Industriella processer genererar utsläpp i form av bland annat luftföroreningar via processluften som i sin tur försämrar arbetsmiljön för industrins anställda. Enligt arbetsmiljölagen är arbetsgivaren skyldig att skydda de anställdas hälsa via en god arbetsmiljö och måste därmed rena processluften. Luftföroreningar består av aerosoler och definieras som en samling solida- eller vätskepartiklar svävandes i en gas. I rapporten behandlades aerosoler i form av oljepartiklar som genereras från källor som till exempel industriella processer som gjutning, slipning och värmebehandling. En sådan process kan släppa ut sex fat olja i luften per år och utan partikelavskiljning ökar processernas olje- och energiförbrukning markant. Avskiljning av aerosola oljepartiklar samlar upp oljan så den kan återanvändas samt minskar exponering som kan ge cancer och Hodgkins disease. Aerosol olja bör därför avskiljas ur processluften på grund av hälsoaspekter. Oljepartiklar avskiljs ur processluften via porösa material. Materialet ansluts till processen med skräddarsydda kanalsystem där processluften ventileras bort med undertryck via en fläktmotor. Oljepartiklar avskiljs i det porösa materialet och därmed ökar materialets mättnadsgrad, det vill säga att ackumulerad olja minskar materialets porositet. Materialets dräneringskapacitet ser till att mättnadsgraden begränsas och att oljan kan återanvändas. Ett effektivt material har lågt tryckfall och hög avskiljningsgrad. Dessa varierar med materialets struktur som fiberdiameter, fibermattans tjocklek samt antal veckningar av materialet. Ett material veckas för att öka materialarean och dess avskiljningsgrad men tryckfallet ökas också, därför är balans mellan tryckfall och avskiljningsgrad viktigt vid konstruktion av materialet. Ett icke veckat material benämns som platt material i rapporten. Utvärdering av tryckfall och avskiljningsgrad i ett veckat material är kostsamt både ekonomiskt och tidsmässigt medan platta material är effektivt ur båda aspekterna och därför är ett bättre alternativ med avseende på utvärdering. Syftet med examensarbetet var att öka kunskapen kring avskiljning av aerosola oljepartiklar i porösa material. Målet var att modellera veckade material utifrån experimentella tester av platta- och veckade material. I rapporten testades porösa material med olika fiberdiametrar experimentellt som både platta- och veckade material. Experimentella tester innebar att materialen testades praktiskt för tryckfall och avskiljningsgrader. Avskiljningsgrader mättes vid tre intervall av partikeldiametrar enligt 0,25–0,60 μm, 0,931–1,075 μm och 1,911–2,207 μm. Platta material testades vid fyra lufthastigheter för att illustrera ökningen av lufthastighet inom veckat material på grund av en ökande mättnadsgrad. Modellering innebar att en beräkningsmodell för veckat material byggdes och gavs indata utifrån experimentella tester av platta- och veckade material. Regressionsanalyser utfördes på mätresultaten från platta material och gav matematiska funktioner som användes i modellering av veckade material. Antal veckningar och mättnadsgrader modellerades utifrån experimentella resultat från veckade material. Mät- och modelleringsresultat varierade med materialets struktur. Det gav att tryckfall, avskiljnings- och mättnadsgrader ökade med minskande fiberdiameter och ökande mattjocklek för både platt- och veckat material. Modellering av tryckfall i veckat material avvek från praktiken med -30 % och -6 % för fiberdiameter 8 μm respektive 6 μm. Modellering av avskiljningsgrader i veckat material hade störst avvikelse på +30 % för partikeldiameter 0,25–0,60 μm i material med fiberdiameter 6 μm. Modelleringsresultat av veckat material varierade över materialets struktur och avvek därmed olika mycket från praktiken. Avvikelser i modellerat tryckfall och avskiljningsgrader i veckade material var på grund av luftens dynamiska tryck. Trycket på oljepartiklarna påverkade dräneringskapacitet och oljefördelning inom materialet. Oljefördelningen är därmed heterogen i praktiken vilket påverkar tryckfall och avskiljning i både praktik och modellering. Detta skapade osäkerheter och gjorde modelleringen mindre tillförlitlig. Därför kunde tryckfall och avskiljning inte modelleras i veckat material endast utifrån platta material. Förbättrad modellering kräver vidare studier angående oljefördelning inom materialet samt inverkan av luftflödets dynamiska tryck på dräneringskapacitet för att förbättra modellering av veckade material. / Industrial processes generate emissions in the form of, among other things, air pollution via the process air, which in turn degrades the working environment for industrial employees. According to the Work Environment Act, the employer is obliged to protect the health of the employees via a good work environment and must therefore clean the process air. Air pollutants consist of aerosols and are defined as a collection of solid or liquid particles floating in a gas. The report dealt with aerosols in the form of oil particles generated from sources such as industrial processes such as molding, grinding and heat treatment. Such a process can release six barrels of oil into the air per year and without particle separation, the processes' oil and energy consumption increases markedly. Separation of aerosol oil particles collects the oil so that it can be reused and reduces exposure that can cause cancer and Hodgkin's disease. Aerosol oil should therefore be separated from the process air due to health aspects. Oil particles are separated from the process air via porous materials. The material is connected to the process with tailor-made duct systems where the process air is ventilated away with negative pressure via a fan motor. Oil particles are separated in the porous material and thus the degree of saturation of the material increases, that is accumulated oil reduces the porosity of the material. The drainage capacity of the material ensures that the degree of saturation is limited and that the oil can be reused. An efficient material has a low pressure drop and a high separation rate. These vary with the structure of the material such as fiber diameter, the thickness of the fiber carpet and the number of folds of the material. A material is folded to increase the material area and its separation rate, but the pressure drop is also increased, therefore a balance between pressure drop and separation rate is important when designing the material. A non-pleated material is referred to as flat material in the report. Evaluation of pressure drop and separation rate in a pleated material is costly both financially and in terms of time, while flat materials are effective from both aspects and are therefore a better alternative regarding evaluation. The purpose of the thesis was to increase knowledge about the separation of aerosol oil particles in porous materials. The goal was to model pleated materials based on experimental tests of flat and pleated materials. In the report, porous materials with different fiber diameters were tested experimentally as both flat and pleated materials. Experimental tests meant that the materials were tested practically for pressure drops and separation rate. Separation rate was measured at three ranges of particle diameters according to 0.25–0.60 μm, 0.931–1.075 μm and 1.911–2.207 μm. Flat materials were tested at four air velocities to illustrate the increase in air velocity within pleated material due to an increasing degree of saturation. Modeling meant that a calculation model for pleated material was built and input data was given based on experimental tests of plate and pleated materials. Regression analyzes were performed on the measurement results from flat materials and gave mathematical functions that were used in modeling of pleated materials. The number of folds and degrees of saturation were modeled based on experimental results from pleated materials. Measurement and modeling results varied with the structure of the material. As a result, pressure drops, separation rate and degree of saturation increased with decreasing fiber diameter and increasing carpet thickness for both flat and pleated materials. Modeling of pressure drop in pleated material deviated from praxis by -30% and -6% for fiber diameters of 8 μm and 6μm, respectively. Modeling of separation rates in pleated material had the largest deviation of + 30% for particle diameter 0.25–0.60 μm in material with fiber diameter 6 μm. Modeling results of pleated material varied across the structure of the material and thus deviated differently from praxis. Deviations in modeled pressure drop and separation rates in pleated materials were due to the dynamic pressure of the air. The pressure on the oil particles affected drainage capacity and oil distribution within the material. The oil distribution is thus heterogeneous in praxis, which affects pressure drop and separation rate in both praxis and modeling. This created uncertainties and made modeling less reliable. Therefore, pressure drop and separation rate could not be modeled in pleated material based solely on flat materials. Improved modeling further requires studies regarding oil distribution within the material as well as the impact of the dynamic pressure of the air flow on drainage capacity to improve modeling of pleated materials.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kau-85590 |
| Date | January 2021 |
| Creators | Larsson, Philip |
| Publisher | Karlstads universitet, Fakulteten för hälsa, natur- och teknikvetenskap (from 2013), Karlstads universitet, Avdelningen för energi-, miljö- och byggteknik |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | Swedish |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.0034 seconds