CC BY
92
УДК 66.067.12
АНАЛИЗ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕКСТИЛЬНЫХ ФИЛЬТРОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ
ПРИ ОЧИСТКЕ ВОЗДУХА ОТ ПЫЛИ
Пайметов А.Н., аспирант Димитровградского инженерно-технологического института - филиала федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Национальный исследовательский ядерный
университет «МИФИ», e-mail: [email protected], Панин А.И., к.т.н., доцент Димитровградского инженерно-технологического института - филиала федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Национальный исследовательский ядерный
университет «МИФИ»
Князькин С.В., аспирант Димитровградского инженерно-технологического института - филиала федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Национальный исследовательский ядерный
университет «МИФИ»
Лушников А.А., аспирант Димитровградского инженерно-технологического института - филиала федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Национальный исследовательский ядерный
университет «МИФИ»
В статье рассмотрены вопросы влияния структуры текстильных фильтров на формирование пылевого слоя и процесс очистки воздуха от пыли. Отмечено, что наряду с фильтровальной перегородкой из текстильного волокнистого материала в процессе очистки воздуха от пыли принимает участие и сам пылевой осадок, формируемый в виде дендритов на поверхности фильтра. При этом эффективность очистки воздуха от пыли и величина гидравлического сопротивления фильтровальных перегородок из текстильных материалов определяется их структурой (начальной пористостью и воздухопроницаемостью), а также видом используемых волокон. Результаты теоретических и экспериментальных исследований, использования намоток сомкнутой структуры на перфорированных проволочных (сетчатых) каркасах доказывают более высокую эффективность очистки воздуха от пыли при меньшем перепаде давления на фильтре, а, следовательно, и меньших энергозатратах по сравнению с другими текстильными полотнами.
Ключевые слова: пыль, воздух, фильтр, концентрация, плотность, полотно, сопротивление, осадок, нить, каркас.
THE ANALYSIS OF UTILISATION OF THE TEXTILE FILTERS APPLIED AT AIR
FILTRATION FROM A DUST
Paymetov A., the post-graduate student, Dimitrovgrad Engineering Institute of Technology - branch of the National research nuclear university
«MEPhI»
Panin A., Ph.D., assistant professor, Dimitrovgrad Engineering Institute of Technology - branch of the National research nuclear university
«MEPhI»
Knyazkin S., the post-graduate student, Dimitrovgrad Engineering Institute of Technology - branch of the National research nuclear university
«MEPhI»
Lushnikov A., the post-graduate student, Dimitrovgrad Engineering Institute of Technology - branch of the National research nuclear university
«MEPhI»
In article questions of influence of framework of textile filters on forming of a dust layer and process of air filtration from a dust are considered. It is noticed that along with a filter dam board from a textile fibrous material in the course of air filtration from a dust the dust deposit formed in the form of dendrites on a surface of the filter takes part also. Thus efficiency of air filtration from a dust and rate of hydraulic resistance of filter dam boards from textile materials is defined by their framework (incipient porosity and air permeability), and also a kind of used fibers. Results theoretical and experimental researches, utilisations of twistings of closed framework on holey wire (mesh) hackberries prove higher efficiency of air filtration from a dust at smaller pressure difference on the filter, and, hence, and smaller power inputs in comparison with other textile canvases.
Keywords: a dust, air, the filter, density, density, a canvas, resistance, a deposit, a thread, a hackberry.
Работа многих промышленных предприятий сопряжена с технологическими процессами, связанными с выделением пыли или газовоздушных смесей. Поэтому требования экологической безопасности обусловливают применение новых, высокоэффективных средств очистки воздуха для сохранения чистоты атмосферы, особенно в густонаселённых регионах.
Для реализации данных задач в настоящее время широкое применение получили текстильные фильтры различной структуры, основная задача которых состоит в обеспечении минимальных пылегазовых выбросов с тем, чтобы не превышать предельно-допустимые концентрации вредных веществ в воздушной среде.
В текстильных фильтрах насыщенные пылью промышленные газы или воздух аспирации проходят через структуру текстильного полотна состоящего из нитей по межволоконному пространству.
При этом на поверхности фильтра образуется слой пылевого осадка, который становится дополнительной фильтровальной перегородкой.
Структура осадка и его толщина, а, следовательно, и фильтровальные свойства зависят от целого ряда факторов, таких как:
- структура и плотность переплетения текстильных полотен;
- структура и удельная плотность нетканых материалов и намоток;
- вид нитей основы и утка, используемых в переплетении (на-
ружного слоя при многослойных фильтровальных тканях);
- структура и качественный состав пыли;
- размеры микрочастиц пыли и их форма;
- время работы текстильного фильтра (фильтровальной ткани или иного полотна) до регенерации;
- величина давления на внешней поверхности фильтровальной перегородки и т.д.
В зависимости от вида волокнистого материала, дисперсности частиц пыли, и скорости фильтрации в них преобладает броуновская диффузия, эффект касания, а также инерционное осаждение или седиментация на поверхности волокон из которых изготовлены нити в полотне [1]. При постоянной скорости фильтрации воздуха или газовоздушной смеси на фильтре происходит существенное возрастание гидравлического сопротивления, что и обусловлено образованием пылевого осадка.
В данном случае для изучения механизма фильтрации высо-козапылённого воздуха (когда запылённость % >1 г/м3) плотными фильтровальными полотнами была исследована зависимость гидравлического сопротивления текстильного фильтра и концентрации пыли за ним от толщины пылевого слоя.
Исследования проводились в лаборатории ДИТИ НИЯУ МИФИ на специально изготовленном стенде, схема которого приведена на рис. 1.
32 TRANSPORT BUSINESS IN RUSSIA | №4 2014 |
Рис. 1. Схема стенда исследования текстильных фильтров
Исследуемые фильтровальные полотна на рамке вставлялись в корпус фильтра 1. Из пыленагнетателя 2 оснащённого эжектором 3 поток запылённого воздуха направлялся на фильтр.
Нефелометр 4 позволял определять качественные изменения концентрации пыли за фильтром. По воздуховоду 5 воздушно-пылевая смесь подавалась на реометр 6, который использовался для замера расхода воздуха, а манометром 7 фиксировалось изменение сопротивления на фильтровальной перегородке. Расход пылевоздушной смеси регулировался краном 8, подачи воздуха от компрессора 9.
В ходе эксперимента исследовались два вида фильтровальных тканей сформированных полотняным и саржевым переплетениями из полиэфирных нитей с плотностями по основе и утку соответственно: а) Ро=Ру=76 н/дм и б) Ро=76 н/дм; Ру=84 н/дм, поверхностная плотность тканей соответственно составляла Р1=160г/м2, Р2=140 г/м2, а также нетканое полотно и сомкнутая намотка фильтра.
В качестве текстильного фильтра исследовалось нетканое иглопробивное полотно, изготовленное из полиэфирных волокон на тканом каркасе.
Волокнистый холст нетканого полотна был сформирован из смеси полиэфирных волокон линейной плотности 0,84 текс и полиэфирных волокон линейной плотности 0,33 текс в соотношении 20% и 80% соответственно. Волокнистый холст наносился на тканый каркас на иглопробивном агрегате АИН-1800М. Каркасная ткань полотняного переплетения вырабатывалась из полиэфирных комплексных нитей линейной плотности основы и утка по 111 текс.
Поверхностная плотность составляла 110 г/м2. Плотность каркасной ткани составляла по основе Ро=50 н/дм; а по утку Ру=46 н/дм.
В качестве намоточного фильтра использовалась сомкнутая намотка полипропиленовых нитей на перфорированный каркас. Линейная плотность нити составляла 130 текс. Удельная плотность намотки У составляла 0,62 г/м2. Поверхностная плотность Р=150 г/м2. Намотка формировалась на мотальной машине GeorgSAHM (Германия) на перфорированный сетчатый каркас из оцинкованной проволоки 10 х 10 мм.
Фильтровальные ткани и нетканое полотно помещались в корпус фильтра и с помощью нефелометра определялись оптические
Рис. 2. График зависимости ^ ВР /(р)
1 и 1' - для фильтра формированного сомкнутой намоткой; 2 и 2' - для нетканого полотна (иглопробивного); 3 и 3' - для ткани саржевого переплетения; 4 и 4' - для ткани полотняного переплетения.
ТЯАШРОЯТ BUSINESS Ш RUSSIA | №4 2014 | 33
плотности осадка, состоящего из смоделированной цементной пыли в зависимости от его толщины пылевого слоя к.
Скорость пылевоздушного потока выбиралась постоянной и
г _ 5
составляла 0,6 м/мин при запылённости г/м3.
На рис. 2а показаны зависимости гидравлического сопротивления цементной пыли и оптической плотности осадка формируемого на фильтровальных перегородках созданных намоткой и нетканым способом.
На рис. 2б показаны данные зависимости для тканей полотняного и саржевого переплетений соответственно.
Анализ полученных зависимостей показывает, что во всех четырёх случаях процесс фильтрации имеет три фазы формирования осадка:
- первая фаза - формирование первичного слоя осадка на поверхности фильтровальной перегородки. Данная фаза характеризуется относительно высоким проскоком мелких частиц пыли через фильтровальную перегородку и незначительным ростом гидравлического сопротивления фильтра. В этой фазе происходит осаждение крупных частиц пыли на нитях и волокнах, а также зацепление их друг за друга с образованием сложных конфигураций (дендритов) осадка. Данная фаза длится короткое время;
- вторая фаза более продолжительная и связана с формированием элементарного фильтрующего слоя осадка пылевых частиц. На данной стадии дендриты смыкаясь друг с другом, образуют единый пылевой слой, являющийся дополнительной фильтровальной перегородкой, которая обеспечивает улавливание мелкодисперсной пыли. В этой фазе происходит быстрое нарастание гидравлического сопротивления фильтра вследствие уменьшения сечения пор. Проскок микрочастиц пыли резко снижается. Завершение данной фазы определяется моментом установления постоянного значения оптической плотности воздуха за фильтром. Обычно толщина пылевого слоя в этот период достигает 0,3 мм, но зависит от структуры пылевых частиц и их концентрации, а главное от структуры текстильной фильтровальной перегородки (пористости и воздухопроницаемости ткани, нетканого материала или намотки);
- третья фаза соответствует стабильному процессу фильтрации через пылевой слой, увеличивающийся в размерах, но сохраняющий примерно постоянную пропускную способность. Гидравлическое сопротивление фильтра в данной фазе нарастает линейно.
Проскок микрочастиц пыли через фильтр на данной стадии не высок и связан с перемещением их в слое осадка пыли, что обусловлено перераспределением давления внутри слоя, однако, как показывают исследования, проход их через весь пылевой слой маловероятен.
Очевидно, что достижения высокой эффективности фильтров будет зависеть от её структуры и способности сохранять первоначальный пылевой слой при регенерации.
В соответствии с теорией фильтрации [2] гидравлическое сопротивление фильтровальных перегородок определяется по формуле:
ильтровальных перегородок определяе
ДР = т-Гф(яфл+Ксл),
(1)
где
Я
скорость фильтрации, м/с;
Ф.П.
гидравлическое сопротивление фильтровального
материала (текстильного полотна) кгЧс/м2; р
- гидравлическое сопротивление пылевого слоя кгЧс/м2;
^ - вязкость воздушной смеси, кгсЧсЧм-2. Гидравлическое сопротивление текстильного полотна определяется по формуле:
гО
где - удельное сопротивление пылевого слоя (условное
кГп _ 1 ,
сопротивление слоя толщиной КС1 м), м-2.
Толщина пылевого слоя за время фильтрации Т определяется по формуле:
К ■ У ■ г ■ Т к _ У ^э уФ 2 1 ПСЛ ~ У СЛ ,
р
ПЫС
(4)
где Т - время работы фильтра;
К - коэффициент эффективности улавливания пыли текстильной перегородкой;
Р ПЫЛ - плотность пыли в слое, кг/м3.
Подставив полученные выражения (2), (3) и (4) в формулу (1) получим:
АР Уф
вЯ
СЛ
+
г ■ К ■ г ■ У ■ Т
'о лэ ^ уф 1
р
ПЫС
(5)
в№0=тУф-$Яф1] = сои^
Обозначив гидравлическое
сопротивление фильтровальной перегородки в стабильном режиме фильтра получим:
и
Р пыл
(6)
Анализ формулы (6) показывает, что гидравлическое сопротивление текстильных фильтровальных перегородок, при прочих равных условиях, определяется структурой и начальным гидравлическим сопротивлением волокнистого холста (тканей или намоток).
При установившемся (стационарном) режиме фильтрации данные выводы подтверждаются и графиками рис. 2 (а) и (б), полученными в ходе экспериментальных исследований.
Выводы.
1. Наряду с фильтровальной перегородкой из текстильного волокнистого материала в процессе очистки воздуха от пыли принимает участие и сам пылевой осадок, формируемый в виде дендритов на поверхности фильтра.
2. Эффективность очистки воздуха от пыли и величина гидравлического сопротивления фильтровальных перегородок из текстильных материалов определяется их структурой (начальной пористостью и воздухопроницаемостью), а также видом используемых волокон.
3. Как показали теоретические и экспериментальные исследования, использование намоток сомкнутой структуры на перфорированный проволочный (сетчатый) каркас обеспечивает более высокую эффективность очистки воздуха от пыли при меньшем перепаде давления на фильтре, а, следовательно, и меньших энергозатратах по сравнению с другими текстильными полотнами.
ЯФ П. вЯСИ'
в
(2)
где - экспериментальный коэффициент учитывающий насыщение пор текстильной перегородки пылью (принимается от 8 до 14);
Я
СЛ
' С7Т
ной определяется по формуле:
ЯСЛ _ ГОкСС1'
- гидравлическое сопротивление пылевого слоя толщи-
(3)
Литература:
1. Панин И.Н. и др. Текстильные фильтры. М.: МГТУ им. А.Н. Косыгина. - 2009. С. 128.
2. Жужиков В.А. Фильтрование. М.: Химия. -1968.
34 TRANSPORT BUSINESS Ш RUSSIA | №4 2014 |
