Экология промышленного производства

из набивки стекловолокном диаметром от 7 до 30 мкм, волокон лавсана, полипропилена и других полимеров диаметром от 12 до 40 мкм.

Толщина слоя составляет от 5 до 15 см, скорость фильтрации от 3 до 12 м/мин. Гидравлическое сопротивление сухих фильтров – от 200 до 1 000 Па, а в режиме самоочищения – от 1 200 до 2 500 Па. Плотность набивки для стекловолокна – от 60 до 150 кг/м3, а для синтетических волокон ниже (в зависимости от плотности полимера).

Высокоскоростные мокрые волокнистые фильтры. В этих фильтрах определяющим механизмом осаждения является инерционный, эффективность которого растет с увеличением скорости. Габариты высокоскоростных фильтров меньше, чем низкоскоростных. Высокоскоростные фильтры обычно состоят из отдельных элементов, в которых волокно уложено между двумя плоскими решетками (рис. 6.17).

Рис. 6.17. Элемент высокоскоростного фильтра: 1 – короб с фланцем; 2 – стекловолокно; 3 – решетка

Рекомендуемые скорости фильтрации составляют 120–150 м/мин при эффективности улавливания 98–99 % для частиц размером < 3 мкм при гидравлическом сопротивлении 1 500–2 000 Па. Для фильтрующих слоев наиболее пригодны иглопробивные нетканые полотна (войлоки), например, из полипропилена. Эти войлоки успешно применяют для улавливания туманов разбавленных и концентрированных кислот (например, Н2SО4, НСl, НF) и крепких щелочей.

При брызгоуносе из слоя, что наблюдается при скорости фильтрации 100–150 м/мин, за фильтрами устанавливают сетчатые паке-

231

ты – брызгоуловители, набираемые из четырех плоских и трех гофрированных перфорированных винипластовых листов, чередующихся между собой. Высота гофр 8 мм, общая толщина пакета 15–20 мм. При скорости потока газов через них 150–180 м/мин сопротивление составляет 200–250 Па. Пакеты из винипласта применимы до 60–70 °С; при более высоких температурах используют полипропиленовые или лавсановые войлоки или пакеты из вязаных полипропиленовых или металлических сеток.

Разработано несколько типов конструкций фильтров, оснащаемых полипропиленовыми, и лавсановыми иглопробивными материалами.

На рис. 6.18 показан фильтр с цилиндрическим фильтрующим элементом, установленным в слой уловленной кислоты. Слой кислоты находится в пространстве, образованном входящим внутрь элемента патрубком и стенками корпуса фильтра.

Рис. 6.18. Волокнистый туманоуловитель:

1 – цилиндрический фильтрующий элемент; 2 – фильтрующий войлок; 3, 4 – брызгоуловители; 5 – патрубок

Фильтрующий элемент представляет собой перфорированный или решетчатый барабан с глухой крышкой. Соосно с ним установлен брызгоулавливающий элемент большего диаметра. На решетчатом барабане крепится пакет из винипластовых сеток или складчатый грубоволокнистый войлок толщиной 3–5 мм.

Газы вводятся в фильтр внутрь фильтрующего элемента и на его внешнюю поверхность.

232

Фильтры периодически промывают при очистке загрязненных туманов (например, серной кислотой).

Керамические фильтры. Эти фильтры (патроны, пластины, диски) получают спеканием отсортированных зерен шамота, кварцевого песка и других природных минералов до стекловидного состояния.

Керамические фильтры обладают невысокой прочностью; для ее повышения стенки патронов изготовляют значительной толщины (6–10 мм и больше), но при этом растет их гидравлическое сопротивление. Длина патронов обычно составляет от 0,5 до 1,2 м, диаметр от 50 до 80 мм; общая пористость от 35 до 55 %. Керамику обжигают при температуре от 900 до 1 300 °С.

Патроны могут быть открытыми с обоих концов или с закрытым дном; их тем или иным способом закрепляют в трубной решетке (с помощью стяжных шпилек и другого рис. 6.19).

Рис. 6.19. Схема металлокерамического фильтра:

1 – фильтр; 2– камера запыленного газа; 3 – камера чистого газа; 4 – бункер; 5 – штуцер входа; 6 – штуцер выхода чистого газа; 7 – штуцер продувочного воздуха; 8 – трубная решетка; 9 – выпуск пыли

Керамика химически стойка к воздействию многих химических агентов, кроме горячих щелочей, фосфорной и плавиковой кислот.

В табл.6.9 приведены характеристики керамических фильтров для очистки воздуха и газов. Керамические фильтры работают со

233

Примечание: *В числителе приведены данные по запыленности газов на входе в фильтр, а в знаменателе – на выходе.

1

Расчет фильтров по скорости фильтрации

Обозначим количество подлежащих фильтрации газов при рабочих условиях V (с учетом увлажнения и подсоса воздуха, ввода воздуха для обратной продувки).

Задавшись в соответствии с практикой эксплуатации скоростью фильтрации ф (таблицу 6.10), находят необходимую площадь

фильтрации: F V Ф .

Затем выбирают определенный типоразмер рукавного фильтра с площадью фильтрации f, м2, и определяют требуемое число фильтров (рукавов) п = F/f; так как п должно быть целым числом, его округляют в сторону увеличения числа фильтров.

Для расчета фильтра по гидравлическому сопротивлению используется формула А. С. Мандрико и И. Л. Пейсахова:

где μ – вязкость газа, Па с;фэ – скорость газа, рассчитанная на всю площадь ткани (газовая

нагрузка), м/с;

d – средний размер частиц пыли (определенный методом воздухопроницаемости), м;

т – пористость слоя пыли, доли; тТ – пористость ткани, доли; ρ – плотность пыли, кг/м3;

z– запыленность газа, кг/м3;

t – время между регенерациями (период регенерации), с;

h0 – удельное гидравлическое сопротивление свежей (чистой) ткани, отнесенной к толщине, равной 1 м, при скорости воздуха

1 м/с, Па.

В табл. 6.11 даны примерные значения величин тт и h0 для некоторых тканей.

236

Пористость слоя пыли в основном зависит от ее дисперсности

где п – пористость фильтрующей перегородки.

Исходя из формулы (6.1) можно определить значение коэффициентов А и В в формуле (6.3).

Общая потеря давления на фильтре равна

где М1 – масса пыли, оседающей на 1 м2 площади фильтра, кг;

При ориентировочных подсчетах коэффициенты Аи В для различных пылей можно принимать по табл. 6.12.

Таблица 6.12

Значения коэффициентов А и В для некоторых пылей (ткань – лавсан)

237

При заданной величине оптимального перепада давления на фильтровальной перегородке pопт находят необходимую продол-

жительность периода между регенерациями tΦ .

Вследствие того, что степень очистки в пористых фильтрах в рабочем состоянии близка к 100 %, величину М1 приближенно определяется по начальной концентрации пыли в газовом потоке:

M1 z1 ФtΦ .

Вследствие того, что в общем случае пористую перегородку, через которую фильтруется газ, можно представить состоящей с двух слоев: первичный – сама пористая перегородка с осажденными на стенках поровых каналов частицами пыли, вторичный – слой уловленных частиц, накапливающихся на лобовой поверхности фильтра.

С течением времени сопротивление первичного слоя изменяется вследствие постоянного уменьшения его пористости, а вторичного

– в результате постепенного его утолщения. Таким образом, pФ (выражение 6.3) примет вид

pФ p1 p2 μ Ф A Bz1 ФtФ

Потеря давления в первичном слое фильтра р1 определяется по формуле

p1 A Ф .

Потеря давления в образующемся лобовом слое пыли р2 определяется из выражения

p2 B ФM1.

Значение pФ примет вид

pФ Ф A Bz1 ФtФ

откуда следует, что

tФ pФBz Ф A .

1 Ф

238

При повышении вследствие неравномерности структуры пылевого слоя и ткани в отдельных местах происходят динамические пробои слоя, сопровождающиеся образованием трещин и каверн, в результате чего увеличивается вынос пыли и падает эффективность. При сокращении межрегенерационного периода и уменьшении эффективность фильтра также падает из-за того, что значительную часть времени фильтр работает в условиях нарушенной целостности фильтрующего пылевого слоя. Таким образом, существует некоторая оптимальная продолжительность межрегенерационного периода, соответствующая максимальной эффективности работы фильтра, найти которую можно только экспериментально.

Упрощенно продолжительность периода фильтрования можно найти, задаваясь величиной переменного гидравлического сопротивления слоя пыли p2 . Для мелких пылей она не должна пре-

вышать 600–800 Па, а для крупных пылей с медианным размером частиц более 20 мкм составляет 250–350 Па.

Общий объемный расход газа, проходящего через фильтр, V равен при регенерации обратной продувкой

V V1 V p ,

где V1 – объемный расход газа, подводимого к фильтру с учетом

содержания водяных паров и присосов по тракту между технологическим агрегатом и фильтром при рабочих условиях, м3/ч;

Vp – объемный расход воздуха, подаваемого на обратную про-

дувку и подмешивающегося к очищаемому газу; предварительно он может быть определен из выражения

Vp V3гn600ptp ,

где tp – время отключения секции на обратную продувку (обычно

в пределах одной минуты);

np – количество регенераций в течение одного часа, определяемое по формуле

239

np 3 600 . tФ tp

Необходимую фильтрующую поверхность аппарата предварительно определяют из выражения

FФ Vp Vг ,

60qФ

где qФ – удельная газовая нагрузка при фильтровании, м3/(м2 мин).

Выбор фильтра производится подбором в соответствии с данными каталога с запасом 10–15 %.

Фильтрующую поверхность, отключаемую на регенерацию в течение часа, находят по формуле

Fp Nc Fctpnp ,

3 600

где Nc – число секций;

Fc – фильтрующая поверхность секции, м2. Далее в соответ-

ствии с выбранным фильтром уточняют расход воздуха, подаваемого на обратную продувку в течение часа

V p Фn pt p Nc Fc

после чего находят окончательную площадь фильтрования:

FФ Vp Vг Fp .

Удельную газовую нагрузку выбранного фильтра находят из выражения

240