Sıkıştırılmış Hava Kurutma için Adsorban Çözümleri

SIKIŞTIRILMIŞ HAVA KURUTMA İÇİN ADSORBAN ÇÖZÜMLERİ

YASİn KARAMEHMETOĞLU kimyager damla nem kimya a.ş.

dünya genelinden neredeyse bütün endüstri alanlarında ve üretim sahalarında basınçlı hava; çalışma havası, proses hava şartlandırma, cihaz havası ve taşıma havası şeklinde kullanılmaktadır. yüksek kalite standartları ve gelişen teknolojiler doğrultusunda basınçlı hava kullanımı sürekli gelişmekte ve yaygınlaşmaktadır.

Neden kurutma?

Sıkıştırılmış hava endüstride elektrikten sonra en çok kullanılan enerji kaynaklarından biridir. Dünya genelinden neredeyse bütün endüstri alanlarında ve üretim sahalarında basınçlı hava; çalışma havası, proses hava şartlandırma, cihaz havası ve taşıma havası şeklinde kullanılmaktadır. Yüksek kalite standartları ve gelişen teknolojiler doğrultusunda basınçlı hava kullanımı sürekli gelişmekte ve yaygınlaşmaktadır. Tüm dünyada sıkıştırılmış hava; uzay ve havacılık, otomotiv, demir-çelik, boya, gıda, tekstil, ilaç, elektronik, kimya, petrokimya ve rafineri sanayilerinde proses kontrol, oksidasyon, azot ve medikal hava üretimi, boya ve toz kaplama, işlemci ve donanım üretimi pnömatik, paketleme, şişeleme, soğutma ve nakil işlemlerinde sıklıkla kullanılmaktadır [1].

Kompresör uygulamalarında basınçlandırılan hava belli bir miktar suyu basınçlı hava hattına bırakır. Bu suyun borularda ve diğer ekipmanlarda birikip aksaklıklara sebep olmasını önlemek için kurutulması gereklidir. Basınçlı havadaki su içeriğini belirmek için “basınç altında çiğlenme noktası (pressure dew point)” terimine kompresör ve kurutucu sistemlerde sıklıkla karşılaşılmaktadır. İlk yatırım ve işletme maliyeti dikkate alındığında çiğlenme noktasının daha düşük olduğu sistemler daha yüksek maliyetlere sebep olmaktadır [2]. Bir diğer deyişle; sistem ne kadar düşük çiğlenme noktasında çalışması istenirse o kadar yatırım ve enerji maliyeti demektir. Genel kanının aksine, endüstrilerde kullanılan sıkıştırılmış hava uygulamalarının %60'ı için -25 C çiğlenme noktası yeterli gelmektedir.

Uygulamalar: Adsorpsiyonlu Hava Kurutma

Günümüzde adsorpsiyonlu kurutucular sıkıştırılmış hava ve enerji kaynaklarının bir parçasıdır. Doğru rejenerasyon prosesine ek olarak adsorban, her adsorpsiyonlu kurutucunun en temel bileşenlerinden biri olmakla birlikte sadece fiziksel adsorpsiyon işleminden değil aynı zamanda sistem verimliliğinden de sorumludur.

Basınç altında çiğ nok. C H2O g/ m3

Sınıf 5 +7 C 7,8 Soğutmalı

Sınıf 4 +3 C 6,0 kurutma

Sınıf 3 -20 C 0,88 Adsorpsiyonlu

Sınıf 2 -40 C 0,11 kurutma

Sınıf 1 -70 C 0,003 Tablo 1: ISO 8573-1: 2010'daki basınç altında çiğlenme noktasına göre kurutma sınıflandırmaları [3]

ISO 8573-1 uluslararası standardında belirtilen tabloda sınıflar her 1 m3 havada taşınan suya ve basınç altındaki çiğlenme noktasına göre belirlenmiştir. Bu tablodaki 5. ve 4. Sınıf daha çok

8

soğutmalı kurutma sistemlerini temsil eder. 3,2 ve 1. Sınıflar ise adsorpsiyonlu kurutucu sistemleri belirtir. 3. Sınıftaki kurutucular daha çok boyahane ekipmanları, yüzey işleme prosesleri ve otomotiv sektöründeki çalışma havası uygulamalarını temsil eder. 2. Sınıf ise cihaz havası, medikal ve kimya endüstrisinde sıklıkla kullanılmaktadır. -70 C çiğlenme noktası ve daha düşük sıcaklıklar ise yarı iletken üretimi, düşük toleranslı kimyasal prosesler gibi özel uygulamalara sahip son kullanıcıları temsil etmektedir.

Adsorpsiyonlu kurutma sistemlerinde kullanılın desikantlar kurutucu sınıflarına dolayısıyla da basınç altındaki çiğlenme noktasın göre değişiklik göstermektedirler. Endüstride sıklıkla çeşitli boyut ve miktarlarda aktif alüminalar, silikajeller ve moleküler elekler ( moleküler sieve) kullanılmaktadır. Pürüzsüz küresel tanecik yapıdaki aktif alüminalar yüksek adsorpsiyon kapasitesiyle sıvı ve gazların kurutulması sağlar. Her molekülü belirli miktarda adsorbe eden aktif alümina tanecikleri, daha çok yüksek polariteye sahip moleküllerin tutulmasında etkilidir. Moleküler elekler ise muntazam gözenekli yapısıyla sentetik kristalize alümina silikat olup, birçok özel uygulamada yaygın kullanılan bir absorbandır. Düşük kısmi basınçta ve -100 C dereceye kadarki çiğlenme (yoğuşma) noktasında yüksek su tutma kapasitesine sahiptir.

Önceliği sıkıştırılmış hava kurutmak olan silikajeller sert küresel tanecikler/ boncuklar halinde bulunur. Bu tanecikler yüksek su tutma kapasitesine ve kırılma/ aşınma direncine sahiptir. Ortalamanın üzerinde kurutma kapasitesine sahip bu ürün, düşük nem bırakma sıcaklığıyla uzun kullanım ömrüne ve yüksek mekanik mukavemete sahiptir. Basınçlı hava kurutucu üreticileri enerji tasarrufu gereken sistemlerde ilk dolum için öncelikli olarak özel silikajeller tercih ediyorlar.

Oldukça aktif olan standart silikajeller, evrensel olarak kullanılan rejenere durumdaki adsorban su damlalarına karşı hassastır. Bu sebeple % 15-20 suya dayanıklı silikajeller korucu katman olarak kullanılarak ana tabakayı yoğunlaşan su damlacıklarına karşı korunur.

Sıvılara karşı direnci zayıf ×

Şekil 1: Silikajel R % 100 su direncine sahip tek adsorban olan bu ürün genellikle korucucu tabaka olarak Silikajel R ile kullanılır. Bu ürün rejenerasyonun nemli gaz ile yapıldığı uygulamalarda kullanmak içi idealdir.

Sıvılara karşı dirençli √

Şekil 2: Silikajel WS

Silikajel R her ne kadar Silikajel WS kadar sıvılara karşı dirençli olmasa da miktarı ne kadar fazla olursa neme karşı direnci de doğru orantılı olarak artıyor, fakat rejenerasyon kısmında suya karşı olan zaafı devam ediyor.

Tablo 2 : Basınçlı hava sistemlerinde kullanılan desikantların genel özellik tablosu [4]

Neden Silikajel Kullanmalıyız?

n Yüksek İşletme Emniyeti n Yüksek aşınma direnci ve dökme yoğunluğu n Yüksek kalite ve sabit çiğlenme noktalarıyla uzun ömür n 40 yıldan uzun zamandır süregelen Silikajelin ısı rejenerasyonlu hava kurutucular tecrübesi n REACH- KKIDIK uyumlu Silikajel ile İyileştirme n Silikajeller, sıkıştırılabilir hava kurutucularda kullanılan diğer desikantlarla değiştirilebilir.

PSA (Pressure Swing Adsorption) methoduyla çalışan hava kurutucular soğuk ve ısı aktif rejenerasyonlu olmak üzere ikiye ayrılır. Kurutulan havanın bir kısmının rejenerasyon havası olarak kullanılan ısıtmasız sistemlerde % 15-20 hava kaybı oluşur. İşletme maliyeti (enerji kaybı) yüksek olan bu sistemler ekonomik değillerdir. Isıtmalı sistemlerden sıkıştırma ısılı kurutucularda nem tutucu kimyasallara kompresörün mevcut ısısı

kullanılarak rejenerasyon yaptırılır. Genellikle yağsız çalışan sistemlerde uygulanan bu metotla basınç altında çiğlenme noktası -20 C sağlanabilir. Harici ısıtıcı kullanılan sistemlerde ise tahliye havası harici bir elektrikli ısıtıcı, buhar veya diğer bir ortam ile ısıtılıp rejenerasyon bu şekilde sağlanır. Farklı versiyonlardaki modern tahliyesiz sistemler ( zero-purge) düşük rejenerasyon sıcaklıklarındaki ( 120 ile 150 C arası) basınç altında çiğlenme noktasına bağlı olarak sıkıştırılmış hava (tahliye havası) kullanımına ihtiyaç duymazlar [1,2,4].

Tablo 3: Rejenerasyon çeşitlerine göre desikant seçim tablosu [4]

Silikajel avantajı: Enerji tasarrufu

Sıkıştırılmış hava ünitelerinin verimi adsopsiyon kapasitesi, rejenerasyon ve desikant ömründen oldukça etkilenmektedir. Adsorbanın düşük rejenerasyon sıcaklığına sahip ve uzun ömürlü olması daha verimli bir kurutucu elde etmenizi sağlar.

Silikajel – Yüksek verimlilik

Yüksek adsorpsiyon kapasitesine ve enerji sarfiyatını destekleyen rejenerasyon şartlarına sahip oluşu düşük basınç altında çiğlenme noktalarına ulaşmasını sağlar. Silikajeller, düşük enerjili ısı rejenerasyonlu sistemlerde ilk tercih olarak kullanılır, bu sebeple en ekonomik ve çevre dostu adsorbandır.

Şekil 3 de görüldüğü gibi, standart desikantlar kıyasla Silikajel kullanmak kurutucunun enerji sarfiyatını önemli ölçüde azaltır. Bu enerji tasarrufu da dolayısıyla ekonomik tasarrufu beraberinde getirir (Şekil 4). Silikajeller sadece toplam mülk maliyetinin %1,6’sını temsil etmekte, bununla birlikte toplam maliyetten %23 kadar bir tasarruf sağlamaktadır.

Şekil 3: Silikajelin enerji tasarrufuna etkileri [4] Şekil 4: Sıkıştırılmış hava kurutuşunun toplama maliyet harcamaları [4]

Silikajeller ortalama üzerinden 10 yıla kadar vaat ettiği kullanım ömrüyle neredeyse bütün endüstri alanlarında farklı basınç çiğlenme noktalarında kullanılmaktadır (Şekil 5).

Şekil 5: Silikajel ve aktif alüminanın tasarruf karşılaştırması [4]

Sıkıştırılmış hava üniteleri kullanıcıları Silikajellerin’ın uzun ömrünü ve yüksek verimliliğini takdir ederken, sıralanan şu özelliklerin kombinasyonu öne çıkmaktadır: n Geniş özgül yüzey alanı ve gözenek yapısı sayesinde yüksek adsorpsiyon kapasitesi n Düşük basınç çiğlenme noktalarını sağlayan düşük rejenerasyon sıcaklığı ve nemli havalarda sağladığı iyi rejenerasyon kapasitesi n Aşınma mukavemeti ve düşük basınç düşümleri n İyi mekanik ve termal kararlılığı ve yüksek kimyasal direnci n Uzun ömürlü ve düşük bakım gereksinimi n Uzun yıllardır sahip olduğu ısı rejenerasyonlu kurutucu deneyimi sayesinde bilinen güvenilirliği.

Referanslar

Eras, J. J., Gutiérrez, A. S., Santos, V. S., & Ulloa, M. J. (2020). Energy management of compressed air systems. Assessing the production and use of compressed air in industry. Energy, 213, 118662. doi:10.1016/j.energy.2020.118662

Ertaş, E. (2006). Basınçlı Hava Kurutucular: Genel Tanıtım. Tesisat Mühendisliği Dergisi, (91), 16-32.

ISO 8573-1:2010(en), Compressed air — Part 1: Contaminants and purity classes

BASF. (2018). Adsorbents Solutions for Compressed Air Drying [Brochure]. Author. Retrieved from https://catalysts. basf.com/files/literature-library/BASF_Solutions_for_ compressed_air_drying_Brochure.pdf