» » Механизм осаждения частиц пыли из газового потока, проходящего через фильтровальную ткань
03.06.2015

Задержание пыли тканью

При прохождении запыленного газового потока через фильтровальную ткань в порах (каналах между отдельными волокнами) ткани и на ее поверхности осаждается пыль.
Как правило, размеры осаждаемых частиц, особенно возгонов, во много раз меньше среднего диаметра пор фильтровальной ткани. Поэтому задержание пыли тканью не идентично отделению ее на ситах, а обусловлено столкновением частиц со стенками конструктивных, непроницаемых для газов и пыли, элементов ткани — ее волокон, образующих объемную многослойную решетку. Достигнув поверхности волокон, частицы либо остаются на них, либо, при известных условиях, срываются газовым потоком и уносятся повторно. Одновременно с осаждением на поверхности, поры ткани со стороны входа запыленных газов постепенно заполняются пылью, как показано на рис. 24. Осевшие на поверхности и в порах частицы пыли сцепляются одна с другой и образуют «вторичную» пористую перегородку, участвующую в задержании пыли из газов и соответственно повышающую эффективность действия ткани.
  Механизм осаждения частиц пыли из газового потока, проходящего через фильтровальную ткань

Из сказанного следует, что таким образом фильтрующей пористой средой является ткань и осевшая на ней пыль.
Запыленный газовый поток движется через ткань рукавных фильтров цветной металлургии с малыми скоростями (1 м/мин и менее). Это движение характеризуется значениями критерия Рейнольдса (Rе) меньше 1 и является ламинарным. Линии тока обтекают волокна ткани, разделяясь при подходе к ним и смыкаясь после прохождения волокон. При этом взвешенные в газовом потоке частицы пыли ведут себя по-разному (рис. 25). Крупные и тяжелые частицы, стремясь сохранить прежнее направление движения, сходят с изгибающихся при обтекании волокон линий тока, преодолевают воздействие сил вязкости газового потока и, продолжая свой путь, могут столкнуться с волокнами; чем крупнее и тяжелее частица, тем резче выражено это явление. Более легкие частицы (диаметром 0,5 мк и менее) проходят ближе к линиям тока. Попадая в канал между двумя соседними волокнами, они могут столкнуться с поверхностью волокна под воздействием броуновского движения, а также если линия тока проходит мимо поверхности волокна на расстоянии меньшем, чем радиус частицы пыли. В последнем случае происходит так называемое «прямое осаждение». Столкновению частиц пыли с волокнами способствуют электрические заряды частиц, взаимодействующие с зарядами волокон. Влияние силы тяжести на процесс осаждения пыли можно не учитывать из-за малых размеров частиц и незначительного времени пребывания их в ткани (доли секунды).
  Механизм осаждения частиц пыли из газового потока, проходящего через фильтровальную ткань

Теоретически достаточно полно исследованы два из названных механизмов осаждения частиц пыли на волокнах фильтровальной ткани: а) под воздействием сил инерции и б) под воздействием теплового движения газовых молекул (диффузионное осаждение).
Вероятность столкновения частиц пыли с одиночным волокном под воздействием сил инерции является функцией безразмерного критерия, имеющего для частиц, подчиняющихся уравнению Стокса (Rе<1), следующий вид:
  Механизм осаждения частиц пыли из газового потока, проходящего через фильтровальную ткань

Взвешенные в газовом потоке твердые частицы подвергаются ударам молекул газа, находящихся в тепловом движении. Чем мельче частицы, тем интенсивнее сказывается воздействие молекул.
Расчет интенсивности осаждения частиц в результате броуновского движения состоит в составлении дифференциальных уравнений вязкого потока и диффузии для случая цилиндрического волокна. Однако поскольку решение этих уравнений связано со сложными математическими расчетами, предложен ряд упрощенных методов, в том числе формула определения эффективности осаждения частиц диффузией в воздушном потоке с температурой ниже 100°:
  Механизм осаждения частиц пыли из газового потока, проходящего через фильтровальную ткань

Очевидно, что воздействие теплового движения газовых молекул тем интенсивнее, чем мельче частицы пыли.
Эффективность осаждения пыли одиночным волокном или одним рядом волокон относительно невелика, но в реальных процессах, когда на пути газов находятся многочисленные последовательно расположенные ряды волокон, эффективность задержания частиц пыли значительно повышается. Еще более улучшается пылезадерживающая способность ткани по мере ее запыления.
Действительно, приближенные подсчеты свидетельствуют, что для незапыленной шерстяной фильтровальной ткани (байки) общий коэффициент улавливания свинцовой пыли составляет около 41%, в то время как в производственных условиях при запыленной шерстяной байке величина его достигает 95—97%.
Степень задержания пыли фильтровальной тканью зависит от многих факторов, как-то; удельного веса частиц пыли, их формы и дисперсности, концентрации ныли в газах, физических свойств очищаемых газов (температура, вязкость), скорости фильтрации, вида и конструкции фильтровальной ткани, диаметра ее волокон и т. д. Исключительно важно состояние ткани, в частности отсутствие текстильных пороков, сквозных отверстий и т. д.
Как следует из уравнений (22) и (23), увеличение скорости фильтрации и размера частиц благоприятствует инерционному осаждению, уменьшение же их способствует диффузионному осаждению. Однако в некоторых случаях большие скорости газа приводят к срыву и уносу уже осевших пылинок. Уменьшение диаметра волокон ткани во всех случаях улучшает улавливание.
Гидравлическое сопротивление фильтровальной ткани прохождению газов

По мере заполнения пор фильтровальной ткани частицами пыли и увеличения толщины слоя пыли на ее поверхности гидравлическое сопротивление ткани проходу газов возрастает. Между тем величина этого сопротивления имеет исключительно важное значение для нормальной эксплуатации рукавных фильтров и собственно фильтровальной ткани. Так, превышение максимальной величины гидравлического сопротивления, принятой при расчете вентиляторов рукавных фильтров, понижает производительность фильтров; с ростом гидравлического сопротивления увеличивается износ ткани; при большом гидравлическом сопротивлении увеличиваются проскоки пыли через ткань в ее наиболее слабых местах.
Для скоростей фильтрации, принятых в рукавных фильтрах цветной металлургии, проходящий через ткань запыленный газовый поток является ламинарным и подчиняется закону Пуазейля, выражаемому для течения в трубах следующим образом:
  Механизм осаждения частиц пыли из газового потока, проходящего через фильтровальную ткань

Для пористых сред, к которым относятся свежая и запыленная фильтровальные ткани, в уравнении (24) под l понимается истинная длина извилистых пор, а не кажущаяся, равная толщине ткани; средняя скорость относится к суммарной площади пор; внутренним диаметром считается средний диаметр пор.
Из уравнения (24) видно, что при всех прочих неизменных условиях, включая количество и свойства пыли, осевшей на ткани, гидравлическое сопротивление ткани изменяется прямо пропорционально скорости газового потока. Это подтверждается практикой работы рукавных фильтров.
Если принять, что свойства слоя пыли, осевшей на ткани, не зависят от его толщины, то гидравлическое сопротивление при постоянной скорости фильтрации) должно изменяться линейно от веса этой пыли.
Линейной зависимостью сопротивления запыленной ткани от скорости фильтрации и веса пыли, осевшей на ткани, можно пользоваться для суждения об изменении сопротивления ткани при изменении количества фильтруемых газов.