ما هو السيكلون؟

جهاز الفصل السيكلوني أو السيكلون هو نوعٌ من أجهزة الفصل (أجهزة تنقية جافة) تستخدم مبدأ العطالة لإزالة المواد الجسيمية من غازات المداخن. تعتبر أجهزة السيكلون أحد نماذج أجهزة التحكم في تلوث الهواء المعروفة باسم المنظفات الأولية لأنها تزيل بشكل عام الجزيئات كبيرة الحجم وهذا يوفر على معدات الترشيح الدقيقة الحاجة إلى التعامل مع هذه الجزيئات، كما يمكن استخدام عدة أجهزة سيكلون بحيث تعمل معًا على التوازي.

من الضروري أن تعلم أنّ أجهزة السيكلون يمكن أن تتوفر بعدة أحجام؛ حيث يعتمد حجم أجهزة السيكلون إلى حد كبير على كمية غازات المداخن التي يجب عليها أن تُرشّحها، فمن المعتاد أن يتم استخدام أجهزة السيكلون الكبيرة ضمن المداخن كبيرة الحجم، ويمكن أن تتراوح أحجامها من الصغيرة بقياس (1.2 إلى 1.5 متر) إلى الطويلة بطول (9 أمتار تقريبًا) والتي تعادل بطولها مبنىً من 3 طوابق.

كيفية عمل السيكلون

يعمل السيكلون على مبدأ الطرد المركزي ولكن مع تغذية مستمرة من غازات المداخن، حيث يتدفق الغاز الذي يحتاج إلى التنقية إلى حجرة ضمن السيكلون ويتم خلق دوامة حلزونية تُشبه الإعصار ضمنه، وبما أنّ الجزيئات الأخف لديها عطالة أقل يكون من السهل عليها أن تتأثر بالدوامة وتنتقل للقسم العلوي، أما الجزيئات الأثقل فتمتلك عطالةً أكبر مما يجعلها أقل تأثرًا بالدوامة فتنتقل نحو القسم السفلي.

وبما أنّ هذه الجزيئات تلاقي صعوبةً في تتبع الحركة الحلزونية عالية السرعة؛ نجد أنها تصطدم بالجدران الداخلية للحاوية وتنزل إلى أسفل الحاوية، بينما يخرج الغاز من قمة السيكلون. تُصمم معظم أجهزة السيكلون للتحكم في الجزيئات التي يزيد قطرها عن 10 ميكرومتر وإزالتها من المدخنة، ومع ذلك يمكن أن نجد بعض الأجهزة المصممة للتعامل مع الجزيئات الصغيرة بقطر (2.5 ميكرومتر تقريبًا).

تُعد أجهزة السيكلون من بين الأجهزة ذات التكلفة القليلة وغالبًا ما تُستخدم كوسيلة معالجة مسبقة أي قبل دخول غازات المداخن إلى أجهزةٍ أكثر فعالية لتنقية الهواء، ولذلك يمكننا أن نعتبر أنه جهاز تنقية خشنة يُستخدم في المراحل الأولى من التنقية ليتم استخدام أجهزة أخرى في مراحل التنقية الدقيقة.

يمكن لجهاز السيكلون في العادة إزالة ما بين 50% و99% من كافة الجسيمات الموجودة ضمن غازات المدخنة، ويعتمد مدى قدرة السيكلون على إزالة تلك الجزيئات بشكل أساسي على أحجام الجزيئات ضمن الغاز، فإن كان الغاز يحتوي كميةً كبيرة من الجسيمات الصغيرة ستجد أنّ السيكلون سيتمكن من إزالة قسمٍ قليل منها وبذلك تكون فعالية الجهاز منخفضة ولذلك نجد أنّه يعمل بشكل أفضل على المداخن التي تحتوي على كمياتٍ كبيرة من الجزيئات الكبيرة.

هناك العديد من المزايا والعيوب لاستخدام أجهزة الفصل الحلزونية فهي أولًا ذات تكلفة قليلة من حيث التركيب والصيانة ولا تحتوي أقسامًا متحركة، وهي أيضًا تتيح التخلص من الجزيئات التي تمّ جمعها بسهولة لإمكانية التخلص منها بعد أن تجف، وأخيرًا فهي تشغل مساحةً صغيرة جدًا. في المقابل تتمثل عيوبها الأساسية في عدم قدرتها على تنقية الجسيمات التي يقل قياسها عن 10 ميكرومتر وعدم قدرتها على التعامل مع المواد اللزجة.

تعد الهندسة التطبيقية من أهم المجالات في يومنا هذا، وهي تُعنى باكتساب المهارات العلمية والحسابية والهندسية والفنية وتطبيقها جميعًا من أجل تصميم آلات وأدوات واختراعات من شأنها الوصول إلى هدف معين وتحسين حياتنا.

ويعرف مجمع المهندسين الأمريكي للتطوير الهندسة التطبيقية على أنها “تطبيق مبادئ العلم النظرية لتصميم وتطوير ماكينات وأدوات لإنجاز عملية أو مَهمة بشكل اقتصادي وآمن”. وأدى الاهتمام بهذا المجال إلى اختراع العديد من الأدوات ومن أبرزها جهاز السايكلون. لكن ما هو؟

جهاز السايكلون (Cyclone) أو الفاصل الدوامي أو جهاز الفصل الإعصاري أو الفرازة الدوامية أو الدوامة الصناعية أو الفرازة الدوارة: هو جهاز فصل يستخدم مبدأ القصور الذاتي لإزالة الجسيمات من غازات المداخن بدون استخدام أي نوع من المرشحات وسمي باسم “الفاصل الدوامي” لأنه يعمل على مبدأ الدوام ويستغل الجاذبية والدوران وتأثيراتهما من أجل القيام بعمله.

يستخدم السايكلون في التحكم بتلوث الهواء لأنه يزيل جسيمات ضارة ذات حجم كبير أو صغير. ومن المهم معرفة أن أجهزة السايكلون تختلف عن بعضها البعض بالحجم.

بشكل عام فإن جهاز السايكلون قادر على إزالة ما يقارب 50-90% من الجسيمات في غازات المداخن ويعتمد نجاح وفعالية السايكلون على حجم الجسيمات.

يتميز السايكلون بانخفاض كلفة تصنيعه وتثبيته وبأنه يعمل في درجات الحرارة العالية، ولديه قدرة على التعامل مع السوائل أو المواد الصلبة وتكاليف صيانته وتشغيله منخفضة، ويسهل التخلص من الجسيمات التي يزيلها. وبشكل عام فإن جهاز السايكلون صغير فلا يشغل مساحة كبيرة.

أما عن عيوبه: لا يُظهر فعالية كبيرة مع الجسيمات (الملوثات) ذي الحجم الصغير (التي يقل حجمها عن 10 ميكرومتر) ولا يمكنه التعامل مع الجسيمات اللزجة أو المواد اللاصقة.

يعمل جهاز السايكلون على مبدأ جهاز الطرد المركزي إلا أنه يختلف معه في أن تغذية الهواء مستمرة فيه. في جهاز السايكلون يُضخ هواء المداخن الملوث إلى حُجرة خاصة وفي الحجرة يصبح الهواء أشبه بدوامة لولبية تشبه الإعصار.

تحتوي مكونات الغاز الخفيفة على قصور دوراني أقل من غيرها لذا فمن السهل أن تتأثر بالدوامة الموجودة داخل الحُجرة فتدخل إليها. وعلى العكس من ذلك، فإن المكونات الكبيرة من الجسميات لها قصور دوراني ذاتي أكبر ولا تتأثر بالدوامة بسهولة.

ولأن الجسيمات الكبيرة تواجه صعوبة في التأثر بالدوامة اللولبية، تضرب الجسيمات الجدران الداخلية للحُجرة وتسقط في قادوس تجميع. يكون قادوس التجميع على شكل مخروط مقلوب. ثم في النهاية يخرج غاز المداخن النظيف من أعلى الحجرة.

في الواقع فقد صُممت معظم أجهزة السايكلون للتحكم بالجسيمات التي يزيد قطرها عن 10 ميكرومتر كما ذكرت من قبل. ومع ذلك، يوجد بعض الأنواع من الأجهزة التي تتمتع بكفاءة عالية جدًا لدرجة أن لديها قدرة على إزالة الجسيمات الصغيرة التي يبلغ حجمها 2.5 ميكرومتر. لكن هذا النوع من السايكلون غير فعّال مع الجسيمات الكبيرة جدًا (التي يزيد حجمها عن مئتي ميكرومتر).

يوجد عدة أنواع من أجهزة السايكلون، أبرزها:

• جهاز السايكلون الذي تخرج فيه الجسيمات من ذات الاتجاه.
• جهاز السايكلون الذي تخرج فيه الجسيمات من الاتجاه المعاكس.
• جهاز السايكلون الذي يستخدم في المعدات الصناعية لغسيل الرمال.
• جهاز السايكلون المعد لتنقية الهواء.