КЕРАМИЧЕСКИЙ ФИЛЬТР ДЛЯ ОЧИСТКИ ГАЗОАЭРОЗОЛЬНЫХ СРЕД СЛОЖНОГО СОСТАВА

Полезная модель относится к экологической тематике радиохимических, химических и других предприятий, а именно, к очистке воздуха и газов от мелкодисперсных твердых и жидких аэрозольных частиц, радиоактивных газов, туманов, сред, содержащих масла, воды и растворенных в ней солей, а также паров кислот, включая особо агрессивные плавиковую и соляную.
Очистка газоаэрозольных отходов предприятий является важной и неотъемлемой частью технологического процесса.
В настоящее время на химических и других предприятиях широко используются стекловолокнистые, металлотканиевые фильтры, а также фильтры с фильтрующим материалом ФП для очистки вытяжного технологического и вентиляционного воздуха [С.И.Ровный, Ю.В.Глаголенко, Н.П.Пятин, Е.В.Афанасьева и др. Разработка и испытание модульных трудногорючих фильтров тонкой очистки на основе стеклобумаги // Атомная энергия. - 2006. - т.101 вып.2. - С.157-159; С.И.Ровный, Ю.В.Глаголенко, Н.П.Пятин и др. Разработка и испытание безкорпусных модульных фильтров тонкой очистки // Атомная энергия. - 1998. - т.85 вып.5. - С.411; Н.С.Локотанов, О.А.Носырев. Очистка дымовых газов в металлотканевом фильтре при сжигании твердых отходов // Атомная энергия. - 1978. - т.44 вып.4. - С.370-371]. Известны также высокоэффективные пожаробезопасные фильтры тонкой очистки типа НЕРА и LJLPA с фильтрующим материалом на основе стекловолокна [Technical Reports Series. - №291, International Atomic Energy Agency, Vienna. - 1988].
Наряду с высокой эффективностью очистки аэрозольной фазы, перечисленные фильтры имеют ряд существенных недостатков:
- низкая химическая стойкость в агрессивных средах, что приводит к разрушению фильтрующих элементов;
- ограниченное количество циклов регенерации;
- низкая рабочая температура эксплуатации;
- материал ФП на основе полимерных волокон и марлевая подложка, применяемые в фильтрах, являются горючими материалами, причем при возгорании образуются токсичные вещества.
- подверженность разрыву фильтрующего материала при динамических нагрузках и самоопылению, что приводит к генерации вредных или радиоактивных веществ.
Наиболее близким (прототипом) к предлагаемой полезной модели является фильтр для очистки газов и жидкостей от загрязнений (заявка на изобретение РФ №92008038), включающий в себя корпус, фильтрующий блок, состоящий из автономных элементов, закрепленных консольно в основании. Каждый автономный элемент выполнен из пористой керамики и имеет центральный и периферийные каналы. Каналы выполнены заблокированными с одного конца. Центральный канал заблокирован для прохода очищаемой среды в части автономного элемента, закрепленной в основании, а периферийные каналы заблокированы с противоположной стороны. Корпус фильтра разделен основанием на два объема, один объем имеет канал впуска, расположенный на боковой поверхности корпуса в зоне консолей автономных элементов, а другой объем имеет канал выпуска очищаемой среды.
Недостатками прототипа являются:
- возможность разрушения автономного элемента и проскока очищаемой фазы по этому участку фильтра за счет меньшего сопротивления;
- селективность очистки по размеру поступающих частиц за счет однотипности автономных элементов по пористости;
- наличие большого количества автономных элементов, усложняющих процесс производства фильтра.
Задачей технического решения являются повышение надежности фильтра, защита системы от случайного проскока загрязненной газоаэрозольной фазы, а также производство ложаробезопасных регенерируемых керамических фильтров основных типоразмеров в габаритах существующих промышленных аэрозольных фильтров.
Поставленная задача решается за счет новой улучшенной конструктивной компоновки и изменения формы фильтрующих элементов на основе высокопрочной пористой керамики, различной пористости; установки от одной до нескольких ступеней очистки непосредственно в корпусе фильтра; изготовление
фильтрующих элементов и корпусов исходя из существующих типоразмеров промышленных фильтров.
Для достижения технического результата корпус фильтра оснащается фильтрующими элементами из пористого проницаемого материала (керамики) различной конфигурации. В зависимости от свойств очищаемой среды, заданной степени очистки, размеров помещения, фильтрующие элементы внутри фильтра компонуются в различном порядке. При необходимости объединения в одном корпусе нескольких ступеней очистки, фильтрующие элементы компонуются по свойствам (химстойкость, пористость, механическая прочность, пылеемкость и т.д.) последовательно.
В зависимости от назначения фильтра для изготовления фильтрующего элемента применяется керамика различной пористости в зависимости от состава (химического, механического и др.) и влажности очищаемой среды с возможностью импрегнирования материала различными химическими составами для улавливания газов и вредных химических веществ по механизму хемосорбции.
Признаки, отличающие предлагаемый фильтр от наиболее близкого к нему известного из заявки на изобретение Российской Федерации №92008038 (прототип), характеризуются изменением как самого подхода к компоновке фильтрующей перегородки в корпусе, так и в изменении ее конструкции.
На Фиг.1 и Фиг.2 приведены принципиальная схема компоновки фильтрующих элементов в корпусе предполагаемого фильтра, а также схема монтажа фильтрующих элементов.
Очищаемая газоаэрозольная фаза поступает в корпус фильтра через перфорацию 8 и проходит одну или несколько ступеней очистки через поверхность фильтрующих элементов 1, изготавливаемых в форме цилиндров (Фиг.1) или плит (Фиг.2) с различными геометрическими размерами и пористостью. Фильтр состоит из фильтрующих элементов 1, которые вмонтированы в перегородки 2, снабженные перфорацией 8. В днище 6 вварены штуцер слива жидкой фазы 3 и патрубок входа газовой фазы. Крышка 5 оборудована патрубком выхода очищенного газа, а так же душирующим устройством 7 для подачи в корпус фильтра регенерирующего раствора. Материал корпусов фильтров - углеродистая сталь.
Благодаря данному техническому решению существенно повышается надежность работы фильтра за счет установки двух и более ступеней очистки с применением керамики с различной пористостью, что позволяет проводить грубую и тонкую очистку газоаэрозольной фазы в одном корпусе, а также исключить проскок загрязненного воздуха в результате разрушения одного фильтрующего элемента.
Возможность изготовления керамических фильтрующих элементов различных геометрических размеров позволяет производить пожаробезопасные регенерируемые фильтры основных типоразмеров в габаритах существующих аэрозольных фильтров.
В таблице 1 приведены результаты испытаний образцов пористой керамики на сопротивление потоку воздуха до и после обработки их регенерируемыми растворами азотной кислоты.
Таблица 1
Определение аэродинамического сопротивления образцов пористой керамики
Линейная скорость воздуха, см/с
Расход воздуха, л/мин
Аэродинамическое сопротивление, мм вод. ст.
до регенерации
после регенерации
5,49
5,27
2
3
6,28
6,03
3
4
7,06
6,78
4
4,5
7,84
7,53
5
5
8,62
8,28
6
5,5
9,40
9,03
7
6
10,19
9,78
8
7
10,97
10,53
9
8,5
11,75
11,28
10
9
12,53
12,03
10,5
10
13,32
12,78
11
11
Показано, что обработка материалов регенерирующими растворами не ухудшает их аэродинамические характеристики. При линейной скорости воздушного потока от 5 до 13 см/с аэродинамическое сопротивление исследуемого материала составило от 2 до 11 мм вод. ст., что удовлетворяет требованиям, предъявляемым к аэрозольным фильтрам.
В таблице 2 приведены результаты определения эффективности очистки аэрозольной фазы пористой керамикой в лабораторных условиях. Материал исследовался по наиболее проникающим частицам размером от 0,3 до 0,4 мкм на лазерном счетчике аэрозольных частиц воздуха ЛАС-0,2-1,5.
Таблица 2
Определение эффективности улавливания аэрозолей
Номер образца
Число частиц
Коэффициент очистки
до фильтра
после фильтра
7632
7629
7733
7750
1
7631
7627
1,01±0,01
7702
7959
8880
8875
7930
7815
2
7741
7733
1,02±0,02
7640
7195
7632
3581
7801
3373
3
7707
3403
2,24±0,08
7765
3471
7640
1051
7815
1002
4
7912
895
8,11±1,22
7669
901
7681
35
7632
34
5
7756
47
189,04±38,75
7803
53
Невысокие значения коэффициентов очистки образцов с номерами 1-3 обусловлены низкой удельной поверхностью материала, а также размером анализируемых проникающих частиц. Однако, в реальных условиях размеры частиц аэрозоля, подвергающегося очистке, находятся в широком диапазоне. Исходя из этого, возможно применение исследуемых образцов для снаряжения фильтров грубой очистки, а также очистки воздушных потоков с повышенной влажностью.
Высокий коэффициент очистки пятого образца делает этот материал перспективным для снаряжения фильтров тонкой очистки.