Аппараты фильтрующего действия

В основе работы аппаратов фильтрующего действия лежит процесс фильтрации газа через пористую фильтрующую среду, в ходе которого твердые частицы, содержащиеся в газе, задерживаются, а газ полностью проходит сквозь пористую перегородку.

Обычно процесс фильтрации разделяется на две стадии. В начальной стадии происходит осаждение частиц в чистом фильтре. На этой стадии, называемой стационарной фильтрацией, эффективность улавливания и гидравлическое сопротивление не изменяются во времени и величины их определяются только структурой фильтрующей перегородки, свойствами улавливаемых частиц и параметрами газового потока. Стадия стационарной фильтрации важна для фильтров, работающих при очень низких концентрациях аэрозолей.

Вторую стадию фильтрации называют нестационарной: она характеризуется структурными и другими изменениями в фильтрующей среде. В результате накопления частиц пыли, воздействия влаги, агрессивных газов и других явлений эффективность улавливания и гидравлическое сопротивление изменяются в процессе фильтрации. Явления, вызывающие изменения эффективности h и сопротивления Dр во времени, независимо от их природы, называют вторичными процессами.

В потоке аэрозоля в поровых каналах фильтров или в пространстве между волокнами волокнистых фильтров частицы следуют по линиям тока, огибающим препятствия фильтрующей перегородки или волокна. Частицы, движущиеся в непосредственной близи от поверхности препятствия (волокна), могут просто зацепиться за фильтрующий материал (волокно) из-за своих геометрических размеров. Кроме того, частицы под действием сил инерции, сил тяжести, электрических сил и броуновской диффузии смещаются с линии тока газов, что может привести к осаждению на стенках поровых каналов или волокнах. Частицы, коснувшиеся поверхности волокон, прочно удерживаются на них за счет сил адгезии. Таким образом, возможными механизмами осаждения частиц в поровых каналах фильтров или на волокнах волокнистых фильтров являются:

1. Механизм касания (зацепления), который проявляется, если частица движется по линии тока газов, проходящей около твердого элемента фильтра на расстоянии, меньшем радиуса частицы или равном ему, т.е. когда она непременно коснется этого элемента и удержится на нем. Если размер частиц больше размера пор, то происходит отсеивание. Ситовой эффект является частным случаем эффекта касания.

2.Инерционный механизм, который проявляется, если масса частицы или скорость ее движения настолько велики, что она не может полностью следовать вместе с газом по линии тока; частица, стремясь по инерции продолжить свое движение по более прямолинейной траектории, сходит с линии тока и осаждается на препятствии.

3.Диффузионный механизм, который проявляется за счет неуравновешенных ударов молекул, находящихся в броуновском движении; в этом случае происходит смещение мелких частиц аэрозоля с линий тока и осаждение их на обтекаемых препятствиях. Чем мельче частицы и меньше скорость течения, тем интенсивнее они смещаются с линий тока, и тем больше вероятность их осаждения на поверхности обтекаемых тел. Этот механизм осаждения подобен массообмену за счет молекулярной диффузии.

4.Гравитационный механизм, при котором осаждение частиц происходит в результате вертикального смещения частиц с линий тока под действием силы тяжести во время прохождения их через фильтр.

5.Электростатический механизм, который проявляется в том случае, если поровый канал или волокно фильтра несет электростатический заряд или поляризован внешним электрическим полем и создает вокруг себя неравномерное электрическое поле. Нейтральные частицы пыли поляризуются этим полем и притягиваются к поверхности фильтрующего элемента, причем знак заряда в этом случае роли не играет.

Осаждение частиц может происходить посредством одновременного действия нескольких механизмов фильтрации. Для частиц определенного размера возможно преобладание одного или двух механизмов. Роль каждого механизма определяется типом, размером и пористостью фильтрующего элемента, размером и плотностью взвешенных частиц, скоростью газового потока, свойствами газа и действием электростатических сил.

Применяемые фильтрующие пористые перегородки по своей структуре весьма разнообразны, но в большинстве своем они состоят из волокнистых или зернистых элементов, которые могут быть разделены на следующие типы:

Ø Гибкие пористые перегородки:

1. тканевые материалы из природных, синтетических и минеральных волокон;

2. нетканые волокнистые материалы (войлоки, клееные или иглопробивные материалы, бумага, картон, волокнистые маты);

3. ячеистые листы (губчатая резина, пенополиуретан, мембранные фильтры).

Ø Полужесткие пористые перегородки – слои волокон, стружка, вязаные сетки, расположенные на опорных устройствах или зажатые между ними.

Ø Жесткие пористые перегородки:

1. зернистые материалы – пористая керамика и пластмасса, спеченные или спрессованные порошки металлов (металлокерамика), пористые стекла, углеграфитовые материалы и др.;

2. волокнистые материалы – сформированные слои из стеклянных и метал-лических волокон;

3. металлические сетки и перфорированные листы.

Ø Зернистые слои:

1. неподвижные, свободно насыпанные материалы;

2. периодически или непрерывно перемещающиеся материалы.

В фильтрующих перегородках частицы пыли накапливаются в порах или образуют пылевой слой на поверхности перегородки, и таким образом сами становятся для вновь поступающих частиц частью фильтрующей среды. Однако по мере накопления частиц размер пор и общая пористость перегородки неизбежно уменьшаются, а сопротивление движению газов возрастает. Поэтому в определенный момент возникает необходимость в регенерации – разрушении и удалении пылевого слоя (для снижения гидравлического сопротивления и сохранения начальной скорости фильтрации).

Современные фильтры в зависимости от назначения и величин входной и выходной концентраций улавливаемой дисперсной фазы условно разделяют на три класса:

1. Фильтры тонкой очистки (высокоэффективные или абсолютные фильтры) – предназначены для улавливания с очень высокой эффективностью (обычно выше 99%) в основном субмикронных частиц из промышленных газов и воздуха при низкой входной концентрации (менее 1 мг/м³) и малой скорости фильтрации (менее 10 см/с). Такие фильтры применяют для улавливания особо токсичных или радиоактивных частиц, а также для ультратонкой очистки воздуха при проведении некоторых технологических процессов или в особо чистых помещениях, в которых воздух служит рабочей средой. Как правило, такие фильтры не подвергаются регенерации.

2. Фильтры для очистки атмосферного воздуха (воздушные фильтры) – используются в системах приточной вентиляции и кондиционирования воздуха. Они рассчитаны на работу при концентрации пыли менее 50 мг/м³, часто при высокой скорости фильтрации (до 2,5 – 3 м/с). Фильтры этого класса бывают нерегенерируемые, а также периодически или непрерывно регенерируемые.

3.Промышленные (тканевые, зернистые, грубоволокнистые) фильтры применяются для очистки промышленных газов в основном с высокой концентрацией дисперсной фазы (до 60 г/м³). Для периодического или непрерывного удаления накапливающейся в фильтрующей перегородке пыли фильтры этого класса снабжены устройствами для регенерации, позволяющими поддерживать производительность на заданном уровне и возвращать ценные продукты в производство; фильтры этого класса нередко являются частью технологического оборудования.

Дата добавления: 2015-07-11