اسکرابرهای ونتوری (E.S.I) یا شوینده ونتوری چیست؟
یک اسکرابر ونتوری یا اسپری گاز اتمیزه، به منظور افزایش تماس گاز-مایع باعث افزایش سرعت جریان گاز میشود. در یک مدل ونتوری، یک بخش گلو مانند در داخل مجرایی که به جریان گاز نیرو وارد میکند در حالی که مجرا باریک شده و منبسط میشود. در حالی که گاز وارد گلوگاه ونتوری میشود، سرعت گاز و آشفتگی یا تربیولانس هر دو افزایش مییابند. مایع شستشو پیش از آنکه گاز با گلوگاه ونتوری روبه رو شود، به داخل جریان گاز اسپری میشود. سپس مایع شستشو توسط آشفتگی در گلوگاه به قطرات ریز اتمیزه شده و و تعامل قطره –ذره افزایش مییابد.
پس از مقطع گلوگاه در یک اسکرابر ونتوری، ذرات معلق مرطوب شده و قطرات اضافی مایع توسط یک حرکت چرخشی یا حذف کنندهی غبار از جریان گاز جدا میشوند. محصولات ونتوری دارای مزیت ساده بودن در طراحی، نصب آسان و نیازمندیهای نگهداری کم میباشند. نمونه ای از یک اسکرابر ونتوری در شکل آمده است.عملکرد یک اسکرابر ونتوری تا حدودی به سرعت گاز در داخل گلوگاه بستگی دارد. تعدادی اسکرابر ونتوری به منظور تسهیل کنترل سرعت از طریق تغییر عرض گلوگاه ونتوری طراحی شده اند. به دلیل تعامل زیاد میان ذرات معلق و قطرات، مدل های ونتوری دارای ظرفیت جمع آوری بالا برای ذرات معلق کوچک میباشند. متاسفانه، افزایش بازدهی مدل ونتوری نیازمند افزایش قطره فشار که در عوض مصرف انرژی را افزایش میدهد، میباشد.
جمع آوری ذرات و مکانیسمهای نفوذ
ابزار غالب برای گیر انداختن ذرات معلق در تولید اسکرابر های تر، نهفتگی اینرسی ذرات معلق بر روی قطرات مایع میباشد. پاشش براونی(تصادفی) نیز به جمع آوری ذرات میانجامد اما تأثیرات آن فقط برای ذرات با قطر تقریباً ۰٫۱ میکرومتر یا کمتر، قابل توجه است. جداسازی مستقیم، مکانیسم جمع آوری دیگر اسکرابر میباشد. مکانیسمهای جمع آوری کم اهمیتتر اسکرابر، از گرانش، الکترواستاتیک و چگالش استفاده میکنند.
نهفتگی اینرسی در اسکرابرهای ونتوری، به موجب تغییر در سرعت میان ذرات معلق در گاز و خود گاز اتفاق میافتد. زمانی که گاز به مانعی نظیر قطره مایع، بر میخورد، تغییر جهت داده و در اطراف قطره جریان دارد. حرکت ذرهی حاصله، ترکیبی از نیروهای سکون و پسا سیال است. این امر باعث ایجاد نهفتگی در ذراتی میشود که در آنها اینرسی غالب بوده و همچنین باعث ایجاد مجرای فرعی برای ذراتی میشود که با نیروی پسا مایع تحت تاثیر قرار گرفته اند. ذرات درشت، یا در واقع ذراتی که بزرگتر از μm10 میباشند، راحتتر با نهفتگی اینرسی جمع آوری میشوند زیرا دارای نهفتگی اینرسی بیشتری هستند و این امر باعث میشود در برابر تغییرات در جریان گاز مقاومت کرده و در نتیجه، قطره را تحت تاثیر قرار میدهند. ذرات ریز (به عبارتی دیگر ذرات کوچکتر از ۱ μm) را سختتر میتوان به روش نهفتگی اینرسی جمع آوری کرد زیرا ذرات در اثر غلبهی نیروی پسا مایع، در خطوط جریان گاز باقی میمانند.
جمع آوری از طریق انتشار به موجب حرکت سیال و حرکت براونی (تصادفی) ذرات رخ میدهد. این حرکت ذرات در محفظهی باعث تماس مستقیم ذره-مایع میشود. از آنجایی که این تماس برگشت ناپذیر است، جمع آوری ذرات معلق از طریق مایع انجام میپذیرد. اثرات جمع آوری نفوذیِ ذرات با قطر کمتر از ۰٫۱ میکرومتر قابل توجه است. جداسازی مستقیم زمانی رخ میدهد که مسیر یک ذره در داخل یک شعاع واسطهی جمع آوری (یا collection) که در اسکرابر، قطرهی مایع میباشد، قرار گیرد. احتمال دارد این مسیر، نتیجهی اینرسی، انتشار یا حرکت سیال باشد.
جمع آوری (یا collection) گرانشی که نتیجهی برخورد قطرات در حال ریزش با ذرات میباشد، تا حدود زیادی به نهفتگی و جداسازی مرتبط است، و در برخی اسکرابرها به عنوان یک مکانیسم سطحی و جزئی به شمار میرود. ته نشینی گرانشی ذرات معمولاً به دلیل سرعت بالای گاز و وقفههای زمانی کوتاه عامل مهمی به شمار نمیرود. به طور کلی، جذب الکترواستاتیک، مکانیسم مهمی به شمار نمیرود مگر در مواردی که ذرات، مایع یا هر دو، به طور عمدی باردار یا شارژ شده یا زمانی که اسکرابر ونتوری از یک ته نشین کنندهی الکترواستاتیک پیروی کند. برخی اسکرابرها برای افزایش جذب ذرات از طریق چگالش یا تراکم طراحی شده اند. در چنین مواردی، جریان حامل گرد و غبار با مایع (معمولاً آب) اشباع میشود. سپس ذرات مانند هستههای چگالش عمل کرده، و هر چه مایع بیشتری در اطراف آنها متراکم میشود، اندازهی آنها افزایش یافته و راحتتر توسط نهفتگی اینرسی جمع آوری میشوند.
مکانیسمهای جمع آوریِ اسکرابرهای تر، تا حدود زیادی به اندازهی ذرات بستگی دارد. نهفتگی اینرسی، مکانسیم اصلی جمع آوری برای ذرات با قطر حدود بزرگتر از ۰٫۱ :m میباشد. اثربخشی نهفتگی اینرسی با افزایش اندازهی ذرات، افزایش مییابد. به طور کلی، انتشار فقط برای ذرات با قطر کوچکتر از ۰٫۱ :m موثر بوده و راندمان جمع آوری با افزایش اندازهی ذرات افزایش مییابد. ترکیب این دو مکانیسم اصلی جمع آوری اسکرابر، به حداقل راندمان جمع آوری برای ذرات معلق با قطر حدود ۰٫۱ :m کمک میکند. حداقل راندمان دقیق برای انواع اسکرابر خاص به نوع آن، شرایط و پراکندگی اندازهی ذره در جریان گاز بستگی دارد. در بخش جداگانه با دقت بیشتری به مبحث راندمان جمع آوری پرداخته شده است.