pregnancy

الباب الرابع عشر تنقية الهواء AIR CLEANING






 
الباب الرابع عشر
تنقية الهواء

AIR CLEANING



14-1
مقدمة
(Introduction)
14-2
تلوث الهواء
(Air contamination)
14-3
طرق تنقية الهواء
(Air cleaning methods)
14-4
أنواع المرشحات
(Types of filters)
14-5
المرشحات الجافة
(Dry filters)
14-6
المرشح الدقيق
(Fine filter)
14-7
المرشات اللزجات
(Viscous filters)
14-8
مرشحات إلكترونية
(Electronic filters)
14-9
غسالات الهواء
(Air washers)
14-10
معيار أداء المرشحات
(Filters performance criteria)
14-11
اختيار المرشحات
(Selection of filters)
14-12
تعقيم الهواء
(Air sterilization)
14-13
امتصاص الروائح
(Odor absorption)
14-14
مسائل
(Problems)





 
الباب الرابع عشر
تنقية الهواء

AIR CLEANING


14-1 مقدمة (Introduction)
الهواء الجوي معرض للتلوث بالأتربة، الميكروبات، الجراثيم، الدخان، الغازات الضارة والروائح الكريهة. تعريف تكييف الهواء هو التحكم في درجة حرارة الهواء، رطوبته، سريانه ونقاوته. يقصد بالتحكم في نقاوة الهواء العمل على خفض أو حجز الجسيمات الغير مرغوبة وامتصاص الغازات الضارة قبل دخول الهواء في الأماكن المكيفة. استخدام المرشحات (Filters) يعمل على تنقية الهواء من الأتربة العالقة التي تؤثر على المفروشات والأثاث. كما تعمل المرشحات على تنقية الهواء من البكتيريا وحبوب اللقاح التي تنقل الأمراض وتسبب الحساسية. تتخلص أكفأ أنظمة تكييف الهواء على حوالي 75% إلى 95% من الجسيمات الملوثة والعالقة بالهواء.
تؤدي نقاوة الهواء إلى:
أ ـ خفض تكاليف التشغيل وزيادة العمر الافتراضي للمعدات.
ب ـ زيادة الإنتاج وتحسين نوعيته.
ج ـ تقليل نسبة غياب العاملين وزيادة كفاءتهم.
14-2 تلوث الهواء (Air contamination)
يمكن أن يكون تلوث الهواء على هيئة:
أ ـ مواد صلبة مثل:
ـ الغبار (Dust)  والرمال (Sand) الذي ينشأ عن الرياح وتتراوح أقطارها بين 0.001 ميكرون و 30 ميكرون.
ـ الدخن (Fumes) التي تنشأ عن العمليات الكيميائية والصناعية وأقطارها حوالي ميكرون واحد.
ـ الدخان (Smoke) الذي ينشأ عن الاحتراق الغير كامل وتتراوح أقطار جسيماتها بين 0.01 ميكرون و 13 ميكرون.
ب ـ مواد سائلة مثل:
ـ الرذاذ (Mists) نتيجة عمليات الرش والتزرية.
ـ الضباب (Fogs) نتيجة عمليات تكثيف بخار الماء.
ج ـ مواد غازية وأبخرة:
مصادر تلوث الهواء بعضها داخلي والآخر خارجي.

المصادر الداخلية هي:
أ ـ الغازات والروائح الناتجة عن العمليات الصناعية.
ب ـ الدخان الناتج عن عمليات الاحتراق، التدخين والطبيخ.
ج ـ الزغبارة الناتجة عن عمليات الغزل والنسيج.
المصادر الخارجية هي:
أ ـ الأتربة والرمال العالقة بالجو.
ب ـ ذرات حبوب اللقاح للنباتات.
المرشحات المستخدمة مع أجهزة تكييف الهواء يجب أن تعمل على حجز جسيمات تتراوح أقطارها بين 0.01 ميكرون و 200 ميكرون.
يلاحظ أن الجسيمات العالقة بالهواء الجوي تكون كبيرة للأماكن الصناعية، متوسطة للأماكن المزدحمة بالسكان ودقيقة للأماكن الريفية. يعطي جدول (14-1) تركيز الجسيمات الصلبة للمناطق المختلفة.
جدول (14-1)
المكان
تركيز الجسيمات
(mg/m3)
مناطق ريفية
مناطق سكنية
أماكن سكنية صناعية
مصانع وورش
0.5 ـ  5
0.1 ـ 1.0
0.2 ـ 5.0
0.5 ـ 1.0

14-3 طرق تنقية الهواء (Air cleaning methods)
تختلف طرق تنقية الهواء تبعاً لنوعية المواد العالقة في الهواء.
للتخلص من المواد الصلبة العالقة نستخدم:
أ ـ قوة الطرد المركزي لفصل الجسيمات الكبيرة.
ب ـ غسل الهواء لفصل الجسيمات القابلة للبلل.
ج ـ ستائر لحجز الجسيمات الكبيرة.
د ـ مواد لازقة لحجز الأتربة.
هـ ـ الخاصية الإلكتروستاتيكية لشحن ذرات الأتربة كهربياً ثم جذبها إلى أسطح ذات شحنة مخالفة للذرات.
للتخلص من السوائل نستخدم:
أ ـ السوائل الماصة.
ب ـ غرف الترسيب.
للتخلص من الغازات والأبخرة نستخدم:
أ ـ عمليات التكثيف للأبخرة.
ب ـ التفاعل الكيمائي للغازات.
ج ـ عمليات التخفيف (Dilution) للغازات
14-4 أنواع المرشحات (Types filters)
 يمكن تصنيف المرشحات المستخدمة في مجال تكييف الهواء إلى أربعة أنواع رئيسية:
أ ـ مرشحات جافة (Dry filters)
ب ـ مرشحات لزجة (Visicous filters)
ج ـ مرشحات الكتروستاتيكية (Electro – static filters)
د ـ غسالات الهواء (Air washers)
تعرف المرشحات الجافة واللزجة بالمرشحات التقليدية.
15-5 المرشحات الجافة (Dry filters)
المرشح الجاف عبارة عن مادة مثل السليولوز، الاسبستس، الورق المسامي المعالج، القماش، الصوف الزجاجي أو خيوط القطن، مجمعة في إطار معدني عند مرور الهواء خلال وسائط الترشيح تتعلق ذرات الأتربة بمادة الترشيح وبالتالي يصبح الهواء الخارج من المرشح خالياً من الأتربة وذرات الرمال.
يؤثر على أداء المرشحات أقطار الألياف، سمك المرشح ونسبة مساحة أسطح الترشيح إلى مساحة واجهة المرشح (Filter face area)
يمكن تصنيف المرشحات الجافة إلى:
أ ـ مرشحات ثابتة يتم تغييرها عند اتساخها.
ب ـ مرشحات متحركة على هيئة شريط يتحرك ببطء بواسطة بكرتين.عند اتساخ الشريط يتم تغييره بشريط آخر جديد.
يمكن تصنيف المرشحات الجافة إلى ثلاثة درجات وهي:
(A)   وتستخدم مادة السليولوز لترشيح الأتربة الكبيرة ذات الأقطار الأكبر من 7 ميكرون.
(B)    وتستخدم الألياف الصناعية لترشيح الأتربة المتوسطة ذات الأقطار الأقل من 7 ميكرون والأكبر من 0.7 ميكرون.
(C)    وتستخدم الألياف الزجاجية لترشيح الأتربة الدقيقة ذات الأقطار الأقل من 0.7 ميكرون.
تتراوح كفاءة المرشحات الجافة بين 84% و 95% تنتج الشركات المرشحات الجافة بأبعاد قياسية:
62.5 × 125       ،            50 × 50            ،       40 × 62.5
   50 × 50     و       25 × 50 سم وبسمك 25  ، 50 و 100 مم


14-6 المرشح الدقيق (Fine filter)
المرشح الدقيق عبارة عن نوع من المرشحات الجافة التي لها المسافة بين الألياف دقيقة جداً مما يساعد على تنقية الهواء المار خلال المرشح من الأتربة، الغازات، الكائنات الدقيقة والبكتيريا بكفاءة تصل إلى حوالي 99.9% عند مرور هواء يحتوي على ذرات ذات أقطار 0.3 ميكرون. يستخدم المرشح الدقيق لتنقية الهواء قبل دخوله في غرفة العمليات، معامل الأبحاث، مصانع الأمصال والأدوية وغرف الأجهزة الدقيقة التي تتطلب هواء ذو درجة عالية من النقاوة.
تركب المرشحات الدقيقة بعد المروحة أي بعد معالجة الهواء خلال المرشح الأولي لنظام تكييف الهواء. المرشح الأولي يمكن أن يكون من النوع المعدني القابل للغسيل أو من النوع اللزج المتحرك. يعمل المرشح الأولي على المحافظة على المرشح الدقيق من الاتساخ بسرعة وبالتالي زيادة فترة تشغيله وعمره الافتراضي.
14-7 المرشحات اللزجة (Viscous filters)
تعتمد نظرية المرشحات اللزجة على استعمال مادة لزجة تعمل على حجز الأتربة والميكروبات. يتكون المرشح اللزج من ألياف الصوف الزجاجي، ألياف اصطناعية، ألياف الألمونيوم أو شعر الحيوانات على هيئة تجاويف متعاقبة وراء بعضها ومشبعة بمادة لزجة (زيت أو شحم) تقوم باستخلاص الأتربة من الهواء المار خلالها نتيجة تغيير اتجاه حركة الهواء وسرعته خلال سمك المرشح. المرشحات اللزجة يمكنها التخلص من حوالي 90% من الأتربة العالقة بالهواء بكفاءة تتراوح بين 65% و 80%.
تصنف المرشحات اللزجة إلى ثلاثة أنواع:
أ ـ مرشحات قابلة للغسيل (Washable filters)
هذا النوع من المرشحات يمكن غسله بمحلول منظف، بعد انسداده بالأتربة، تجفيفه وإعادة ملؤه بالمادة اللزجة لإعادة استخدامه.
ب ـ مرشحات قابلة للتغير (Changeable filters)
هذا النوع من المرشحات يتطلب تغيير المادة المرشحة بمادة جديدة بعد انسداده بالأتربة.
ج ـ مرشحات ذاتية التنظيف (Self – cleaning filters)
تعتمد نظرية هذه المرشحات على استخدام ستارة دائرية من الريش المحملة بمادة لزجة، يتم إدارة هذه الستارة بواسطة ترسين وموتور. جزء من الريش يغمر بصفة دائمة في حوض مملوء بمادة لزجة (زيت) تعمل على غسل الريش المتحركة من الأتربة العالقة بالمادة اللزجة علاوة على تحميل الريش بمادة لزجة جديدة. مرور تيار الهواء خلال الستائر يعمل على تنقية الهواء من الأتربة التي تتجمع على أسطح الريش. يجب تجديد المادة اللزجة المتجمعة في قاع الحوض عندما تصبح المادة اللزجة على هيئة طينية.
المرشحات اللزجة مناسبة في حالة تركيزات كبيرة للمواد العالقة.
14-8 مرشحات إلكترونية (Electronic filters)
تعرف المرشحات الإلكترونية بالمترسبات (Precipitators) وتصنف إلى نوعين: النوع المتأين (lonizing type) والنوع ذو الأوساط المشحونة (Charged media type).
تعتمد نظرية المرشحات الإلكترونية على شحن جزيئات المواد العالقة بشحنة كهروستاتيكية ثم جذبها إلى ألواح تجميع ذات شحنة كهربائية مخالفة لجزيئات المواد العالقة.
يتكون المرشح الإلكتروني من شبكتين مشحونتين بشحنة كهرواستاتيكية، من جهد عالي يتراوح بين 11 ألف و 13 ألف فولت، كافية لجذب أي ذرة من الأتربة أو الميكروبات. تجهز المرشحات إلكترونية بأجهزة لفصل التيار عنها قبل الكشف عليها حتى لا تسبب أخطار لمن يلمسها. تتراوح كفاءة المرشحات الإلكترونية بين 70% و 90%. عادة يستخدم مرشح جاف مع المرشحات الإلكترونية وذلك للتخلص من الجسيمات الكبيرة.
يوضح شكل (14-1) الدورة الكهربائية للمرشح الإلكتروني.

شكل (14-1) مرشح إلكتروني


يتراوح استهلاك الطاقة للمرشحات الإلكترونية بين 240 و 300 وات لكل متر مكعب/ثانية من الهواء.
حالياً تستخدم المرشحات الإلكترونية بدلاً من المرشحات الجافة الدقيقة ذات الكفاءة العالية للتخلص من الجسيمات ذات الأقطار الأقل من الميكرون.
يمكن تركيب المرشحات الإلكترونية العمل على تعقيم الهواء عن طريق قتل الميكروبات والجراثيم التي يحملها الهواء علاوة على تنقيته.
14-9 غسالات الهواء (Air washers)
تستخدم غسالات الهواء مع أنظمة تكييف الهواء الكبيرة للترطيب شتاءاً وإزالة الرطوبة صيفاً علاوة على تنقية الهواء من جسيمات الأتربة الكبيرة والقابلة للبلل.
يمكن تصنيف غسالات الهواء، كما هو موضح في شكل (14-2) إلى نوعين:

شكل (14-2)

النوع الأول (أ) يعمل إلى غسل الهواء مباشرة باستخدام رشاشات المياه فقط. والنوع الثاني (ب) يستخدم فلتر يعمل على تنقية الهواء الذي يمر خلاله علاوة على رشاشات المياه التي تعمل على تنظيف الفلتر باستمرار. عادة يجهز حوض غسالة الهواء بمصرف فائض (Over flow drain) للتخلص من الأتربة المتجمعة على سطح المياه ومرشح قبل مضخة سريان المياه لمنع انسداد رشاشات المياه. لا يفضل استخدام غسالات المياه في الوقت الحالي للعيوب التالية:
أ ـ ضخامة الحيز اللازم للغسالات.
ب ـ تكاليف التشغيل المرتفعة.
ج ـ عدم إمكانية التخلص من الذرات الدقيقة.
د ـ الحاجة باستمرار إلى مياه تعويض.
هـ ـ الحاجة إلى تنقية المياه قبل إعادة سريانها.
تتراوح سرعة الهواء خلال غسالات الهواء بين 1.5 و 2.5 متر/ثانية. تتراوح معدلات رش المياه بين 4 و 12 كيلو جرام/ثانية لكل متر مكعب من الهواء في الثانية.
14-10 معيار أداء المرشحات (Filters performance criteria)
يمكن بيان أداء المرشحات بدلالة كل من: كفاءة المرشح، مقاومة الهواء خلال المرشح وفترة تشغيل المرشح قبل الإحلال والتجديد.
أ ـ كفاءة المرشح (Filter efficiency)
تعبر كفاءة المرشح عن إمكانياته على حجز الأتربة من الهواء. المعادلة الرياضية لكفاءة المرشح هي:
h = (C1 – C2) / C1
حيث:
C1 عبارة عن نسبة تركيز الأتربة قبل المرشح.
C2 عبارة عن نسبة تركيز الأتربة بعد المرشح.
تتوقف كفاءة المرشح على قطر جسيمات الأتربة وعددها لوحدة الحجم للهواء. تؤثر على كفاءة المرشح العوامل التالية: سرعة الهواء خلال المرشح، نسبة تركيز الأتربة، حجم الجسيمات، شكلها، قطرها، ثقلها النوعي وخواصها الطبيعية والكيميائية.
يوضح شكل (14-3) العلاقة بين كفاءة المرشح وأبعاد الجسيمات
يلاحظ أنه من الاستحالة التخلص من المواد العالقة في الهواء لضخامة التكاليف. عادة نتخلص من 90% إلى 95% من الجسيمات العالقة في الهواء.
يمكن تعين كفاءة الترشيح بدلالة:
أ ـ الوزن الكلي للأتربة المجمعة في وحدة الزمن.
ب ـ حجم أصغر جسم نتخلص منه بواسطة المرشح.
ج ـ تحديد إزالة اللون (Discoloration) للهواء على جانب الطرد للمرشح.
د ـ تحديد انخفاض الضغط خلال المرشح بواسطة مانومتر على هيئة حرف U.
ب ـ المقاومة (Resistance)
مقاومة المرشح عبارة عن انخفاض الضغط الاستاتيكي خلال سمك المرشح بالوحدات (N/m2).

شكل (14-3)

عند تصميم أنظمة تكييف الهواء يجب أن لا يزيد فرق الضغط خلال المرشح عن  فرق الضغط خلال المروحة. يعطي جدول (14-2) فرق الضغط للمرشحات النظيفة الجديدة وفرق الضغط لحظة أبعاد أو تجديد المرشحات كما حددها مكتب القياسات القومي (NPS) الأمريكي.


جدول (14-2)

الكفاءة

فرق الضغط
(N/m2)
الابتدائي
النهائي
40%
60%
85%
95%
37.5
62.5
87.5
100.0
175
200
225
250
يلاحظ أن حجز الأتربة يعمل على زيادة فرق الضغط خلال المرشح. لو زاد فرق الضغط عن الحد المسموح به أو قلت كفاءة المرشح أو انخفض معدل سريان الهواء بحوالي 10% أو زاد فرق الضغط خلال المرشح إلى ضعف أو ثلاثة أضعاف فرق الضغط الأولي يجب تغيير المرشح.
14-11 اختيار المرشحات (Selection of filters)

عند اختيار المرشحات يجب أن نوازن بين متطلبات عملية الترشيح وتكاليف التشغيل.

أسس اختيار المرشحات هي:
أ ـ حجم الأتربة، نوعيتها وكثافتها.
ب ـ نوع عملية التكييف، درجة النقاوة، ونسبة تركيز الأتربة المطلوبة.
ج ـ طريقة تنظيف المرشحات بعد انسدادها بالأتربة.
د ـ كفاءة المرشحات المطلوبة.
هـ ـ تكلفة العمالة، الطاقة وساعات تشغيل المرشح.
جدول (14-3)
عنصر المقارنة
جاف
لزج
إلكتروني
الكفاءة
التكلفة
فرق الضغط
العمر الافتراضي
عالية
عالية
كبير
صغير
منخفضة
بسيطة
كبير
متوسط
عالية جداً
بسيطة
صغير
طويل
يعطي جدول (14-4) سرعة واجهة المرشح (Face velocity) فرق الضغط الابتدائي والنهائي والتكلفة النسبية للأنواع المختلفة للمرشحات لفترة 300 ساعة تشغيل سنوياً.

جدول (14-4)
نوع المرشح
سرعة الهواء (m/s)
مقارنة الهواء
(N/m2)
التكلفة النسبية
الابتدائية
النهائية
جاف
قابل للتنظيف (5سم)
قابل للتجديد (20سم)

0.3
0.15

20-30
30-35

0.95
3.3

101
1.5
كفاءة عالية
قابلة للتجديد

0.1

125-300

9.5-17.6

5.9-7.6
لزج
مستهلك (5سم)
قابل للتجديد (10 سم)
قابل للتنظيف (20سم)

1.5
1.5
1.5-2.5

15-30
30-60
10-30

0.55
0.8
10

1.45
20
10
تنظيف ذاتي
أوتوماتي

2.5

75-125

3.6-8

1.9-3
الكترونيك
ألواح متأينة
أوتوماتي التأين
وسط مشحون


1.5-2
2-2.5
0.18

37.5-75
50-80
7.5-30

12.4-21.3
17.8-31.1
10.7-14.2

2.9-5.9
4.3-7.2
2.9-3.7

يعطي جدول 14-5 بعض خواص المرشحات الخاص
جدول (14-5)
نوع المرشح
التنقية
سرعة الهواء (m/s)
المقاومة N/m2
التكلفة
الابتدائية
النهائية
جافة
       ثابتة
       متحركة

-
أوتوماتي

1.25-2.5
2.5

25
30

250
175

بسيطة
متوسطة
       لزجة
       ثابتة
       متحركة

غسيل
أوتوماتي

1.5-2.5
20-2.5

20
30

150
125

بسيطة
متوسطة
       إلكترونية
غسيل
1.5-2.5
40
125
كبيرة

يتم تنظيف المرشحات بوساطة نافورة هوائية، مائية أو بخارية كما يمكن غسل المرشحات بالزيت أو الكيروسين. يفضل غسل المرشحات بالزيت لأنه يضيف طبقة لزجة للمرشحات.
يوضع المرشح عادة على جانب السحب لمروحة قبل ملف التبريد وإزالة الرطوبة. يفضل وضع المرشح بعد المروحة إذا كان من النوع ذو الكفاءة العالية.

14-12 تعقيم الهواء (Air sterilization)
يمكن تعقيم الهواء وقتل البكتيريا باستخدام:
أ ـ لمبات الأشعة فوق البنفسجية (Ultraviolent ray lamp)
تنتج الأشعة فوق البنفسجية غاز الأوزون الذي يمكنه القضاء على البكتيريا. اللمبة ذات الطاقة 14000 ميكرووات يمكنها القضاء على معظم البكتيريا خلال جزء من الثانية.
ب ـ رش الهواء بمحلول تراى أثيلين جليكول يقضي على البكتيريا في الهواء.
14-13 امتصاص الروائح (Odor absorption)

شكل (14-4)
يمكن امتصاص الروائح من الهواء، كما هو موضح في شكل (14-4)، باستخدام مادة الكربون السامي النشط (Activated charcoal) المصنع من نواتج تكرير البترول أو من قشرة جوز الهند أو من الالومنيا النشطة (Activated alumina) مع برمنجنات البوتاسيوم (Potassium permanganate).
يمكن للمرشح الكربوني امتصاص حوالي 50% من وزنه. يمكن التخلص من الروائح باستخدام غاز الأوزون في حدود 0.7 ميلجرام لكل متر مكعب من الهواء. يمكن التخلص من الروائح عن طريق أكسدتها بالأشعة الفوق البنفسجية، تفاعلها كيميائياً، امتصاصها بواسطة السوائل أو تخفيفها بالهواء.
14-14 مسائل (Problems)
1ـ صمم نظام ترشيح لمعدل سريان 20 متر مكعب /ثانية من الهواء باستخدام مرشحـــات M-15 ، (0.6Х0.6Х0.3) في جدول (14-6). فرق الضغط للمرشح في الحالة النظيفة أقل من أو يساوي 70 بسكال.
جدول (14-6)
D P

(Pa)
60Х60Х30
60Х60Х20
30Х60Х30
30Х60Х20
Standard

Size
Cm

Q, (L/S)
Rated cap.
37.4
87.2
100
100
940
940
800
560
810
810
620
430
480
480
410
290
420
420
300
210
M – 2A
M – 15
M – 100
M – 200

3.87
2.69
1.93
1.35
Effective
area (m2)

2ـ مرشح موديل M-200، أبعاده 60×60×20 سم، في جدول (14-6) يتم استخدامه مع معدل سريان هواء 380 لتر/ثانية.
      ما هو أقل فرق ضغط متوقع للمرشح؟
3ـ نظام ترشيح هواء يناول 2800 لتر/ثانية يستخدم موديل M-24 ذو الأبعاد 30×60×20 سم (جدول 14-6). إذا كان فاقد الضغط يجب أن يكون أقل من أو يساوي 25 بسكال للمرشحات النظيفة.
       ما عدد الموديلات المطلوبة؟
4ـ مرشح موديل M-100، أبعاده 60×60×30 سم في جدول (14-6) للحجز بالوزن 75%. إذا كان فاقد الضغط يجب أن لا يزيد على 25 بسكال.
      اختار فلتر ليناول 500 لتر/ثانية وحدد سمكه ومساحة واجهته باستخدام (جدول 14-7).

جدول (14-7)
فرق الضغط
سعة احتواء التراب
كفاءة بقعة التراب الجوي
وزن المحجوزات
سمك المرشح
Pa
كيلو جرام لكل 1000 لتر/ث عند 1.75 متر/ث
%
%
Mm
20
35
50
80
0.16 0.32
0.26 0.8
0.4 1.2
0.53 1.7
5 10
5 15
5 20
10 - 25
20 50
50 75
60 80
70 - 85
25
45
64
100

شكرا لتعليقك

فهرس




    اندرويد