Старк С.Б. - Пылеулавливание и очистка газов в металлургии, страница 8

Математически процесс фильтрации может быть описан нижеследующим дифференциальным уравнением, выражающим материальный баланс частиц пыли при прохождении пористой перегородки через единицу площади толщиной пЬ: 2Я Ж? — ш "з = Чхг1шф (! — а) Р~ (5-20] Физический смысл этого уравнения сводится к тому, что убыль частиц в потоке газа, проходящем через фильтрующий слой, равна суммарному количеству частиц, уловленному всеми фильтрующими элементами этого слоя. После разделения переменных и интегрирования в пределах от У2 до 2 и от 0 до Н получим; К = — = е ~"в и Ч =- 1 — К = 1 — е ч"х.

22 Величина 2р получила название показателя структуры фильтрующего слоя, так как она зависит от плотности упаковки 22 и геометрических характеристик слоя 2р =- яр1Н!(1 — и) $'1. (5-22) Очевидно, что аналитически эта величина может быть определена только для тел простейшей формы (шар, цилиндр). Любые пористые фильтры, как правило, многослойны (фильтрующие слои работают последовательно). Масса пыли, осажденная на всем фильтре, очевидно, равна сумме масс, уловленных каждым из слоев. Если считать, что коэффициенты очистки для всех слоев одинаковы, то коэффициент проскока каждого слоя равен: К1 К2 КЗ " 1 Ч' (5-23) При п слоях общий коэффициент проскока К, и коэффициент очистки 2), многослойного фильтра буду~ соответственно равны: К, == К,К2К, ...

К"; (5-24) (5-25) 21, = — 1 — К" = ! — (1 — 21)". Полученные выражения являются приближенными, так как ими не учитываются струйный характер поступления газа из слоя в слой, турбулизация газового потока в фильтре и изменение фракционного состава пыли от слоя к слою. Тем не менее они дают возможность по пылезадерживающей способности одного слоя прогнозировать предполагаемую эффективность многослойного фильтра. Как показывают теоретические и экспериментальные исследования, в пористых фильтрах в подавляющем большинстве случаев режим движения газа ламинарный.

Лишь в зернистых фильтрах при высоких скоростях фильтрации можно наблюдать режимы движения, находящиеся в переходной области. Вследствие этого для определения гидравлического сопротивления пористых перегородок широко используют закон Пуазейля: ЬР = — 8р1вш'!г' „„.

(5-26) 4З Эквивалентный радиус паровых каналов может быть выражен через радиус фильтрующнх элементов г,„, = бго подобно тому, как это сделано в э 15. Суммарную эквивалентную длину парового канала 1 выражают обычно через толщину слоя Н, т. е. 1в = а'Н, где а— коэффициент извилистости пор, учитывающий, с одной стороны увеличение длины канала по сравнению с толщиной слоя и, с другой — эквивалентную длину местных сопротивлений парового канала. Фактическую скорость газа в канале оа' выражают, как обычно, через скорость фильтрации щ' =- оэф1 — а). (5-27) После подстановки указанных величин в уравнение (5-25) последнее примет следующий вид: КоивфО Лр=— гоо (5-28) где К, — коэффициент сопротивления пористой среды; Ко = (5-29) может быть Потеря давления в первичном слое фильтра Лр, представлена как Лр, = А)ооаф, (5-31) где А — коэффициент, зависящий от пористости, ских и аэродинамических характеристик (КоНМ о)' М, — пылеемкость первичного слоя фильтра.

геометричеслоя; А = 44 Для определения этой величины ниже будет приведен ряд формул полуэмпирического вида в соответствии с характером пористой перегородки, т. е. типом фильтра. В обн1ем случае пористую перегородку можно представить себе состоящей из двух слоев. Первичным слоем является сама пористая перегородка с осажденными на стенках паровых каналов частицами пыли.

Вторичным является слой уловленных частиц, накапливающихся на лобовой поверхности фильтра. С течением времени сопротивление обоих слоев меняется: первичного — вследствие постоянного уменьшения его пористости, а вторичного в результате постепенного его утолщения. Таким образом, общую потерю давления на фильтре Лр можно представить как сумму потерь давления в каждом из слоев: Лр= Лр1+ Лро == Ко " ф ' + Ко Потеря давления в образующемся лобовом слое пыли может быть подсчитана из выражения АР» КО» КО э == ВршфМь „РмфМ „РвфМ, »зРР»» гзР»» (5-32) где М, М, — масса пыли, оседающей на всей площади фильтра и на 1 м' площади фильтра, соответственно, кг; р,» — плотность пылевого слоя, кг/м',  — коэффициент, зависящий от пористости, геометрических и аэродинамических характеристик образующегося вторичного слоя пыли; В = Кь!г',р„.

Следовательно, общая потеря давления на фильтре равна: Ар ==- ршф(А + ВМ,) Па. (5-33) Вследствие того, что коэффициент эффективности очистки у пористых фильтров в рабочем состоянии близок к 100',4, величину М, приближенно можно определить по начальной концентрации пыли в газовом потоке: М1 =- Л,шфг г!м', (5-34) где 1 — время, отсчитанное от начала эксплуатации фильтра, с. Численные значения коэффициентов Л и В определяются опытным путем. Глава 6 РАЗЛИЧНЫЕ ТИПЫ ФИЛЬТРОВ $18. ВОЛОКНИСТЫЕ ФИЛЬТРЫ Волокнистыми фильтрами называют пористые перегородки, составленные из беспорядочно расположенных, однако более или менее равномерно распределенных по объему волокон, каждое из которых принимает участие в осаждении аэрозольиых частиц.

Общие свойства волокнистых фильтров. В связи с высокой порисгостью (а == О,1) аэрозольные частицы легко проникают в глубину пористой перегородки и фильтрация их осуществляется всем обьемом загрузки фильтра. Регенерация отработавших волокнистых фильтров в большинстве случаев затруднена и нерентабельна.

По окончании срока службы отработавшую фильтрующую среду заменяют новой. Вследствие этого волокнистые фильтры применяют главным образом для фильтрации слабозапыленных потоков с концентрацией пыли не более 5 мг1мь. Волокнистые фильтры широко применяют для очистки атмосферного воздуха в системах приточной 45 2,24гхриРН ха (ха Й) ДРэк а (6-2) где лрэк — экспеРиментально найденнаа потеРЯ давлениЯ; 0 — коэффициент диффузии; н — постоянный коэффициент, близкий к единице. Теория фильтрации, предложенная Денисом, наряду с эффектами касания и диффузии учитывает и инерционный эффект.

Влияние соседних волокон учтено Левисом при малых числах Рейнольдса (Яе 0,2) и различных значениях )т = =. гтга В результате для суммарного коэффициента захвата получено следующее выражение т) =- (Л + (025 + 04й) (3(й + 2Д) — 00263 (ЭИ + 2Д)т1х Х (0,16 -1-!0,9сг — !7аз). Величина критического числа Стокса, прн котором начинается инерционное осаждение в волокнистых фильтрах, лежит в пределах 5(й = 0,34 —:0,64. В Физико-химическом институте им.

Карпова под руководством Н. А. Фукса разработан метод расчета волокнистых фильтров, преимущественно применяемый в отечественной практике. По этой веерной модели фильтр представляет собой систему 46 вентиляции, кондиционирования и воздушного отопления, а также в ряде установок специального назначения. Для создания фильтрующих перегородок используют как естественные, так и специально изготовленные волокна толщиной 0,01 — 100 мкм, например отходы текстильного производства, шлаковую вату, целлюлозно-асбестовые волокна, стекловолокно, волокна из кварца, базальта, графита, различных металлов, алюмоборосиликатов, полимеров и т.

п. В СССР были созданы и широко используются новые фильтрующие материалы типа ФП (фильтры Петрянова), изготовленные из полимерных смол. Фильтры Петрянова имеют незначительную толщину слоя (0,2 — 1,0 мм), в котором на марлевую подложку или основу из более толстых полимерных волокон очень равномерно нанесены в несколько слоев синтетические полимерные волокна толщиной в 1 — 2 мкм.

Основной отличительной чертой этих фильтров является высокая эффективность задержания мельчайших, в том числе и наиболее проникающих частиц при сравнительно низком аэродинамическом сопротивлении. Эффективность волокнистых фильтров. Одна из первых попыток создать теорию фильтрации для волокнистых фильтров принадлежит Ленгмюру.

Теория Лангмюра учитывает только эффект касания и диффузии и может применяться только в тех случаях, когда инерционный эффект пренебрежимо мал. Для коэффициента проскока Ленгмюр получил следующее ныражение: 0,43хогаарзк» 1п К = — 0,43фт6~ Ьо — —— (6-1) и!л юф где вспомогательная величина ха может быть определена из уравнения последовательно установленных решеток из параллельных волокон, повернутых относительно друг друга на произвольный угол. В результате предложены следующие формулы для суммарного коэффициента захвата частиц при ш ( 1 м/с, а также захвата частиц под действием различных механизмов: Чн = Чо+ Чя + Чоья+ Чэы' Чо = 2,9Кг и Ре эш+ 0,624Ре Чя = — (2К„) ' !(! + )7) — (1 + й) + 2 (1 + )7) !п (! + Й)); 24К вЂ” о,ар — о,а)>2!3. Чзм == (2Кг) т'ч!я. Здесь К„= — 1,! 5!н а — 0,52; 7 = (29,6 — 28ао ") й' — 27,Из з.