ليفة تنظيف رطبة

يشير مصطلح "جهاز التنظيف الرطب" إلى مجموعة متنوعة من الأجهزة التي تزيل الملوثات من غازات مداخن الأفران أو من تيارات الغاز الأخرى. في جهاز التنظيف الرطب، يتم ملامسة تيار الغاز الملوث بسائل التنظيف، إما برشّه بالسائل، أو بدفعه عبر حوض من السائل، أو بأي طريقة تلامس أخرى، وذلك لإزالة الملوثات.

تلتقط أجهزة التنظيف الرطبة جزيئات الغبار الصغيرة نسبيًا باستخدام قطرات السائل الكبيرة التي تنتجها. في معظم أنظمة التنظيف الرطبة، يكون حجم القطرات الناتجة أكبر من 50 ميكرومترًا (يتراوح بين 150 و500 ميكرومتر). وللمقارنة، يتراوح قطر شعرة الإنسان بين 50 و100 ميكرومتر. ويختلف توزيع حجم الجزيئات المراد جمعها باختلاف مصدرها.

على سبيل المثال، تميل الجسيمات المنتجة بالوسائل الميكانيكية (السحق أو الطحن) إلى أن تكون كبيرة (أكبر من 10 ميكرومترات)؛ في حين أن الجسيمات الناتجة عن الاحتراق أو التفاعل الكيميائي سيكون لها جزء كبير من الجسيمات الصغيرة (أقل من 5 ميكرومترات) والجسيمات دون الميكرومتر.

تُعد الجسيمات ذات الحجم الأكثر أهمية هي تلك التي يتراوح حجمها بين 0.1 و 0.5 ميكرومتر لأنها الأكثر صعوبة بالنسبة لأجهزة التنظيف الرطبة في جمعها.

يعتمد تصميم أجهزة التنقية الرطبة، أو أي جهاز آخر للتحكم في تلوث الهواء، على ظروف العمليات الصناعية وطبيعة الملوثات الهوائية. وتُعد خصائص الغاز الداخل وخصائص الغبار (إن وُجدت جسيمات ) ذات أهمية بالغة. ويمكن تصميم أجهزة التنقية لجمع الجسيمات العالقة و/أو الملوثات الغازية. وتتيح مرونة أجهزة التنقية الرطبة إمكانية بنائها بأشكال متعددة، مصممة جميعها لتوفير تلامس جيد بين السائل وتيار الغاز الملوث.

تعمل أجهزة التنظيف الرطبة على إزالة جزيئات الغبار عن طريق احتجازها في قطرات سائلة. تُجمع هذه القطرات، حيث يقوم السائل بإذابة أو امتصاص الغازات الملوثة. يجب فصل أي قطرات موجودة في غاز مدخل جهاز التنظيف عن تيار غاز المخرج باستخدام جهاز آخر يُعرف باسم فاصل الرذاذ أو فاصل الاحتجاز (وهذان المصطلحان مترادفان). كما يجب معالجة سائل التنظيف الناتج قبل تصريفه النهائي أو إعادة استخدامه في المصنع.

تعتمد قدرة جهاز التنظيف الرطب على جمع الجسيمات الصغيرة بشكل مباشر على الطاقة المُدخلة إليه. تُستخدم أجهزة منخفضة الطاقة، مثل أبراج الرش، لجمع الجسيمات التي يزيد حجمها عن 5 ميكرومترات. أما إزالة الجسيمات التي يبلغ حجمها 1 ميكرومتر (أو أقل) بكفاءة عالية، فتتطلب عادةً أجهزة عالية الطاقة، مثل أجهزة التنظيف بتقنية فنتوري، أو أجهزة مُعززة، مثل أجهزة التنظيف بالتكثيف. إضافةً إلى ذلك، يُعدّ تصميم وتشغيل فاصل الرذاذ أو مُزيل الرذاذ بشكل صحيح أمرًا بالغ الأهمية لتحقيق كفاءة إزالة عالية. فكلما زاد عدد قطرات السائل التي لا يلتقطها مُزيل الرذاذ، ارتفعت مستويات الانبعاثات المُحتملة.

تُعرف أجهزة التنقية الرطبة التي تزيل الملوثات الغازية باسم أجهزة الامتصاص . ويُعدّ التلامس الجيد بين الغاز والسائل أساسيًا لتحقيق كفاءة عالية في إزالة الملوثات في أجهزة الامتصاص. وتُستخدم تصاميم متنوعة لأجهزة التنقية الرطبة لإزالة الملوثات الغازية، ويُعدّ برج التعبئة وبرج الألواح من أكثرها شيوعًا.

إذا كان تيار الغاز يحتوي على كلٍ من الجسيمات والغازات، فإن أجهزة التنقية الرطبة هي عادةً الجهاز الوحيد القادر على إزالة كلا الملوثين معًا للتحكم في تلوث الهواء. تتميز هذه الأجهزة بكفاءة عالية في إزالة الجسيمات أو الغازات، وفي بعض الحالات، يمكنها تحقيق كفاءة عالية في إزالة كلا الملوثين في النظام نفسه. مع ذلك، في كثير من الأحيان، تكون أفضل ظروف التشغيل لجمع الجسيمات هي الأسوأ لإزالة الغازات.

بشكل عام، يتطلب الحصول على كفاءة عالية في إزالة الغازات والجسيمات في وقت واحد أن يكون من السهل جمع أحدهما (أي أن تكون الغازات قابلة للذوبان بدرجة كبيرة في السائل أو أن تكون الجسيمات كبيرة ويمكن التقاطها بسهولة)، أو عن طريق استخدام عامل تنظيف مثل الجير أو هيدروكسيد الصوديوم .

تُمرر الغازات "النظيفة" عادةً عبر فاصل رذاذ (وسادات إزالة الرذاذ) لإزالة قطرات الماء من تيار الغاز. أما الماء المتسخ الناتج من نظام التنقية، فيُنظف ويُصرف أو يُعاد تدويره إلى جهاز التنقية. يُزال الغبار من جهاز التنقية في وحدة تصفية أو خزان سلسلة جر. في كلا النظامين، تترسب المواد الصلبة في قاع الخزان. يقوم نظام ناقل سلسلة الجر بإزالة الحمأة وإيداعها في حاوية نفايات أو كومة تخزين.

تُنتج القطرات بعدة طرق:

1. حقن السائل بضغط عالٍ من خلال فوهات مصممة خصيصاً
2. سحب تيار الغاز المحمل بالجسيمات عبر حوض سائل
3. غمر دوار دوار في بركة سائلة.

تجمع هذه القطرات الجسيمات باستخدام آلية أو أكثر من آليات التجميع المتعددة، مثل الاصطدام، والاعتراض المباشر، والانتشار ، والتجاذب الكهروستاتيكي ، والتكثيف ، وقوة الطرد المركزي ، والجاذبية . ومع ذلك، يُعدّ الاصطدام والانتشار الآليتين الرئيسيتين.

انحشار

في نظام التنظيف الرطب، تميل جزيئات الغبار إلى اتباع مسارات تيار العادم . ولكن عند إدخال قطرات سائلة إلى تيار العادم، لا تستطيع الجزيئات دائمًا اتباع هذه المسارات لأنها تتباعد حول القطرة (الشكل 1). تتسبب كتلة الجزيء في انفصاله عن مسارات التيار واصطدامه بالقطرة.

يزداد الاصطدام مع ازدياد قطر الجسيمات ومع ازدياد السرعة النسبية بين الجسيمات والقطرات. فكلما كبرت الجسيمات، قلّ احتمال اتباعها لخطوط انسياب الغاز حول القطرات. كذلك، كلما زادت سرعة الجسيمات بالنسبة لقطرة السائل، زادت احتمالية اصطدامها بها. يُعدّ الاصطدام آلية التجميع السائدة في أجهزة التنقية التي تتجاوز سرعة تيار الغاز فيها 0.3  متر/ثانية (1  قدم/ثانية) ( بيري، 1973 ).

تعمل معظم أجهزة التنقية بسرعات تيار غاز تتجاوز 0.3  متر/ثانية. لذا، عند هذه السرعات،  يتم جمع الجسيمات التي يزيد قطرها عن 1.0 ميكرومتر بواسطة هذه الآلية. كما يزداد الاصطدام مع انخفاض حجم قطرة السائل، لأن وجود المزيد من القطرات داخل الوعاء يزيد من احتمالية اصطدام الجسيمات بها.

انتشار

تتعرض الجسيمات متناهية الصغر (  قطرها أقل من 0.1 ميكرومتر) لحركة عشوائية في تيار العادم. هذه الجسيمات متناهية الصغر لدرجة أنها تصطدم بجزيئات الغاز أثناء حركتها في تيار العادم. هذا الاصطدام، أو القصف، يجعلها تتحرك في اتجاه ثم في اتجاه آخر بشكل عشوائي، أو تنتشر ، عبر الغاز. يمكن أن تؤدي هذه الحركة غير المنتظمة إلى اصطدام الجسيمات بقطرة غاز وجمعها (الشكل 2). لهذا السبب، يُعد الانتشار آلية التجميع الأساسية في أجهزة التنقية الرطبة للجسيمات التي يقل حجمها عن 0.1  ميكرومتر.

يعتمد معدل الانتشار على ما يلي:

1. السرعة النسبية بين الجسيم والقطرة
2. قطر الجسيم
3. قطر قطرة السائل.

بالنسبة لكل من الاصطدام والانتشار، تزداد كفاءة التجميع مع زيادة السرعة النسبية (مدخل ضغط السائل أو الغاز) وانخفاض حجم قطرات السائل.

ومع ذلك، يزداد التجميع عن طريق الانتشار مع انخفاض حجم الجسيمات. تُمكّن هذه الآلية بعض أجهزة التنقية من إزالة الجسيمات متناهية الصغر (أقل من 0.1  ميكرومتر) بكفاءة.

في نطاق حجم الجسيمات الذي يتراوح تقريبًا بين 0.1 و 1.0  ميكرومتر، لا تسود أي من آليتي التجميع هاتين (التصادم أو الانتشار). يوضح الشكل 3 هذه العلاقة.

للتحكم في الجسيمات، تُقارن أجهزة التنظيف الرطبة (المعروفة أيضًا باسم المجمعات الرطبة) مع المرشحات النسيجية وأجهزة الترسيب الكهروستاتيكي . وفيما يلي بعض مزايا أجهزة التنظيف الرطبة مقارنةً بهذه الأجهزة:

• تتمتع أجهزة التنظيف الرطبة بالقدرة على التعامل مع درجات الحرارة العالية والرطوبة .
• في أجهزة التنقية الرطبة، يتم تبريد غازات المداخن، مما يؤدي إلى تقليل الحجم الإجمالي للمعدات.
• يمكن لأجهزة التنظيف الرطبة إزالة كل من الغازات والمواد الجسيمية.
• يمكن لأجهزة التنظيف الرطبة تحييد الغازات المسببة للتآكل.

تشمل بعض عيوب أجهزة التنظيف الرطبة التآكل، والحاجة إلى فصل المواد العالقة أو إزالة الرذاذ للحصول على كفاءة عالية، والحاجة إلى معالجة أو إعادة استخدام السائل المستهلك.

تم استخدام أجهزة التنظيف الرطبة في مجموعة متنوعة من الصناعات مثل مصانع الأحماض ، ومصانع الأسمدة ، ومصانع الصلب ، ومصانع الأسفلت ، ومحطات الطاقة الكبيرة .

تتضمن بعض المكونات الخاصة بعملية التنظيف الرطب ما يلي:

• جهاز تنظيف فنتوري
• غرفة/برج الرش
• جهاز تنظيف بالرش الإعصاري
• سرير مُعبأ
• جهاز طرد غازات التنظيف من نوع فنتوري

قد يشتمل النظام على واحد أو أكثر من هذه المكونات بالإضافة إلى مكونات داعمة متنوعة مثل:

• نظام مجاري الهواء والمراوح
• غرفة تشبع (اختيارية)
• فاصل الاحتجاز أو مزيل الرذاذ
• نظام الضخ (ونظام إعادة التدوير المحتمل)
• نظام معالجة سائل التنظيف المستهلك و/أو إعادة استخدامه
• مدخنة العادم

يمكن وصف عملية التنظيف الرطب النموذجية على النحو التالي:

• يدخل غاز الاحتراق الساخن من الفرن إلى جهاز التشبع (إن وجد) حيث يتم تبريد الغازات وترطيبها قبل دخولها إلى منطقة التنقية. ويزيل جهاز التشبع نسبة ضئيلة من الجسيمات العالقة في غاز الاحتراق.
• بعد ذلك، يدخل الغاز إلى جهاز تنقية الغازات بتقنية فنتوري، حيث تتم إزالة ما يقارب نصف الغازات. تتميز أجهزة تنقية الغازات بتقنية فنتوري بكفاءة إزالة جسيمات لا تقل عن 95%.
• يتدفق الغاز عبر جهاز تنقية ثانٍ، وهو عبارة عن ممتص ذي طبقة معبأة ، حيث يتم تجميع بقية الغازات (والجسيمات).
• يقوم فاصل الاحتجاز أو مزيل الضباب بإزالة أي قطرات سائلة قد تكون قد اختلطت بغاز المداخن.
• تقوم مضخة إعادة التدوير بنقل بعض سائل التنظيف المستهلك إلى جهاز التنظيف فنتوري حيث يتم إعادة تدويره ويتم إرسال الباقي إلى نظام المعالجة .
• يتم إعادة تدوير سائل التنظيف المعالج إلى جهاز التشبع وجهاز امتصاص الطبقة المعبأة .
• تقوم المراوح وقنوات التهوية بتحريك تيار غازات الاحتراق عبر النظام وفي النهاية إلى خارج المدخنة .

يُعدّ التآكل مشكلة رئيسية مرتبطة بأنظمة التنظيف في الصناعات الكيميائية. وغالبًا ما يُستخدم البلاستيك المقوى بالألياف والصفائح المزدوجة لمقاومتها للتآكل.