15.2.1. Фільтрувальні тканини

У тканинних фільтрах застосовуються ткані або валяні матеріали, що виконують роль підкладки для фільтрувального середовища, яким є первинний шар вловленого пилу. Тканини для фільтрів виготовляють з натуральних, або синтетичних волокон діаметром 10...30 мкм, що скручуються в нитки діаметром близько 0,5 мм. Розміри пор між нитками зазвичай складають 100...200 мкм.

Ефективність очищення повітря (газів) в рукавних пиловловлювачах в основному залежить від властивостей фільтрувальної тканини, з якої виготовлені рукави апарату, а також від того, якою мірою ці властивості відповідають властивостям середовища, що очищається, і зважених в ній частинок.

При проходженні запиленого повітря (газу) через тканину пилові частинки затримуються між нитками і ворсом. Наявність ворсу підвищує ефективність фільтрації.

Ворс повинен бути обернений назустріч запиленому потоку. При русі запиленого потоку повітря притискує ворсинки до тканини. При зворотному продуванні відбувається випинання ворсинок, і пилові частинки, що накопичилися, віддаляються (рис. 15.3). Якщо ж ворс буде направлений в протилежну сторону, то кількість затриманого пилу зменшується, оскільки відбувається випинання ворсинок. Утруднюється і регенерація, оскільки ворсинки притискаються до ниток і перешкоджають відділенню пилу від тканини.

Чиста тканина не забезпечує необхідну ефективність очищення. Після регенерації на тканині залишається деякий шар пилу. Після декількох циклів (запилення - регенерація і т.д.) тканина набуває робочого стану.

Рис. 15.3. Положення ворсу фільтрувальної тканини при різних режимах роботи: а – робоче положення ворсу: 1 – нитка тканини; 2 – нитка ворсу; 3 – частинки пилу; б – пиловий пробій тканини; в – зворотне продування

У ній створюється залишковий шар пилу, який разом з тканиною утворює фільтрувальний шар. В процесі фільтрації цей шар збільшується. Після чергової регенерації він зменшується до залишкової величини. Зазвичай після декількох циклів запилення і регенерації опір тканини стабілізується. Проте в деяких випадках опір тканини безперервно росте. Це відбувається при застряванні у волокнах тканини пилових частинок, а також при конденсації вологи на поверхні, замасленні тканини і т.д., внаслідок чого зменшується перетин пор.

Фільтрувальні тканини повинні володіти рядом позитивних якостей: забезпечувати ефективне очищення, допускати достатнє повітряне навантаження, володіти необхідною пилоємністю, здатністю до регенерації, високою довговічністю, стійкістю до стирання і інших механічних дій, низькою гігроскопічністю, невисокою вартістю. До тканини можуть бути висунуті додаткові вимоги, обумовлені властивостями середовища, що очищається: стійкість до певних хімічних речовин і високої температури.

Найбільшого поширення набули фільтри з гнучкими фільтрувальними перегородками.

У фільтрувальних тканинах застосовуються наступні види волокон: природні волокна тваринного і рослинного походження (шерстяні, льняні, бавовняні, шовкові); штучні органічні (лавсан, нітрон, капрон, хлорин і ін.); природні мінеральні (азбест); штучні неорганічні (склотканина, металотканина). Дані про властивості волокон наведені в табл. 15.2.

В основі вибору матеріалу фільтрувальної перегородки лежать наступні показники: термостійкість, хімічна стійкість, повітропроникність, розривне навантаження, стійкість до згину, а також можливий ступінь очищення.

Бавовняне волокно на 94...95% складається з целюлози, воно гігроскопічне. При відносній вологості повітря 65% це волокно поглинає до 8% вологи, при вологості 93...94% – 25% вологи. При нагріванні до 120...130°С помітних наслідків не спостерігається, при вищій температурі відбувається руйнування волокна. Слабкі розчини їдкого лугу (0,5...5%-ві) не роблять істотного впливу на бавовняне волокно, при сильніших розчинах відбувається його руйнування. Багато кислот діють на бавовняне волокно руйнуючи. Так, 1,5%-ва соляна кислота при температурі 90...100°С руйнує волокно протягом 1 год. Так само діють азотна і сірчана кислоти.

У шерстяних волокнах міститься 90% каротину. При нагріванні понад 170°С вони руйнуються. На відміну від бавовняного волокна шерстяні волокна менш стійкі до кислот і стійкіші до лугів. Шерстяне волокно при вологості повітря 65% інтенсивно поглинає до 15,5% вологи, при вологості 100% – 34% вологи. На шерстяну тканину руйнуюче діє вода температурою понад 70°С і сірчана, соляна, азотна кислоти концентрацією розчину більше 5...7%. При дії повітря температурою 80°С шерсть стає жорсткою і ломкою. Механічна міцність шерстяного волокна нижча, ніж бавовняного, проте шерстяні волокна придатніші для виготовлення фільтрувальних тканин завдяки більшій пружності.

Значними перевагами володіють фільтрувальні тканини з нітрону і лавсану. Нітронове волокно характеризується міцністю, еластичністю, малою гігроскопічністю. При вологості повітря 65% воно поглинає з повітря лише 1% вологи. Нітрон необмежено довго без помітних наслідків витримує температуру 120...130°С і обмежений час 180°С. В порівнянні з бавовною нітрон у декілька разів стійкіший до кислот, органічних розчинників. Він стійкий також до дії мікроорганізмів, молі. Тканина з нітрону не піддається усадці.

Лавсанове волокно володіє міцністю, стійкістю до стирання і температури приблизно такими ж, як нітронове волокно, проте стійкіше до хімічних реагентів. Лавсанове волокно володіє малою гігроскопічністю, стійке до дії мікроорганізмів.

Таблиця 15.2

Основні властивості текстильних волокон, що використовуються для фільтрувальних тканин

Умовні позначення: ДХ – дуже хороша; X – хороша; З – задовільна; П – погана; ДП – Дуже погана

Основна властивість волокон азбесту: володіють високою термостійкістю, не загнивають, стійкі по відношенню до розчинів лугів і кислот. Міцність невелика.

Скляне волокно володіє високою термостійкістю, хімічною стійкістю, витримує значні розривні навантаження. Склотканина стійка при температурі до 150...300°С. Фільтрувальна склотканина зазвичай виготовляється з волокон діаметром 6...8 мкм. Склотканини апретують – покривають кремнійорганічною сполукою – силіконом і графітують. Завдяки цьому термін служби склотканини підвищується.

Фільтрувальні матеріали можуть бути тканими і нетканими, а залежно від стану поверхні – ворсованими і гладкими.

При виготовленні нетканих матеріалів з синтетичних волокон зчеплення цих волокон підсилюють, пробиваючи шар волокон спеціальними голками і отримуючи, таким чином, голкопробивні матеріали. Для цих же цілей використовують склеюючі добавки і ін.

Опір незапилених фільтрувальних тканин при навантаженнях по газу (повітрю) 0,3...2 м³/м²∙хв зазвичай знаходиться в межах 5...40 Па.

Термін служби фільтрувальних тканин залежно від умов експлуатації (вид пилу, її концентрація, температура, рівень експлуатації і ін.) може складати від декількох місяців до декількох років.

Питоме повітряне навантаження тканини (швидкість фільтрації), м³/м²∙год приймають залежно від концентрації пилу в повітрі (газі), що очищається, виду тканини (табл. 15.3).

Таблиця 15.3

Рекомендовані навантаження на фільтрувальні тканини, м³/(м²∙год)

Примітка. Дані перших чотирьох граф відносяться до крупнодисперсного пилу 2-ої і 3-ої груп, останніх чотири, – до дрібнодисперсного і дуже дрібнодисперсного пилу 4-ої і 5-ої груп.

Багато тканин виготовляють у вигляді полотен (шматків), з яких шиють рукави. Діаметр рукавів зазвичай в межах 90...450 мм. Довжина 2,5...10 м. Відношення довжини рукава до його діаметру 15...20.

Величини повітропроникності характеризують аеродинамічні властивості тканин в незапиленому стані. В міру запилення опір тканини починає рости. Якщо не приймати ніяких мерів, воно може збільшуватися до величини натиску, що розвивається вентилятором. Подальше накопичення пилу приведе до зменшення подачі вентилятора. Частина пилу при підвищених перепадах тиску може проникнути в пори між нитками і “забити” тканину, зробивши її непридатною для фільтрування. Щоб уникнути цього явища фільтри через певний час експлуатації піддають регенерації. Процес регенерації є невід’ємною частиною технології фільтрації і розробляється в проекті разом з іншими параметрами фільтрації.