Лекция. Фильтровальные материалы

Независимо от конструкции фильтра, в котором устанавливается фильтровальный материал, от свойств очищаемой среды и улавливаемой пыли фильтровальные материалы должны иметь высокую пылеемкость в процессе фильтрации и способность удерживать после регенерации такое количество пыли, которого достаточно для обеспечения высокой эффективности очистки газов.

В процессе эксплуатации фильтровальный материал должен сохранять высокую воздухопроницаемость в запыленном состоянии. Для обеспечения длительной работы в условиях действия регенерирующих устройств материалы должны иметь высокую прочность на разрыв и перегибы и способность к легкому удалению пыли, накопленной внутри пор и на поверхности. В необходимых случаях они должны обладать термостойкостью, кислостойкостью, стойкостью к щелочам, невысокой стоимостью материала.

Все фильтровальные материалы можно подразделить на четыре основных типа:

1) изготовлены из естественных волокон животного и растительного происхождения (шерстяные, льняные, хлопчатобумажные, шелковые);

2) из искусственных органических волокон (лавсан, нитрон, капрон, хлорин, оксалон и др.);

3) из естественных минеральных волокон (асбест);

4) из искусственных неорганических волокон (стеклоткань, металлоткань).

Во всех волокнах растительного происхождения основным веществом, определяющим их свойства, является целлюлоза.

Хлопковое волокно так же, как и целлюлоза, подвержено значительным изменениям под действием кислот, щелочей и окислителей. Однако растворы едкой щелочи концентрацией от 0,5 до 5 % при комнатной температуре не изменяют состава и свойств хлопкового волокна. Растворы уксусной кислоты слабой концентрации не оказывают заметного действия на хлопковые волокна при любой температуре. Аммиачные растворы гидроокисей меди, никеля, кобальта, цинка растворяют целлюлозу. Ткани из хлопковых волокон выдерживают температуру до 80⁰С.

Льняные волокна относятся к наиболее прочным из группы естест­венных волокон растительного происхождения. Химическая стойкость их примерно одинакова с волокнами хлопка. Льняные ткани находят ограниченное применение для фильтрации.

Шерстяные волокна относятся к группе естественных волокон животного происхождения и состоят главным образом из белковых веществ. В отличие от целлюлозы белковые вещества относительно стойки к действию кислот; щелочи, как и газообразный аммиак, быстро разрушают белковые вещества волокон шерсти. Шерстяные тка­ни могут быть применены при фильтрации газа с температурой не более 90 °С.

Шелковые волокна также относятся к группе естественных волокон животного происхождения и в основном состоят из белковых веществ. Стойкость к щелочам у шелка несколько лучшая, чем у шерсти, но хуже, чем у хлопка. Шелк стоек в слабокислой среде, однако, шелковые ткани применяются очень редко.

Асбестовое волокно относится к группе естественных волокон минерального происхождения. Основными достоинствами волокон асбеста являются высокая термостойкость, неподверженность гнилостным процессам, стойкость в щелочных и кислых средах. Прочностные свойства асбестовых волокон невысокие.

Стеклянное волокно отличается высокой термостойкостью, выдерживает значительные разрывные нагрузки. В последнее время освоено производство стеклотканей из высокообъемной (текстурированной) пряжи. Недостатком всех стеклянных волокон является их низкая стойкость к перегибам и истиранию. Фильтровальные ткани из стеклянных волокон применяются для очистки газов с температурой до 250°С.

Лавсановое волокно эластично, устойчиво к истиранию, слипанию, изгибу. В кислых средах стойкость лавсановых волокон относительно высокая, в щелочных средах прочность лавсана значительно снижается. Лавсановые волокна устойчивы к воздействию микроорганизмов, ткани из них не плесневеют, устойчивы к действию света, но очень чувствительны к резким колебаниям влажности. Лавсановые фильтровальные ткани при длительной эксплуатации выдерживают температуру 130°С.

Нитроновое волокно — продукт полимеризации акрилонитрила, сырьем для которого служат ацетилен и синильная кислота. Отличительной особенностью нитроновых волокон является их сходство по внешнему виду с волокнами натуральной шерсти. Стойкость к кислым средам нитрона высокая, он удовлетворительно выдерживает воздействие щелочных сред. Нитрон нечувствителен к резким колебаниям влажности. Термостойкость фильтровальных тканей из нитрона определяется пределом 120-130⁰С.

Хлориновое волокно имеет высокую химическую стойкость, устойчиво к действию микроорганизмов и плесени. Выдерживает температуру до 70 °С. При повышении температуры более 70°С хлориновые волокна размягчаются, ткань теряет эластичность и быстро выходит из строя. При длительном воздействии света прочность хлориновых волокон значительно снижается. При колебаниях влажности хлориновые ткани не дают заметной усадки.

Капроновое волокно характеризуется высокой устойчивостью к ис­тиранию и воздействию знакопеременных нагрузок растяжение — сжатие, обладает хорошей устойчивостью к щелочным средам. В концентрированных кислотах капрон растворяется. Ткани из капрона длительно выдерживают температуру 90 °С.

Оксалоновые волокна имеют высокую термостойкость. Ткани из оксалоновых волокон способны длительно работать при температуре 180-200⁰С.

Тефлоновые волокна отличаются высокой химической стойкостью, превосходящей все известные материалы, устойчивы к изгибу и трению. Под действием больших механических нагрузок материал из тефлона вытягивается, «течет». Тефлоновые ткани могут выдерживать температуру до 230⁰С.

По структуре фильтровальные материалы подразделяются на тканные и нетканные. Тканные фильтровальные материалы в свою очередь подразделяются в зависимости от способа переплетения на полотняные, саржевые, сатиновые; в зависимости от вида волокна в нити - на штапельные, филаментные, текстурированные; в зависимости от обработки поверхности - на ворсованные, гладкие. Нетканные фильтровальные материалы по способу закрепления волокон подразделяются на иглопробивные, холстопрошивные, клееные.

Основные свойства фильтровальных материалов. Эффективность пылеулавливания, гидравлическое сопротивление, срок службы фильтровальных тканей во многом зависят от их структуры, способа плетения, плотности, толщины и крутки нитей.

Основным показателем, определяющим применимость фильтровального материала для любого технологического передела, является его пылеотделяющая способность. Она зависит от свойств пыли и газа, текстильных показателей ткани, условий и режимов эксплуатации, конструктивных особенностей фильтра.

Другим важным свойством фильтровальных материалов является их способность к регенерации, которая осуществляется различными способами: обратной и импульсной продувкой, простым встряхиванием, вибрацией, покачиванием и перекручиванием рукавов, воздействием звуковых колебаний, ударной волной и др.

Выбор фильтровального материала для оснащения конкретного рукавного фильтра осуществляется, исходя из физико-химического состава пыли и газа, конструктивных особенностей фильтра, примененного способа регенерации, требований к степени очистки и допустимого гидравлического сопротивления.

Тканевый фильтр состоит из корпуса цилиндрической или прямоугольной формы, выполненного из листовой стали, в котором размещены все узлы фильтра. Существенным элементом корпуса является бункер, имеющий коническую или пирамидальную форму, угол наклона стенок которого должен быть больше угла естественного откоса улавливаемой пыли. В нижней части бункера устанавливаются шнековый или скребковый транспортер и шлюзовой затвор, предназначенные для выгрузки уловленной пыли. Бункер и корпус разделены горизонтальной решеткой, в которой сделаны отверстия с патрубками для крепления рукавов. Корпус вертикальными стенками разделяется на секции с целью уменьшения перегрузки фильтровального материала и более эффективной регенерации. В секциях прямыми рядами или в шахматном порядке размещаются рукава; отношение длины рукава к диаметру – от 15 до 40.

На корпусе находятся механизм управления регенерацией, клапанная коробка переключения секций на продувку с калорифером для подачи в фильтр (во избежание залипания фильтровального материала) подогретого продувочного воздуха, а также коллекторы, через которые запыленный газ и продувочный воздух подводятся к фильтру, а очищенный воздух отводится от него.

В тканевых фильтрах применяют фильтрующие материалы двух типов: обычные ткани, изготавливаемые на ткацких станках, и войлоки (фетры), получаемые путем свойлачивания или механического перепутывания волокон иглопробивным методом.

Осаждение частиц пыли в начальный период работы фильтра за счет механизмов касания, инерции, диффузии и электростатического взаимодействия происходит на волокнах, расположенных на поверхности нитей, а также в ворсе. Волокна, находящиеся внутри крученых нитей, в осаждении частиц практически не участвуют, так как поток газа проходит в основном через отверстия между нитями. В последующем наблюдается процесс соосаждения частиц и формирования «мостов» над порами и в самих порах, в результате чего образуется сплошной слой пыли, который сам становится «вторичной» фильтрующей средой, и эффективность очистки резко возрастает. Осаждение частиц в поверхностном пылевом слое и внутри запыленной ткани основано в значительной степени на ситовом эффекте, так как поры в слое, обтекаемые элементы (осажденные пылинки) и улавливаемые частицы имеют близкие размеры.

Применение зернистых фильтров оказывается целесообразным для очистки газов при температурах, чрезмерно высоких для рукавных фильтров. Кроме того, экономически выгодной является сухая комплексная очистка газов от пыли и газообразных вредных веществ, особенно при условии применения шихтовых материалов в качестве сорбента или катализатора.

Высокотемпературная очистка газов. Целесообразность применения зернистых фильтров в этом случае обусловлена возможностью очистки уменьшенных объемов газа без их предварительного охлаждения (в том числе разбавлением воздухом). Кроме того, высокотемпературная очистка газов значительно облегчает утилизацию их тепла.

Сухая комплексная очистка газов от пыли и газообразных вредных веществ с использованием в качестве насыпного слоя соответствующего адсорбента или катализатора. Этот метод позволяет отказаться от дополнительной гидрохимической схемы нейтрализации уловленных продуктов, необходимой при применении абсорбционной схемы улавливания. Этот метод легко осуществляется, когда в качестве адсорбента, катализатора или фильтрующего материала может быть использован материал основного технологического процесса, например, шихтовый материал. Поэтому в качестве насадки используют песок, гальку, шлак, дробленые горные породы, древесные опилки, кокс, крошку резины, пластмасс, графита и другие материалы.

Конструкция аппарата зернистого фильтра, предназначенного для очистки газов от мелкодисперсной пыли при высоких температурах, должна обеспечивать:

- высокую надежность при непрерывной многолетней работе в условиях как обычных, так и агрессивных газовых сред;

- эффективное улавливание мелкодисперсной пыли;

- сохранение высокой эффективности улавливания в течение всего периода работы;

- работу при высоких температурах (400 ^оС и более);

- заданную эффективность при резком увеличении запыленности, скорости и давления на входе в случае нарушения технологических параметров установки.

Зернистые фильтры нашли широкое применение при обеспыливании горячих газов в цементной промышленности, при получении редких и драгоценных металлов и др. Кроме фильтрования, гранулы могут выполнять функции теплоносителя и сорбента или катализатора при сочетании процесса фильтрования с адсорбционным или каталитическим процессом.

Благодаря непрерывному совершенствованию способов регенерации зернистые фильтры находят все более широкое применение на цементных, известковых, гипсовых заводах, на предприятиях химической промышленности и в новых отраслях промышленности. Конструктивно эти аппараты достаточно просты, имеют низкие эксплуатационные расходы, надежны в работе и обеспечивают достаточно высокую степень очистки газов.

Разработано большое число аппаратов с зернистым слоем, различающихся как конструкцией фильтрующих элементов, так и способом регенерации. Перспективными можно считать конструкции с импульсной продувкой без применения механических устройств регенерации. В зависимости от вида улавливаемых пылей и режима работы зернистые фильтры обеспечивают степень очистки газов 95—99,5 % при скорости фильтрации 15—35 м/мин. Гидравлическое сопротивление фильтра составляет 1300—3000 Па. Как правило, зернистые фильтры ис­пользуются для обеспыливания небольших объемов газа.

Дата добавления: 2014-01-11