Эффективность уплотненных стекловолокнистых фильтров

О. В. Царева, Р. А. Халитов, Е. А. Махоткина

ЭФФЕКТИВНОСТЬ УПЛОТНЕННЫХ СТЕКЛОВОЛОКНИСТЫХ ФИЛЬТРОВ

Ключевые слова: туман серной кислоты, стекловолокнистый фильтрующий материал,

брызготуманоуловитель.

Предложен способ интенсификации процесса очистки газов от тумана кислот на основе создания фильтров с упорядоченными параллельно сжатыми волокнами внутри слоя фильтра.

Keywords: sulfuric acid fume, glass-fibre filter material, spatter and fume eliminator.

The proposed method based on intensification of the process of gas purifying from acid fume by making filters with ordered parallely compressed fibres inside the filter.

В 2002 году в производстве серной кислоты впервые в отечественной практике выполнена полная замена громоздких и тяжелых насадочных колонн на современные компактные вихревые аппараты, которые обеспечили резкое сокращение материалоемкости абсорберов в десятки раз [1]. Вихревой абсорбер разработан учеными и инженерами из Казани и Кингисеппа [2] под научным руководством профессора А. Ф. Махоткина.

В перспективе на многих заводах при производстве серной кислоты больше будет проблем не с дальнейшей интенсификацией процессов абсорбции, а с интенсификацией процесса улова тумана серной кислоты. По результатам внедрения вихревых абсорберов материалоемкость абсорберов сократилась в десятки раз, а материалоемкость фильтров для улова брызг и тумана осталась практически без изменений.

Для улова брызг и тумана серной кислоты на заводах применяют различные конструкции брызготуманоуловителей. Брызготуманоуловитель выполняет две основные задачи: улов брызг серной кислоты и улов тумана. Для улова тумана наиболее эффективными являются рукавные элементы с волокнистым фильтрующим материалом [2].

Механизм процесса улова тумана обуславливается переносом аэрозольных частиц в газовом потоке с одновременным собственным перемещением в пространстве между случайно расположенными волокнами, столкновениями с ними и адгезией на поверхности волокна. Подобный характер процесса не является препятствием для достижения высокой степени улавливания аэрозольных частиц. Принципиальная невозможность создания волокнистых материалов с очень малыми субмикронными расстояниями между волокнами, соизмеримыми с размерами частиц тумана серной кислоты, приводит к разработке таких фильтрующих элементов, в которых среднее расстояние между волокнами значительно превосходит размеры аэрозольных частиц [3].

На поверхности мокрого фильтра одновременно с процессом улова тумана протекает процесс абсорбции паров серной кислоты. Уравнение скорости абсорбции паров имеет вид:

Q=P-F- (P-Po),

где в - коэффициент массоотдачи в газе внутри слоя фильтра; F - площадь мокрой поверхности слоя фильтра, м2; P, Po - упругость паров серной кислоты в газе и ее равновесная упругость над смоченной поверхностью фильтра соответственно, Па.

Из сказанного следует, что для повышения эффективности фильтра по улову смеси паров и тумана необходимо увеличивать удельную площадь поверхности контакта фаз в единице объема слоя фильтрующего материала. Исследование величины площади поверхности контакта фаз внутри орошаемых фильтров [4] показало, что удельная площадь поверхности фильтра в десятки раз больше удельной поверхности в известных массообменных аппаратах. Нами предложена укладка волокнистого материала параллельными линиями волокна и сжатие волокнистого слоя материала не только для уменьшения расстояния между волокнами, но и для увеличения удельной площади поверхности контакта фаз.

Выполненное нами исследование показало, что эффективность фильтров марки ИПФА - 850 - 7А составляет 84 -94 % в диапазоне концентрации тумана на входе от 0,5 до 3,0 г/м3 [5]. Однако при уменьшении концентрации тумана эффективность известного фильтра недостаточна и составляет около 84 %. Недостаточную эффективность можно объяснить большими расстояниями между близлежащими волокнами фильтра. В этой связи разработанный нами способ изготовления фильтра, в котором волокна расположены более плотно за счет их однонаправленности в каждом слое, позволяет надеяться на повышение эффективности.

Для исследования влияния различных факторов на эффективность улова тумана серной кислоты волокнистыми фильтрующими материалами разработана экспериментальная установка, описанная в предыдущем сообщении [4]. Исходный туман серной кислоты получали за счет пропускания влажного воздуха через олеум. Поток воздуха, содержащий туман, проходил через фильтрующий элемент.

Результаты исследования эффективности и гидравлического сопротивления известных и разработанных стекловолокнистых фильтров представлены на рис. 1 и 2. Пояснения к рисункам даны в таблице 1.

Таблица 1 - Характеристика фильтрующих материалов, представленных на рис. 2 и 3

№ линии Характеристика фильтра

1 Известный фильтр марки ИПФА - 850 - 7А с плотностью упаковки 20,4 кг/м3. Фильтр смочен 98,3 % серной кислотой

2 Уплотненный фильтр марки ИПФА - 850 - 7А. Фильтрующий материал сжат до плотности упаковки слоя 61,2 кг/м3 и смочен 98,3 % серной кислотой

3 Разработанный фильтр с однонаправленными волокнами, сухой и сжатый до плотности упаковки 66,2 кг/м3

4 Разработанный фильтр с однонаправленными волокнами, сжатый до плотности упаковки 66,2 кг/м3 и смоченный 98,3 % серной кислотой

Из кривых рис. 1 видно, что разработанный уплотненный стекловолокнистый фильтр с плотностью упаковки слоя 66,2 кг/м3 смоченный серной кислотой обладает высокой эффективностью. Причем параллельная упаковка волокон в фильтрующем материале создает наиболее эффективный фильтр. Кроме того, из кривых рис. 1 и 2 видно, что увели-

чение плотности упаковки слоя фильтра более эффективно, чем увеличение числа слоев фильтрующего материала.

Входная концентрация, г/м3

Рис. 1 - Зависимость эффективности фильтра по улову тумана серной кислоты от концентрации тумана на входе: 1 - известный фильтр марки ИПФА - 850 - 7А; 2, 3,

4, 5 - разработанный уплотненный фильтр с количеством слоев 2, 4, 6 и 8 соответственно

Рис. 2 - Сравнение эффективности разработанного фильтра по улову тумана серной кислоты с эффективностью известного фильтра марки ИПФА - 850 - 7А при входной концентрации тумана 0,5 г/м3 и скорости фильтрации 0,22 м/с

Кривые на рис. 3 показывают, что при скорости фильтрации 0,22 м/с гидравлическое сопротивление исследованных фильтров соответствует требованиям, предъявляемым к современным промышленным фильтрам.

На основании выполненного исследования разработаны новые конструкции брызго-туманоуловителей, которые внедрены в производство серной кислоты на двух стадиях абсорбции триоксида серы (первый и второй моногидратные абсорберы) и на стадии осушки газов. Внедрение выполнено в ОАО «ПГ Фосфорит», г. Кингисепп (ОАО «ЕвроХим»).

о

§

о

о

К

Е

о о

со

сЗ

&

к

(-н

О

а

с

Количество слоев, шт

Рис. 3 - Зависимость гидравлического сопротивления фильтра от числа слоев фильтрующего материала

Выводы

Разработан способ интенсификации процесса очистки газов от тумана серной кислоты волокнистыми фильтрами на основе создания фильтрующего материала с упорядоченными параллельно сжатыми волокнами внутри слоя фильтра.

Литература

1. Петров, В.И. Разработка и исследование вихревых контактных устройств с активным теплообменном в зоне контакта фаз /В.И. Петров, А.С. Балыбердин, А.Ф. Махоткин // Вестник Казанского технол. ун-та. - 2006. - №5. - С.52-56.

2. Махоткин, А.Ф. Теоретические основы очистки газовых выбросов производства нитратов целлюлозы /А. Ф. Махоткин. - Казань: Изд - во Каз. гос. ун - та, 2003.

3. Разработка и внедрение новых конструкций брызготуманоуловителей для улова брызг и тумана серной кислоты /Р. А. Халитов [и др.] // Матер. докл.: «Современные проблемы технической химии». - Казань: Изд-во Казан. гос. технол. ун - та, 2006. - С. 637 - 639.

4. Юров, Ю.Л. Теоретические основы очистки газов от аэрозолей волокнистыми фильтрующими материалами/ Ю.Л. Юров [и др.]// Безопасность жизнедеятельности. - М.: 2004. - № 11. - Приложение.

5. Царева, О.В. Исследование эффективности улова тумана серной кислоты волокнистыми фильтрами/ О.В. Царева, Р.А. Халитов, А.Ф. Махоткин// Матер. докл.: «Современные проблемы технической химии». - Казань: Изд-во Казан. гос. технол. ун - та, 2007. - С. 145 - 150.

© О. В. Царева - асп. каф. оборудования химических заводов КГТУ; Р. А. Халитов - д-р техн. наук, проф. той же кафедры, oxzkstu@rambler.ru; Е. А. Махоткина - ст. препод. каф. экономики КГТУ.