Nassbearbeitung: Steuerung der Luftqualität durch effektive Rauchabscheidung

Von Nick Welter, Bezirksleiter Donaldson Torit

Die Nebelabscheidung ist ein Schlüsselelement für die Kontrolle der Luftqualität in der metallverarbeitenden Industrie. Nassbearbeitungsprozesse können Nebeltröpfchen oder Flüssigrauch erzeugen, der aus Umwelt-, Gesundheits- und Sicherheitsgründen gesammelt werden muss. Flüssigrauch ist das Nebenprodukt der Nassbearbeitung, welches am schwierigsten aufzufangen ist. In diesem Artikel werden Rauch und Methoden zur Abscheidung untersucht.

Definition von Rauch

Als "Rauch" wird normalerweise die dunkle Wolke verstanden, die von einem Lagerfeuer, einer brennenden Zigarette oder von schmelzendem Metall erzeugt wird. Typischerweise ist die Rauchart bei der Nassbearbeitung sehr unterschiedlich. Für die Zwecke dieses Artikels wird Rauch definiert als ein Flüssigkeitstropfen, der von einem gasförmigen in einen flüssigen Zustand kondensiert und typischerweise eine Größe von 0,7 bis 1,0 Mikrometern aufweist; ein thermisch erzeugter Nebel; oder ein öliger Rauch.

Dieser Flüssigrauch wird durch Prozesse erzeugt, die Flüssigkeiten unter hohem Druck erhitzen und/oder komprimieren und die dann Dampf erzeugen können, der in eine Wolke zurückkondensieren kann. Flüssigrauch findet sich typischerweise in Metallbearbeitungsanwendungen wie: Kaltstauchen, Bearbeiten von Hartmetalllegierungen mit reinen Ölkühlmitteln, Schmierölreservoirs an großen Generatoren, Wärmebehandlung und/oder plastische Umformung.   

Auffangen von Rauch

Um Flüssigrauch richtig aufzufangen, müssen Sie den grundlegenden Unterschied zwischen Rauch und Nebel verstehen. Nebel bestehen im Allgemeinen aus Flüssigkeitströpfchen mit einer Größe von bis zu 20 Mikrometern. (Als Vergleich: Ein menschliches Haar misst etwa 40 Mikrometer im Durchmesser.) Nebel werden mit ölbasierten und wasserlöslichen Schmiermitteln oder Kühlmitteln erzeugt, und je mehr Wärme und/oder Druck auf diese Kühlmittel entweder vom Förderkopf oder vom Bearbeitungsprozess ausgeübt wird, desto kleiner werden die erzeugten Nebeltröpfchen. Wenn genügend Wärme oder Druck auf das Kühlmittel ausgeübt wird, sind die Tröpfchen so klein, dass ein Flüssigrauch erzeugt werden kann. Flüssigrauch ist mit 0,7 Mikrometern fast 30-mal kleiner als ein durchschnittliches Nebeltröpfchen. Wie man sich vorstellen kann, erfordert das Auffangen dieses extrem kleinen Tröpfchens einen sehr effizienten Nebelabscheider.

Während Flüssigrauch leicht abgefangen werden kann, ist es im Allgemeinen besser, zunächst die Menge an Rauch zu begrenzen, die in Ihrem Prozess erzeugt wird. Die erste Möglichkeit, die Rauchmenge in einem Prozess zu begrenzen, besteht darin, den Prozess zu kühlen. Wie zuvor erwähnt, wird Flüssigrauch häufig durch Wärme erzeugt, sodass, wenn der Prozess vor dem Nebelabscheider gekühlt wird, der Rauch zurück in eine Flüssigkeit kondensieren kann. Dies kann erreicht werden, indem kühlere Luft in den Prozessluftstrom gezogen wird. Es wird empfohlen, die Luft mindestens fünfzehn Fuß vor dem Abscheider auf weniger als 105 °F abzukühlen. Dies stellt sicher, dass der Rauch nach dem Nebelabscheider nicht kondensiert, was ansonsten den Anschein einer schlechten Effizienz erwecken könnte.

Die Verlangsamung der Luftgeschwindigkeit in einem System von Rohrleitungen kann auch dazu führen, dass sich der Rauch vor den Abscheidern stärker verdichtet, mit Geschwindigkeiten von 2500 Fuß pro Minute, was oft ausreichend Zeit für eine vollständigere Kondensation zulässt. Wenn die Rohrleitungsgeschwindigkeit weiter verlangsamt wird, kann dies eine Herausforderung darstellen, da sich Nebel sammeln und in der Rohrleitung ansammeln kann, wenn die Geschwindigkeit zu stark reduziert wird. Eine allgemeine Praxis ist es, immer eine leichte Steigung in den Rohrleitungen zuzulassen, um das Ansammeln von Nebel in Rohrleitungen zu minimieren.

Wenn Rauch noch immer eine Rohrleitung entlüftet, selbst wenn die obigen Modifikationen vorhanden sind, kann eine konzentrierte Anstrengung bei der Endfiltration die beste Strategie sein. Betrachten Sie die generelle Rauchmenge, die ausgegeben wird, um Ihre Strategie zu bestimmen. Wenn die erzeugte Rauchmenge beträchtlich ist, kann ein mehrstufiger Nebelabscheider die beste Option für Sie sein. Für geringere Mengen von Rauch besteht eine typische Strategie jedoch darin, einfach einen Nachfilter nach dem Primärfilter bereitzustellen.

Nachfilter

In Nassbearbeitungsanwendungen werden üblicherweise zwei Arten von Nachfiltern verwendet: HEPA oder 95-%-DOP-Filter. HEPA-Filter bieten definitionsgemäß eine Effizienz von 99,97 % bei Materialien mit einer Größe von 0,3 Mikrometern. Ein Nachteil bei der Verwendung eines HEPA-Filters ist eine begrenzte Filtrationsaufnahmekapazität. Ein 95-%-DOP-Filter kann die fünffache Lebensdauer eines HEPA-Filters erreichen, bietet jedoch nur einen Wirkungsgrad von 95 % bei Material mit einer Größe von 0,3 Mikrometern. Die Erfahrung hat gezeigt, dass 95-%-DOP-Filter oft ausreichend sind, da der Großteil des öligen Rauchs durchschnittlich 0,7 Mikrometer groß ist. Ein 95-%-DOP-Filter kann bei 0,7 Mikrometern 98 % bis 99 % effizient sein. Diese Effizienz kann dazu führen, dass die Luftqualität von einem Nebelabscheider bundesstaatliche, staatliche oder lokale Normen erfüllt. Schließlich kostet ein 95-%-DOP-Filter trotz seiner typischerweise längeren Lebensdauer in der Regel ungefähr so ​​viel wie ein HEPA-Filter. Diese Eigenschaften erklären die eindeutigen Vorteile von 95-%-DOP-Filtern und warum sie sich in den letzten Jahren durchgesetzt haben.

Wenn ein Nassbearbeitungsprozess eine signifikante Menge an Rauch erzeugt, ist das effektive Auffangen und Entfernen des Rauchs vor den Nachfiltern die beste Option für einen wirtschaftlichen Betrieb. Um den Rauch vor einem Nachfilter aufzufangen, muss man die Effizienz üblicher Nebelabscheidegeräte in der Industrie verstehen.

Nebelabscheider

Eine sehr häufige Form von Nebelabscheidegeräten ist der Zentrifugalnebelabscheider. Zentrifugalnebelabscheider sind im Allgemeinen klein, relativ kostengünstig und erfordern oft nur einen minimalen Filteraustausch. Viele Zentrifugalnebelabscheider können sogar mit einem Nachfilter ausgestattet werden. Ein typischer Zentrifugalabscheider kann bei Materialien mit einer Größe von 1 Mikrometer eine Effizienz von etwa 98 % bieten. Diese Effizienz nimmt ab, wenn die Größe der Materialien abnimmt. Da die durchschnittliche Größe des öligen Rauchs 0,7 Mikrometer beträgt, kann die Effizienz eines Zentrifugalabscheiders die Normen nicht erfüllen, und ein Nachfilter würde als Notwendigkeit angesehen werden. Ein weiterer Nachteil von Zentrifugalabscheidern ist ihre begrenzte Luftstromkapazität. Ein typischer Zentrifugalabscheider ist auf eine Luftstromkapazität von 500 CFM oder weniger beschränkt.

Barrierefilter sind eine weitere beliebte Form der Nebelfiltration (Abbildung 1). Barrierefilterabscheider bestehen typischerweise aus Aluminium-Maschensieben für große schwere Nebel, gefolgt von einer Reihe von polyesterbasierten Platten oder Patronen. Wenn ein Prozess eine signifikante Menge an Rauch erzeugt, kann ein Barrierefilter höhere Filtrationsstufen und höhere Luftströme als Zentrifugalabscheider bieten. Beispielsweise ermöglicht ein Querstromfaserfilter, dass verschmutzte Luft horizontal durch die Wände des Filters einströmt und dass gesammelter Nebel den Filter hinunterläuft. Diese Möglichkeit kann eine Filtrationseffizienz von 99,3 % bei Materialien mit einer Größe von 1,2 Mikrometern mit Luftströmungen von bis zu 1000 Kubikfuß bei einem externen statischen Druck von vier Zoll bieten. Diese Leistungsniveaus sind für Zentrifugalabscheider nur schwer und kostenintensiv zu erreichen. Diese Abscheiderkonstruktion erhöht die Filterlebensdauer und begrenzt die Wartungskosten.

Zusammenfassend kann das Auffangen von Flüssigrauch sehr schwierig sein. Wenn man jedoch den Prozess versteht, der den Rauch erzeugt, ist eine Filtrationslösung im Allgemeinen erreichbar. Das Aufrechterhalten der korrekten Rohrleitungsgeschwindigkeit, der schrägen Leitungen und das Absenken der Temperaturen in der Rohrleitung tragen dazu bei, das schwierige Filtern von Flüssigrauch zu vereinfachen. Und schließlich sollte beim Umgang mit diesem schwierigen Material ein Nachfilter in Betracht gezogen werden.  

Die Wahl der richtigen Filtrationsausrüstung für Ihre Nassbearbeitung sollte Ihnen niedrige Betriebskosten für das System bieten und dabei helfen, das problematische Material aus Ihrem Luftstrom zu entfernen.