Волокнистые фильтры

Волокнистыми фильтрами называют пористые перегородки, составленные из беспорядочно расположенных, однако более или менее равномерно распределенных по объему волокон, каждое из которых принимает участие в осаждении аэрозольных частиц.

В связи с высокой пористостью аэрозольные частицы легко проникают в глубину пористой перегородки, и сепарация их осуществляется всем объемом загрузки фильтра. Регенерация отработавших волокнистых фильтров в большинстве случаев затруднена и нерентабельна. По окончании срока службы отработавшую фильтрующую среду заменяют новой.

Вследствие этого волокнистые фильтры применяют главным образом для фильтрации слабозапыленных потоков с концентрацией пыли не более 5 мг/м³. Волокнистые фильтры широко применяют для очистки атмосферного воздуха в системах приточной вентиляции, кондиционирования и воздушного отопления, а также в ряде установок специального назначения.

Волокнистые фильтры делятся на промышленные и воздушные.

Промышленные волокнистые фильтры предназначены для улавливания твердых или жидких частиц из технологических и вентиляционных выбросов предприятий. Они могут быть сухими и мокрыми. Различают фильтры грубой или предварительной очистки, предназначенные для улавливания частиц размером более 1 мкм, и фильтры тонкой очистки, улавливающие частицы субмикронных размеров.

Для создания фильтрующих перегородок используют как естественные, так и специально изготовленные волокна толщиной 0,01–
100 мкм, например, отходы текстильного производства, шлаковую вату, целлюлозно-асбестовые волокна, стекловолокно, волокна из кварца, базальта, графита, различных металлов, полимеров и т. п.

Процесс осаждения частиц в волокнистых фильтрах состоит из двух стадий. На начальной стадии процесса уловленные частицы практически не изменяют структуру фильтра, однако с течением времени происходит накопление уловленных частиц и эффективность очистки изменяется. Основным параметром, определяющим механизм улавливания частиц в волокнистых фильтрах, является размер частиц. Для частиц размером менее 0,3 мкм преобладает диффузионное осаждение, для более крупных большую роль играют эффекты касания и инерции.

Для улавливания высокодисперсных аэрозолей с размерами частиц 0,05–0,5 мкм, образующихся в радиоэлектронике, атомной промышленности, химико-фармацевтических и других производствах возникла необходимость создания новых фильтрующих материалов.

В нашей стране созданы и широко используются фильтрующие материалы типа ФП (фильтры Петрянова), изготовленные из полимерных смол. Эти фильтры имеют незначительную толщину слоя (0,2–1,0 мм), в котором на марлевую подложку или основу из более толстых полимерных волокон очень равномерно нанесены в несколько слоев синтетические полимерные волокна толщиной 1–2 мкм. Основной отличительной чертой этих фильтров является высокая эффективность задержания мельчайших частиц, в том числе и наиболее проникающих при сравнительно низком аэродинамическом сопротивлении.

Условия работы фильтров типа ФП: скорость фильтрования
1–10 см/с; начальная концентрация пыли до 0,5 мг/м³; температура газа до 60°С. При этих условиях степень очистки может достигать 99,9 % и выше. Фильтры типа ФП применяют в больницах, специальных лабораториях, где требуется создание стерильных или особо чистых условий.

Широкое распространение получили рамочные фильтры типа ЛАИК конструкции лаборатории аэрозолей Института им. Карпова (в
1 м³ объема размещается до 100 м² фильтрующего материала) (рис. 22).

Волокнистые фильтры из других, более грубых синтетических волокон (лавсана и др.) часто применяют для улавливания мелких капель в фильтрах-туманоуловителях.

Воздушные фильтры служат для обеспыливания воздуха, забираемого из атмосферы в системы приточной вентиляции, кондицирования и воздушного отопления и охлаждения. В связи с многообразием требований, предъявляемых к воздушным фильтрам в зависимости от их назначения, конструкции таких фильтров разнообразны.

Одним из наиболее распространенных типов воздушных фильтров являются ячейковые, представляющие собой металлические ячейки с гофрированными стальными промасляными сетками.

Разработаны конструкции самоочищающихся масляных фильтров. Такой фильтр (рис.23) состоит из непрерывно движущейся в вертикальной плоскости фильтрующей бесконечной пружинно-стержневой сетки и масляной ванны. При прохождении через ванну загрязненные участки сетки отмываются от пыли, а пыль оседает на дно ванны. Скорость потока воздуха в таких фильтрах обычно составляет 2,5–2,6 м/с. Для частиц с размерами более 3 мкм степень очистки таких фильтров 90–98 %, но для более мелких частиц она понижается до 50–60 %.

С течением времени концентрация пыли в масле возрастает, поэтому периодически необходимо производить замену масла, а отработанное масло очищать. Кроме мокрых масляных фильтров в технике пылеулавливания используются также мокрые волокнистые и сеточные фильтры-туманоуловители. Принцип их действия заключается в захвате частиц жидкости волокнами при прохождении через них тумана, образовании на волокнах слоя жидкости и стекании ее в нижнюю часть фильтра с последующим удалением.

При необходимости более высокой степени очистки воздуха от атмосферной пыли используются двухзонные электрофильтры.