ما هو جهاز الترسيب الكهروستاتيكي؟

تُعدّ الصناعة جزءًا لا يتجزأ من نظامنا الاقتصادي، ويعتقد الكثيرون أن من حقهم تحمّل مداخن المصانع التي تُلوّث الهواء. لكنّ قلةً فقط تعلم أن التكنولوجيا قدّمت حلاً ممتازًا لهذه المشكلة لأكثر من قرن، ألا وهو الكهرباء الساكنة. المُرَسِّبتساهم هذه الإجراءات بشكل كبير في الحد من التلوث وتساعد على تحسين البيئة.

ما هو المرسب الكهروستاتيكي؟

يُعرَّف جهاز الترسيب الكهروستاتيكي (ESP) بأنه جهاز ترشيح يُستخدم لإزالة الجسيمات الدقيقة مثل الدخان والغبار الناعم من الغاز المتدفق. وهو الجهاز الأكثر شيوعًا لـ مكافحة تلوث الهواءتُستخدم هذه المواد في صناعات مثل مصانع الصلب ومحطات الطاقة الحرارية.

في عام 1907، حصل أستاذ الكيمياء فريدريك غاردنر كوتريل على براءة اختراع لأول جهاز ترسيب كهروستاتيكي يستخدم لجمع رذاذ حمض الكبريتيك وأبخرة أكسيد الرصاص المنبعثة من أنشطة صنع الأحماض والصهر المختلفة.

مخطط جهاز الترسيب الكهروستاتيكي

مبدأ عمل المرسب الكهروستاتيكي

مبدأ عمل جهاز الترسيب الكهروستاتيكي بسيط إلى حد ما. يتكون من مجموعتين من الأقطاب الكهربائية: موجبة وسالبة. الأقطاب السالبة على شكل شبكة سلكية، والأقطاب الموجبة على شكل صفائح. توضع هذه الأقطاب عمودياً بالتناوب.

مبدأ عمل المرسب الكهروستاتيكي

تتأين الجسيمات المحمولة بالغاز، مثل الرماد، بواسطة قطب التفريغ عالي الجهد بفعل تأثير الهالة. وتتأين هذه الجسيمات إلى شحنة سالبة وتنجذب إلى ألواح التجميع المشحونة إيجابياً.

يُستخدم الطرف السالب لمصدر التيار المستمر عالي الجهد لتوصيل الأقطاب السالبة، بينما يُستخدم الطرف الموجب لتوصيل الألواح الموجبة. ولتأيين الوسط بين القطبين السالب والموجب، تُراعى مسافة محددة بين كل منهما ومصدر التيار المستمر، مما يُؤدي إلى تدرج جهد عالٍ.

الوسط المستخدم بين القطبين هو الهواء. قد يحدث تفريغ هالي حول قضبان الأقطاب أو الشبكة السلكية نتيجةً لشحنة الشحنات السالبة العالية. النظام بأكمله مُغلّف في حاوية معدنية تحتوي على مدخل لغازات الاحتراق ومخرج للغازات المُفلترة. يوجد عدد كبير من الإلكترونات الحرة نتيجةً لتأين الأقطاب، والتي تتفاعل مع جزيئات غبار الغاز، مما يجعلها سالبة الشحنة. تتحرك هذه الجزيئات نحو الأقطاب الموجبة وتسقط بسبب...قوة الجاذبية. غاز المداخن خالٍ من جزيئات الغبار أثناء تدفقه عبر المرسب الكهروستاتيكي ويتم تصريفه إلى الغلاف الجوي من خلال المدخنة.

أنواع المرسب الكهروستاتيكي

توجد أنواع مختلفة من أجهزة الشحن الكهروستاتيكي، وسندرس كل نوع منها بالتفصيل هنا. فيما يلي الأنواع الثلاثة لأجهزة الشحن الكهروستاتيكي:

جهاز الترسيب اللوحي: هو أبسط أنواع أجهزة الترسيب، ويتكون من صفوف من الأسلاك الرأسية الرفيعة ومجموعة من الصفائح المعدنية المسطحة الكبيرة المرتبة رأسيًا، والمتباعدة بمسافة تتراوح بين 1 و18 سم. يمر تيار الهواء أفقيًا عبر الصفائح الرأسية، ثم عبر مجموعة الصفائح الكبيرة. ولتأيين الجسيمات، يُطبق جهد سالب بين السلك والصفيحة. تُوجَّه هذه الجسيمات المتأينة نحو الصفائح المؤرضة بفعل القوة الكهروستاتيكية. وعندما تتجمع الجسيمات على صفيحة التجميع، تُزال من تيار الهواء.

المرسب الكهروستاتيكي الجاف: يُستخدم هذا المرسب لجمع الملوثات مثل الرماد أو الإسمنت في حالة جافة. ويتكون من أقطاب كهربائية يمر عبرها الجسيمات المتأينة، وقادوس يُستخرج من خلاله الجسيمات المجمعة. تُجمع جزيئات الغبار من تيار الهواء عن طريق طرق الأقطاب الكهربائية.

جهاز الترسيب الكهروستاتيكي الجاف

المرسب الكهروستاتيكي الرطب: يُستخدم هذا المرسب لإزالة الراتنج والزيوت والقطران والدهانات ذات الطبيعة الرطبة. ويتكون من مُجمِّعات تُرش باستمرار بالماء، مما يؤدي إلى تجميع الجزيئات المتأينة من الحمأة. وهو أكثر كفاءة من المرسبات الكهروستاتيكية الجافة.

المرسب الأنبوبي: هو وحدة أحادية المرحلة تتكون من أنابيب مزودة بأقطاب كهربائية عالية الجهد، مرتبة بشكل متوازٍ بحيث تدور حول محورها. يمكن أن يكون ترتيب الأنابيب دائريًا أو مربعًا أو سداسيًا على شكل خلية نحل، مع تدفق الغاز إما لأعلى أو لأسفل. يمر الغاز عبر جميع الأنابيب. تُستخدم هذه الأنابيب لإزالة الجزيئات اللزجة.

المزايا والعيوب

مزايا جهاز الترسيب الكهروستاتيكي:

يتميز نظام ESP بمتانة عالية.

يمكن استخدامه لجمع الشوائب الجافة والرطبة على حد سواء.

تتميز بتكاليف تشغيل منخفضة.

تتميز كفاءة تجميع الجهاز بالارتفاع حتى بالنسبة للجسيمات الصغيرة.

يمكنه التعامل مع كميات كبيرة من الغاز وأحمال الغبار الثقيلة عند ضغوط منخفضة.

عيوب جهاز الترسيب الكهروستاتيكي:

لا يمكن استخدامه للانبعاثات الغازية.

المساحة المطلوبة أكبر.

الاستثمار الرأسمالي مرتفع.

غير قابل للتكيف مع تغير ظروف التشغيل.

تطبيقات المرسبات الكهروستاتيكية

فيما يلي بعض التطبيقات البارزة لأجهزة الترسيب الكهروستاتيكي:

تُستخدم المضخات الغاطسة الكهربائية ذات المرحلتين في غرف محركات السفن نظرًا لأن علبة التروس تُنتج رذاذ زيت قابل للاشتعال. ويُعاد استخدام الزيت المُجمّع في نظام تزييت التروس.

تُستخدم المرسبات الكهروستاتيكية الجافة في محطات الطاقة الحرارية لتنقية الهواء في أنظمة التهوية وتكييف الهواء.

تُستخدم هذه المواد في المجال الطبي لإزالة البكتيريا والفطريات.

تُستخدم هذه المواد في رمل الزركونيوم لفصل الروتيل في النباتات.

تُستخدم هذه المواد في الصناعات المعدنية لتنظيف المخلفات الناتجة عن الانفجارات.