Фильтровальные материалы для грубой очистки воздуха
Обычно в фильтрах первой ступени (так называемых головных фильтрах) используются волокнистые материалы в виде объемных слоев или нетканых материалов.
Эффективность их использования зависит от исходной концентрации дисперсной твердой фазы.
Структура волокнистых материалов позволяет обеспечить указанную эффективность фильтрации при длительной непрерывной работе материала.
Волокнистые фильтрующие материалы представляют собой слой беспорядочно распределенных волокон, уложенных в фильтр с определенной высотой слоя и усредненной плотностью упаковки, которая в зависимости от диаметра волокон колеблется от 20 до 50 мкм. Волокнистые фильтры являются фильтрами глубинного действия, так как они рассчитаны на улавливание и накопление частиц не только на поверхности фильтрующего слоя, но и по всей глубине слоя. В качестве фильтрующих материалов используют минеральные волокна (стекловолокна, базальтовые волокна), а также нетканые материалы из искусственных или синтетических волокон.
Волокнистые материалы получили широкое распространение в качестве фильтрующего материала в головных фильтрах вследствие своей надежности, относительной дешевизны и достаточной эффективности.
Стекловолокнистые материалы
Широкое применение стекловолокна обусловлено такими специфическими свойствами, как несгораемость, большая теплоемкость, устойчивость к воздействию большинства химических веществ. Химическая стойкость стекловолокна, в том числе стойкость к воздействию острого пара, в первую очередь зависит от состава стекла, используемого для их изготовления. Наиболее химически стойкими являются боросиликатные и алюмосиликатные стекла. Высокой стойкостью к воде и пару обладают волокна из кварцевого, кремнеземного и каолинового стекол (Каолин - глина белого цвета, состоящая из минерала каолинита. Она используется для изготовления фарфора, фаянса, каолинового стекла.). Стекловолокно бесщелочного состава является достаточно стойким к воздействию насыщенного водяного пара при температуре 100 °С. Однако даже это волокно может выдержать лишь кратковременное воздействие пара повышенного давления. Из волокон щелочного состава наиболее высокой пароустойчивостью обладают волокна, изготовленные с добавлением окислов алюминия и циркония. Одним из методов повышения стойкости волокон является их гидрофобизация путем пропитывания кремнийорганическими соединениями.
В нашей стране в свое время широкое распространение получила стекловата щелочного химического состава со средним диметром волокон 21 мкм и стекловолокно марки АТИМС (стеклосрезы) с диаметром волокон 5-7 мкм. Однако срок службы этих волокон в условиях воздействия острого пара невелик. Кроме того, вследствие выщелачивания волокон нарушается структура фильтрующего слоя, что снижает эффективность фильтра.
Стойкость к воздействию пара однонаправленного стекловолокна ВСО-6В и ВСО- 10В с диаметром волокон 5-7 мкм, изготовленного из бесщелочного алюмоборосиликатного стекла, выше, чем у волокон марки АТИМС, однако из этих материалов очень трудно создать равномерные слои.
Добавление фенолфурфуролальдегидной смолы придает матам из стекловолокна большую прочность и делает их устойчивыми к воздействию пара.
Фильтрующие материалы в головных фильтрах должны обладать достаточной эффективностью фильтрации, высокой пылеемкостыо и небольшим сопротивлением. С увеличением плотности упаковки однородной объемной насадки увеличивается эффективность фильтрации и сопротивление материала, но при этом уменьшается пылеемкость по всей высоте слоя и происходит накопление пыли по всей поверхности насадки.
Оптимальным является применение многослойной конструкции волокнистой насадки с различной плотностью слоев, которая дает значительное увеличение пылеем-кости при сравнительно небольшом сопротивлении и высокой эффективности фильтрации и увеличивает срок службы в несколько раз. При этом более рыхлые слои располагаются первыми по ходу движения газов. Они должны обладать небольшой эффективностью, но высокой пылеемкостыо. Толщина первого слоя должна составлять 50-60% от общей толщины насадки. Самый последний слой делают значительно более плотным и небольшой толщины. Он обеспечивает высокую эффективность всего фильтра. Сопротивление такого слоя растет медленно в основном за счет первого фильтра.
За рубежом с успехом применяется многослойная конструкция фильтрующей насадки из гибких и ударопрочных стекловолокон, которые укладываются в гофрированные маты таким образом, чтобы плотность упаковки увеличивалась по направлению к выходу очищенного воздуха. Стекловолокна связаны искусственной смолой и покрыты смесью вязких низкомолекулярных полимеров этилена или пропилена, благодаря чему на фильтре удерживаются частицы размером менее 1 мкм. Для придания гидрофобности, способствующей снижению выщелачиваемости волокон, наносят гидриды кремния. В процессе получения волокон можно нанести также бактерицидное покрытие. При особом трехступенчатом строении фильтра со стороны выхода очищенного воздуха помещают еще слой специальной ткани, чтобы предотвратить отслаивание волокон.