Коллоидная химия и физико-химическая механика
Самохвалов Н.М., кандидат технических наук, доцент Иркутского государственного технического университета
КЛАССИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ФИЛЬТРОВАНИЯ ЗАПЫЛЕННЫХ ГАЗОВ И РЕГЕНЕРАЦИИ ЗЕРНИСТЫХ ФИЛЬТРОВ
В настоящее время для процессов фильтрования жидкостей и газов используется одна классификация, т.к. считается, что они описываются одними закономерностями [1]. Однако эта классификация разработана применительно к суспензиям и не отражает в полной мере особенностей разделения запыленных газов. Так, фильтрование аэрозолей не проводится под действием гидростатического напора или центробежной силы. Имеются отличия в целенаправленности процессов разделения суспензий, пыли и др.
Предлагается, по аналогии с фильтрованием суспензий и на основе анализа литературных источников [2-4], процессы фильтрования газов классифицировать по следующим признакам:
по движущей силе, за счет которой газ проходит через фильтрующую перегородку -фильтрование под действием избыточного давления; под действием вакуума; под совместным действием давления и вакуума;
по механизму - с образованием осадка на поверхности фильтровальной перегородки; с закупориванием пор перегородки твердой фазой; с закупориванием пор и, одновременно, с образованием осадка на поверхности (смешанного вида);
по целенаправленности процесса - с целью тонкой (высокоэффективной) очистки; с целью грубой (предварительной) очистки; с целью очистки атмосферного воздуха; с целью очистки промышленных запыленных газов;
по режиму процесса - при постоянной скорости фильтрования и постоянной разности давлений (движущей силе); при постоянной скорости, но переменной разности давлений; при переменной скорости и переменной разности давлений; при переменной скорости, но постоянной разности давлений;
по способу организации - непрерывное и периодическое фильтрование; по направлению очищаемого потока - фильтрование при нисходящем (совпадающем с действием силы тяжести) потоке, при восходящем потоке, при боковом потоке.
Для фильтрования используются различные пористые перегородки, которые условно можно разделить на следующие типы:
гибкие - тканевые материалы (из природных, синтетических и минеральных волокон), нетканные волокнистые материалы (войлоки, клееные и иглопробивные материалы, бумага, картон, волокнистые маты), ячеистые листы (губчатая резина, пенополиуретан, мембранные фильтры);
полужесткие - слои волокон, стружка, вязанные сетки;
жесткие зернистые материалы, в которых зерна или волокна прочно связаны друг с другом и образуют неподвижную систему - пористая керамика и пластмасса, спеченные или спрессованные порошки металлов, стекла, углеграфитовые материалы, волокнистые материалы (отформованные слои из стеклянных и металлических волокон), металлические сетки и перфорированные листы;
зернистые насыпные слои, в которых используются улавливающие элементы в виде гранул, кусковых материалов (гравий, песок, шлак, щебень, кокс, уголь, окатыши, резина, металл, стекло, пластмасса и др.) и стандартных насадок (кольца Рашига, Паля, седла Берля и т.д.).
В зависимости от вида используемых пористых перегородок различают два основных типа фильтрующих аппаратов. В одном из них сама пористая перегородка служит для улавливания взвешенных частиц, а в другом она служит, в основном, подложкой для образования и удержания осадка из уловленных частиц, являющегося более эффективной фильтрующей средой.
Аппараты с зернистой фильтрующей перегородкой называются зернистыми фильтрами. Впервые зернистые фильтры были применены в 1924 г. для очистки доменного газа движущейся средой [5], а в 1952 г. Дорфан [6] предложил использовать их для улавливания возгонов от электродуговых печей. В 1957 г. фирмой Лурги были использованы в цементной промышленности насыпные гравийные фильтры, регенерируемые путем вибрационной тряски. В настоящее время известно большое количество разнообразных конструкций зернистых фильтров.
Существующая в настоящее время классификация зернистых фильтров не отражает всего многообразия известных образцов, поэтому требуется ее уточнение, в связи с развитием этой области фильтрационной техники.
На основе анализа научно-технических, патентных источников и разработок автора предлагается уточненная классификация зернистых фильтров.
По типу фильтрующей перегородки фильтры можно подразделить на жесткие пористые и зернистые насыпные (насадочные).
По способу очистки - для сухой очистки; для мокрой очистки (орошаемые зернистые фильтры).
По режиму работы - с периодической регенерацией; с непрерывной регенерацией.
Насыпные зернистые фильтры в зависимости от состояния фильтрующего слоя можно подразделить на аппараты с неподвижным (статическим) и подвижным (динамическим) слоем.
Подвижные насыпные фильтры могут быть с движущимся (с гравитационным или принудительным перемещением сыпучей среды), вращающимся или псевдоожиженным зернистым слоем.
Вывод зернистого материала на регенерацию в аппаратах с движущимся слоем может быть непрерывным, периодическим или с рециркуляцией.
По форме фильтрующего слоя зернистые фильтры бывают с плоской, кольцевой (в виде горизонтального или вертикального барабана), кассетной перегородкой и могут иметь один или несколько фильтрующих слоев.
Вертикальная перегородка выполняется сетчатой или жалюзийной. В барабанных фильтрах очищаемый поток может фильтроваться изнутри наружу или наоборот.
Степень очистки и гидравлическое сопротивление фильтров существенно зависят от эффективности регенерации запыленного слоя. Используемый способ регенерации, в свою очередь, определяет конструктивное исполнение фильтрующей аппаратуры.
Регенерация фильтровальных перегородок заключается в периодическом или непрерывном разрушении и, частичном или полном, удалении осажденной пыли. Регенерация проводится с целью ограничения роста гидравлического сопротивления до определенных пределов и обеспечения заданной производительности фильтра.
Удаление накопившейся в зернистом слое пыли может осуществляться под воздействием аэродинамического, гидродинамического и механического воздействия или комбинированными способами. Механизм разрушения пылевого слоя при регенерации различными способами имеет общие черты. Практически во всех способах разрушение происходит по ослабленным когезионным связям, которые обычно оказываются слабее сил адгезии.
Отрыв частиц и агрегатов происходит, в основном, от пылевого слоя и, в редких случаях, непосредственно от гранул насыпного материала. Основными причинами когезии частиц являются силы молекулярного взаимодействия, а также капиллярные и электрические силы. Капиллярные силы могут проявлять себя при наличии влаги.
В настоящее время для регенерации зернистых слоев используются следующие способы (рис. 1) - продувка, механическое ворошение (просеивание), промывка и их различное сочетание.
Промывка может быть прямой и обратной, интенсивной и неинтенсивной. Прямая продувка осуществляется, когда она совпадает с направлением фильтрации. К интенсивной относятся - струйная, импульсная и продувка при скоростях псевдоожижения и уноса. Неинтенсивная продувка проводится при скорости потока близкой к скорости фильтрования.
Механическое ворошение слоя может проводиться граблями, вибровстряхиванием, при пересыпке зернистого материала во вращающемся барабане или по наклонной поверхности.
Рассмотренные способы регенерации не всегда обеспечивают эффективную работу насыпных фильтров, так одна продувка недостаточна для восстановления слоя.
Аппараты с механическим ворошением имеют увеличенные габариты и энергозатраты. Вибровстряхивание усложняет конструкцию фильтра, создает повышенные требования к соединительным узлам. Импульсная продувка, как правило, сложна и энергоемка, не обеспечивает надежной продувки всего запыленного слоя из-за кратковременности действия импульса. Мокрая очистка не всегда приемлема из-за возможности растворения или химического взаимодействия улавливаемых продуктов и промывной жидкости. Кроме этого, необходимо дорогостоящее шламовое хозяйство. Следует отметить, что эти способы используются для фильтров как с неподвижным так и с подвижным зернистым слоем. К более перспективным способам регенерации в аппаратах с подвижной насадкой непрерывного действия можно отнести интенсивную и струйную продувки, продувку при пересыпке зерен.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Романков П. Г., Курочкина М.И. Гидромеханические процессы химической технологии. - Изд. 2-е, перераб. и доп. - Л.: Химия, 1974. - 288
2. Ужов В.Н., Мягков Б.И. Очистка промышленных газов фильтрами. - М.: Химия, 1970. -
320 с.
3. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М.: Химия, 1973. - 752 с.
4. Биргер М.И. Справочник по пыле- и золоулавливанию / М.И. Биргер, А.Ю. Вальдберг, Б.И. Мягков [и др.]; под общ. ред. А.А. Русанова. - Изд. 2-е, перераб. и доп. М., 1983. -
321 с.
5. Cramp G.B., Blast Furnace Steel Plant. - № 12, 1924. - P. 101-106.
6. Dorfan M.I., Elec. Furnace Steel Plant. - № 10, 1952. - P. 41-47.
Рис. 1. Способы регенерации насыпных зернистых слоев: а - обратная продувка; б — обратная продувка с вибровстряхиванием; в - ворошение с обратной продувкой; г - ворошение слоя; д - -импульсная продувка; е - обратная продувка со свободной пересыпкой зерен; ж - интенсивная струйная продувка; з - псевдоожижение; и - мокрая очистка во вращающемся слое; к - грохочение с промывкой в движущемся слое; л - интенсивная продувка при пневмотранспорте; 1 - вход продувочного воздуха; 2 - выход продувочного воздуха; 3 - вход запыленного газа; 4 - выход очищенного газа
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.