Ключевые слова: базальтовое волокно, волокнистый фильтр, туманоуловитель, фильтровальный материал, АО «УК ТМК», газоочистка, скорость фильтрования, фильтрующий элемент.
Эффективность газоочистки в первую очередь определяется характеристиками фильтровальной перегородки. Волокнистые фильтры намного эффективнее и производительнее рукавных — скорость фильтрования в них в несколько десятков раз выше и эффективность улавливания капель близка к 100 процентам. Это обусловлено тем, что в данных фильтрах используется совершенно новый способ очистки промышленных газов от растворимых частиц и капель тумана. В волокнистых фильтрах газ пропускается через специальный волокнистый туманоуловитель, который представляет собой слой войлока, состоящий из множества синтетических волокон.
Волокнистые фильтры сегодня в основном применяются в производствах термической фосфорной и серной кислоты, где они выступают в роли уловителей брызг при упаривании и концентрировании щелочей и кислот. Кроме этого, они нередко используются в скрубберах (аппараты промывки газов) в качестве абсорбционной насадки, задача которой — улавливать различные газообразные примеси (например, примеси, содержащиеся в вентиляционных выбросах предприятий цветной металлургии) [1, с. 198].
В производстве пигментного диоксида титана при упаривании термической фосфорной и гидролизной серной кислот для очистки отходящих газов используют двухступенчатые волокнистые фильтры. Первая ступень данных фильтров оснащена тонкими кассетами, которые имеют иглопробивной объемный войлок, состоящий из полипропиленовых волокон. Фильтровальная поверхность регенерируется периодической промывкой водой, при этом процесс не останавливается. Вторая ступень двухступенчатых волокнистых фильтров оснащена цилиндрическими элементами, которые снабжены войлоком из волокон диаметром от 25 до 40 мкм. Производительность фильтров по газу, размер которых 4
х3
3 метра, составляет 50 тысяч кубометров в час. Применение данных фильтров все же несколько ограничено в силу того, что при очистке газов, содержащих твердые частицы, волокнам обязательно нужна периодическая промывка.
Волокнистые фильтры очень схожи с тканевыми, однако у них более высокая степень пылеулавливания (до 99 %) и большее время накапливания слоя пыли на его поверхности. Но такие фильтры довольно плохо переносят регенерацию. Именно по этой причине волокнистые фильтры применяют в основном для очистки малозапыленных потоков, в которых концентрация пыли составляет не более 2 грамм на кубометр, а размер частиц в диаметре составляет менее 2–10 микрон. Фильтрующими материалами тут выступают картон, бумага или же набивные материалы.
Волокнистые фильтры превосходят тканевые еще и в том, что они способны улавливать не только пыль, но и жидкие аэрозоли.
Туманоуловители являются разновидностью волокнистых фильтров. Их применяют для улавливания капелек жидкости, размер которых превышает 10 микрон в производствах серной кислоты и хлор газа. Фильтрующей перегородкой в них является набивной материал, который был получен из полимерных волокон пробивным способом — в результате получается довольно объемная структура, которая в процессе эксплуатации аппарата насыщается жидкостью, а эта жидкость затем удаляется каплями под действием силы тяжести.
Туманоуловители отличаются высокой степенью очистки. Кроме того, они имеют несложную конструкцию, надежны в работе, просты в установке и эксплуатации, а самое главное — способны очистить тонкодисперсные туманы до абсолютно любой остаточной концентрации [2, с. 104].
В последние годы значительно возрос интерес к фильтровальным материалам, имеющим рабочие температуры до 300 оС. Их применение позволяет уменьшить габариты фильтровальных установок и сократить затраты на очистку промышленных газов.
Одним из возможных направлений создания фильтровальных материалов для очистки нагретых газов является применение волокнистых композиционных материалов, являющихся смесью неорганических и термостойких органических волокон [3, с. 71].
В качестве неорганической основы таких материалов возможно применение тканей из базальтовых непрерывных волокон (БСТВ).
Перспективными структурами для применения в фильтровальных материалах являются ткани типа ТБП-580 и ТБСр-750.
Исследование их фильтрующей способности показывает, что воздухопроницаемость базальтовых тканей лежит в достаточно широком диапазоне значений от 50 до 500 дм3/(м2
с) [4, с. 15].
Основные технические характеристики базальтовых тканей приведены в таблице 1.
Фильтрующая способность базальтовых тканей может изменяться в широком диапазоне подбором структуры ткани, а также уточных и основных нитей. Вместе с тем подвижность базальтовых нитей в ткани, а также их природная хрупкость не позволяют получить сверхплотные фильтровальные структуры. Поэтому более целесообразно использовать базальтовую ткань в качестве подосновы фильтровального материала. При этом основную фильтрующую функцию может выполнять слой нетканого материала из температуростойких химических волокон, например полиимидных или полиоксидиазидных. На этом принципе компанией Albarrie Canada Ltd созданы гибридные фильтровальные материалы, в которых фильтрующий слой из химических волокон соединен с основой из базальтовой ткани при помощи иглопробивной технологии.
Таблица 1
Технические характеристики базальтовых тканей
|
Наименование показателей |
Марка ткани |
|
|
ТБСр-750 |
ТБП-580 |
|
|
Тип переплетения |
саржа |
полотно |
|
Вес, г/м3 |
750 |
580 |
|
Структура (основа |
7x8 |
7x8 |
|
Ширина, см |
150 |
150–170 |
|
Толщина, мкм |
750 |
230 |
|
Поверхностная плотность, г/м3 |
687 |
488 |
|
Разрывная нагрузка, Н: — основа — уток |
3012 2011 |
3259 899 |
|
Относительное удлинение при разрыве, %: — основа — уток |
7,0 8,0 |
7,0 8,5 |
|
Толщина при Р — 50 г/мм3, мм |
0,94 |
0,64 |
|
Воздухопроницаемость, дм3/ (м2 при Р = 5 мм вод. ст. при Р = 10 мм вод.ст. |
298 450 |
42 63 |
Полученные таким образом гибриды не уступают по своим потребительским характеристикам традиционным фильтровальным материалам на основе полиэфирных или полиимидных волокон. Помимо этого они имеют ряд преимуществ, в частности по механической прочности, температуростойкости и стоимостным показателям, особенно по сравнению с тканями из полиамидных волокон.
Применение базальтогибридов рекомендуется в фильтровальных системах, где в силу технологических особенностей возможны кратковременные скачки температуры до 350°C или имеются «горячие» частицы (возгоны), которые легко прожигают традиционные фильтры из химических волокон [5, с. 40].
Для нужд газоочистки в АО «УК ТМК» установлены цилиндрические низкоскоростные высокоэффективные туманоуловители. Габариты: диаметр 450 мм, высота 610 мм, толщина слоя 50 мм, диаметр волокон фильтрующего элемента 6–15 мкм.
Следовательно, в качестве фильтра для систем газоочистки АО «УК ТМК» подходит базальтовое тонкое волокно слой штапельных волокон диаметром 4–9 мкм.
Экономическая эффективность базальтосодержащих материалов проявляется благодаря уменьшению трудозатрат при использовании одиокомпонентного сырья (отпадает необходимость организации помольно-составных цехов, использования дорогостоящего дефицитного сырья), упрощению обслуживания технологических процессов; высоким техническим характеристикам получаемых материалов, малой объемной массы, низкого коэффициента теплопроводности, высокой долговечности и др., позволяющим снижать вес конструкции, заменять дорогостоящие и дефицитные материалы, создавать принципиально новые конструкции.
Литература:
1 Гордон, Г. М. Пылеулавливание и очистка газов в цветной металлургии [Текст]: учеб. пособие / Г. М. Гордон, И. Л. Пейсахов. — М.: Металлургия, 1985. — 456 с.
2 Ксенофонтов, Б. С. Промышленная экология [Текст]: учеб. пособие для вузов / Ксенофонтов Б. С., Павлихин Г. П., Симакова Е. Н. − М.: Форум: Инфра-М, 2013. − 207 с.
3 Оснос, С. П. О характеристиках базальтовых волокон и областях их применения [Текст] / С. П. Оснос // Композитный мир. — № 3. — 2010. — С. 71–76.
4 Джигирис, Д. Д. Базальтовое непрерывное волокно / Д. Д. Джигирис, М. Ф. Махова, В. Д. Горобинская и др. // Стекло и керамика. 1983. — № 9. — С. 14–16.
5 Корнилова Е. Р. Базальтоволокнистые материалы. Сырье, технология получения, свойства и области применения [Текст]: учеб. пособие / Е. Р. Корнилова, Э. Р. Галимов, А. В. Корнилов. — Казань: Изд-во Казан, гос. техн. ун-та, 2008. — 50 с.
