4.2.Механизм фильтрации

В потоке аэрозоля в поровых каналах фильтров или в пространстве между волокнами волокнистых фильтров, частицы следуют по линиям, огибающими препятствия фильтрующей перегородки или волокна. Частицы, движущиеся в непосредственной близости от поверхности препятствия (волокна) могут зацепиться за фильтрующий материал (волокно) из-за своих геометрических размеров. Коме того частицы под действием сил инерции, сил тяжести, электрических сил и броуновской диффузии смещаются с линии тока газа, что приводит к осаждению их на стенках поровых каналов или волокнах. Частицы, коснувшиеся поверхности волокон прочно удерживаются на них за счет сил адгезии. Следовательно, возможные механизмы осаждения частиц в поровых каналах фильтров или на волокнах волокнистых фильтров следующие:

1. Механизм касания (зацепления) проявляется, если частица движется по линии тока газов, проходящей около твердого элемента фильтра на расстоянии меньшем радиуса частицы или равном ему, то есть, когда она непременно коснется этого элемента и удержится на нем. Если размер частиц больше размера пор, то проходит отсеивание. Ситовый эффект является частным случаем эффекта касания.

2. Инерционный механизм, который проявляется, если масса частицы или скорость ее движения настолько велики, что она не может полностью следовать вместе с газом по линии тока; частицы, стремясь по инерции продолжить свое движение по более прямолинейной траектории, сходят с линии тока и осаждаются на препятствии.

3. Диффузионный механизм, который проявляется за счет неуравновешенных ударов молекул, находящихся в Броуновском движении. В этом случае происходит смещение мелких частиц аэрозолей с линий тока и осаждение их на обтекаемых препятствиях. Чем мельче частицы и меньше скорость течения, тем интенсивнее они смещаются с линии тока и тем больше вероятность их осаждения на поверхности обтекаемых тел. Этот механизм осаждения подобен массообмену за счет молекулярной диффузии.

4. Гравитационный механизм, при котором осаждение частиц происходит за счет вертикального смещения их с линией тока под действием силы тяжести во время прохождения через фильтр

5. Электростатический механизм,который проявляется в том случае, если поровый канал или волокно фильтра несет электростатический заряд или поляризован внешним электрическим полем создает вокруг себя неравномерное электрическое поле. Нейтральные частицы пыли поляризуются этим полем и притягиваются к поверхности фильтрующего элемента, причем зная заряд.

Осаждение частиц может происходить посредствам одновременного действия нескольких механизмов фильтрации. Для частиц определенного размера возможно преобладание одного или двух механизма. Роль каждого механизма определяется типом, размером, пористостью фильтрующего элемента, размером и плотностью взвешенных частиц, скоростью газового потока, свойствами газа и действием электростатических сил.

4.3.Фильтровальные перегородки

Применяемые фильтрующие пористые перегородки по своей структуре весьма разнообразны, но в большинстве своем они состоят из волокнистых или зернистых элементов, которые могут быть разделены на следующие типы:

1) Гибкие пористые перегородки.

а) Тканевые материалы из природных, синтетических и минеральных материалов.

б) Нетканые материалы из природных, синтетических и минеральных волокон.

в) Ячеистые листы (губчатые резина, пенополиуретан, мембранные фильтры).

2) Полужесткие пористые перегородки – слои волокон, стружки, вязаные сетки, расположенные на опорах устройств и зажатые между ними.

3) Жесткие пористые перегородки.

а) Зернистые материалы – пористая керамика и пластмасса, спеченные или спрессованные порошки металлов (металокерамика), пористые стекла, углеграфитовые материалы.

б) Волокнистые материалы – сформированные слои из стеклянных и металлических волокон.

в) Металлические сетки и перфорированные листы.

4) Зернистые слои.

а) Неподвижные, свободно насыпанные материалы.

б) Периодически или непрерывно перемещающиеся материалы.

В фильтрующих перегородках частицы пыли накапливаются в порах или образуют пылевой слой на поверхности перегородки и таким образом сами становятся для вновь поступающих частиц частью фильтрующей среды. Однако по мере накопления частиц размер пор и общая пористость перегородки неизбежно уменьшается, а сопротивление движению газа возрастает. По этому в определенный момент возникает необходимость в регенерации, разрушении и удалении пылевого слоя (для снижения гидравлического сопротивления и сохранения начальной скорости фильтрации).