του βάρος. 1 g mole περιέχει 6,023x1023 μόρια (Αριθμός Avogandro). Ο αριθμός Avogadro αντικατοπτρίζει τον αριθμό των μορίων ή των ατόμων ενός αερίου που υπάρχουν σε 22.4 lt (σε θερμοκρασία 0 oC και πίεση 1 atm).

46 Σελίδα εσκεμμένα κενή

47 Τιμές R – πίνακας 1.5 Cooper & Alley
Μονάδες (πίεση-όγκος) / (περιεχόμενο – θερμοκρασία) atm-L / gmol-K 82.06 62.36 1.314 998.9 0.7302 21.85 555.0 10.73 1545.0 8.314

48 Σελίδα εσκεμμένα κενή

49 Κανονικές Συνθήκες (Κ.Σ.) Αερίων Ρευμάτων (II)
Δεν υπάρχουν διεθνώς συμφωνημένες ΚΣ (standard conditions). Στο μάθημα (Θεωρία & Εργαστήριο) υιοθετούνται αυτές τις EPA. Χρήστες Θερμοκρασία Πίεση Βιομηχανία φυσικού αερίου 0 oC 1 atm USEPA 25 oC 1atm Διεθνείς Επιστημονικές 15.5 oC