اسکرابر ونتوری (Venturi Scrubber)

4.8/5 - (5 امتیاز)

اسکرابر ونتوری

اسکرابر ونتوری با انرژی حاصل از جریان گاز ورودی با سرعت بالا مایعی که برای تمیز کردن گاز است را اتمی میکند.این نوع فناوری بخشی از گروه کنترل آلودگی هوا است که در مجموع به آن اسکرابرمرطوب گفته می شود.

از ونتوری می توان برای جمع آوری آلاینده های ذره ای و گازی استفاده کرد،اما اگرچه سطح مایع ارائه شده بسیار زیاد است.ماشین اسکرابر در از بین بردن ذرات موثرتر هستند، زیرا ذرات در اثر تماس گیر می کنند .

اسکرابر گاز ،گازها باید در اثر جذب در مدت زمان نسبتاً کوتاه به دام بیفتند. .دستگاه های ونتوری همچنین برای بیش از ۱۰۰ سال برای اندازه گیری جریان مایعات مورد استفاده قرار گرفته اند .ویلیام جونز و دیگر محققان دریافتند که آنها میتوانند به طور موثر از تنظیمات ونتوری برای حذف ذرات از جریان گاز استفاده کنند.

عملکرد دستگاه اسکرابر ونتوری

از سه قسمت تشکیل شده است :

قسمت همگرا
قسمت گلو
قسمت واگرا

جریان گاز ورودی وارد قسمت همگرایی میشود و با کاهش منطقه ، سرعت گاز افزایش می یابد.مایع یا در حلق و یا در ورودی قسمت همگرا وارد می شود.گاز ورودی باحرکت در سرعتهای بسیار بالا در قسمت کوچک گلو ،به طور آشفته با مایع مخلوط می شود و تعداد زیادی قطره بسیار ریز تولید می کند.

در حالی که جریان گاز ورودی با مه قطرات ریز مایع مخلوط می شود ، ذرات و حذف گاز در بخش واگرا رخ می دهد.جریان ورودی سپس از طریق قسمت واگرا خارج می شود ، جایی که مجبور می شود سرعت خود را کم کند.اگر مایع در بالای قسمت همگرا وارد شود و دیواره ها را تا گلو بپوشاند ، ونتوری دارای “دیواره مرطوب” یا “گلو خیس” باشد.

به ذرات موجود در جریان اجازه می دهد مستعد تزریق روی سطوح برای شستشو است .ذرات در گلو سایش مکانیکی ذرات با سرعت زیاد در گلو را کاهش می دهد.برای مدیریت گازهای گرم و خشک ورودی که حاوی گرد و غبار یا ذرات ساینده یا خورنده هستند مانند گازهای کوره یا کوره بسیار موثر است.

خیس شدن گلو با اسپری که به دیواره ها هدایت می شود یا با یک غشای محصور کننده بخش همگرا که آب از آن جریان دارد،به دست آورد.این روش فقط در منبع تزریق مایع قابل استفاده است زیرا گاز با سرعت بالا باعث برش قطرات دیواره ها می شود.مایع همچنین می تواند توسط نازل های اسپری مستقیماً به جریان گاز وارد شود .برای سرعتهای پایین جریان گاز عملکرد کارآمدتری را فراهم کند ، یا بسته به نوع کاربرد هر دو روش ممکن است استفاده شود.

ونتوریس

ونتوریس های ساده نواحی گلو را ثابت کرده اند و بنابراین فقط در محدوده خاصی از دبی ها به طور موثر کار خواهند کرد.بطن های قابل تنظیم گلو اجازه می دهد تا با تغییر اندازه گلو مطابق با میزان جریان گاز ، بازده در طیف وسیعی از جریان ها حفظ شود.مشخص شد که انواع خاصی از دهانه ها (نواحی گلو) که تلاطم بیشتری نسبت به یک ونتور واقعی ایجاد می کنند.برای یک واحد انرژی مشخص مصرف شده به همان اندازه کارآمد هستند و نتایج این یافته ها منجر به ایجاد دهانه حلقوی یا گلو قابل تنظیم می شود.

اسکرابر ونتوری

اندازه ناحیه گلو با حرکت دادن پیستون یا دیسک قابل تنظیم به سمت بالا یا پایین در گلو تغییر می کند.با تغییر اندازه گلو دهانه حلقوی را کاهش می دهد یا افزایش می دهد.گاز از دهانه حلقوی عبور می کند و مایعی را که روی پیست پاشیده می شود یا از بالا به داخل آن می چرخد ، اتمی می کند.

ونتوریس خیس از گلو با گلوهای گرد می تواند جریان ورودی به اندازه ۸۸۰۰۰ متر مکعب در ساعت (۴۰۰۰۰ cfm) را کنترل کند.در سرعت جریان ورودی بیشتر از این ، دستیابی به توزیع یکنواخت مایع دشوار است ، مگر اینکه از رگه های اضافی یا سرپیچ استفاده شود.برای کنترل جریانهای ورودی بزرگ ، از اسکرابرهایی که با گلوهای باریک و مستطیل شکل طراحی شده اند استفاده شده است.

ونتوری حلقوی مستطیلی

گلو به گونه ای ساخته می شود که می تواند با وارد کردن صفحات یا فلپ های متحرک در گلو قابل تنظیم باشد.از اسپری شستشوی آب برای شستشوی مداوم مواد جمع آوری شده از صفحه استفاده می شود.با قرار دادن تعدادی لوله به موازات یکدیگر می توان مجموعه ای از دهانه های ونتوری طولی ایجاد کرد که در شکل ۷ نشان داده شده است.

منطقه بین میله های مجاور یک گلو ونتوری کوچک است. اسپری های آب به جلوگیری از تجمع مواد جامد کمک می کنند.تمیزه شدن اصلی مایع در میله ها اتفاق می افتد،جایی که گاز با سرعت بالا در حال حرکت است .گاز با سرعت بالا در فاصله ها ، قطرات کوچک لازم برای جمع آوری ذرات ریز را ایجاد می کند.

این روش می تواند تراکم قطرات آب بسیار بالایی را در جریان گاز ایجاد کند که به دلیل محیط بسیار بالای گلو نسبت به انواع دیگر است.این میله ها به دلیل سرعت زیاد باید از مواد مقاوم در برابر سایش ساخته شوند.

اسکرابر ونتوری گلو به شکل مستطیل

همه دستگاه های شستشوی ونتوری به جداکننده حباب احتیاج دارند.سرعت بالای گاز از طریق دستگاه اسکرابر تمایل به جذب قطرات با جریان گاز تمیز خروجی خواهد داشت.جداکننده های سیکلونیک ، مش پد و تیغه ها برای حذف قطرات مایع از گاز دودکش و بازگشت مایع به آب دستگاه اسکرابر استفاده می شوند.

اسکرابر اجکتور ونتوری

مانند یک برج اسپری، اسکرابر ونتوری اجکتوری از یک اسپری یا shower از پیش ساخته شده استفاده میکند. با این حال، در یک اسکرابر ونتوری اجکتوری به جای تعداد زیادی نازل، تنها از یک نازل استفاده میشود. این نازل در فشارهای بالاتر و نرخ تزریق بالاتر نسبت به اکثر محفظه های اسپری کار میکند.

نازل اسپری فشار بالا (حداکثر ۶۸۹ کیلو پاسکال یا ۱۰۰ psig) در قسمت گلویی یک انقباض ونتوری قرار میگیرد.اجکتور ونتوری در بین سیستم های اسکرابر موجود منحصر به فرد است زیرا میتواند گاز فرآیند را بدون کمک فن یا دمنده حرکت دهد. اسپری مایعی که از نازل می آید یک خلاء جزئی در مجرای جانبی اسکرابر ایجاد میکند.

خلاء جزئی ناشی از اثر برنولی است و شبیه به دستگاه های آسپیراتور آب است که در آزمایشگاه های شیمی استفاده میشود. این خلاء جزئی میتواند برای انتقال گاز فرآیند از طریق ونتوری و همچنین از طریق سیستم فرآیند تاسیسات استفاده شود. در مورد موادی که به راحتی مسدود میشوند، گازهای محترقه یا جوهای بسیار خورنده، حذف یک فن در سیستم میتواند از بسیاری از مشکلات احتمالی جلوگیری کند.

انرژی برای تشکیل قطرات پاک کننده از مایع تزریق میشود. اسپری‌های فشار بالا که از گلوی ونتوری عبور میکنند، قطرات مایع ریز متعددی را تشکیل میدهند که اختلاط آشفته بین فازهای گاز و مایع را ایجاد میکنند. نرخ های تزریق مایع بسیار بالا برای ارائه قابلیت انتقال گاز و راندمان جمع آوری بالاتر استفاده میشود. مانند سایر انواع ونتوریس، باید وسیله ای برای جداسازی مایع حباب شده از جریان گاز نصب شود.جداکننده های حباب معمولاً برای حذف قطرات کوچک باقی مانده استفاده میشوند.

جمع آوری ذرات

مایع اتمیزه شده تعداد زیادی قطرات ریز را فراهم می کند تا ذرات گرد و غبار روی آنها تأثیر بگذارد. این قطرات مایع حاوی ذرات باید از جریان خروجی اسکرابر، معمولاً توسط جداکننده‌های سیکلونی حذف شوند.راندمان حذف ذرات با افزایش افت فشار به دلیل افزایش تلاطم به دلیل سرعت بالای گاز در گلو افزایش مییابد.

Venturis را می توان با افت فشار از ۱۲ میلی بار تا ۲۵۰ میلی بار کار کرد.اکثر ونتوری ها معمولاً با افت فشار در محدوده ۵۰ تا ۱۵۰ سانتی متر (۲۰ تا ۶۰ اینچ) آب کار می کنند. در این افت فشار، سرعت گاز در قسمت گلو معمولاً بین ۳۰ تا ۱۲۰ متر بر ثانیه (۱۰۰ تا ۴۰۰ فوت بر ثانیه) یا تقریباً ۲۷۰ مایل در ساعت در انتهای بالا است.

این افت فشار بالا منجر به هزینه های عملیاتی بالایی می شود.نرخ تزریق مایع یا نسبت مایع به گاز (L/G) نیز بر جمع آوری ذرات تأثیر می گذارد. مقدار مناسب مایع باید تزریق شود تا پوشش مایع کافی در ناحیه گلو ایجاد شود و تلفات تبخیر جبران شود.

اگر مایع کافی وجود نداشته باشد، اهداف مایع کافی برای تامین بازده جذب مورد نیاز وجود نخواهد داشت.بیشتر سیستم‌های ونتوری با نسبت L/G 0.4 تا ۱.۳ L/m3 (3 تا ۱۰ gal/1000 ft3) کار می‌کنند.نسبت L/G کمتر از ۰.۴ L/m3 (3 gal/1000 ft3) معمولاً برای پوشاندن گلو کافی نیست و افزودن بیش از ۱.۳ L/m3 (10 gal/1000 ft3) معمولاً کارایی جمع آوری ذرات را به میزان قابل توجهی بهبود نمی بخشد.

اجکتور ونتوریس در حذف ذرات بزرگتر از ۱.۰ میکرومتر در قطر موثر است. این اسکرابرها روی ذرات زیر میکرومتر استفاده نمیشوند مگر اینکه ذرات متراکم شوند.جمع‌آوری ذرات عمدتاً از طریق برخورد با گاز خروجی (از فرآیند) از طریق اسپری عبور می‌کند.

تلاطمی که در ناحیه گلو ایجاد می شود نیز باعث می شود که ذرات با قطرات مرطوب تماس پیدا کرده و جمع شوند. راندمان جمع آوری ذرات با افزایش فشار نازل و/یا افزایش نسبت مایع به گاز افزایش می یابد. افزایش در هر یک از این دو پارامتر عملیاتی همچنین منجر به افزایش افت فشار برای یک سیستم معین می شود.

بنابراین افزایش افت فشار راندمان جمع آوری ذرات را نیز افزایش می دهد. اجکتور ونتوری با نسبت L/G بالاتری نسبت به سایر اسکرابرهای ذرات معلق کار میکند (یعنی ۷ تا ۱۳ لیتر در متر مکعب در مقایسه با ۰.۴-۲.۷ L/m3 برای اکثر طرح های دیگر)، و اغلب به فشار مایع بالاتری نیز نیاز دارند، به خصوص اگر از آنها استفاده شود. گاز فرآیند را هدایت می کند.

جمع آوری گاز

اسکرابرهای ونتوری را می توان برای حذف آلاینده های گازی استفاده کرد. با این حال، زمانی که حذف آلاینده های گازی تنها نگرانی است، از آنها استفاده نمی شود.

سرعت بالای گاز ورودی در اسکرابر ونتوری منجر به زمان تماس بسیار کوتاه بین فاز مایع و گاز می شود. این زمان تماس کوتاه، جذب گاز را محدود می کند. با این حال، از آنجایی که ونتوری ها در مقایسه با سایر اسکرابرها طراحی نسبتاً باز دارند، هنوز هم برای حذف همزمان آلاینده های گازی و ذرات بسیار مفید هستند، به ویژه در موارد زیر :

پوسته پوسته شدن می تواند یک مشکل باشد
غلظت بالایی از گرد و غبار در جریان ورودی وجود دارد
گرد و غبار چسبنده است یا تمایل به بستن دهانه ها دارد
آلاینده گازی بسیار قابل حل است یا بطور شیمیایی قابلیت واکنش با مایع دارد

برای به حداکثر رساندن جذب گازها، ونتوری ها به گونه ای طراحی شده اند که در مجموعه ای از شرایط متفاوت از شرایط مورد استفاده برای جمع آوری ذرات کار کنند. سرعت گاز کمتر و نسبت مایع به گاز برای جذب بیشتر است.

برای یک طرح ونتوری معین، اگر سرعت گاز کاهش یابد، افت فشار (مقاومت در برابر جریان) نیز کاهش می یابد و بالعکس. بنابراین با کاهش افت فشار، سرعت گاز کاهش یافته و زمان ماند مربوطه افزایش می‌یابد. نسبت مایع به گاز برای این کاربردهای جذب گاز تقریباً ۲.۷ تا ۵.۳ L/m3 (20 تا ۴۰ gal/1000 ft3) است. کاهش سرعت گاز باعث می شود که زمان تماس بیشتر بین فازها و جذب بهتر باشد.

افزایش نسبت مایع به گاز باعث افزایش حلالیت بالقوه آلاینده در مایع می شود. به همین دلیل است که اغلب به جای آن از اسکرابر ونتوری اجکتوری برای این منظور استفاده می شود، اگرچه عوامل دیگر همچنان ممکن است منجر به انتخاب یک اسکرابر ونتوری معمولی شود.

اگرچه اسکرابرهای ونتوری قادر به کنترل تصادفی ترکیبات آلی فرار (VOC) هستند، عموماً اسکرابرهای ونتوری به کنترل PM (ذرات) و حلالیت بالا یا گازهای واکنش پذیر محدود می شوند.

اجکتور ونتوریس زمان تماس گاز و مایع کوتاهی دارد زیرا سرعت گاز خروجی از داخل ظرف بسیار زیاد است. این زمان تماس کوتاه، راندمان جذب سیستم را محدود می کند. اگرچه اجکتور ونتوریس عمدتاً برای حذف گاز استفاده نمی شود، اما اگر گاز بسیار محلول باشد یا از یک اسکرابر بسیار واکنش پذیر استفاده شود، می توانند موثر باشند. در این موارد، راندمان حذف تا ۹۵ درصد قابل دستیابی است.

تعمیرات و نگهداری اسکرابر

مشکل اصلی تعمیر و نگهداری اسکرابرهای ونتوری، سایش پوسته اسکرابر به دلیل سرعت بالای گاز است. سرعت گاز در گلو میتواند به سرعت ۴۳۰ کیلومتر در ساعت (۲۷۰ مایل در ساعت) برسد. ذرات و قطرات مایعی که با این سرعت ها حرکت میکنند میتوانند به سرعت پوسته اسکرابر را فرسایش دهند.

سایش همچنین می تواند در پایین دست بخش گلو رخ دهد. برای کاهش سایش در اینجا، زانویی در پایین اسکرابر (که به جداکننده منتهی می شود) می تواند غرق شود (یعنی با یک حوضچه از مایع شستشو پر شود). ذرات و قطرات روی حوضچه مایع تاثیر می‌گذارند و سایش پوسته اسکرابر را کاهش می‌دهند.

یک تکنیک رایج برای کمک به کاهش ساییدگی استفاده از یک پیش پاک کننده (به عنوان مثال، کوئنچ اسپری یا سیکلون) برای حذف ذرات بزرگتر و آسیب رسان است. این همچنین دارای مزیت افزوده ای است که بار ذرات حمل شده توسط مایع را کاهش می دهد.

روش تزریق مایع در گلو ونتوری

این روش نیز می تواند مشکلاتی ایجاد کند. نازل های اسپری برای توزیع مایع استفاده می شوند زیرا نسبت به سرریزها برای تزریق مایع کارآمدتر هستند (الگوی اسپری موثرتری دارند). با این حال، نازل های اسپری می توانند به راحتی در هنگام چرخش مایع، وصل شوند.

برای رفع این مشکل می توان از ریمورهای اتوماتیک یا دستی استفاده کرد. با این حال، هنگامی که دوغاب های مایع سنگین (چه چسبناک یا دارای ذرات بارگذاری شده) در گردش مجدد قرار می گیرند، تزریق در سرریز اغلب ضروری است.

اجکتور ونتوریس در معرض مشکلات سایشی در نواحی با سرعت بالا – نازل و گلو قرار دارند. به دلیل نرخ بالای تزریق مایع و فشار نازل، هر دو باید از مواد مقاوم در برابر سایش ساخته شوند. نگهداری از پمپی که مایع را به گردش در می آورد نیز بسیار مهم است.

علاوه بر این، سرعت بالای گاز، استفاده از جداکننده های حباب را برای جلوگیری از انتقال بیش از حد مایع ضروری می کند. جداکننده ها باید به راحتی در دسترس یا قابل جابجایی باشند تا در صورت وصل شدن، تمیز شوند.