Основные принципы процесса фильтрования

В основе очистки газа фильтрованием лежит процесс задерживания твердых или жидких частиц пористой перегородкой, через которую свободно проходит газ. В качестве фильтрующих перегородок могут быть использованы различные материалы, поэтому все фильтры обычно делятся на несколько типов:

1) фильтры с гибкими пористыми перегородками;

2) фильтры с полужесткими пористыми перегородками;

3) фильтры с жесткими перегородками;

4) фильтры с зернистыми слоями.

Гибкие пористые перегородки могут изготавливаться из различных тканей, нетканых волокнистых материалов, ячеистых листов из губчатой резины и полимерных материалов.

Полужесткие пористые перегородки представляют собой слои волокон, стружки, сетки, закрепленные на опорах или зажатые между ними.

Жесткие пористые перегородки могут изготавливаться из различных материалов (керамики, пластмасс, спрессованных или спеченных порошков металлов, пористого стекла и др.).

Зернистые слои представляют собой неподвижные, свободно насыпанные материалы, а также периодически или непрерывно перемещающиеся материалы.

Основным свойством любой фильтрующей перегородки является пористость, которая равна отношению объема пор к общему объему, занимаемому пористой перегородкой.

Поступающий в фильтр поток газа разделяется на множество мелких струек, которые обтекают отдельные частицы или волокна. При этом частицы пыли или жидкости задерживаются на поверхности и в объеме фильтрующей перегородки за счет действия нескольких различных механизмов. При приближении частицы к волокну действует несколько механизмов, которые могут привести к ее улавливанию:

1) касание;

2) инерционный захват;

3) диффузия;

4) электростатическое осаждение;

5) термофорез;

6) гравитационное осаждение;

7) ситовой эффект.

При обтекании элементов фильтровальной перегородки потоком воздуха, содержащего частицы пыли, если траектория движения частицы окажется в непосредственной близости от поверхности элемента фильтра ( на расстоянии меньшем или равном радиусу частицы), происходит касание между ними, и частица удерживается поверхностью фильтровального элемента. Такой механизм осаждения частиц называется касанием, или прямым зацеплением (рис.21, а) [13].

Если при обтекании элемента фильтра линии тока искривляются, то вследствие большей массы частицы пыли по инерции продолжают двигаться по прежней траектории и оседают на поверхности фильтрующего элемента. Такой механизм осаждения называется инерционным захватом и его действие сильнее проявляется при высоких скоростях движения газа и для крупных и тяжелых частиц пыли (рис.21, б).

При малых скоростях газа для мелких частиц имеет место и диффузионный механизм осаждения, когда при обтекании элемента фильтра частицы пыли изменяют траекторию за счет броуновского движения молекул газа и осаждаются на поверхности препятствия. Этот механизм становится наиболее важным при размерах частиц менее 0,1 мкм (рис.21, в).

Захват частиц поверхностью фильтра может осуществляться и под действием сил тяжести, такой механизм называется гравитационным осаждением и проявляется только при очень малых скоростях фильтрования (менее 0,03 м/мин).

Если волокна фильтра имеют электростатический заряд или поляризованы внешним электрическим полем, вокруг них создается неравномерное электрическое поле, которое вызывает поляризацию частиц пыли. Поляризованные заряды притягиваются к противоположно заряженной поверхности фильтровальных элементов и частицы пыли удерживаются на ней. Такой механизм называется электростатическим осаждением.

Термофорезом называется смещение частицы к препятствию (нити) под действием градиента температуры.

Ситовой эффект проявляется в том случае, когда частица слишком велика, чтобы пройти через данную пору или канал.

В зависимости от условий работы и свойств фильтровальной перегородки и пыли вклад каждого из указанных механизмов осаждения может быть различным. Накопление частиц пыли на поверхности или во всем объеме фильтровальной перегородки приводит к изменению свойств самой фильтрующей перегородки, вследствие забивания пор или образования на поверхности перегородки слоя пыли, представляющей собой дополнительный фильтр.