АЭРОЗОЛЬНЫЙ ФИЛЬТР
AEROSOL FILTER

Изобретение относится к фильтрам для очистки технологических газов и может быть использовано в атомной и горнорудной промышленности.
Известен фильтр для очистки воздуха от токсичных веществ, в том числе радиоактивной пыли (см. патент РФ №2311948, кл. B01D 50/00 от 18.05.2006 г.), содержащий цилиндрический корпус с впускным и выпускным патрубками, крышкой и расположенными внутри корпуса фильтрующим элементом и сорбирующим блоком.
Недостатком этого фильтра является невозможность его утилизации без разбора на составные части и возврата накопленных радиоактивных веществ в переработку.
Известен аэрозольный фильтр (см. Ю.Н.Филатов «Электроформование волокнистых материалов», М.: Нефть и газ, 1997, стр.255-261), содержащий корпус, фильтрующие элементы предварительной очистки и тонкой очистки, выполненные из волокнистого материала, уложенного складками, между которыми размещены гофрированные сепараторы. Фильтрующий элемент тонкой очистки содержит уложенные друг на друга три слоя волокнистого материала, выполненного из волокон диаметром 1,5 мкм.
Недостаток этого фильтра в том, что у него невысокая эффективность фильтрации воздушного потока от аэрозолей относительно небольших размеров. Это происходит из-за того, что фильтрующий элемент тонкой очистки имеет относительно низкую эффективность фильтрации.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству является аэрозольный фильтр (см. РФ пат. №2200615, кл. B01D 39/16, B01D 46/54 от 13.03.2001 г.), содержащий корпус, фильтрующий элемент предварительной очистки, выполненный из волокнистого материала, уложенного складками с установленными между ними гофрированными сепараторами. В качестве фильтрующего элемента тонкой очистки используют фильтровальный материал на основе стекловолокна, содержащий связующее и состоящий из трех последовательно расположенных слоев с различными диаметрами волокон. Этот фильтр принят за прототип предлагаемого изобретения.
Недостатком прототипа является то, что в нем фильтрующий элемент тонкой очистки изготовлен из стекловолокна и имеет недостаточно высокую эффективность фильтрации (коэффициент проницаемости 0,05%), сложность изготовления и особенно утилизации.
Задачей предлагаемого изобретения является создание аэрозольного фильтра с фильтрующим материалом, обеспечивающим высокую эффективность фильтрации радиоактивных аэрозолей, простота сборки фильтра и его утилизации.
2
Поставленная задача решается предлагаемым аэрозольным фильтром, содержащим корпус с расположенным в нем фильтрующим элементом, выполненным из волокнистого фильтрующего материала, уложенного складками с размещенными между ними сепараторами, причем фильтрующий материал представляет собой материал с электретными свойствами на основе ультратонких волокон, не содержащих хлора, с поверхностной плотностью от 30 до 100 г/м и соотношением толщины и сопротивления потоку воздуха от 0,2 до 0,6 мм/мм вод.ст., при этом фильтрующий элемент выполнен цилиндрическим с соотношением диаметра окружности, образованной внутренними вершинами складок, к диаметру окружности, образованной внешними вершинами складок, 1:(2,0-2,2). Кроме того, аэрозольный фильтр снабжен газопроницаемым цилиндром, расположенным внутри фильтрующего элемента коаксиально с ним и выполненным из того же полимера, что фильтрующий материал, но с диаметром волокон 0,1-0,3 мм.
2
Отличие предлагаемого аэрозольного фильтра от прототипа заключается в том, что фильтрующий материал представляет собой материал с электретными свойствами на основе ультратонких волокон из полимеров, не содержащих хлора, с поверхностной плотностью от 30 до 100 г/м и соотношением толщины и сопротивления потоку воздуха от 0,2 до 0,6 мм/мм вод.ст., при этом фильтрующий элемент выполнен цилиндрическим с соотношением диаметра окружности, образованной внутренними вершинами складок, к диаметру окружности, образованной внешними вершинами складок, 1:(2-2,2). Фильтр дополнительно снабжен газопроницаемым цилиндром, расположенным внутри фильтрующего элемента коаксиально с ним и выполненным из того же полимера, что и фильтрующий материал, но с диаметром волокон 0,1-0,3 мм.
Из научно-технической и патентной литературы авторам не известен аэрозольный фильтр, подобный предлагаемому.
Сущность изобретения показана чертежом, где представлен предлагаемый аэрозольный фильтр, состоящий из корпуса 1, крышки 2 и сменного фильтрующего элемента 3, герметично поджатого крышкой 2 через резиновые прокладки 4.
Фильтрующий элемент состоит из газопроницаемого цилиндра 5, на котором размещен складчатый фильтрующий материал 6. Для фиксации складок внутри них вставлены сепараторы 7. По торцам фильтрующий элемент залит пластической массой 8.
Аэрозольный фильтр работает следующим образом. Загрязненный технологический газ через входной патрубок поступает в корпус 1 фильтра, затем проходит через газопроницаемый цилиндр 5 и фильтрующий материал 3 и выходит через выходной патрубок. Задержанные фильтрующим материалом радиоактивные аэрозольные частицы остаются полностью внутри фильтрующего элемента.
2
3
2
Используемый в предлагаемом аэрозольном фильтре фильтрующий материал с электретными свойствами на основе ультратонких волокон (диаметром предпочтительно 0,5-2,5 мкм) из полимеров с высокими диэлектрическими свойствами, высокой гидрофобностью и незначительным влагопоглощением (например, поликарбоната) с поверхностной плотностью от 30 до 100 г/м, соотношением толщины и сопротивления потоку воздуха от 0,2 до 0,6 мм/мм вод.ст. обеспечивает эффективную защиту от аэрозолей малых размеров: коэффициент проницаемости по масляному туману с диаметром частиц от 0,28 до 0,34 мкм при скорости фильтрации 0,15 дм/мин·см составляет от 0,00002 до 0,0001%. Защитные свойства фильтра в зависимости от характеристики фильтрующего материала представлены в табл.1.
Таблица 1
№ п/п
Поверхностная плотность волокнистого слоя, г/м<sup>2</sup>
Толщина фильтрующего материала, мм
Сопротивление потоку воздуха при скорости 1 см/с, мм вод.ст.
Соотношение толщины и сопротивления потоку воздуха, мм/мм вод.ст.
Коэффициент проницаемости аэрозольного фильтра по МТ при скорости потока 2,5 см/с, %
1
20
0,55
3,0
0,18
0,005
2
30
0,65
3,2
0,20
0,0001
3
50
1,05
2,6
0,40
0,00002
4
100
1,45
2,4
0,60
0,0001
5
110
1,56
2,4
0,65
0,003
Из приведенной таблицы можно сделать следующие выводы
2
При снижении поверхностной плотности фильтрующего материала до 20 г/м и соотношения толщины и сопротивления потоку воздуха до 0,18 коэффициент проницаемости возрастает до 0,005%, что ухудшает эффективность фильтрации от аэрозолей.
2
При увеличении поверхностной плотности фильтрующего материала до 110 г/м и соотношения толщины и сопротивления потоку воздуха до 0,65 коэффициент проницаемости увеличивается до 0,003%, что также значительно ухудшает эффективность фильтрации.
Кроме того, фильтрующий элемент выполнен цилиндрическим с соотношением диаметра окружности, образованной внутренними вершинами складок, к диаметру окружности, образованной внешними вершинами складок, 1:(2-2,2). Если это соотношение больше 1:2, то резко увеличивается сопротивление фильтра, если меньше 1:2,2, то увеличиваются габаритные размеры фильтра, что нежелательно.
2
В результате многочисленных экспериментов было выявлено, что лучшим вариантом газопроницаемого цилиндра является цилиндр, изготовленный перекрестным напылением поликарбонатных волокон с диаметром 0,1-0,3 мм до толщины стенки цилиндра 4-5 мм. Наружный диаметр газопроницаемого цилиндра должен соответствовать диаметру окружности, образованной внутренними вершинами складок фильтра. Кроме того, для обеспечения прочности и равномерного распределения очищаемого потока плотность проницаемой стенки цилиндра должна составлять 5-7 г/см.
Анализ экспериментальных данных также показал, что наиболее предпочтительным для заявляемого аэрозольного фильтра является газопроницаемый цилиндр, выполненный из волокон полимера диаметром 0,1-0,3 мм. Если взять волокна диаметром меньше 0,1 мм, то резко возрастает сопротивление цилиндра, а при использовании волокон диаметром более 0,3 мм получается газопроницаемый цилиндр с неравномерным распределением газовоздушного потока по поверхности фильтрации.
Предлагаемый аэрозольный фильтр позволяет решить проблему очистки технологических газов в атомной и горнорудной промышленности и утилизации самого фильтра с последующим возвратом накопленного им соответственно радиоактивного или драгметалла в производство. Причем в результате сгорания поликарбоната возвращенные в производство материалы не загрязняются.
В таблице 2 показаны преимущества предложенного аэрозольного фильтра по сравнению с прототипом.
Предложенный аэрозольный фильтр по сравнению с прототипом имеет в 3-10 раз меньше поверхностную плотность и в 5-13 раз меньше толщину фильтрующего слоя, в 1,6-2,0 раза меньше скорость фильтрации, коэффициент проницаемости 0,0001% (вместо 0,05% у прототипа). Кроме этого решена проблема утилизации отработанных фильтров и возвращения улавливаемых радиоактивных материалов или драгметаллов в производство.
Из изложенного следует, что каждый из признаков заявленной совокупности в большей или меньшей степени влияет на выполнение поставленной задачи, а вся совокупность является достаточной для характеристики заявленного технического решения.