Качественная картина процесса фильтрации аэрозоля в слое гранул и его регенерации представлена на рис. 1 ~1~. Углеродные материалы зернистого слоя фильтра представлены в табл. 1 ~6~. Аэрозоль получали подачей высокодисперсного углерода в эжектор генератора, в сопло которого подавался воздух со скоростью от 100 до 275 м/с. Дисперсный состав его представлен на рис. 2 ~2~. Экспериментальными исследованиями установлена зависимость гидравлического сопротивления запыленного углеродного слоя фильтра .p от скорости фильтрации аэрозоля Wф, концентрации Свк и дисперсного состава . аэрозольных частиц, времени фильтрации .ф, а также гранулометрического состава d3 и высоты фильтрующего слоя Н: ~7~ (1) Полученная эмпирическая зависимость (1) удовлетворительно описывает результаты экспериментальных измерений. На рис. 3 ~3~. представлены зависимости гидравлического сопротивления зернистого фильтра от скорости фильтрации сажевого аэрозоля: кривые 1, 2 — для условий фильтрации аэрозоля с концентрацией аэрозольных частиц 1,0 г/м3 и среднемедианным размером 0,06 мкм через слой углеродного материала «Техносорб-1» с размером гранул 1,0–2,0 мм, высотой слоя 200 мм и пористостью 0,7; кривые 3, 4 — для условий фильтрации аэрозоля с концентрацией аэрозольных частиц 0,25 г/м3 и среднемедианным размером 0,015 мкм через слой углеродного материала «Карбофильтр-1» с размером гранул 1,4–2,0 мм, высотой слоя 130 мм и пористостью 0,6. При этом кривые 1 и 3 получены по уравнению (1), а кривые 2 и 4— по экспериментальным данным. Зависимость между эффективностью фильтрации аэрозоля в стационарном зернистом слое пористых гранул и гидравлическим сопротивлением запыленного слоя описывается вероятностным законом [2]: ~8~ где .s и . — соответственно плотности вещества аэрозольных частиц и углеродных гранул слоя, кг/м3; С — коэффициент пропорциональности, рассчитанный экспериментальным путем для «Карбофильтр-1» Ск = 261; для «Техносорб-1» Ст = 815; . = 0,015 и 0,06 мкм; µ = 18 . 10–6 Н•с/м2; Свх = 0,25 и 1,0 г/м3; . — пористость слоя 0,6 и 0,7. Установлено, что уравнение (3) с достаточной для практики точностью описывает процесс улавливания аэрозольных частиц зернистым фильтром со слоем пористых углеродных гранул. На рис. 4 ~4~ представлены зависимости эффективности фильтрации сажевого аэрозоля от гидравлического сопротивления зернистого фильтра для условий фильтрации аэрозоля, указанных выше. В связи с тем, что при фильтрации аэрозоля со среднемедианными размерами аэрозольных частиц более 3 мкм во всем диапазоне исследуемых параметров процесса эффективность их улавливания близка к 100 %, для получения более ясной картины зависимости эффективности улавливания аэрозольных частиц от гидравлического сопротивления слоя по результатам экспериментальных исследований использовали высокодисперсные аэрозоли со среднемедианным размером частиц 0,015 и 0,06 мкм. Регенерацию запыленного фильтрующего слоя проводили в режиме псевдоожижения слоя подачей воздуха под гидродинамическую решетку на 20–48 с со скоростью 0,5–0,7 м/с. При этом установлено, что гидравлическое сопротивление фильтра при регенерации слоя растет с увеличением скорости регенерации слоя, его плотности и высоты, рис. 5 ~5~. При скорости регенерации запыленного слоя ниже 0,6 м/с отмечается рост высоты слоя, а при скорости более 0,7 м/с— частичный унос из слоя мелких гранул. Заключение Исследованиями процесса фильтрации аэрозоля дисперсного углерода в слое пористых углеродных гранул установлено, что гидравлическое сопротивление запыленного слоя растет с увеличением скорости и времени фильтрации аэрозоля, дисперсного состава и концентрации аэрозольных частиц, плотности и высоты фильтрующего слоя, а также с уменьшением размера гранул, расширением гранулометрического состава слоя и с достаточной точностью описывается уравнением (1). Эффективность фильтрации аэрозоля повышается с ростом скорости фильтрации в исследованной области (0,3–1,0 м/с), времени фильтрации, концентрации и размера аэрозольных частиц, пористости и высоты фильтрующего слоя, а также с уменьшением размера гранул и плотности слоя. Степень улавливания аэрозольных частиц в слое пористых углеродных гранул возрастает с увеличением его гидравлического сопротивления и может быть рассчитана по уравнениям (1–3). Регенерацию запыленного слоя пористых углеродных гранул в режиме псевдоожижения следует проводить 40–60 с со скоростью, отнесенной к поверхности слоя, равной 0,6–0,7 м/сек. Полученные результаты могут быть использованы в качестве исходных данных для проектирования установок фильтрации промышленных аэрозолей.
Литература 1. В.М. Шопин. Исследование фильтрации аэрозоля в слое пористого углеродного материала, Адсорбция и хроматография макромолекул, Труды Международного (4-го национального) симпозиума по адсорбции и хроматографии макромолекул. М., Изд. ПАИМС, 1994. 2. В.Е. Волобуев, В.П. Куркин. Исследование процесса фильтрации запыленных газов через зернистые слои. Промышленная и санитарная очистка газов. ЦНТИхимнефтемаш, М., 1976, №1.
