8.2. Тканинні фільтри

Широко поширені тканинні фільтри. Рукавні тканинні фільтри використовують для очищення великих об’ємів повітря (газів) із значною концентрацією пилу. Фільтрувальними елементами в цих апаратах є рукави із спеціальної фільтрувальної тканини.

Рукавні фільтри забезпечують тонке очищення повітря від пилових частинок, що мають розмір менше 1 мкм. Разом з циклонами рукавні фільтри є одним з основних видів пиловловлюючого устаткування і широко використовуються на підприємствах чорної і кольорової металургії, хімічної промисловості, промисловості будівельних матеріалів, харчової промисловості, в енергетичних установках і ін.

Відомі всмоктуючі і нагнітальні рукавні фільтри.

Всмоктуючі фільтри встановлюються до вентилятора, тобто на його всмоктуючій лінії. Нагнітальні рукавні фільтри встановлюються на нагнітальній лінії. Повітря, очищене в рукавах нагнітальних фільтрів, поступає безпосередньо в приміщення, де встановлені фільтри. Недоліком нагнітальних фільтрів, через який їх застосування не рекомендоване, є надходження повітря після фільтрів в приміщення. За наявності нещільності в рукавах відбувається вибивання пилу в приміщення. Запилене повітря проходить через вентилятор, що викликає швидше зношування вентилятора, а при переміщенні повітря, яке містить пожежо- і вибухонебезпечний пил, це неприпустимо.

Недоліком всмоктуючих фільтрів є наявність значних підсосів повітря.

В експлуатації знаходяться багато конструкцій рукавних фільтрів, що відрізняються формою корпуса, діаметром і довжиною рукавів, видом фільтрувальної тканини, способом регенерації і ін.

В даний час випускається і експлуатується безліч різноманітних конструкцій тканинних фільтрів. За формою фільтрувальних елементів і тканин вони можуть бути рукавні і плоскі (полотняні), за видом опорних пристроїв – каркасні, рамні і т.д., за наявністю корпусу і його формою – цилиндричні, прямокутні, відкриті (безкамерні), за числом секцій – одно- і багатосекційні. Фільтри можуть також розрізнятися за способом регенерації і рядом інших ознак.

8.2.1. Фільтрувальні тканини

У тканинних фільтрах використовують ткані або валяні матеріали, що виконують роль підкладки для фільтрувального середовища, яким є первинний шар вловленого пилу. Тканини для фільтрів виготовляють з натуральних, або синтетичних волокон діаметром 10...30 мкм, що скручуються в нитки діаметром близько 0,5 мм. Розміри пор між нитками зазвичай становлять 100...200 мкм.

Ефективність очищення повітря (газів) в рукавних пиловловлювачах в основному залежить від властивостей фільтрувальної тканини, з якої виготовлені рукави апарату, а також від того, якою мірою ці властивості відповідають властивостям середовища, що очищається, і зважених в ній частинок.

При проходженні запиленого повітря (газу) через тканину пилові частинки затримуються між нитками і ворсом. Наявність ворсу підвищує ефективність фільтрації.

Ворс повинен бути обернений назустріч запиленому потоку. При русі запиленого потоку повітря притискує ворсинки до тканини. При зворотному продуванні відбувається випинання ворсинок, і пилові частинки, що накопичилися, видаляються (рис. 8.3).

Рис. 8.3. Положення ворсу фільтрувальної тканини при різних

режимах роботи:

а – робоче положення ворсу: 1 – нитка тканини; 2 – нитка ворсу; 3 – частинки пилу; б – пиловий пробій тканини; в – зворотне продування

Якщо ж ворс буде направлений в протилежну сторону, то кількість затриманого пилу зменшується, оскільки відбувається випинання ворсинок. Утруднюється і регенерація, оскільки ворсинки притискаються до ниток і перешкоджають відділенню пилу від тканини.

Чиста тканина не забезпечує необхідну ефективність очищення. Після регенерації на тканині залишається деякий шар пилу. Після декількох циклів (запилення - регенерація і т.д.) тканина набуває робочого стану.

У ній створюється залишковий шар пилу, який разом з тканиною утворює фільтрувальний шар. В процесі фільтрації цей шар збільшується. Після чергової регенерації він зменшується до залишкової величини. Зазвичай після декількох циклів запилення і регенерації опір тканини стабілізується. Проте в деяких випадках опір тканини безперервно росте. Це відбувається при застряганні у волокнах тканини пилових частинок, а також при конденсації вологи на поверхні, замасленні тканини і т.д., внаслідок чого зменшується переріз пор.

Фільтрувальні тканини повинні володіти рядом позитивних якостей: забезпечувати ефективне очищення, допускати достатнє повітряне навантаження, володіти необхідною пилоємністю, здатністю до регенерації, високою довговічністю, стійкістю до стирання і інших механічних вливів, низькою гігроскопічністю, невисокою вартістю. До тканини можуть бути висунуті додаткові вимоги, обумовлені властивостями середовища, що очищається: стійкість до певних хімічних речовин і високої температури.

Найбільшого поширення набули фільтри з гнучкими фільтрувальними перегородками.

У фільтрувальних тканинах використовуються наступні види волокон: природні волокна тваринного і рослинного походження (шерстяні, льняні, бавовняні, шовкові); штучні органічні (лавсан, нітрон, капрон, хлорин і ін.); природні мінеральні (азбест); штучні неорганічні (склотканина, металотканина). Дані про властивості волокон наведені в табл. 7.2.

В основі вибору матеріалу фільтрувальної перегородки лежать наступні показники: термостійкість, хімічна стійкість, повітропроникність, розривне навантаження, стійкість до згину, а також можливий ступінь очищення.

Бавовняне волокно на 94...95% складається з целюлози, воно гігроскопічне. При відносній вологості повітря 65% це волокно поглинає до 8% вологи, при вологості 93...94% – 25% вологи. При нагріванні до 120...130°С помітних наслідків не спостерігається, при вищій температурі відбувається руйнування волокна. Слабкі розчини їдкого лугу (0,5...5%-ві) не чинять істотного впливу на бавовняне волокно, при сильніших розчинах відбувається його руйнування. Багато кислот чинять руйнівну дію на бавовняне волокно. Так, 1,5%-ва соляна кислота при температурі 90...100°С руйнує волокно протягом 1 год. Так само діють азотна і сірчана кислоти.

У шерстяних волокнах міститься 90% каротину. При нагріванні понад 170°С вони руйнуються. На відміну від бавовняного волокна шерстяні волокна менш стійкі до кислот і стійкіші до лугів. Шерстяне волокно при вологості повітря 65% інтенсивно поглинає до 15,5% вологи, при вологості 100% – 34% вологи. На шерстяну тканину чинить руйнівну дію вода при температурі понад 70°С і сірчана, соляна, азотна кислоти при концентрації розчину понад 5...7%. При впливі повітря температурою 80°С шерсть стає жорсткою і ламкою. Механічна міцність шерстяного волокна нижча, ніж бавовняного, проте шерстяні волокна придатніші для виготовлення фільтрувальних тканин завдяки вищій пружності.

Значними перевагами володіють фільтрувальні тканини з нітрону і лавсану. Нітронове волокно характеризується міцністю, еластичністю, малою гігроскопічністю. При вологості повітря 65% воно поглинає з повітря лише 1% вологи. Нітрон необмежено довго без помітних наслідків витримує температуру 120...130°С і обмежений час 180°С. В порівнянні з бавовною нітрон у декілька разів стійкіший до кислот, органічних розчинників. Він стійкий також до дії мікроорганізмів, молі. Тканина з нітрону не піддається усадці.

Лавсанове волокно володіє міцністю, стійкістю до стирання і температури приблизно такою ж, як і нітронове волокно, проте стійкіше до хімічних реагентів. Лавсанове волокно володіє малою гігроскопічністю, стійке до впливу мікроорганізмів.

Основна властивість волокон азбесту: володіють високою термостійкістю, не загнивають, стійкі до розчинів лугів і кислот. Міцність невелика.

Таблиця 8.2

Основні властивості текстильних волокон, що використовуються для фільтрувальних тканин

Початковий полімер або сировина	Назва волокна	Густина кг/м	Термостійкість, °С		Хімічна стійкість в різних середовищах		Стійкість в середовищах		Горючість	Міцність на розрив, МПа	Розривне подовження, %	Стійкість до стирання	Вологоємність, %, при 20°С
			при тривалій дії	при короткочасній дії	кислоти	луги	окисляючі агенти	розчинники					при φ= 65%	при φ=90...95%
Целюлоза	Бавовна	1520	65-85	90-95	ДП	X	З	ДХ	Так	360-530	7-8	З	7-8,5	24-27
Протеїни	Шерсть	1320	95-100	120	З	ДП	З	X	Так	130-200	30-40	З	13-15	21,9
Поліамід	Капрон	1140	80-90	120	ДП	ДХ	З	X	Так	450-600	18-32	ДХ	3,5-4,5	7-8,5
	Номекс	1380	220	260	З	ДХ	X	X	Ні	400-800	14-17	ДХ	-	-
Поліефір	Лавсан	1380	130	160	X	З-П	X	X	Так	450-700	15-25	ДХ	0,4	0,5
Поліакрилонітрил	Нітрон	1170	120	150	Х-З	З	X		Так	300-470	15-17	З	0,9-2	4,5-5
Поліолефін	Поліпропілен	920	85-95	120	ДХ	ДХ	X	X	Так	440-860	22-25	ДХ	0	0
Полівінілхлорид	Хлорин, ацетохлорин, ПВХ	1380-1470	65-70	80-90	ДХ	ДХ	ДХ	З-X	Ні	180-230	15-30	ДП-П	0,17-0,3	0,7-0,9
Політетрафторетилен	Фторопласт, поліфен	2300	220	270	ОХ	ДХ	ДХ	ДХ	Ні	350-400	50	З-П	0	0
Поліоксидіазол	Оксалон	-	250	270	X	-	-	-	-	-	-	X	-	-
Алюмоборосилікатне скло	Скляне волокно	2540	240	315	X	З-П	ОХ	ОХ	Ні	1600-3000	3-4	ДП	0,3

Умовні позначення: ДХ – дуже хороша; X – хороша; З – задовільна; П – погана; ДП – Дуже погана

Скляне волокно володіє високою термостійкістю, хімічною стійкістю, витримує значні розривні навантаження. Склотканина стійка при температурі до 150...300°С. Фільтрувальна склотканина зазвичай виготовляється з волокон діаметром 6...8 мкм. Склотканини апретують – покривають кремнійорганічною сполукою – силіконом і графітують. Завдяки цьому термін служби склотканини підвищується.

Фільтрувальні матеріали можуть бути тканими і нетканими, а залежно від стану поверхні – ворсованими і гладкими.

При виготовленні нетканих матеріалів з синтетичних волокон зчеплення цих волокон підсилюють, пробиваючи шар волокон спеціальними голками і отримуючи, таким чином, голкопробивні матеріали. Для цих же цілей використовують склеюючі добавки і ін.

Опір незапилених фільтрувальних тканин при навантаженнях по газу (повітрю) 0,3...2 м³/м²∙хв зазвичай знаходиться в межах 5...40 Па.

Термін служби фільтрувальних тканин залежно від умов експлуатації (вид пилу, її концентрація, температура, рівень експлуатації і ін.) може складати від декількох місяців до декількох років.

Питоме повітряне навантаження тканини (швидкість фільтрації), м³/м²∙год приймають залежно від концентрації пилу в повітрі (газі), що очищається, виду тканини (табл. 8.3).

Таблиця 8.3

Рекомендовані навантаження на фільтрувальні тканини, м³/(м²∙год)

Тканина	Початкова запиленість повітря (в г/м3) до
	1	5	10	20
Фільтр-сукно №2	1	2	3	4
Сукно ЧШ, тканина ЦМ, нітрон, лавсан, бавовнянобумажна	120-150	80-100	60-70	40-50.
Склотканина апретирована	60-90	50-60	40-50	30-50
Фільтр-сукно №2	5	6	7	8
Сукно ЧШ, тканина ЦМ, нітрон, лавсан, бавовнянобумажна	70-90	50-70	40-50	30-40
Склотканина апретирована	50-60	40-50	30-50	30-40

Примітка. Дані перших чотирьох граф відносяться до крупнодисперсного пилу 2-ої і 3-ої груп, останніх чотири, – до дрібнодисперсного і дуже дрібнодисперсного пилу 4-ої і 5-ої груп

Багато тканин виготовляють у вигляді полотен (шматків), з яких шиють рукави. Діаметр рукавів зазвичай в межах 90...450 мм. Довжина 2,5...10 м. Відношення довжини рукава до його діаметру 15...20.

Величини повітропроникності характеризують аеродинамічні властивості тканин в незапиленому стані. В міру запилення опір тканини починає зростати. Якщо не приймати ніяких заходів, він може збільшуватися до величини натиску, який розвивається вентилятором. Подальше накопичення пилу призведе до зменшення подачі вентилятора. Частина пилу при підвищених перепадах тиску може проникнути в пори між нитками і “забити” тканину, зробивши її непридатною для фільтрування. Щоб уникнути цього явища фільтри через певний час експлуатації піддають регенерації. Процес регенерації є невід’ємною частиною технології фільтрації і розробляється в проекті разом з іншими параметрами фільтрації.