Endüstriyel proses sistemlerinde, “filtrasyon”, “ayırma” ve “birleştirme” terimleri sıklıkla bir arada kullanılır. Bu prosesler birbirleriyle yakından ilişkili olsa da aynı şey değildir. Her birinin farklı bir amacı, çalışma prensibi ve ekipman tasarım gereksinimi vardır.

Filtrasyon, ayırma ve birleştirme arasındaki farkı anlamak, petrol ve gaz, petrokimya, kimyasal işleme, su arıtma, enerji üretimi, yakıt elleçleme ve endüstriyel depolama uygulamaları için doğru ekipmanı seçmek açısından hayati önem taşır. Yanlış bir seçim, akışkan kalitesinin düşmesine, basınç düşüşü sorunlarına, ekipman hasarına, kirlenmeye, korozyona, işletim istikrarsızlığına ve proses verimliliğinin azalmasına yol açabilir.

Filtrasyon genellikle katı parçacıkları bir sıvıdan uzaklaştırır. Ayırma, bir fazı diğerinden ayırır; örneğin sıvıyı gazdan, yağı sudan veya suyu yakıttan ayırır. Birleştirme, küçük sıvı damlacıklarının daha büyük damlacıklar halinde birleşmesini sağlayarak, yerçekimi veya mekanik ayırma yoluyla daha verimli bir şekilde uzaklaştırılmalarını sağlar.
Bu teknolojiler bağımsız olarak kullanılabilse de, birçok endüstriyel sistem bunları tek bir pakette birleştirir; örneğin filtre ayırıcılar, birleştirici kaplar, gaz-sıvı ayırıcılar, yağ-su ayırıcılar, yıkayıcılar, ayırıcı tamburlar ve proses filtrasyon üniteleri.

Filtreleme, bir akışkanın gözenekli bir ortamdan geçirilmesi yoluyla gaz veya sıvıdan katı parçacıkların ayrıştırılması işlemidir. Filtre malzemesi, temiz akışkanın akışına engel olmadan parçacıkları tutar.

Filtrelemenin temel amacı, partiküllerin giderilmesidir. Bu partiküller arasında toz, pas, kireç, kum, katalizör kalıntıları, korozyon ürünleri, boru kalıntıları, askıda katı maddeler veya diğer kirleticiler yer alabilir.

Filtreleme, genellikle pompalar, vanalar, kompresörler, brülörler, ölçüm cihazları, ısı eşanjörleri, membranlar, nozullar, ölçüm ve kontrol cihazları ile proses üniteleri gibi akış aşağı ekipmanları korumak amacıyla kullanılır.

Filtreleme, aşağıdaki alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır:

• Yakıt sistemleri
• Kimyasal işleme hatları
• Gaz boru hatları
• Su arıtma tesisleri
• Soğutma suyu devreleri
• Yağlama sistemi
• Hidrolik sistemler
• Proses sıvı sistemleri
• Kompresör emme hatları
• Tank yükleme ve boşaltma sistemleri
• Ayırma veya membran üniteleri öncesindeki ön arıtma sistemleri

Depolama ve işleme tesislerinde, sıvıların nakliye, depolama, aktarım sırasında veya boru hatları ile tankların iç korozyonu nedeniyle kirlenebilmesi nedeniyle filtreleme özellikle önemlidir.

Endüstriyel sistemlerde kullanılan çeşitli filtreleme yöntemleri bulunmaktadır. Doğru yöntemin seçimi, partikül boyutu, akışkan türü, akış hızı, viskozite, çalışma basıncı, sıcaklık, kirletici yükü ve istenen filtreleme verimliliğine bağlıdır.

Yüzey filtrasyonu, filtre malzemesinin yüzeyinde partikülleri tutar. Partiküller genellikle filtre yüzeyindeki açıklıklardan daha büyüktür; bu nedenle, akışkan içinden geçerken partiküller filtrede tutulur.

Yaygın örnekler arasında şunlar sayılabilir:

• Süzgeçler
• Ekran filtreleri
• Kama teli filtreleri
• Sepet filtreler
• Belirli bir yüzey tutma kapasitesine sahip kartuş filtreler

Yüzey filtrasyonu, nispeten daha büyük partiküller ve kirletici yükünün aşırı derecede yüksek olmadığı uygulamalar için uygundur. Ayrıca, daha hassas olan sonraki aşamadaki ekipmanların önünde koruyucu bir aşama olarak da yaygın olarak kullanılır.

Derinlik filtrasyonu, filtre malzemesinin iç yapısı içinde partikülleri tutar. Kirletici maddeleri yalnızca yüzeyde toplamak yerine, filtre malzemesi kalınlığının tamamı boyunca partikülleri hapseder.

Derinlik filtreleri genellikle cam elyafı, selüloz, polipropilen, polyester veya diğer mühendislik elyafları gibi malzemelerden üretilir.

Derinlik filtrasyonu, daha ince partiküllerin tutulmasında ve daha yüksek kir tutma kapasitesi açısından etkilidir. Genellikle sıvı filtrasyonu, yakıt filtrasyonu, proses suyu arıtımı ve son arıtma uygulamalarında kullanılır.

Kartuş filtreler, bir filtre gövdesi veya basınçlı kabın içine monte edilen, değiştirilebilir filtre elemanlarıdır. Yüzey filtrasyonu, derinlik filtrasyonu veya kıvrımlı filtrasyon için tasarlanmış olabilirler.

Kartuş filtreleme, belirli bir mikron derecesinin gerekli olduğu durumlarda yaygın olarak kullanılır. Parçacık giderme verimliliği üzerinde iyi bir kontrol sağlar ve filtre elemanlarının değiştirilmesi sayesinde bakımı kolaydır.

Tipik uygulama alanları şunlardır:

• Yakıt arıtma
• Kimyasal filtreleme
• Proses suyu arıtımı
• Membranlardan önce ön filtreleme
• Pompaların, sayaçların ve nozulların korunması

Torba filtrelerde, bir muhafaza içine yerleştirilmiş kumaş veya keçe filtre torbaları kullanılır. Akışkan torbanın içinden geçer ve partiküller torbanın içinde tutulur.

Torba filtreleme, genellikle yüksek akış hızları ve orta düzeyde filtreleme gereksinimleri için kullanılır. Sıvılardan daha büyük askıda katı maddeleri uzaklaştırmak için uygun maliyetli ve pratik bir yöntemdir.

Tipik uygulama alanları şunlardır:

• Soğutma suyu
• Boyalar ve kaplamalar
• Kimyasallar
• Atıksu
• İşleme sıvıları
• Ön filtreleme görevleri

Manyetik filtreleme, manyetik elemanlar kullanarak sıvılardan veya gazlardan demir içeren parçacıkları giderir. Bu yöntem, özellikle metalik kalıntılar, demir parçacıkları veya korozyon ürünlerinin bulunabileceği durumlarda yararlıdır.

Bu yöntem, metalik kirlenmenin dönen ekipmana zarar verebileceği yağlama sistemi, hidrolik sistem, soğutma sıvısı sistemi ve proses hatlarında yaygın olarak kullanılmaktadır.

Membran filtrasyonu, membran türüne bağlı olarak çok ince parçacıkları, mikroorganizmaları, çözünmüş maddeleri veya emülsifiye olmuş kirleticileri gidermek için yarı geçirgen membranlar kullanır.

Yaygın membran işlemleri şunlardır:

• Mikrofiltrasyon
• Ultrafiltrasyon
• Nanofiltrasyon
• Ters ozmoz

Membran filtrasyonu genellikle su arıtımı, atık su arıtımı, tuzdan arındırma, ilaç üretim süreçleri, gıda ve içecek sistemleri ile yüksek saflık gerektiren uygulamalarda kullanılır.

Ayırma, iki veya daha fazla fazın birbirinden ayrılması sürecidir. Esas olarak katı parçacıkların uzaklaştırılmasına odaklanan filtrasyondan farklı olarak, ayırma işlemi gaz-sıvı, sıvı-sıvı, katı-sıvı veya katı-gaz fazlarının uzaklaştırılmasını içerebilir.

Ayırma işleminin amacı, ana proses akışından istenmeyen bir fazı uzaklaştırmaktır. Örneğin, gazdan sıvı damlacıklarının ayrılması, yağdan suyun ayrılması, sudan yağın ayrılması veya bir sıvı akışından katı maddelerin ayrılması gibi.

Endüstriyel proses sistemlerinde ayırma işlemi temel öneme sahiptir, çünkü birçok akışkan doğal olarak birden fazla faz içerir. Uygun bir ayırma işlemi yapılmazsa, sonraki aşamadaki ekipmanlarda korozyon, erozyon, kirlenme, dengesiz çalışma, düşük ürün kalitesi veya mekanik hasar meydana gelebilir.

Ayrıştırma şu alanlarda kullanılır:

• Petrol ve doğal gaz üretimi
• Doğal gaz arıtımı
• Yakıt gazı sistemleri
• Üretim suyu arıtımı
• Kimya tesisleri
• Rafineriler
• Depo alanları
• Kompresör istasyonları
• Buhar ve yoğuşma suyu sistemleri
• Atık su arıtımı
• Proses yıkama sistemleri

Knock-out tambur uygulamaları
Çoğu durumda, ayırma işlemi sadece bir kalite gerekliliği değil, aynı zamanda bir güvenlik ve güvenilirlik gerekliliğidir.

Endüstriyel ayırma yöntemleri, söz konusu fazlara, fazlar arasındaki yoğunluk farkına, damlacık veya parçacık boyutuna, akış hızına, basınca, sıcaklığa ve istenen çıkış kalitesine bağlı olarak değişiklik gösterir.

Yerçekimi ile ayırma, en basit ve en yaygın ayırma yöntemlerinden biridir. Bu yöntem, fazlar arasındaki yoğunluk farkına dayanır. Daha ağır fazlar dibe çökerken, daha hafif fazlar yüzeye çıkar veya üst kısımda kalır.

Örnekler şunlardır:

• Sıvı-sıvı ayırıcılar
• Yağ-su ayırıcılar
• Çökeltme havuzları
• Etkileyici davullar
• Gaz-sıvı ayırıcılar
• API ayırıcıları

Fazlar arasında yeterli yoğunluk farkı olduğunda ve yeterli kalma süresi sağlandığında, yerçekimi ile ayırma yöntemi etkilidir. Daha büyük damlacıklar ve parçacıklar yerçekimi yoluyla daha kolay ayrılır.

Bununla birlikte, damlacıklar çok küçük olduğunda, akış hızı yüksek olduğunda, viskozite yüksek olduğunda veya yoğunluk farkı düşük olduğunda yerçekimi ile ayırma yöntemi daha az etkili hale gelir. Bu gibi durumlarda, giriş cihazları, bölmeler, kanatlı paketler, ağ pedleri veya birleştirici elemanlar gibi ek iç bileşenlere ihtiyaç duyulabilir.

Santrifüj ayrıştırma, fazları ayırmak için dönme kuvvetini kullanır. Dönen bir hareket yaratılarak, daha ağır parçacıklar veya damlacıklar dışa doğru itilirken, daha hafif faz merkeze doğru hareket eder.

Bu yöntem genellikle şu alanlarda kullanılır:

• Siklon ayırıcılar
• Hidrosiklonlar
• Santrifüjler
• Gaz yıkayıcılar
• Katı madde giderme sistemleri

Santrifüj ayrıştırma, kompakt ekipman tasarımı gerektiğinde veya yalnızca yerçekimi ayrıştırmasının yeterli olmadığı durumlarda yararlıdır. Nispeten yüksek akış hızlarını işleyebilir ve genellikle gaz ve sıvı akışlarından sıvı damlacıklarını veya katı maddeleri ayırmak için kullanılır.

Atalet ayrıştırma yöntemi, akışın yönünü değiştirmeye zorlayarak damlacıkları veya parçacıkları uzaklaştırır. Daha ağır damlacıklar veya parçacıklar, akış yönündeki ani değişikliğe ayak uyduramaz ve bir yüzeye çarpar; burada birikip akıp giderler.

• Atalet ayrıştırma yöntemini kullanan yaygın iç bileşenler şunlardır:
• Kanat paketleri
• Giriş yönlendiricileri
• Yönlendirme plakaları
• Chevron buhar gidericiler
• Çarpışma plakaları

Atalet ayrıştırma yöntemi, gaz-sıvı ayırıcılarında, yıkayıcılarda, buğu gidericilerde ve ayırma tamburlarında yaygın olarak kullanılmaktadır.

Buhar giderme, gaz akımlarından ince sıvı damlacıklarını uzaklaştırmak için kullanılan bir ayırma işlemidir. Bu işlem genellikle yıkayıcılarda, emicilerde, ayırıcılarda, buharlaştırıcılarda ve proses kaplarında gereklidir.

Yaygın olarak kullanılan sis giderme cihazları şunlardır:

• Örgü pedli buğu gidericiler
• Kanatlı tip sis gidericiler
• Lif yatağı tipi sis gidericiler
• Siklonik sis gidericiler

Buhar tutucular, akış aşağısındaki kompresörleri, brülörleri, katalizörleri, ısı eşanjörlerini ve proses hatlarını sıvı taşınmasından korumaya yardımcı olur.

Sıvı-sıvı ayrıştırma, yağ ve su gibi birbiriyle karışmayan iki sıvının ayrılması gerektiğinde kullanılır. Tasarım, büyük ölçüde yoğunluk farkına, viskoziteye, damlacık boyutuna, akış hızına ve emülsiyonun kararlılığına bağlıdır.

Sıvı-sıvı ayırma ekipmanları şunları içerebilir:

• İki fazlı ayırıcılar
• Üç fazlı ayırıcılar
• Yağ-su ayırıcılar
• Birleştirici plaka ayırıcılar
• CPI ayırıcıları
• Hidrosiklonlar
• Koalesans tankları

Zor emülsiyonlar veya çok küçük damlacıklar söz konusu olduğunda, ayırma verimliliğini artırmak için genellikle birleştirme teknolojisi gereklidir.

Birleşme, küçük damlacıkların daha büyük damlacıklar halinde bir araya gelme sürecidir. Bu daha büyük damlacıklar, yerçekimi veya mekanik ayırma yoluyla daha kolay uzaklaştırılabilir.

Koalesans, sadece filtreleme değildir; ancak koalesans elemanları filtre kartuşlarına benzer görünebilir. Bir koalesans cihazının temel işlevi, ince dağılmış damlacıkları yakalamak ve bunları daha büyük damlacıklar halinde birleştirmektir. Damlacıklar yeterince büyüdüklerinde, yoğunluk farkı nedeniyle sürekli fazdan ayrılırlar.

Birleştirme işlemi, genellikle çok küçük damlacıkların bir gaz veya sıvı akışında asılı kaldığı ve yalnızca yerçekimi ayrıştırmasıyla verimli bir şekilde uzaklaştırılamadığı durumlarda kullanılır.

Birleştirme, aşağıdaki alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır:

• Yakıt gazı hazırlama
• Doğal gaz filtrasyonu
• Basınçlı hava sistemleri
• Dizel ve uçak yakıtı filtreleme
• Hidrokarbonlardan suyun uzaklaştırılması
• Sudaki yağın ayrıştırılması
• Gazdan sıvı aerosolün uzaklaştırılması
• Kompresör koruması
• Türbin yakıt arıtımı
• Rafineri ve petrokimya sistemleri
• Proses gazı arıtımı

Birleştirme işlemi, az miktarda sıvı kirliliğinin bile sonraki aşamadaki ekipmana zarar verebileceği veya ürün kalitesini düşürebileceği durumlarda özellikle önemlidir.

Bir birleştirici eleman genellikle üç aşamada çalışır.

Öncelikle, dağılmış damlacıklar birleştirici ortam tarafından yakalanır. Ardından, küçük damlacıklar fiber yapının içinde birleşir. Son olarak, büyümüş damlacıklar birleştirici elemandan çıkar ve yerçekimi yoluyla ayrılır ya da bir tahliye bölümünde toplanır.

Örneğin, bir gaz birleştiricide, ince sıvı aerosoller yakalanır ve daha büyük damlacıklar halinde birleştirilir. Bu damlacıklar daha sonra aşağıya doğru akarak bir sıvı toplama haznesine boşalır. Bir sıvı-sıvı birleştiricide ise, yakıt veya yağ içinde asılı duran küçük su damlacıkları, hidrokarbon fazından çökebilecek hale gelene kadar büyütülür.

Kartuş tipi birleştiriciler, basınçlı bir haznenin içine takılan değiştirilebilir elemanlar kullanır. Bu cihazlar genellikle gaz-sıvı veya sıvı-sıvı birleştirme uygulamalarında kullanılır.

Tipik görevler arasında şunlar yer alır:

• Gazdan sıvı aerosollerin ayrıştırılması
• Hidrokarbon sıvılardan suyun ayrılması
• Sudaki yağın ayrıştırılması
• Kompresörlerin ve türbinlerin korunması
• Yakıt hazırlığı

Kartuş tipi birleştiriciler, ince damlacıklar için son derece etkilidir ve yüksek ayırma verimliliği sağlayacak şekilde tasarlanabilir.

Plakalı birleştiriciler, damlacıkların çarpışmasını ve birleşmesini kolaylaştırmak için eğimli veya oluklu plakalar kullanır. Damlacıklar plaka yüzeylerine temas ettikçe, daha büyük damlacıklar halinde birleşir ve daha kolay ayrılır.

Plakalı birleştiriciler, genellikle yağ-su ayırma ve atık su arıtma sistemlerinde kullanılır. Mevcut ayırma yüzey alanını artırdıkları için, yerçekimi ayırıcılarının kapladığı alanı azaltmada etkilidirler.

Yaygın örnekler arasında şunlar sayılabilir:

• CPI ayırıcıları
• Lamelli ayırıcılar
• Eğimli plaka ayırıcılar

Örgü tip birleştiriciler, küçük damlacıkları yakalamak ve birleştirmek için örgü tel ağ veya elyaf ağ kullanır. Bu cihazlar, gaz-sıvı ayırma ve sis giderme uygulamalarında yaygın olarak kullanılmaktadır.

Örgü yapısı, damlacıkların çarpması, toplanması ve birleşmesi için geniş bir yüzey alanı sağlar. Damlacıklar yeterince büyüdüklerinde, yerçekimi etkisiyle aşağıya akarlar.

Elyaf yataklı birleştiriciler, çok ince sis veya aerosolün giderilmesi için tasarlanmıştır. Bu cihazlar, gaz akımlarından son derece küçük sıvı damlacıklarının giderilmesi gereken zorlu uygulamalarda sıklıkla kullanılır.

Bunlar, kimyasal işleme, asit buharının giderilmesi, yüksek verimli gaz arıtma ve çevre kontrol sistemlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır.

Filtrasyon, ayırma ve birleştirme işlemleri birbirleriyle ilişkili olsa da, temel işlevleri farklıdır.
Filtrasyon katı parçacıkları uzaklaştırır.
Ayırma, gaz ve sıvı, yağ ve su veya katı ve sıvı gibi farklı fazları birbirinden ayırır.
Birleştirme, küçük sıvı damlacıklarını daha büyük damlacıklar halinde birleştirerek daha etkili bir şekilde ayrılmalarını sağlar.
Basitçe söylemek gerekirse, filtrasyon esas olarak katılarla ilgilenir, ayırma fazların uzaklaştırılmasıyla ilgilenir ve birleştirme ince sıvı damlacıklarının uzaklaştırılmasını iyileştirir.

Birçok endüstriyel uygulamada, tek bir yöntem yeterli olmaz. Bir proses akışı, aynı anda katı parçacıklar, sıvı damlacıkları ve birden fazla faz içerebilir. Bu nedenle, kombine sistemler yaygın olarak kullanılmaktadır.

Örneğin, bir filtre ayırıcı, katı parçacıkların filtrelenmesi için bir birinci aşama ve sıvı damlacıkların ayrılması için bir ikinci aşama içerebilir. Bir gaz birleştirici, eleman tasarımına bağlı olarak hem ince aerosolleri hem de katı kirleticileri giderebilir. Bir yağ-su ayırıcı, yerçekimi ile ayırma, birleştirme plakaları ve son arıtma filtrelemesini içerebilir.

Kombine sistemler, genellikle yüksek çıkış kalitesi gerektiğinde veya sistemin sonundaki ekipmanların kirlenmeye karşı hassas olduğu durumlarda kullanılır.

Doğru teknolojinin seçilmesi, proses koşullarının net bir şekilde anlaşılmasını gerektirir. Her görev için aynı ekipman kullanılamaz. Toplu sıvı giderimi için tasarlanmış bir ayırıcı, ince aerosol giderimi için uygun olmayabilir. Katı maddeler için tasarlanmış bir filtre, emülsifiye olmuş suyu gideremeyebilir. Bir birleştirici, katı maddelerle aşırı yüklenirse veya uyumsuz kimyasallara maruz kalırsa arızalanabilir.

Önemli tasarım parametreleri şunlardır:

• Sıvı türü
• Gaz veya sıvı akış hızı
• Çalışma basıncı
• Çalışma sıcaklığı
• Akışkan yoğunluğu
• Sıvı viskozitesi
• Particle size distribution
• Damlacık boyut dağılımı
• Katı madde yüklemesi
• Sıvı yükleme
• Gerekli priz kalitesi
• İzin verilen basınç düşüşü
• Korozyon payı
• Malzeme uyumluluğu
• Bakım gereksinimleri

Bu nedenle, filtreleme, ayırma veya birleştirme ekipmanını seçmeden önce kapsamlı bir teknik değerlendirme yapılması büyük önem taşımaktadır

Yanlış seçim veya yetersiz tasarım şu sonuçlara yol açabilir:

• Yüksek basınç düşüşü
• Filtre elemanının kısa ömrü
• Sıvı taşınması
• Düşük ayırma verimliliği
• Sık bakım
• Aşağı akış ekipmanında meydana gelen hasar
• Kompresör veya pompa sorunları
• Korozyon ve erozyon
• Ürün kontaminasyonu
• Proses kararsızlığı
• Artan işletme maliyeti

Örneğin, ince filtreleme gereken durumlarda sadece basit bir süzgeç kullanmak, küçük parçacıkların geçmesine neden olabilir. İnce damlacıkların bulunduğu durumlarda yerçekimi ayırıcısı kullanmak, sıvı taşınmasına yol açabilir. Uygun bir ön filtreleme yapılmadan koalesans cihazı kullanmak, elemanın hızla tıkanmasına neden olabilir.

Petrol ve gaz tesislerinde genellikle bu üç teknolojinin hepsine ihtiyaç duyulur. Doğal gaz akışlarında sıvı hidrokarbonlar, su, kompresör yağı, korozyon parçacıkları ve ince aerosoller bulunabilir. Sıvı hidrokarbon sistemlerinde ise su, katı maddeler, balmumu, pas veya diğer kirleticiler bulunabilir.

• Tipik ekipmanlar arasında şunlar yer alır:
• Gaz-sıvı ayırıcılar
• Etkileyici davullar
• Yıkama makineleri
• Filtre ayırıcılar
• Koalesans tankları
• Üretim suyu ayırıcıları
• Yakıt gazı işleme paketleri
• Kompresör emiş yıkayıcıları
• Domuz alıcı sıvı işleme sistemleri

Bu uygulamalarda, kompresörleri, türbinleri, brülörleri, vanaları, ölçüm istasyonlarını ve sonraki aşamadaki proses ekipmanlarını korumak için uygun ayırma ve filtreleme işlemleri hayati önem taşır.

Depolama tankları aynı zamanda filtreleme ve ayırma gereklilikleriyle de bağlantılıdır. Depolanan sıvılar su, çamur, tortu, korozyon ürünleri veya askıda katı maddeler içerebilir. Tank havalandırma sistemleri, sıvı taşması, buhar emisyonları veya kirlenmeye karşı koruma gerektirebilir. Tank yükleme ve boşaltma işlemleri, sonraki aşamadaki ekipmanı korumak ve ürün kalitesini korumak için filtreleme gerektirebilir.

Yakıt depolama, kimyasal madde depolama ve endüstriyel sıvı depolama alanlarında, filtreleme ve ayırma sistemleri sıvı kalitesinin korunmasına, bakım ihtiyacının azaltılmasına ve işletme güvenilirliğinin artırılmasına yardımcı olabilir.