Принцип подбора фильтрующего элемента

Принцип подбора фильтрующего элемента

Фильтрующие элементы изготавливают по полному описанию их свойств либо по результатам расчетов, проведенных на основании информации, выданной Заказчиком. Задачей расчетов является определение параметров фильтроэлемента, конструкция которого должна обеспечить два взаимонезависимых эксплуатационных параметра:

  • Тонкость фильтрации;
  • Допустимый перепад давления на чистом фильтроэлементе.

Тонкость фильтрации определяется основными (номинальными) размерами фильтрующей ячейки (поры) и толщиной волокна, которые обеспечивают заданную степень очистки фильтроэлемента.

Допустимый перепад давления на чистом фильтроэлементе определяется минимальным гидравлическим сопротивлением фильтровального материала при эксплуатации и зависит от плотности упаковки волокон.

Расчет фильтроэлемента носит конструкторско-технологический характер, так как при этом учитываются: техническая информация, полученная от Заказчика и параметры технологического процесса формирования фильтрующего материала, на основании чего производится расчет:

  • Значений параметров технологического процесса производства фильтроматериала, обеспечивающих заданные эксплуатационные характеристики ФЭ (поперечный размер волокна и плотность его укладки, для которых в свою очередь, задаются такие технологические параметры, как скорость вращения и линейного перемещения формующей оправки, давление и температурный режим экструзии расплава материала, температура и расход воздуха на аэродинамической экструзионной головке). Основным заданным параметром в этом блоке расчетов является тонкость фильтрации, а в основу заложено условие, что частица с размером, равным заданной номинальной тонкости фильтрации, будет задержана элементарной ячейкой;
  • Значений конструкторских параметров ФЭ: определение линейных размеров фильтроэлемента (наружный и внутренний диаметры, длина). Управляющими параметрами в этом блоке расчетов является допустимый перепад давления на чистом фильтроэлементе и скорость потока газа.

Значения рассчитанных параметров технологического процесса предполагаются такими, что обеспечат при изготовлении равномерное распределение укладки волокон по всему объему фильтрослоя, т.е. изотропность структуры.

В качестве гидроаэродинамического условия осуществления процесса фильтрования принято проведение его при режимах потока, обеспечивающих пребывание в начальной стадии турбулизации. Это условие принято по двум причинам:

  • Во-первых для того, чтобы обеспечить условия фильтрования, близкие к ламинарным, с целью минимизации гидравлического сопротивления пространственной структуры фильтроматериала;
  • Во-вторых, чтобы создать условия для коалесцирования жидкой фазы на объемной стуктуре волокон, обеспечить стекание образовавшихся капель под действием гравитации и исключенить возможность разрыва укрупненных капель жидкости и вынос их из области фильтрования.

Для расчета параметров фильтрующего элемента разработано программное обеспечение, позволяющее производить модельный расчет. Программа позволяет производить подбор геометрии ФЭ для различных режимов и сред, а также решать обратную задачу: по заданной геометрии фильтроэлемента анализировать возможность его применения в конкретных эксплуатационных условиях.

Результаты расчета сравнивали с результатами натурных испытаний ФЭ в реальных условиях. Сравнение показывает достаточно хорошее совпадение результатов, что позволяет использовать программу, как основу для проектирования фильтроэлемента.

Функционально фильтроэлемент разделен на три зоны — предварительного (защитного) и коалесцирующего фильтрования и дренажную.

Защитная зона предназначена для удержания твердых частиц размерами 5-10 мкм, Коалесцирующая зона влагоотделителя имеет объемный характер с номинальным размером ячейки в пределах 0.5 - 3 мкм, ее глубина составляет не менее 3 мм. В зоне коалесценции происходит агрегация тумана в капли, их объединение и вывод по специально созданному отводящему объемному каналу. Расчетное значение размера капель жидкой фазы, взвешенной в потоке газа принятой модели при ламинарном режиме 0,3 - 5 мкм — в этом случае процесс осаждения крупных капель тумана начнется еще при прохождении крупноячеистого защитного. Необходимо учитывать также, что в зоне коалесценции будет происходить процесс массобмена между обрабатываемым потоком газа и потоком сконденсированной жидкой фазы и это увеличит степень очистки потока от туманообразной жидкости.

Дренажная зона предназначена для вывода жидкости без вторичного образования капель и их уноса с поверхности фильтроэлемента.

Особенностью разработанной технологии является возможность изготовления материала фильтрующего слоя с градиентом размера пор по глубине от 0,3 мкм до 25 мкм, что позволяет совместить в одном фильтрующем элементе совместить предварительный и финишный этапы фильтрации для систем очистки газа от механических частиц. Пылеулавливающие ФЭ обладают значительно более высокими показателями грязеемкости, благодаря уникальной градиентной структуре волокнистопористого материала. В обычном однородном фильтровальном материале в процессе фильтрации участвует всего 15% его толщины, тогда как в материале с градиентной структурой пор это уже 60%, чем и обусловлена высокая грязеемкость такого материала.

Преимущества фильтрующих элементов

  • Эффективное удаление частиц размером ≥ 0.3 мкм;
  • Коэффициент уменьшения содержания жидкости (отношение содержания жидкости в исходном газе к содержанию жидкости в очищенном газе) > 2000, то есть при входном весовом содержании жидкого аэрозоля 500 мг/м3 - в газе на выходе содержание аэрозоля не более 0,25 мг/м3;
  • Фильтрующий материал имеет низкое газодинамическое сопротивление (не более 15 кПа в насыщенном состоянии);
  • Быстрое восстановление эффективной работы и удаление жидкостных пробок после нарушения стационарного режима работы;
  • Сохранение высокой эффективности при снижении расхода очищаемого газа;
  • Практически полное отсутствие вторичного уноса жидкости (точно расчитанное количество и расположение фильтроэлементов коалесцеров позволяет установить оптимальную скорость отходящего потока газа); 

Три этапа, позволяющие сократить эксплуатационные затраты:

  1. Предварительная фильтрация. В ФЭ применен встроенный префильтр для максимального удаления твердых примесей. Префильтр обеспечивает повышенный рабочий ресурс коалесцирующей системы и соответственно, уменьшает общие эксплуатационные расходы.
  2. Коалесцирование капельно-аэрозольной фазы. Правильный расчет и подбор типа ФЭ для конкретных условий процесса фильтрации.
  3. Отделение свободной жидкой фазы из газового потока.
Посмотреть фильтрующие элементы производства Группы компаний «БинарЭнерго»