تصميم وبناء منظومة فحص وقياس خواص بعض المرذذات المستخدمة في أنظمة الكسح الرطبة

Abstract

الخلاصة تعتبر المرذاذات من الأجزاء المهمة في عمل منظومة الكسح الرطب (Wet Scrubber )، وتعتبر كفاءة عملها من العوامل المؤثرة بشكل كبير على كفاءة عمل المنظومة. يتضمن البحث تعريف نوعين من المرذاذات (Full Cone, Hollow Cone) واللتان اعتمدتا في إجراء التجارب كونهما شائعتا الاستخدام في أنظمة الكسح الرطب. صنعت منظومة فحص المرذاذات في ورش عمل شركة التحدي العامة وفق التصاميم التي أعدت من قبل فريق العمل، واجريت مجموعة من التجارب باستخدام هذه المنظومة لفحص المرذذات انفة الذكر لمعرفة التوزيع الكتلي للرذاذ الخارج منها. بينت نتائج التجارب العملية بأن الأشكال والأبعاد الهندسية للرذاذ الخارج من المرذاذ تعتمد على نوع المرذاذ وقطر فتحته وضغط ومعدل تدفق السائل، وعليه فقد ثبتت في التجارب العملية قيمة الضغط والتدفق (0.14m3/hr, 2bar)، وفحص مرذاذ (Full Cone) ولوحظ بأن الشكل الهندسي للرذاذ الخارج مخروطي كامل التوزيع، وعند فحص مرذاذ (Hollow Cone) لوحظ بان الشكل الهندسي للرذاذ الناتج مخروطي مجوف، ووجدت مساحة وزاوية الترذيذ من خلال تثبيت الارتفاع العمودي بين مستوي تجميع الرذاذ وموقع المرذاذ وحساب معدل التدفق الكتلي عملياً (35.48gm/sec) وعند حسابه نظريا (34.975gm/sec)، لذا أصبح من الممكن فحص مرذاذات بأنواع أخرى وحسب ظروفها التشغيلية باستخدام منظومة الفحص التي بنيت في هذا البحث.

المفتاح : Spray Nozzles , Conical Sheet Atomizer, Spray tower .

المقدمة يمكن تعريف المرذاذ على أنه تركيب ميكانيكي يحول السائل (باستخدام الطاقة) إلى دقائق رذاذ، من خلال تكبير المساحة السطحية للسائل مما يؤدي إلى تحوله إلى حالة عدم استقرار وتحلله إلى دقائق رذاذ، والأساس النظري لهذه الحالة يعتمد على مفهوم توزيع الطاقة للسائل بين الطاقة السطحية والطاقة الناتجة من لزوجة السائل، وحسب قانون حفظ الطاقة (الطاقة الداخلة إلى المرذاذ = الطاقة المستهلكة في داخله + الطاقة الخارجة منه). يمكن تقسيم المرذذات حسب عملها اعتماداً على الطاقة المستخدمة في عملية الترذيذ إلى ثلاثة أنواع (طاقة الضغط وطاقة الطرد المركزي وطاقة الغازات)، توجد أنواع مختلفة من المرذاذات التي تعمل بطاقة الضغط ومنها مرذاذ (Hollow cone) الذي يكون رذاذه بشكل مخروطي مجوف وتكون كمية الرذاذ في قلب المخروط قليلة جداً، ومرذاذ (Full cone) الذي يكون رذاذه بشكل مخروطي كامل وتتوزع كمية الرذاذ تقريباً كاملة خلال المخروط، يعتبر شكل وأبعاد مستوي الترذيذ وأقطار قطرات الرذاذ من العوامل المهمة في كفاءة أداء منظومات الكسح الرطب. يمكن حساب التدفق الكتلي نظريا عند فتحة الترذيذ باستخدام العلاقة (Qm=C_D ρA_N (2∆P/ρ)^0.5)، اذ ان: (Qm) التدفق الكتلي، (CD) عامل التفريغ، (ρ) كثافة السائل، (AN) مساحة مقطع فتحة المرذاذ، (∆P) فرق الضغط عبر المرذاذ.

الجانب العملي صممت وصنعت منظومة الفحص من عدة أجزاء أهمها : (حوض زجاجي على شكل متوازي مستطيلات، منظومة جيوب التجميع وهي عبارة عن قاعدة خشبية تحتوي على تسعة ثقوب غير نافذة والمسافة بين ثقب وآخر بحدود (5.5cm) وهي موزعة على كل من محوري (x,y)، حاويات زجاجية لتجميع قطرات رذاذ الماء، شبكة إيصال الماء المضغوط إلى المرذاذ، المرذاذات). جمعت المنظومة ألمختبريه من خلال تثبيت حاويات التجميع في القاعدة المخصصة لها، ووضع القاعدة داخل الحوض الزجاجي بحيث تكون فتحات الحاويات إلى الأعلى وربط شبكة إيصال الماء إلى المرذاذات، والشكل رقم (1) يبين منظومة الفحص المستخدمة والأجزاء الملحقة بها. باستخدام المنظومة التي وصفت انفا فحصت مرذاذات نوع (Full Cone) و (Hollow Cone) وبأقطار مختلفة لفتحات المرذاذ (dn) ولارتفاعات مختلفة (عن مستوي الحاويات)، وباستخدام برنامج (Microsoft Office Excel 2007) رسمت النتائج لبيان العلاقة بين كتلة قطرات رذاذ الماء المتجمع في الحاويات والبعد على طول المستوي الأفقي (xy)، اذ لوحظ توزيع رذاذ الماء الخارج من النوع الأول كما في الشكل (2)، أما الشكل (3) فيبين توزيع الرذاذ الخارج من النوع الثاني، كما اجريت تجربة لإيجاد قيمة زاوية الترذيذ لمرذاذ (Hollow Cone, dn=3.5mm) وحسب الظروف التشغيلية (ارتفاع االمرذاذ عن مستوي مساحة تجميع الرذاذ (H=6cm)، ضغط الماء الداخل إلى المرذاذ (2bar)، تدفق الماء المستخدم في التجربة (Q=0.14m³/hr)، زمن تجميع قطرات رذاذ الماء (10sec)) حسب معدل التدفق الكتلي العملي وكانت قيمته (35.48gm\sec)، وعند حساب التدفق الكتلي نظريا وجد بالقيمة (34.975gm\sec) باعتبار أن قيمة عامل التفريغ(CD=0.9) ، وحساب زاوية الترذيذ وفق شروط التجربة انفة الذكر ووجد بأنها تساوي ("=128.7º)، وهذه القيمة تقع ضمن قيم زوايا الترذيذ لمثل هكذا نوع من المرذاذات (Hollow cone).

المناقشة الاستنتاج إن تطابق النتائج العملية لقيمة التدفق الكتلي للماء مع القيم النظرية وكذلك بالنسبة إلى شكل الرذاذ وزاوية الترذيذ يبين بان منظومة الفحص تعمل بشكل جيد، ومن الشكل (3) نجد بان أقصى انخفاض لكمية الماء المتجمع لم يكن في المركز كما هو متوقع نظريا، ووجد ان السبب هو عدم استواء قاعدة تثبيت الحاويات،و من المهم جدا أن يكون مستوي موقع المرذاذ ومستوي الحاويات على خط توازي تام مع خط الأفق لضمان التوزيع المنتظم لرذاذ الماء وحسب نوع المرذاذ المستخدم. يمكن الاستفادة من منظومة فحص المرذاذات بصورة أفضل من خلال: زيادة ضغط الماء إلى (≥10bar) لزيادة مساحة تجميع الرذاذ على طول المحورين الأفقيين (xy). الحصول على عدد اكبر من القراءات لكل محور وبالتالي زيادة الدقة بالقياسات. إيجاد طريقة عملية لتحديد أقطار قطرات الرذاذ الخارج من كل نوع من المرذاذات المستخدمة عمليا ويكون ذلك بوضع كاميرات ذات دقة وسرعة عالية، ومن ثم تحديد علاقة أقطار قطرات الرذاذ الناتج وضغط الماء المار عبر المرذاذ للاستفادة منها في حسابات المساحة السطحية الإجمالية للرذاذ الناتج والتي تفيد في حسابات كفاءة الترسيب في منظومة الكاسح الرطب نوع برج الترذيذ أو غيرها.

المصادر Gerald T. Joseph, David S. Beachler, 'Scrubber System Operation Review', Self-Instructional Manual, APTI Course SI: 412C, Second Edition, North Carolina State University, 1998. W. Strauss, ‘Industrial Gas Cleaning, the principles and practice of the control of gaseous and particulate emissions’ Pergamon Press, (1975). Karl B. Schnelle, Charles A. Brown 'Air Pollution Control Technology Hand Book', CRC Press LLC, 2002. LECHER, 'Spray nozzles and systems creative solution in spray technology, full cone and hollow cone nozzles', GmbH

شكل رقم (1) يبين أجزاء شبكة الماء مع المرذاذ المربوط معها منظومة الفحص

شكل رقم (2) يبين علاقة كتلة الماء المتجمع مع بعد الحاوية على طول المحور (x)

الشكل (3) يبين علاقة كتلة الماء المتجمع مع بعد الحاوية على طول المحور (x)