Очистка газів у фільтрах. Волокнисті і зернисті фільтри

Волокнисті фільтри призначені для очищення від пилу слабо запилених потоків повітря з концентрацією пилу не більше 5 мг/м³. Вони є пористими перегородками, складеними з безладно розташованих рівномірно розподілених по перетину волокон (рисунок 5.16).

Рисунок 5.16 - Волокнисті фільтри

1 – вхід газу; 2 – вихід газу; 3 – бокова стінка; 4 – фільтруючий матеріал

Із-за глибокого проникнення уловлюваних часток пилу углиб пористого матеріалу регенерація волокнистих фільтрів затрудняється. Після закінчення терміну служби відпрацьований матеріал, що фільтрує, зазвичай замінюють новим. У волокнистих фільтрах використовують як природні волокна, так і волокна, що спеціально виготовляють, завтовшки від 0,01 до 100 мкм (відходи текстильного виробництва, шлакова вата, скловолокно і ін.). Степінь очищення при уловлюванні мелкодісперсного пилу може досягати 99 %. Швидкість фільтрації, яка рекомендується — 0,01—0,1 м/с.

Зернисті фільтри застосовують при очищенні газів з високими температурами (до 500- 800 ⁰С) в умовах агресивного середовища при різких змінах плавлення і температури. Вони є ємкістю, заповненою матеріалом, що фільтрує, як який можуть бути застосовані пісок, щебінь, тирса, крихта руди, вугілля, графіту, пластмас і ін.

Зернисті фільтри застосовують для уловлювання пилу, що злипається і абразивних, в тих випадках, коли затрудняється вживання апаратів пружного типа.

В деяких випадках в зернистих фільтрах можливе повернення шару, що фільтрує, в технологічний процес, якщо як зерна використовують вихідну сировину (частки вугілля, використовувані як зерна фільтру при очищенні повітря від вугільного пилу, можна повертати в топку казана). Залежно від вигляду уловлюваного пилу і зерен фільтру степінь очистки може досягати 95—99,5 %, швидкість фільтрації — 15—35 м/с.

Насадні фільтри. У таких фільтрах уловлюючи елементи (гранули, грудки і т.д.) не зв'язані один з одним. До них належать статичні (нерухомі) шарові фільтри з гравітаційним переміщенням сипучого середовища. Як насадки в них використовують пісок, шлак, дроблені гірські породи, тирсу, кокс, крихти гуми, пластмаси, графіт тощо. Вибір матеріалу залежить від вимог термічної і хімічної стійкості, механічної міцності та доступності.

У міру накопичення пилу в сотах насадки ефективність уловлювання зростає. При збільшенні опору до межі проводять рихлення шару. Після декількох циклів рихлення насадку промивають або замінюють.

Зернисті тверді фільтри. У цих фільтрах зерна міцно зв'язані одне з одним внаслідок спікання, пресування або склеювання і утворюють міцну нерухому систему (рисунок 5.17). До них належать: пориста кераміка, пористі метали, пористі пластмаси. Фільтри стійкі до високої температури, корозії, механічних навантажень і застосовуються для фільтрування стиснутих газів. Недоліки таких фільтрів: висока вартість, великий гідравлічний опір і важкість регенерації, яку проводять трьома способами:

1) продування повітрям в протилежному напрямку;

2) пропускання рідких розчинів у протилежному напрямку;

3) пропускання гарячої пари.

Ниткові фільтри. Фільтруючий елемент цих фільтрів складається з одного або кількох шарів, в яких рівномірно розподілені нитки. Це фільтри об'ємної дії, оскільки вони розраховані на уловлювання і нагромадження частинок переважно по всій глибині шару. Суцільний шар пилу утворюється тільки на поверхні найбільш щільних матеріалів. Для фільтрів використовують натуральні або спеціально одержані нитки товщиною від 0,01 до 100 мкм. Товщина фільтруючих середовищ становить від десятих часток міліметра (папір) до 2 м (багатошарові глибокі насадні фільтри довготривалого використання). Такі фільтри використовують для дисперсної твердої фази 0,5-5 мг/м³, деякі грубо ниткові фільтри застосовують при концентрації 5—50 мг/м³. При таких концентраціях більшість частинок має розмір менше 5-10 мкм.

Розрізняють наступні види промислових фільтрів:

1 Сухі тонко ниткові, електростатичні, глибокі фільтри попередньої очистки (перед фільтри).

2 Мокрі - сіткові, самоочищуючі, з періодичним або безперервним зрошенням.

Рисунок 5.17 - Фільтр з шарами зернистого матеріалу, які рухаються

1 – короб для подачі свіжого зернистого матеріалу; 2 – живильники; 3 – фільтруючі шари; 4 – затвори; 5 – короб для виводу зернистого матеріалу

Ниткові фільтри тонкої очистки. Їх використовують в атомній енергетиці, радіоелектроніці, точному приладобудуванні, промисловій мікробіології, хімічно-фармацевтичній та інших галузях. Фільтри дають змогу очищувати великі об'єми газів від твердих частинок усіх розмірів, включаючи субмікронні. Їх широко застосовують для очистки радіоактивних аерозолів. Для очистки на 99 % (для частинок 0,05-0,5 мкм) використовують матеріали у вигляді тонких листів або об'ємних прошарків із тонких або ультра тонких ниток (діаметр < 2 мкм). Швидкість фільтрації в них становить 0,01-0,15 м/с, опір чистих фільтрів не перевищує 200-300 Па, а забитих пилом фільтрів - 700-1500 Па. Уловлювання частинок у фільтрах тонкої очистки відбувається за рахунок броунівської дифузії й ефекту дотику.

Регенерація відпрацьованих фільтрів неефективна або неможлива. Вони призначені для роботи на довготривалий час (0,5-3 роки). Після цього фільтр замінюють на новий. Із збільшенням концентрації пилу на вході > 0,5 мг/м³ час служби значно зменшується.

Оптимальна конструкція фільтрів тонкої очистки повинна відпо­відати наступним основним вимогам:

• найбільша поверхня фільтрації при мінімальних габаритах;

• мінімальний опір, можливість більш зручної і швидкої зупинки;

• надійна герметичність групового складання окремих фільтрів. Цим вимогам відповідають рамні фільтри тонкої очистки (рисунок 5.18).

Фільтруючий матеріал у вигляді стрічки вкладають між П-подібними рамками, які чергуються при складанні пакета відкритими і закритими сторонами в протилежних напрямках. Між сусідніми прошарками матеріалу встановлюють гарніровані розділювачі, щоб не допустити дотикання один до одного. Матеріал для рамок: фанера, текстоліт, алюміній, нержавіюча сталь. Забруднені гази надходять в одну з відкритих сторін фільтра, проходять через матеріал і виходять з протилежної сторони.

Рисунок 5.18 - Фільтри тонкої очистки

а – рамний: 1 – П-подібна планка; 2 – бічна стінка; 3 – фільтруючий матеріал; 4 – розділювач;

б – з сепараторами клинової форми типу Д-КЛ: 1 – фільтруючий матеріал; 2 – рамка-сепаратор клинової форми;

в – комбінований: 1 – секція з набивним шаром із волокон; 2 – секція тонкої очистки