جهاز غسل فينتوري القاذف

غاسل فنتوري القاذف

وفي هذا السياق، تمتلك أجهزة فنتوري القاذفة زمن تلامس قصير بين الغاز والسائل لأن سرعات غاز العادم عبر الوعاء تكون عالية جدا، ويحد هذا الزمن القصير من كفاءة امتصاص النظام. يمكن أن تكون أجهزة فنتوري القاذفة فعالة إذا كان الغاز قابلا للذوبان بدرجة كبيرة أو إذا استعمل كاشف غسل تفاعلي جدا، رغم أنها لا تستعمل أساسا لإزالة الغازات، ويمكن تحقيق كفاءة إزالة تصل إلى 95% في هذه الحالات.

غاسل فنتوري القاذف

كذلك، استعملت النظم متعددة المراحل في الحالات التي تتطلب كفاءة جمع عالية جدا للجسيمات أو الملوثات الغازية، وتوفر النظم متعددة المراحل زمل تلامس متزايد بين الغاز والسائل، مما يزيد من كفاءة الامتصاص.

وعلى صعيد آخر، تستطيع أجهزة فنتوري القاذفة التعامل مع نطاق واسع من الجسيمات المسببة للتآكل أو اللزجة بسبب تصميمها المفتوح وعدم حاجتها إلى مروحة، بيد أنها لا تظهر فاعلية كبيرة في إزالة الجسيمات ذات الحجم دون الميكرومتر. تمتلك هذه الأجهزة ميزة القدرة على التعامل مع تدفقات العادم الصغيرة والمتوسطة والكبيرة، ويمكن استخدامها بمفردها أو في مراحل متعددة من جهازين أو أكثر على التوالي، بناء على نوع التطبيق المعين.

• انظر كذلك
• انبوب فنتوري
• مراجع

التشغيل

وفي هذا الصدد، يتكون غاسل فنتوري من ثلاثة أقسام: قسم متقارب، وقسم الحلق، وقسم متباعد. يدخل مجرى الغاز الداخل إلى القسم المتقارب، ومع تناقص المساحة، تزداد سرعة الغاز. يدخل السائل إما عند الحلق أو عند مدخل القسم المتقارب. يختلط الغاز الداخل، المجبر على التحرك بسرعات عالية جدا في قسم الحلق الصغير، اختلاطا عنيفا مع السائل، مما ينتج عددا هائلا من القطرات الصغيرة جدا. تحدث إزالة الجسيمات والغازات في القسم المتباعد عندما يختلط مجرى الغاز الداخل بضباب قطرات السائل الصغيرة، ثم يخرج المجرى عبر القسم المتباعد، حيث يجبر على التباطؤ.

وفي هذا الصدد، يمكن رؤية تعديل آخر في غاسل قضبان فنتوري. يتيح وضع عدد من الأنابيب المتوازية إنشاء سلسلة من فتحات فنتوري الطولية كما هو موضح في الشكل 7. تمثل المساحة بين القضبان المتجاورة حلق فنتوري صغيرا، وتساعد بخاخات الماء في منع تراكم المواد الصلبة. يحدث التذرير الرئيسي للسائل عند القضبان، حيث يخلق الغاز عالي السرعة المار عبر الفراغات القطرات الصغيرة اللازمة لجمع الجسيمات الدقيقة. ينتج عن هذه الطريقة كثافة قطرات ماء عالية جدا في مجرى الغاز بسبب محيط الحلق الكبير مقارنة بالأنواع الأخرى، ويشترط صنع هذه القضبان من مواد مقاومة للتآكل نظرا للسرعات العالية الموجودة.

علاوةً على ذلك، تستطيع غواسل فنتوري ذات الحلق المبلل والمستدير ( الشكلين 2 و3) التعامل مع تدفقات داخلة تصل إلى 88,000 متر مكعب في الساعة. يصعب تحقيق توزيع منتظم للسائل عند معدلات تدفق داخلة أكبر من ذلك، ما لم تستعمل هدارات أو حواجز إضافية. استعملت غواسل مصممة بحلق مستطيل وطويل وضيق للتعامل مع التدفقات الداخلة الكبيرة (الشكل 4). يبنى فنتوري ذو الحلق المستطيل غالبا ليكون قابلا للتعديل عن طريق إدخال ألواح أو صمامات متحركة في الحلق، كما هو موضح في الشكل 6. يستعمل رذاذ غسيل بالماء لغسل المواد المتجمعة من اللوح باستمرار.

كذلك، همتلك أجهزة فنتوري البسيطة مساحات حلق ثابتة، ولذا تعمل بكفاءة فقط ضمن نطاق معين من معدلات التدفق. تسمح أجهزة فنتوري ذات الحلق القابل للتعديل بالحفاظ على الكفاءة عبر نطاق أوسع بكثير من التدفقات عن طريق تغيير حجم الحلق بحسب معدل تدفق الغاز. تبين أن أنواعا معينة من الفوهات (مساحات الحلق) التي تخلق اضطرابا أكبر من فنتوري الحقيقي تكون متساوية في الكفاءة بالنسبة لوحدة طاقة مستهلكة معينة، وأدت نتائج هذه النتائج إلى تطوير غاسل فنتوري ذي الفتحة الحلقية أو الحلق القابل للتعديل (الشكل 5). يتغير حجم مساحة الحلق عن طريق تحريك مكبس، أو قرص قابل للتعديل، صعودا أو هبوطا في الحلق، مما يقلل أو يزيد من الفتحة الحلقية. يتدفق الغاز عبر الفتحة الحلقية ويذرر السائل المرشوش على المكبس أو المتدفق من الأعلى.

وفي هذا السياق، يمكن تحقيق ترطيب الحلق باستخدام رذاذ موجه نحو الجدران أو بهدار يحيط بالقسم المتقارب يتدفق الماء من فوقه. تستعمل هذه الطريقة عند مصدر حقن السائل فقط لأن الغاز عالي السرعة سيقطع القطرات من الجدران. يمكن كذلك إدخال السائل بواسطة فوهات رش مباشرة في مجرى الغاز، وقد يوفر ذلك تشغيلا أكثر كفاءة لسرعات تدفق الغاز المنخفضة، ويمكن استخدام إحدى الطريقتين أو كلتيهما بناء على نوع التطبيق المعين.

من جانب آخر، تتطلب جميع غواسل فنتوري فاصل قطرات لأن السرعة العالية للغاز عبر الغاسل ستؤدي إلى جرف القطرات مع مجرى الغاز النظيف الخارج. تستعمل الفواصل الإعصارية، ووسادات الشبكة، والفواصل ذات الريش لإزالة قطرات السائل من غاز العادم وإعادة السائل إلى ماء الغاسل.

من جهة ثانية، يوصف غاسل فنتوري بأنه ذو "جدار مبلل" أو "حلق مبلل" إذا أدخل السائل فوق القسم المتقارب ليغطي الجدران وصولا إلى الحلق، كما يظهر في الشكل 2. تتيح هذه الطريقة غسل الجسيمات الموجودة في المجرى التي قد تكون عرضة للتكتل على الأسطح، وتقلل من التآكل الميكانيكي الناتج عن ارتطام الجسيمات بالحلق بسرعة عالية. تظهر كفاءة هذه الطريقة بوضوح عند التعامل مع الغازات الداخلة الساخنة والجافة التي تحتوي على غبار، أو الجسيمات الكاشطة أو المسببة للتآكل، مثل غازات المداخن أو الأفران.

اعتبارات الصيانة

ومن ناحية أخرى، يعد استخدام المنظف الأولي (مثل بخاخات التبريد أو العواصف الإعصارية) لزيادة كفاءة إزالة الجسيمات الأكبر حجما والأكثر تدميرا تقنية شائعة للمساعدة في تقليل التآكل، ويمتلك هذا كذلك ميزة إضافية تتمثل في تقليل حمل الجسيمات الذي يحمله السائل.

وفي السياق ذاته، يمكن تقليل التآكل عن طريق تبطين الحلق بطوب من كربيد السيليكون أو تزويده ببطانة قابلة للاستبدال. يمكن أن يحدث التآكل كذلك في اتجاه المصب من قسم الحلق، ولتقليله هنا، يمكن غمر الكوع الموجود في الجزء السفلي من الغاسل (المؤدي إلى الفاصل) بسائل الغسل. ترتطم الجسيمات والقطرات ببركة السائل، مما يقلل من تآكل هيكل الغاسل.

من جانب آخر، تتمثل مشكلة الصيانة الرئيسية لغواسل فنتوري في تآكل هيكل الغاسل بسبب سرعات الغاز العالية، حيث يمكن أن تصل سرعات الغاز في الحلق إلى 430 كم في الساعة. تستطيع الجسيمات وقطرات السائل التي تتحرك بهذه السرعات تدمير هيكل الغاسل سريعا.

ومن ناحية أخرى، يمكن أن تتسبب طريقة حقن السائل عند حلق فنتوري في حدوث مشكلات كذلك. تستعمل فوهات الرش لتوزيع السائل لأنها أكثر كفاءة في حقن السائل من الهدارات، بيد أن فوهات الرش يمكن أن تسد بسهولة عند إعادة تدوير السائل. يمكن استخدام أدوات تسليك تلقائية أو يدوية لتصحيح هذه المشكلة، ويصبح حقن الهدار المفتوح ضروريا غالبا عند إعادة تدوير المعلقات السائلة الثقيلة (سواء كانت لزجة أو محملة بالجسيمات).

ملخص

ومن ناحية أخرى، تعد هذه الأجهزة الغواسل الأكثر استخداما لأن بناؤها المفتوح يمكنها من إزالة أغلب الجسيمات دون حدوث انسداد أو تآكل. يمكن استخدام أجهزة فنتوري كذلك لامتصاص الغازات الملوثة، بيد أنها ليست بكفاءة أبراج الحشوات أو الأبراج ذات الصفائح في هذا المجال.

تدرج خصائص تشغيل غواسل فنتوري في الجدول 1.

وعلى صعيد آخر، تستعمل أجهزة فنتوري كذلك للتحكم في انبعاثات الرماد المتطاير وثنائي أكسيد الكبريت من المراجل الصناعية ومرافق الخدمات العامة.

وفي هذا السياق، تستطيع غواسل فنتوري تحقيق أعلى كفاءة لجمع الجسيمات (خاصة للجسيمات الصغيرة جدا) مقارنة بأي نظام غسل رطب آخر.

ومن جهة أخرى، صممت غواسل فنتوري لتجمع الجسيمات بكفاءة عالية تتجاوز 99% أحيانا. تجعل قدرة أجهزة فنتوري على التعامل مع أحجام داخلة كبيرة عند درجات حرارة عالية هذه الأجهزة جاذبة جدا للعديد من الصناعات، وبالتالي تستعمل لتقليل انبعاثات الجسيمات في عدد من التطبيقات الصناعية. تظهر أهمية هذه القدرة بوضوح في تقليل انبعاثات أفران الأسمنت والتحكم في الانبعاثات الصادرة من أفران الأكسجين القاعدية في صناعة الصلب، حيث يدخل الغاز إلى الغاسل عند درجات حرارة تزيد عن 350 درجة مئوية.

غاسل فنتوري القاذف

من جهة ثانية، تظهر أجهزة فنتوري القاذفة فاعلية في إزالة الجسيمات التي يزيد قطرها عن 1.0 ميكرومتر، ولا تستعمل هذه الغواسل للجسيمات ذات الحجم دون الميكرومتر إلا إذا كانت قابلة للتكثيف. يحدث جمع الجسيمات في المقام الأول عن طريق الارتطام في أثناء مرور غاز العادم عبر الرذاذ.

من جهة ثانية، يتسبب الاضطراب الذي يحدث في منطقة الحلق كذلك في ملامسة الجسيمات للقطرات الرطبة وجمعها. تزداد كفاءة جمع الجسيمات مع زيادة ضغط الفوهة أو زيادة نسبة السائل إلى الغاز، وتؤدي زيادة أي من هذين العاملين التشغيليين كذلك إلى زيادة هبوط الضغط لنظام معين، ولذلك تزيد زيادة هبوط الضغط من كفاءة جمع الجسيمات كذلك. تعمل أجهزة فنتوري القاذفة عند نسب سائل إلى غاز أعلى من أغلب غواسل الجسيمات الأخرى (أي 7 إلى 13 لتر لكل متر مكعب مقارنة بـ 0.4 إلى 2.7 لتر لكل متر مكعب لأغلب التصاميم الأخرى)، وتتطلب غالبا ضغوط سائل أعلى، خاصة إذا كانت تستعمل لدفع غاز العملية.

غاسل فنتوري القاذف

وفي السياق ذاته، يستعمل غاسل فنتوري القاذف رذاذا مشكلا مسبقا، تماما مثل برج الرش، بيد أنه يستعمل فوهة واحدة فقط بدلا من فوهات متعددة. تعمل هذه الفوهة عند ضغوط مائعية ومعدلات حقن أعلى من تلك المستعملة في أغلب غرف الرش. يوجه رذاذ الفوهة عالي الضغط (حتى 689 كيلوباسكال) نحو قسم الحلق في تضيق فنتوري.

ومن جهة أخرى، تميز فنتوري القاذف بين نظم الغسل المتاحة بقدرته على تحريك غاز العملية دون الاستعانة بـ مروحة ميكانيكية أو منفاخ. يخلق رذاذ السائل الخارج من الفوهة فراغا جزئيا في المجرى الجانبي للغاسل، ويعود هذا الفراغ الجزئي إلى تأثير برنولي، وهو مشابه لعمل شفاطات الماء المستعملة في مختبرات الكيمياء. يمكن استخدام هذا الفراغ الجزئي لتحريك غاز العملية عبر فنتوري وكذلك عبر نظام العملية في المنشأة. يساهم استبعاد المروحة من النظام في تجنب مشكلات محتملة عديدة في حالة المواد التي تسبب الانسداد بسهولة، أو الغازات المتفجرة، أو الأجواء شديدة التآكل.

في هذا الإطار، تستمد الطاقة اللازمة لتكوين قطرات الغسل من السائل المحقون. تشكل بخاخات الضغط العالي المارة عبر حلق فنتوري قطرات سائلة دقيقة عديدة توفر اختلاطا عنيفا بين الطورين الغازي والسائل. تستعمل معدلات حقن سائل عالية جدا لتوفير القدرة على تحريك الغاز وتحقيق كفاءة جمع أعلى. يتطلب الأمر تركيب وسيلة لفصل السائل المجروف عن مجرى الغاز، كما هو الحال مع الأنواع الأخرى من أجهزة فنتوري، وتستعمل فواصل القطرات عادة لإزالة القطرات الصغيرة المتبقية.

جمع الغاز

ومن جهة أخرى، تؤدي سرعات الغاز الداخل العالية في غاسل فنتوري إلى قصر زمن التلامس بين الطورين السائل والغازي جدا، ويحد هذا الزمن القصير من عملية امتصاص الغاز. ونظرا لأن أجهزة فنتوري تمتلك تصميما مفتوحا نسبيا مقارنة بالغواسل الأخرى، فإنها تظل مفيدة جدا لإزالة الملوثات الجسيمية والغازية المتزامنة، خاصة عندما:

وعلى صعيد آخر، يمكن استخدام غواسل فنتوري لإزالة الملوثات الغازية، بيد أنها لا تستعمل عندما تكون إزالة الملوثات الغازية هي الاهتمام الوحيد.

تمثل مشكلة الترسيب عائقا

• يتواجد تركيز عال من الغبار في المجرى الداخل
• يكون الغبار لزجا أو يميل إلى سد الفتحات
• يكون الملوث الغازي قابلا للذوبان بدرجة كبيرة أو يتفاعل كيميائيا مع السائل

ومن جهة أخرى، تودي زيادة نسبة السائل إلى الغاز إلى زيادة القابلية المحتملة لذوبان الملوث في السائل، وهذا هو السبب في استخدام غاسل فنتوري القاذف غالبا بدلا منه لهذا الغرض، رغم أن عوامل أخرى قد تؤدي إلى اختيار غاسل فنتوري تقليدي.

وفي هذا السياق، ينخفض هبوط الضغط (مقاومة التدفق) لتصميم فنتوري معين إذا انخفضت سرعة الغاز، والعكس صحيح. يساهم خفض هبوط الضغط في تقليل سرعة الغاز وزيادة زمن المكوث المقابل. تبلغ نسب السائل إلى الغاز لتطبيقات امتصاص الغاز هذه نحو 2.7 إلى 5.3 لتر لكل متر مكعب، ويتيح خفض سرعة الغاز زمنا أطول للتلامس بين الأطوار وامتصاصا أفضل.

علاوةً على ذلك، تقتصر غواسل فنتوري عموما على التحكم في الجسيمات المعلقة والغازات عالية الذوبان أو التفاعلية، رغم قدرتها على تحقيق بعض التحكم العرضي في المركبات العضوية المتطايرة.

وفي هذا السياق، تصمم أجهزة فنتوري لتعمل عند مجموعة ظروف مختلفة عن تلك المستعملة لجمع الجسيمات بهدف زيادة امتصاص الغازات، حيث تكون سرعات الغاز أقل ونسب السائل إلى الغاز أعلى لعملية الامتصاص.

غاسل فنتوري القاذف

وعلى صعيد آخر، تتعرض أجهزة فنتوري القاذفة لمشكلات التآكل في المناطق عالية السرعة مثل الفوهة والحلق، ويشترط صنع كليهما من مواد مقاومة للتآكل بسبب معدلات حقن السائل وضغوط الفوهة العالية. تعد صيانة المضخة التي تعيد تدوير السائل أمرا مهما جدا كذلك، وتتطلب سرعات الغاز العالية استخدام فواصل القطرات لمنع جرف السائل المفرط. يفضل أن تكون الفواصل سهلة الوصول أو قابلة للإزالة حتى يمكن تنظيفها في حال حدوث انسداد.

جمع الجسيمات

كذلك، يوفر السائل المتذرر عددا هائلا من القطرات الصغيرة لترتطم بها جسيمات الغبار. يتطلب الأمر إزالة قطرات السائل المحملة بالجسيمات من مجرى مخرج الغاسل، ويجري ذلك عموما بواسطة الفواصل الإعصارية.

علاوةً على ذلك، تزداد كفاءة إزالة الجسيمات مع زيادة هبوط الضغط بسبب الاضطراب المتزايد الناتج عن سرعة الغاز العالية في الحلق. يمكن تشغيل أجهزة فنتوري بـ هبوط ضغط يتراوح من 12 ملي بار إلى 250 ملي بار.

ومن جهة أخرى، تعمل أغلب أجهزة فنتوري عادة بهبوط ضغط في نطاق 50 إلى 150 سم من الماء. تكون سرعة الغاز في قسم الحلق عند قيم هبوط الضغط هذه بين 30 و120 مترا في الثانية عادة. تؤدي قيم هبوط الضغط العالية هذه إلى ارتفاع تكاليف التشغيل.

ومن جهة أخرى، يؤثر معدل حقن السائل، أو نسبة السائل إلى الغاز، كذلك على جمع الجسيمات. يتطلب الأمر حقن الكمية المناسبة من السائل لتوفير تغطية سائلة كافية لمنطقة الحلق وتعويض أي خسائر ناتجة عن التبخر. لن تتوفر أهداف سائلة كافية لتحقيق كفاءة الالتقاط المطلوبة إذا كان السائل غير كاف.

في هذا الإطار، تعمل أغلب نظم فنتوري بنسبة سائل إلى غاز تتراوح من 0.4 إلى 1.3 لتر لكل متر مكعب. لا تكفي النسب الأقل من 0.4 لتر لكل متر مكعب عادة لتغطية الحلق، ولا تؤدي إضافة أكثر من 1.3 لتر لكل متر مكعب عادة إلى تحسين كفاءة جمع الجسيمات تحسنا ملحوظا.

غاسل فنتوري الأنبوبي

إضافةً إلى ذلك، يعد غاسل فنتوري الأنبوبي نوعا من الغواسل الرطبة حيث يدمج حلق فنتوري مباشرة في مجرى الغاز دون حاجة إلى وعاء منفصل. يخلق هذا التصميم منطقة تلامس عالية السرعة بين الغاز والسائل، مما يعزز كفاءة التقاط الجسيمات. يمكن استخدام غواسل فنتوري الأنبوبية في التطبيقات الصناعية التي تتطلب التحكم في الانبعاثات واستعادة الطاقة معا. تدمج بعض النظم، مثلًا، عملية الغسل مع مبادلات حرارية تستعيد الطاقة الحرارية من مجرى الغاز المنظف. تحقق هذه التصميمات كفاءة إزالة عالية للجسيمات المعلقة، بما في ذلك الغبار الدقيق والدقيق جدا، مع تقليل استهلاك الطاقة الإجمالي للمنشأة في الوقت نفسه.

ببليوغرافيا

من جانب آخر، Richards, J. R. 1995. Control of Gaseous Emissions. (APTI Course 415). U.S. Environmental Protection Agency.

ومن جهة أخرى، Johnstone, H. F., and M. H. Roberts. 1949. Deposition of aerosol particles from moving gas streams. Industrial and Engineering Chemistry. 41:2417-2423.

وفي هذا الصدد، Bethea, R. M. 1978. Air Pollution Control Technology. New York: Van Nostrand Reinhold.

ومن ناحية أخرى، Calvert, S. 1977. How to choose a particulate scrubber. Chemical Engineering. 84:133-140.

ومن جهة أخرى، Anderson 2000 Company. Venturi scrubbing equipment. Engineering Manual with Operating and Maintenance Instructions. Atlanta: Anderson Company.

ومن ناحية أخرى، Richards, J. R. 1995. Control of Particulate Emissions (APTI Course 413). U.S. Environmental Protection Agency.

من جانب آخر، Buonicore, A. J. 1982. Wet scrubbers. In L. Theodore and A. J. Buonicore (Eds.), Air Pollution Control Equipment, Design, Selection, Operation and Maintenance. Englewood Cliffs: Prentice-Hall.

كذلك، McIlvaine Company. 1974. The Wet Scrubber Handbook. Northbrook, IL: McIlvaine Company.

إضافةً إلى ذلك، Kelly, J. W. 1978, December 4. Maintaining venturi-tray scrubbers. Chemical Engineering.