De roterende deeltjesscheider (RDS) is een enkele jaren geleden aan de UT ontwikkeld filtersysteem waarmee submicron-deeltjes op eenvoudige wijze zeer efficiënt afgevangen kunnen worden. Veel beter en handiger dan bestaande 'passieve' filtersystemen. Het systeem werd in 1987 bedacht door hoogleraar Thermische Werktuigbouwkunde prof.dr.ir. J. Brouwers.
Het hart van de gasreiniger is een door een elektromotor aangedreven, roterend filterelement, een soort stalen 'honingraat' met honderden kanaaltjes. Wanneer verontreinigde lucht of gas door het filterelement wordt geleid, drukt de door de snelle rotatie veroorzaakte centrifugaalkracht de vaste deeltjes tegen de kanaalwandjes. Het gereinigde gas wordt via een 'uitlaatimpeller' naar buiten gezogen.
Dit systeem is veelzijdiger dan conventionele 'passieve' filtersystemen. Het is geschikt voor zowel droge als natte reiniging, ook bij hoge druk en temperatuur, en voor vaste en vloeibare deeltjes groter èn kleiner dan 1 micron. Welke deeltjes precies worden verwijderd hangt af van de afmetingen van de kanaaltjes in het filterelement en de rotatiesnelheid.
Duurzaam
Omdat de RDS geheel uit metaal is gemaakt, is hij duurzaam en gemakkelijk met water of perslucht vrij te houden van bacteriële of schimmelverontreiniging. Het filterelement kan schoon worden gespoten terwijl het draait. Andere voordelen zijn de compacte vorm en het lage energieverbruik.
Diverse praktische toepassingen van de RDS zijn inmiddels in licentie op de markt gebracht, zoals een 'ontstoffer' voor industriële proceslucht. Philips heeft daarnaast een luchtzuiveraar voor huishoudelijk gebruik ontwikkeld. Ook is het systeem geschikt voor rookgasreiniging.
Een grootschalige toepassing draait sinds mei 1995 op proef bij de Eemscentrale. Vier RDS-filters halen zoutdeeltjes en water uit de zilte zeelucht voordat die de gasturbines van de centrale in gaat. De lucht wordt gebruikt om gas te verbranden voor het opwekken van elektriciteit. Zonder filter zet zich vuil af op de schoepen van de turbine, terwijl zout en water corrosie veroorzaken. De vier filters reinigen nu veertigduizend kubieke meters lucht per uur. Op termijn wordt dat één miljoen.
Cycloon
Brouwers' geesteskind wordt in verschillende WB-onderzoeksprojecten verder uitgewerkt. Ir. H. van der Velde promoveert deze week op een uitvoering van de RDS waarbij het filterelement in de gasuitlaat van een zogenaamde cycloon is geplaatst. Een cycloon is een veel toegepast cilindrisch filter dat deeltjes afscheidt door een gasstroom in rotatie te dwingen.
De combinatie van cycloon en roterend filterelement levert een apparaat opdat goed bruikbaar blijkt als reactor voor kleine deeltjes. Van der Velde: 'We combineren in feite cycloon en filter tot een tweetrapsfilter. De cycloon is voor de afscheiding van de grotere deeltjes, het filter voor de kleinste.'
'We hadden met de RDS een apparaat dat eenvoudig, goedkoop en effectief deeltjes wegvangt. Het idee was een versie te maken die een bepaalde gasvormige verontreiniging bindt met behulp van adsorbentia. In dit geval vangen we verontreinigingen weg met actieve poederkool (amorfe, hoog reactieve koolstof, bijvoorbeeld Norit).'
Geïnjecteerd
Het verontreinigde gas wordt samen met de poederkool in de cycloon geïnjecteerd. De gasvormige verontreinigingen reageren in de cycloon met de kooldeeltjes, waarna de uitgereageerde deeltjes door het roterende filter worden afgescheiden. Een proefopstelling blijkt prima te werken.
Het bindingsproces in de cycloon gaat heel snel. 'Er ontstaat door al die rondwervelende kleine kooldeeltjes een enorm reactieoppervlak. De af te leggen diffusie-afstand in de deeltjes is minimaal en daardoor verlopen de massa-overdracht en dus de deeltjesomzetting snel. Een ander voordeel is dat je met een heel compact apparaat kunt volstaan.'
De geadsorbeerde, 'beladen' kool moet na elke reiniging van het filter als chemisch afval worden afgevoerd. Maar de kool kan volgens Van der Velde ook goed 'geregenereerd' worden voor hergebruik. Dat gebeurt door 'desorptie' bij hoge temperatuur. 'Zo krijg je een volledig proces.'
Voor het modelleren van het apparaat moest Van der Velde het nodige rekenwerk verrichten; het maakt het leeuwendeel van zijn proefschrift uit. Hij berekende het stromingsveld van het turbulent ronddraaiende gas in de cycloon, beschreef en voorspelde de beweging van de daarin rondwervelende deeltjes, en modelleerde de massaoverdracht van de gasvormige verontreiniging naar de actieve kooldeeltjes in de cycloon.
Stomerijen
Volgens Van der Velde kan het door hem ontwikkelde prototype goed gebruikt worden voor de reiniging van proceslucht met halogeen-koolwaterstoffen (HKW's), zoals die wordt geproduceerd door stomerijen, autospuiterijen en grafische bedrijven, maar ook voor grootschaliger toepassingen in de industrie waar men met strenge emissienormen te maken heeft.
Bij het reinigen van gassen vormt het cycloon-filtersysteem van Van der Velde, zeker bij kleine gasvolumes, een haalbaar alternatief voor de nu gebruikte 'vaste bedden' met actieve kool. 'Er is een economische evaluatie verricht van het hele adsorptie/desorptieprocédé die duidelijk uitwees dat het voor bepaalde toepassingen goedkoper is', aldus Van der Velde.
Aan toepassingen voor de roterende deeltjesscheider ziet hij na de eerste stap - stoffilters - en de tweede stap - reactoren voor eenvoudige binding aan actieve kool of andere adsorbentia - een derde stap in het verschiet: reactoren voor actieve chemische reiniging. Een parallelproject onderzoekt het afvangen van HCl en SO2 met natriumbicarbonaat.
Van der Velde's onderzoek startte in 1992 als derde geldstroomonderzoek in het kader van het door het ministerie van Economische Zaken gefinancierde IOP-preventie (Innovatief Onderzoeks Programma), dat zich richt op het voorkomen van schadelijke uitstoot in de chemische industrie.
