Гранулированный фильтр с перфорированными гранулами для очистки газа

Настоящая полезная модель относится к фильтровальной технике и может быть использована в различных отраслях промышленности для очистки газа от аэрозольных частиц.
Известен фильтрующий материал и фильтр для очистки воды, гранулы фильтрующего материала выполнены пористыми с размером пор от 1 до 40 мкм и диаметром 0,1-2,0 мм и содержат компоненты при, мас. %: диоксид кремния - 10-89, углерод - 10-89, серебро - 1 [Патент RU102195, МПК B01D 24/16, B01D 39/06, опубл.20.02.2011]. Размер частиц диоксида кремния и углерода составляет 0,5-80 нм, а серебра - 20-80 нм. Конструкция фильтра включает вертикальный цилиндрический корпус с входным и выходным штуцерами и, установленные в корпусе, верхнее и нижнее перфорированные дренажные перегородки с размещенным между ними гранулированным фильтрующим материалом, нижняя дренажная перегородка подпружинена. Дренажные перегородки могут быть снабжены серебряным покрытием. Входной и выходной штуцеры размещены соосно оси корпуса.
Известен фильтр-сорбер насыпного типа для очистки технологических воздушных сред, состоящий из цилиндрического корпуса, днища, съемной крышки, нижней и верхней кассетных плит, по меньшей мере, с одним каналом, соответствующим положению сорбента в кассете, входного и выходного патрубков, установленных на корпусе фильтра-сорбера, и, по меньшей мере, одной кассеты, размещенной вертикально внутри корпуса фильтра-сорбера [Патент RU85362, МПК B01D 53/04, опубл. 10.08.2009]. Кассета установлена между нижней и верхней кассетными плитами с упором в них торцевыми частями, имеет цилиндрический корпус и снаряжена сорбентом. Входной патрубок расположен над верхней кассетной плитой, а выходной патрубок - под нижней кассетной плитой. В частных случаях исполнения фильтра-сорбера насыпного типа, во-первых, в качестве сорбента использован гранулированный органический материал марки СКТ-3 и(или) силикагель марки типа КСКГ, во-вторых, верхний и нижний слои сорбента представляют собой силикагель типа КСКГ, а промежуточный слой сорбента - гранулированный органический материал марки СКТ-3.
Кроме того, известен гранулированный фильтр с пористыми гранулами для очистки воды и газа, включающий в себя вертикальный цилиндрический корпус с входным и выходным патрубками, заполненный гранулированным фильтрующим материалом, представляющим собой пористые сферические гранулы диаметром 5 мм, диаметр пор 1,9 мм, суммарная пористость среды ε=0,63 5 [Патент RU206834, МПК B01D 24/10, B01D 39/02, B01D 46/30,опубл.29.09.2021]. Корпус и патрубки выполнены из пенополиуретана. Пористые сферические гранулы могут быть изготовлены из керамики, полиактида или карбона.
Недостатками перечисленных аналогов являются сложность конструкции, пониженная эффективность осаждения частиц ввиду использования в конструкции гранул без отверстий [Патент RU85362, МПК B01D 53/04, опубл. 10.08.2009] и сложность изготовления пористых гранул [Патент RU102195, МПК B01D 24/16, B01D 39/06, опубл.20.02.2011; Патент RU 206834, МПК B01D 24/10, B01D 39/02, B01D 46/30,опубл.29.09.2021].
Наиболее близким к полезной модели по технической сущности и достигаемому результату является насыпной фильтр с системой регенерации, предназначенный для сухой очистки газов от пыли, состоящий из цилиндрического корпуса, входного штуцера для ввода запыленного потока, выходного штуцера для выхода очищенного газа, двухслойной фильтровальной кассеты, состоящей из двух слоев с различным размером гранул фильтрующего материала: первого слоя по ходу потока с размером гранул 3-6 мм, второго слоя с размером гранул 1-3 мм, разделенных перфорированной перегородкой, ограниченных снизу перфорированным дном, поделенным на две открывающиеся вниз секции и закрепляющихся с помощью удерживающих раздвижных полок на подвижном валу с помощью подвижных опор; блока перфорированных продувочных трубок, укрепленных на тяге для подъема и опускания блока перфорированных продувочных трубок; патрубков для засыпки нового фильтрующего материала[Патент RU 2629683, МПК B01D 53/00, B01D 24/04, опубл.31.08.2017].
Недостатками данной полезной модели являются сложность конструкции и пониженная эффективность осаждения частиц ввиду использования в конструкции фильтра гранул без отверстий.
Задачей полезной модели является разработка гранулированного фильтра с перфорированными гранулами, в котором устранены недостатки прототипа.
Техническим результатом является повышение эффективности осаждения частиц.
Технический результат достигается тем, что гранулированный фильтр с перфорированными гранулами для очистки газа содержит цилиндрический корпус диаметром 2 см со вспомогательными патрубками, заполненный фильтрующим материалом, согласно предлагаемой полезной модели, фильтрующий материал представляет собой перфорированные гранулы диаметром 5 мм с диаметром отверстий перфорации 2,125-2,875 мм; толщина фильтрующего материала 2 см; длина входного и выходного вспомогательных патрубков составляет 1 и 4 см соответственно. Корпус и патрубки выполнены из пенополиуретана или металла. Сферические гранулы могут быть изготовлены из керамики, полиактида или карбона.
На фиг. 1 (а, б) показан гранулированный фильтр с перфорированными гранулами для очистки газа в разборном виде.
b
2
h
p
Предлагаемый гранулированный фильтр работает следующим образом. Поток газа с аэрозольными частицами по патрубку поступает в цилиндрический корпус предлагаемого механического фильтра для очистки. Для формирования потока газа перед упаковкой гранул расположен входной патрубок длиной 1 см, после гранул - выходной патрубок длиной 4 см. Корпус диаметром 2 см заполнен фильтрующим материалом толщиной 2 см, представляющим собой перфорированные гранулы диаметром 5 мм с диаметром отверстий перфорации 2,125-2,875 мм (фиг. 2).Численные параметрические расчеты показали, что данные диаметры отверстий являются наиболее оптимальными (фиг. 3 и 4, где Е - эффективность осаждения частиц; S - средняя площадь поверхности слоя гранул, мм; d -диаметр отверстия перфорации гранулы, мм; d - диаметр аэрозольной частицы, м). Корпус и патрубки выполнены из пенополиуретана. Сферические гранулы могут быть изготовлены из керамики, полиактида или карбона. Размеры элементов конструкции фильтра и материалы, из которых изготовлены корпус и патрубки, могут быть изменены в зависимости от фильтрующей системы.
-6
-3
Перфорированные гранулы с диаметром отверстий перфорации 2,125-2,875 мм обеспечивают высокую эффективность осаждения при диаметрах частиц 7⋅10-1⋅10 м, в отличие от гранул без перфорации (фиг. 3).
За счет перфорации гранул обеспечивается большая площадь поверхности слоя гранул. На фиг. 4 представлен график изменения средней площади поверхности слоя гранул с перфорацией в зависимости от диаметра отверстия гранулы. Частицы дополнительно оседают на внутренней поверхности гранул.
Достоинствами данной полезной модели являются то, что перфорированные гранулы технологически проще изготовить, чем пористые, а также то, что поддерживается высокая площадь поверхности. Кроме того, фильтр отличается своей легкостью и простотой конструкции.
-6
-3
Таким образом, можно сделать вывод, что гранулы с модификациями в виде отверстий улучшают фильтрующие свойства гранулированного фильтра. При диаметре отверстия перфорации 2,125-2,875 мм гранулированный фильтр с перфорированными гранулами для очистки газа обеспечивает повышение эффективности осаждения для частиц с диаметрами 7⋅10-1⋅10 м, в отличие от гранул без отверстий.