تُعد المكونات المعدنية المسامية، مثل الأنابيب والصفائح والأقراص، عناصر أساسية تُستخدم في وحدات الترشيح وأنظمة توزيع الغاز ومحددات التدفق والخلايا الكهروكيميائية. ويعتمد اختيار الشكل المناسب على موضع المكون داخل النظام والدور المطلوب منه. يوضح هذا الدليل الأشكال الثلاثة القياسية، ومجالاتها البعدية، والتطبيقات التي تناسب كل شكل منها.
المواد والبنية المسامية
تُصنع الأشكال الثلاثة جميعها من خلال تلبيد مسحوق معدني، إما من الفولاذ المقاوم للصدأ 316L أو من التيتانيوم النقي Grade 2، داخل فرن تفريغ عند 1000-1200°C. وتنتج عن ذلك بنية ذات مسامية مترابطة عبر كامل سماكة الجدار أو الجسم، مع إمكانية التحكم في حجم المسام من 0.22 إلى 100 µm وفقًا لحجم جسيمات المسحوق الأصلي ومعايير التلبيد. وتتراوح المسامية النموذجية بين 30 و45%، أي أن حوالي ثلث حجم القطعة يكون عبارة عن فراغات مسامية مفتوحة.
ويعتمد الاختيار بين 316L والتيتانيوم على وسط العملية. فمادة 316L تغطي معظم الموائع الصناعية مثل الماء والهواء والنيتروجين والهيدروكربونات والأحماض الضعيفة والقلويات. أما التيتانيوم فيُحدد عادة عند وجود كلوريدات أو أحماض معدنية قوية مثل HCl أو H2SO4 أو مياه بحر أو عندما تكون هناك حاجة إلى توافق حيوي في التطبيقات الدوائية.
الأنابيب المسامية
مجال القطر الخارجي: 14 – 200 mm (تيتانيوم) / 20 – 200 mm (316L)
الطول: 100 – 1200 mm
سماكة الجدار: 2 – 10 مم
المسامية: 30 – 45%
حجم المسام: 0.22 – 100 ميكرومتر
الأنابيب المسامية هي الشكل الأكثر تنوعًا. فهندستها الأسطوانية تسمح بتركيبها مباشرة في خطوط الأنابيب أو إدخالها في الحاويات أو تثبيتها رأسيًا في الأوعية. ويمكن للسائل أن يتدفق من الخارج إلى الداخل في وضع الترشيح، أو من الداخل إلى الخارج في تطبيقات sparging والتهوية.
إدخال الغاز والتهوية
عندما يتم ضغط الغاز داخل أنبوب مسامي، يخرج عبر قنوات المسام على شكل فقاعات دقيقة موزعة بانتظام على السطح الخارجي. ويتحكم حجم المسام في حجم الفقاعات، فالمسام الأدق تعطي فقاعات أصغر ومساحة سطحية أعلى لكل وحدة حجم من الغاز، وهو ما يحسن انتقال الكتلة. وتشمل التطبيقات الشائعة أكسجة مياه الصرف، وكربنة المشروبات، وتفاعلات الغاز-السائل في العمليات الكيميائية. وعادة تستخدم مسام 10-50 µm للتهوية العامة و2-10 µm لنشر الفقاعات الدقيقة في المفاعلات الحيوية.
التسييل
في المفاعلات ذات الطبقة المميعة وأنظمة مناولة المساحيق، توزع الأنابيب المسامية الغاز بالتساوي على طولها للمحافظة على تسييل منتظم. كما يعمل هبوط الضغط عبر الجدار المسامي كمقاومة طبيعية للتدفق تقلل من تكوّن القنوات، حتى عندما تختلف كثافة السرير على طول الأنبوب. وهذه ميزة مهمة مقارنة بموزعات الأنابيب المثقبة التي يتجه الغاز فيها إلى المرور من المناطق ذات المقاومة الأقل.
الترشيح الخطي
عند استخدام الأنابيب المسامية كعناصر ترشيح خطية، يتم التدفق من الخارج إلى الداخل. وخلال مرور السائل عبر جدار الأنبوب إلى التجويف الداخلي النظيف يتم احتجاز الجسيمات. كما توفّر الهندسة الأسطوانية مساحة ترشيح كبيرة مقارنة بقطر الغلاف، ويمكن ترتيب عدة أنابيب بالتوازي داخل غلاف واحد لزيادة السعة الكلية.
الصفائح المسامية
الحد الأقصى للحجم: 600 x 400 mm (تيتانيوم) / 300 x 300 mm (316L)
السماكة: 0.5 – 20 mm (تيتانيوم) / 0.5 – 10 mm (316L)
المسامية: 30 – 45%
حجم المسام: 0.22 – 100 ميكرومتر
الصفائح المسامية هي مكونات مسطحة مستطيلة أو مربعة ذات مسامية نافذة منتظمة. وتستخدم عندما تكون هناك حاجة إلى سطح منفذ مسطح بدلًا من سطح أسطواني.
مكونات المحللات الكهربائية PEM
في أجهزة التحليل الكهربائي للماء PEM، تعمل صفائح التيتانيوم المسامية كطبقات نقل مسامية PTL وكصفائح توزيع على جانب الأنود. ويجب أن تسمح هذه الصفيحة بوصول الماء إلى طبقة المحفز ونقل الكهرباء وإخراج فقاعات الأكسجين. ويكون التيتانيوم ضروريًا في هذا الوسط المؤكسد القاسي. وعادة تكون سماكة الصفيحة في تطبيقات PTL بين 0.5 و2 mm مع ضبط المسامية وفق تصميم الخلية.
توزيع التدفق
عندما يكون المطلوب توزيع تيار مائع بشكل متجانس عبر مقطع ما، مثل تغذية مفاعل طبقة معبأة أو توزيع غاز على وجه مبادل حراري، تعمل الصفيحة المسامية كموزع سلبي. ويجبر هبوط الضغط عبر الصفيحة السائل على الانتشار جانبيًا قبل المرور، مما يقلل تأثيرات النفث التي تظهر مع الموزعات البسيطة القائمة على الفوهات.
الأقراص المسامية
القطر: 5 – 400 mm (تيتانيوم) / 5 – 300 mm (316L)
السماكة: 0.5 – 20 مم
التسامح: القطر الخارجي ±0.1 mm، السماكة ±0.05 mm
المسامية: 30 – 45%
حجم المسام: 0.22 – 100 ميكرومتر
الأقراص المسامية هي مكونات دائرية تناسب الحاويات والفلنجات والوصلات الدائرية. وهي أبسط شكل من حيث التركيب، إذ توضع في مقعد دائري ثم تثبت بوساطة مشبك أو براغٍ، ولذلك تنتشر كثيرًا في التطبيقات الصغيرة والمخبرية.
ترشيح العينات والاستخدامات المخبرية
في الكيمياء التحليلية ومختبرات ضبط الجودة، تُستخدم الأقراص المعدنية الملبدة كدعائم ترشيح قابلة لإعادة الاستخدام داخل تجهيزات الترشيح الفراغي وحوامل العينات الخطية وقمعات شبيهة ببوشنر. ويمكن لقرص بقطر 25-50 mm وبدرجة ترشيح 0.22-1 µm أن يوفر ترشيحًا دقيقًا للعينات دون التكلفة المستمرة لفلاتر الأغشية أحادية الاستخدام.
نشر الغاز
تستخدم الأقراص المسامية الصغيرة بقطر 5-50 mm كعناصر لنشر الغاز في الحساسات وأجهزة التحليل ووحدات التلامس الغازي-السائلي الصغيرة. ويتحكم القرص في معدل نفاذ الغاز إلى حجرة القياس أو الحجم السائل، ما يوفّر تدفقًا ثابتًا وقابلًا للتكرار دون صمامات أو تحكم نشط.
معادلة الضغط
تحتاج الحاويات المغلقة، مثل صناديق الإلكترونيات وحساسات الضغط وحزم البطاريات، إلى موازنة الضغط الداخلي والخارجي عند تغيرات الحرارة أو الارتفاع. ويسمح قرص مسامي صغير، عادة بقطر 5-15 mm ومسام من 0.22 إلى 5 µm، بتبادل غازي بطيء مع منع دخول الماء السائل والغبار والملوثات. والمبدأ مشابه لمنافذ التهوية القائمة على Gore-Tex، ولكن بنسخة معدنية تتحمل درجات حرارة وأحمالًا ميكانيكية أعلى.
كيف تختار الشكل المناسب
يتحدد القرار عادة وفق هندسة التركيب:
- الأنبوب عندما يكون المكون داخل أنبوب أو وعاء أو حاوية أسطوانية، أو عندما تكون هناك حاجة إلى sparging موزع أو ترشيح خطي، أو عندما تكون هناك حاجة إلى وصلات طرفية مثل القلاوظ أو الفلنجات أو الأغطية الملحومة.
- الصفيحة عندما يتطلب التطبيق سطحًا منفذًا مسطحًا عبر مقطع مستطيل أو مربع، أو في مكونات مكدسات التحليل الكهربائي، أو في توزيع التدفق على مساحة كبيرة.
- القرص عندما يتم تركيب المكون داخل مقعد دائري أو فلنجة، أو في المعدات المخبرية ومعدات الطاولة، أو في عناصر التهوية والناشرات الغازية الصغيرة، أو عندما يكون القطر المطلوب أقل من نحو 300 mm.
الأشكال الثلاثة جميعها متاحة بأبعاد مخصصة. وإذا كان تطبيقك يتطلب مقاسًا غير قياسي أو درجة مسام محددة أو تهيئة خاصة للنهايات، فراجع صفحة منتجات المكونات المسامية أو تواصل معنا مع متطلباتك.
