Üretim süreci için optimum sıcaklık çoğu zaman ürün kalitesi için kritik bir faktördür. Buharlı jet soğutma sistemleri, kimyasal soğutma ajanları yerine yalnızca su yahut sulu çözeltiye gereksinim duydukları için çevre dostudur. Operasyon için yüksek maliyetli elektrik yerine düşük basınçlı buhar (atık buhar) kullanılabilir.
Buharlı jet soğutma sistemleri, suyun soğutma sıcaklığındaki buhar basıncına tekabül eden vakum altında çalışır. Buhar jeti kompresörleri sayesinde buharlaşan su miktarı (kW cinsinden soğutma kapasitesi başına yaklaşık 1.5 kg) daha yüksek bir sıcaklık seviyesine sıkıştırılır ve tahrik buharıyla birlikte yoğuşturulur.
Düşük-basınçlı buhar (atık buhar) da buhar jeti kompresörleri için tahrik buharı olarak kullanılabilir. Soğutulmuş su ve soğutma suyunun gazdan arındırılma işlemi sonrasında yahut sızıntılar sonucunda oluşan inert gazlar vakum pompası ya da tercihen buharlı jet vakum pompası tarafından çekilir.
Buharlı jet soğutucular su ya da sulu çözeltileri yüksek sıcaklık aralığında neredeyse buz oluşma sıcaklığına kadar soğutmak için kullanılır. Kapasite aralığı yaklaşık 100 kW ile 20,000 kW’ı aşkın bir seviye arasındadır.
Uygulama örnekleri arasında kimyasal sanayinde, gıda sanayinde, plastik ve hamur sanayinde, örn. döküm kumu ve boyalar gibi ürünlerin doğrudan soğutulmasındaki kullanımları ve iklimlendirme teknolojilerinde kullanım amacıyla soğuk su hazırlanması belirtilebilir.
Buharlı Jet Soğutucuların Çalışma İlkesi
Buharlı jet soğutucular flaş soğutma ilkesi uyarınca vakum altında işlem görür.
1 Tahrik buharı
2 Soğutulacak ortam
3 Soğutulmuş ortam
4 Soğutma suyu
5 Ilık hale gelmiş soğutma suyu
A Genleşme odası
B Buhar jeti kompresörü
C Yoğuşturucu
Şekil 1: Buharlı jet soğutucusunun çalışma ilkesi
Şekil 1’de buharlı jet soğutucunun çalışma ilkesi gösterilmektedir. Yüksek buharlaşma entalpisi nedeniyle su, bu amaçla kulanıma uygundur.
Sistem basıncı düştükçe soğutma etkisi de artar. Çok düşük sıcaklıklar gerekiyorsa ve şok buharın yoğuşma sıcaklığı, soğutma ortamı sıcaklığından daha düşükse, daha yüksek bir basınçta ve sıcaklık seviyesinde yoğuşabilmesi için buharın sıkıştırılması gerekir.
Bu amaç için buhar jeti kompresörlerinin kullanılması durumunda ilgili sistemlere buharlı jet soğutma sistemleri ya da buharlı jet soğutucular adı verilir.
Buharlı Jet Soğutucu Tasarımı
Buharlı jet soğutucular çok düşük soğutma kapasitesi yahut düşük soğutma için tek-kademeli birimler olarak tasarlanır.
Daha yüksek bir soğutma kapasitesi ve daha yüksek sıcaklık farklarında soğutmak için birkaç şoklama kademesi seri olarak düzenlenir.
Şekil 2’de, köprü tasarımlı 3-kademeli bir buharlı jet soğutucunun şematik çizimi görülmektedir.
1 Genleşme odası
2 Yoğuşturucu
3 Jet pompalar
4 Hava giderme vakum pompası
5 Toplama tankı
6 Yeniden soğutma odası
7 Devir daim pompaları
Şekil 2: 3-kademeli köprü tasarımlı buharlı jet soğutucu.
Buharlı jet soğutucular genleşme odası, karıştırmalı ya da yüzey tip yoğuşturucu, boru hatları ve buhar jeti kompresörü gibi basit parçalardan oluşur.
Dolayısıyla, işletilmeleri kolaydır ve her daim kullanıma hazırdırlar.
Yalnızca birkaç hareketli parçaya sahip oldukları için çok az bakım gerektirirler. Çözülmüş madde bulunması nedeniyle donma noktasında bir düşme olmadığı müddetçe ulaşılabilecek soğutma sınırını suyun donma noktası belirler. Çok-kademeli sistemlerin enerji tüketim değerleri düşüktür.
Tahrik buharı ve yoğuşmuş buhar yeniden prosese aktarılabilir. Yoğuşma ısısı soğutma kulesi ya da benzer bir süreçle dışarıya atılır ya da ısı gereksinimi olan bir proses yahut ısı ihtiyacı bulunan başka bir yere aktarılabilir.
Agresif bir ortamın soğutulması buharlı jet soğutucu ile kolaylıkla gerçekleştirilebilir. Basit yapıları ve hareketli parçaya sahip olmadıkları için buhar jetli kompresörler mühendislik uygulamalarında kullanılan her malzemeden üretilebilir.
Buharlı jet soğutucuların temelde üç farklı tasarımı mevcuttur:
• Daha düşük kapasiteler için kompakt tasarım,
• Orta düzey kapasite ve çok az yerleşim alanı olan yüksek kapasiteler için kolon tasarımı,
• Yüksek kapasiteler için köprü tasarımı.
cooling of 44 m³/h of water from 30 to 10°C.
Chilling capacity: 1025 kW
Chilling capacity: 16,450 kW
The chilled water is used to optimize the EO/EG production in particular during summer periods when the cooling water is relatively warm.
Uygulama Alanları
Buharlı jet soğutucular, soğutma suyu olarak kullanılan suyu yaklaşık 0°C sıcaklığa kadar soğutmak için mükemmel bir çözüm sağlar. Özellikle aşağıdaki durumlarda buharlı jet soğutucuların kurulumunu yapmak kolaydır:
• Buhar ve soğutma su hatları hazırsa,
• Sıcak su ya da buhar (atık buhar, vakum ya da yaş buhar) makul bir fiyata tedarik edilebiliyorsa.
Nispeten sabit bir ortalama soğutma gereksinimi olan uygulamalarda değişken soğutma kapasiteleri gereksiniminde yahut mevsimsel bir ihtiyaç olması durumunda buharlı jet soğutucuların kullanımı idealdir.
Buharlı jet soğutucular genellikle iklimlendirme ünitelerinde ihtiyaç duyulan 12°C / 6°C sıcaklığı için çok uygundur. Soğutma gereksinimindeki değişimlere çok hızlı tepki verebilirler ve aynı zamanda kesikli proseslerde de kullanımları idealdir. İhtiyaç duyulan tahrik buharı biyogaz, motor ısısı ve diğer kaynaklardan elde edilebilir.
Buharlı jet soğutucular aşağıdaki özelliklere sahiptir:
• Düşük yatırım maliyetleri,
• Basit ve sağlam tasarım,
• İstenen soğutma kapasitesindeki değişikliklere anlık tepki,
• Çok düşük bakım ve onarım masrafı (çok az hareketli parçası olduğundan aşınma ve yıpranma da çok az olur),
• Güvenilirdir ve kullanımı güvenlidir,
• Doğrudan ve dolaylı soğutma yapılabilir; dolaylı soğutmada soğutma ortamı olarak neredeyse hep su kullanılır ve dolayısıyla elleçlemesi daha kolaydır,
• Çok düşük soğutulmuş ortam tutulum hacmi,
• Hızlı ve sık değiştirilebilir sistem yükü,
• Minimum elektrik enerjisi ihtiyacı,
• Tahrik ortamı olarak atık ısı ve flaş buhar kullanılır,
• Mevsimsel ve/veya kesikli operasyonlarda çok verimlidir.
Buhar Jeti Kompresörleri
Buhar jeti kompresörleri bir tahrik ortamı (Ṁ1) tarafından işletilen jet pompalardır ve aynı zamanda ejektör olarak da bilinirler. GEA olarak ejektör ve ejektör sistemleri tasarım ve üretiminde uzun yıllara dayanan bir deneyime sahibiz.
1 Başlık
2 Tahrik nozülü karıştırma ağzı
3 Giriş konisi
4 Boğaz
5 Difüzör
p1 Tahrik buhar basıncı
p0 Emiş basıncı
p Tahliye basıncı
ps Ses hızında basınç
Δpv Şok dalgası
Ṁ1 Tahrik buharı akışı
Ṁ0 Emiş akışı
Ṁ Sürükleyici buharı akışı
Şekil 6: Buhar jeti kompresörleri çalışma prensibi ve akış yolu üzerindeki basınç farklılıkları.
Tahrik nozülündeki (2) tahrik ortamının (genellikle buhar) adyabatik genleşmesi gerçekleşir, böylelikle ses hızının birkaç katına ulaşan bir buhar jeti elde edilebilir. Buhar jeti, basınç enerjisinin kinetik enerjiye dönüştüğü tahrik nozülünden geçtikten sonra genleşir.
Bu enerji akışı buharlaşan buharları soğutulacak ortamdan uzaklaştırır (emiş akışı Ṁ0) ve bunları karıştırma nozülünün giriş başlığına (3) yönlendirir.
Karıştırma nozülünün boğaz kısmından geçerek (4), difüzöre (5) ulaştıktan sonra karıştırılmış buhar akışının kinetik enerjisi yavaş yavaş yeniden potansiyel enerjiye dönüştürülür; yani, ortam daha yüksek bir tahliye basıncına sıkıştırılır.
Buharlı jet kompresörler yüksek hızda çalışır ve dolayısıyla vakum altında buhar tarafından üretilen yüksek hacimlerle başa çıkabilirler.
İlker Damar
Satış Müdürü
Endüstriyel Uygulamalar
GEA Türkiye
Thilo Dietzmann
Proje Mühendisi
Vakum Sistemleri
GEA Almanya
Andrea Heuser
Pazarlama Müdürü
Kimya Uygulamaları
GEA Almanya
