Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«Сибирский государственный индустриальный университет»

Институт металлургии и материаловедения

Кафедра теплофизики и промышленной экологии

«Волокнистые и воздушные фильтры »

Выполнил: ст. гр. МТ – 082

Соколова А.Ю.

Проверил: зав. кафедрой, к.т.н., доцент

Коротков С.Г.

Новокузнецк

2012

Содержание

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………..3

Глава 1 Волокнистые фильтры…………………………………………………...6

1. Волокнистые фильтры тонкой очистки…………………………….…...10

2. Глубокие фильтры…………………………………………………….......16

Глава 2 Воздушные фильтры…………………………………………………...19

2.1 Воздушные фильтры IиIIкласса………………………………………..21

2.2 Ячейковые фильтры………………………………………………………24

2.3 Самоочищающиеся масляные фильтры………………………………....27

2.4 Рулонные фильтры………………………………………………………..30

Заключение……………………………………………………………………….32

Список литературы………………………………………………………………34

ВВЕДЕНИЕ

В основе работы пористых фильтров всех видов лежит процесс фильтрации газа через пористую перегородку — фильтрующую среду, в ходе которого твердые или жидкие частицы, взвешенные в газе, задерживаются в ней, и газ полностью проходит сквозь нее.

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

Гибкие пористые перегородки:

а) тканевые материалы из природных, синтетических и мине­ральных волокон;

б) нетканые волокнистые материалы (войлоки, клееные и иг­лопробивные материалы, бумага, картон, волокнистые маты);

в) ячеистые листы (губчатая резина, пенополиуретан, мембран­ные фильтры).

Полужесткие пористые перегородки — слои во­локон, стружка, вязаные сетки, расположенные на опорных уст­ройствах или зажатые между ними.

Жесткие пористые перегородки:

а) зернистые материалы—пористая керамика и пластмасса, спеченные или спрессованные порошки металлов (металлокерами­ка), пористые стекла, углеграфитовые материалы и др.;

б) волокнистые материалы — сформированные слои из стеклян­ных и металлических волокон;

в) металлические сетки и перфорированные листы. Зернистые слои:

а) неподвижные, свободно насыпанные материалы;

б) периодически или непрерывно перемещающиеся материалы.

Поток аэрозоля в объеме фильтрующего материала многократ­но дробится на мелкие струйки, которые непрерывно сливаются, обтекая отдельные элементы (волокна или зерна), что способству­ет приближению взвешенных частиц к поверхности элементов или пор, их осаждению на них и удержанию силами адгезии.

В фильтрах уловленные сухие частицы 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 уменьшаются, а сопротивление движению газов возрастает; поэтому в определенный момент возникает необходимость разрушения и удаление пылевого осадка (для снижения перепада давления и сохранения начальной скорости фильтрации). В ряде случаев требуется замена забитого пылью фильтра или переснаряжение его новыми фильтрующими материалами. Таким образом, процесс фильтрования в большинстве случаев предусматривает периодическую регенерациюцию фильтров. При улавливании жидких частиц накапливающаяся жидкость может удаляться из пористой перегородки самопроизвольно, т. е. фильтр подвергается саморегенерации.

Современные фильтры в зависимости от назначения и величин входной и выходной концентраций улавливаемой дисперсной фазы условно разделяют на три класса.

Фильтры тонкой очистки(высокоэффективные или абсолютные фильтры) — предназначены для улавливания с высокой эффективностью (обычно выше 99%) в основном субмикронных частиц из промышленных газов и воздуха при низком ной концентрации (менее 1 мт/м³) и малой скорости филь (менее 10 см/с). Такие фильтры применяют для улавливания особо токсичных частиц, а также для ультратонкой очистки воздуха при проведении некоторых технологических процессов или в особо чистых помещениях, в которых воздух служит рабочей средой; обычно эти фильтры не подвергаются регенерации.

Фильтры для очистки атмосферного воздуха (воздушные фильтры)—используются в системах приточной вентиляции и кондиционирования воздуха. Они рассчитаны на работу при концентрации пыли менее 50 мг/м³, часто при высокой скорости фильтрации (до 2,5—3 м/с). Фильтры этого класса бывают нерегенерируемые, а также периодически или непрерывно регенерируемые.

Промышленные (тканевые, зернистые, грубоволокнистые) фильтры применяются для очистки промышленных газов в основном с высокой концентрацией дисперсной фазы (до 60 г/м³). Для периодического или непрерывного удаления накапливающейся в фильтрующей перегородке пыли фильтры этого класса имеют устройства для регенерации, позволяющие поддерживать производительность на заданном уровне и возвращать ценные продукты в производство; фильтры этого класса нередко являются составной частью технологического оборудования.

Цель работы: изучить волокнистые фильтры, их характеристики, применяемые материалы; воздушные фильтры первого и второго классов, а так же ячейковые, самоочищающиеся и рулонные.

Задачи: собрать нужную информацию из различных источников (книги, учебные пособия, интернет); провести анализ информации и выбрать интересующие данные; классифицировать источники.

Глава 1 Волокнистые фильтры

Волокнистые фильтры (набивные, маты, из картона, бумаги и др.) представляют собой слои различной толщины, в которых более или менее однородно распределены волокна. Это фильтры объемного действия, так как они рассчитаны на улавливание и накапливание частиц преимущественно по всей глубине слоя. Сплошной слой пыли образуется только на поверхности наиболее плотных материалов, обычно при фильтрации относительно крупных частиц и к концу службы фильтра.

Волокнистые фильтры используют при концентрации дисперс­ной твердой фазы 0,5—5 мг/м³ и только некоторые виды регене­рируемых грубоволокнистых фильтров экономически целесообразно применять при концентрации 5—50 мг/м³. При таких концентра­циях основная доля частиц обычно имеет размеру менее 5-10 мкм, значительную долю составляют субмикронные частицы.

Для фильтров используют естественные или специально по­лучаемые волокна толщиной от 0,01 до 100 мкм, а также их смеси. Толщина фильтрующих сред составляет от десятых долей милли­метра (бумага) до двух метров (многослойные глубокие насадочные фильтры долговременного использования).

Волокнистые фильтры, применяемые для улавливания твердых или жидких частиц из газов и воздуха во время проведения тех­нологических процессов или выбрасываемых в атмосферу, назы­вают промышленными, в отличие от воздушных, предна­значенных для очистки атмосферного воздуха от пыли в системах приточной вентиляции.

Различают следующие виды промышленных волокнистых филь­тров:

1) сухие — тонковолокнистые, электростатические глубокие, фильтры предварительной очистки (предфильтры);

2) мокрые — сеточные, самоочищающиеся, с периодическим или непрерывным орошением.

Теоретические и экспериментальные исследования процесса фильтрации направлены на установление зависимостей эффектив­ности улавливания частиц и аэродинамического сопротивления от структурных характеристик пористых перегородок, свойств улав­ливаемых частиц и режима течения газа. Процесс фильтра­ции состоит из двух стадий. На первой начальной стадии (стацио­нарная фильтрация) уловленные частицы практически не изменя­ют структуры фильтра во времени. На второй стадии процесса (нестационарная фильтрация) в фильтре происходят непрерывные структурные изменения вследствие накопления уловленных частиц в значительных количествах. В соответствии с этим все время из­меняются эффективность очистки и сопротивление, что осложняет течение процесса фильтрации и связанные с этим расчеты. Вторич­ные процессы многообразны по своей природе и сложны, поэтому они менее изучены, хотя применительно к промышленным усло­виям они имеют определяющее значение вследствие кратковремен­ности первой стадии.

Теория фильтрации разработана в основном применительно к волокнистым материалам с более или менее упорядоченным распо­ложением волокон. Для большинства выпускаемых промыш­ленностью материалов полученные теоретические зависимости применимы только с использованием поправочных коэффициентов.

Для аналитического определения эффективности волокнистого фильтра широко используют развитый Лангмюром метод изолированного цилиндра, заключающийся в том, что фильтр рассматривается как однородная система, состоящая из отдельных волокон, расположенных перпендикулярно потоку, достаточно да­леко друг от друга. Сначала рассматривают гидродинамику обте­кания изолированного цилиндра и, решая уравнения движения ча­стиц по линиям тока, рассчитывают эффективность осаждения частиц на нем под действием различных механизмов. Для исполь­зования полученных закономерностей при работе с волокнистыми фильтрами, у которых поле скоростей вокруг волокон отличается от поля скоростей вокруг цилиндра вследствие взаимного влияния соседних волокон, вводят эмпирические поправки, учитывающие эффективный размер волокон, определяемый из эксперименталь­ных значений сопротивления фильтров.

Основной механизм улавливания частиц в волокнистых фильт­рах в значительной мере определяют размеры частиц. Для частиц размером менее 0,3 мкм преобладает диффузионное осаждение, для более крупных все большую роль начинают играть эффекты каса­ния и инерции. При фильтрации полидисперсного аэрозоля, таким образом, всегда есть частицы, величина проскока которых имеет максимальное значение (рис. 1). Именно на улавливание макси­мально проникающих частиц рассчитываются высокоэффективные тонковолокнистые фильтрующие материалы, так как тем самым гарантируется более эффективное осаждение частиц всех других размеров.

Из рис. 1 видно, что с увеличением скорости фильтрации мак­симум проскока смещается в сторону частиц меньших размеров.

Скорость фильтрации оказывает противоположное влияние на диффузионное и инерционное осаждение частиц (рис. 2). Как показывает кривая эффективности существует критическая скорость, при которой наблюдается максимальный проскок.

Рисунок 1 – Зависимость коэффициента проскока частиц от их размера для фильтра из нитей диаметром 0,86мкм при различных скоростях фильтрации (см/с): 1 – 2,5; 2 – 5,0; 3 – 20.

Рисунок 2 – Влияние различных эффектов осаждения частиц на кривую зависимости коэффициента проскока от скорости потока: а – диффузия; б – касание; в – инерция; г – суммарная.

Толщина волокон также оказывает определяющее влияние на процесс осаждения частиц по всем рассмотренным механизмам осаждения.

С увеличение плотности упаковки волокон в фильтре эффективность улавливания частиц за счет эффектов инерции и касания существенно возрастает, однако диффузионное осаждение при этом изменяется незначительно.