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膨体聚四氟乙烯覆膜滤料表面滤饼形成的研究

发布时间:2019-07-18 点击数:

  N021膨体聚四氟乙烯覆膜滤料表面滤饼形成的研究 陈瑜张卫东 (北京化工大学可控化学反应科学与技术基础教育部重点实验室,北京100029) 由于膨体聚四氟乙烯(ePTFE)薄膜膜孔较小、分布均匀,因此其除尘过滤过程为表面过滤。实验通过测量压降分析滤饼的形成过程。研究结果表明,含尘气体浓度对滤饼的空隙率基 本没有影响,而过滤方向和颗粒性质的影响则不可忽略。 关键词 袋式除尘器 ePTFE 滤饼 袋式除尘器由于高效的除尘效率,低廉的运行成本,已经在除尘行业中占据了主导地位。随着我国环境排放标准的日趋严格,袋式除尘器的发展前景十分广阔。过滤阻力是衡量除尘 器性能优劣、影响袋式除尘器操作费用的一个重要参数。袋式除尘器的阻力主要由滤料及滤 料表面形成的滤饼产生 [1-2] 。在袋式除尘器的操作中,清灰(反冲洗)的周期是影响袋式除 尘器操作性能、能耗及其使用寿命的重要因素。 文献[3]对滤饼形成过程进行了计算机模拟,认为过滤压降主要受到滤饼空隙率及其厚 度的影响。文献[4]认为滤饼的压缩运动造成了压降随时间变化曲线的非线性关系。研究滤 饼的形成过程,对于确定滤料的使用性能,并根据过滤介质的变化,选择合适的滤料,提高 除尘袋的使用寿命,有着重要的影响。 采用膨体聚四氟乙烯(ePTFE)薄膜做过滤介质时,孔径在0.2-0.3μm 之间的ePTFE 膜,能够迅速有效地截留以微米计算的超细粉尘 [5-8] ,压降主要由在滤料表面形成的滤饼决 定,压降的变化反映滤饼的形成。本文通过测量滤膜两端压降随时间的变化,分析滤饼的形 成过程,考查了含尘气体浓度、颗粒性质和过滤方向等三种因素对滤饼形成的影响。 实验方法实验中,分别用1500 目和2500 目滑石粉模拟含尘气体,其主要参数如表1 所示。实验 装置的流程如图1 所示。ePTFE 薄膜由解放军总后勤部提供,结构参数如表2 所示。 滑石粉主要参数粒度(μm) 真密度(g/cm max1250 4.8 13.6 26.5 2500 0.5 2.7 3.6 8.2 13.5 滤膜的结构参数编号 膜厚(mm) 孔隙率(%) 堆密度(g/mm 0.039076.4 7.25310 -4 0.001587.6 9.55010 -4 ePTFE 薄膜采用尼龙丝网作为支撑材料。通过调节进入粉尘发生器的进气量和搅拌速 度,可以改变含尘气体浓度。 结果与讨论3.1 含尘气体浓度对滤饼形成的影响 表示了在不同的含尘气体浓度下,过滤压降随时间的变化关系。可以看出,含尘气体浓度越大77878新藏宝图论坛,压降越高。这是因为浓度越大,在滤料表面单位时间、单位面积上被截留 的粉尘越多,形成的滤饼越厚。当过滤方式采用由下向上过滤时,压降呈单调增加趋势,这 表明在过滤过程中所形成的滤饼并没有因重力的作用而脱落。其原因是滤饼的重力还不能克 服含尘气体向上流动时对其施加的曳力。 0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 20004000 6000 8000 10000 12000 过滤时间/s 2#膜,4.86g/m32#膜,10.76g/m3 1#膜,12.96g/m3 过滤压降随时间的变化关系(1250目滑石粉,流速u=0.022m/s,由下向上过滤) 图1、实验装置图0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 10002000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 过滤时间/s 1#膜,8.63g/m31#膜,14.08g/m3 过滤压降随时间的变化关系(1250目滑石粉,流速u=0.022m/s,由上向下过滤) 看出,由下向上过滤时,过滤压降随时间变化为线性关系,说明空隙率保持恒定,则滤饼 的空隙结构没有因为压降的增加而变形(压缩运 假设滤饼由n个单一粉尘层组成(图4 所示)。 各粉尘层的压降分别为P 随时间t变化的关系式为: 变化的斜率(kPa/s)。同时根据Carman-Kozeny 方程有: 由式(2)和(3)可以通过实验数据,拟合出各实验条件下的滤饼孔隙率。 做含尘气体浓度C 与滤饼空隙率ε关系 图,如图 所示。可以看出,由下向上过滤时,不同的含尘气体浓度对所形成 滤饼的空隙率影响较小。 3.2 颗粒性质对滤饼形成的影响 颗粒性质主要指粒径大小和粒径分 布。粒度分布越大,滤饼的空隙率越小。 较小的颗粒容易填充在较大颗粒之间的 缝隙内,滤饼更加致密,空隙率降低。 可以证实,粒径分布范围越大,压0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 0.00 5.00 10.00 15.00 浓度 /g/m3. 1250目,由下向上过滤,含 尘气体浓度C 与空隙率ε 关系 单一粉尘层 滤饼 滤饼结构假设降越高,对应的滤饼空隙率越小。 0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 10002000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 过滤时间/s 1250目,12.96g/m32500目,10.63g/m3 不同颗粒粒径分布下,过滤压降随时间的变化关系图(流速u=0.022m/s,由上向下过滤)3.3 过滤方向对滤饼形成的影响 过滤方向的不同会影响到滤饼的受力情况。由上向下过滤时,滤饼受到滤料的支撑, 流体曳力和颗粒的重力同时施加在颗粒上,使滤饼更易发生压缩运动,空隙率降低。如 所示,由上向下过滤,压降P与时间t 为非线)可以 看出,此时滤饼的孔隙率随过滤时间的延长而不断增大;而由下向上过滤,则是线性关 系,即滤饼的空隙率基本保持恒定。 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 20004000 6000 8000 10000 12000 过滤时间/s 由下向上,4.86g/m3由上向下,8.63g/m3 不同过滤方式下,过滤压降随时间的变化关系(1250目滑石粉,流速u=0.022m/s) 结论本文通过测量滤料以及滤饼两端压降的变化,分别考查了含尘气体浓度、颗粒性质 和过滤方向三个因素对滤饼形成的影响。 颗粒的粒径大小及其分布对滤饼的空隙率有较大的影响,粒径越小、粒径分布越大,所形成滤饼的空隙率越小。 过滤方向影响滤饼的受力情况,由下向上过滤时,流体曳力需要抵消滤饼的重力,所形成滤饼的空隙率较小;由上向下过滤时,流体曳力和颗粒的重力同方向地施加在滤 饼上,滤饼容易发生压缩运动,并降低空隙率。 符号列表 符号 意义 单位 随时间t变化的斜率 Pa/s 数量n随时间t 增加的比例系数 流体通过颗粒床层的压降kPa ePTFE薄膜的过滤阻力 kPa 单一粉尘层i的过滤压降 kPa 滑石粉真密度kg/m A.Hackl,Particle accumulation filter[J].Filtration&Separation,Dec. 1994. Ch.Stcklmayer,W. Hflinger. Simulation filtrationbehavior dustfilters [J],Simulation Practice E.Schmidt.Experimental Investigations DustCakes Deposited FilterMedia[J],Filtration&Sepration,Sep.1995:789-793 JianGao,Weidong Zhang,Zeting Zhang. Analysis PressureDrop MembraneFabric Filler Dust Collcetor,International Symposium AdvancedMaterials RelatedScience(ISAM),BeiJing, China,Oct 21-24,2003 薛刚等.聚四氟乙烯微孔薄膜的制作及其在袋式除尘领域中的应用[J].产业用纺织品,2001(7):26-28 膨体聚四氟乙烯覆膜滤料表面滤饼形成的研究 作者: 陈瑜,张卫东 作者单位: 北京化工大学可控化学反应科学与技术基础教育部重点实验室,北京100029 Rhodococcuserythropolis NG0402 的固定化细胞脱除苯酚[会议论文]-2004 VineetMaindola.郭志松 优化炭黑生产系统-薄膜滤袋的选择[会议论文]-2004 孙璐.李伟.张龙.肖文德低浓度氨氮废水的同步硝化反硝化试验研究[会议论文]-2004 10. 生物絮凝剂BFA-60的絮凝试验研究[会议论文]-2004 PTFE材料在耐高温滤料中的应用[期刊论文]-现代纺织技术2010(04) 引用本文格式:刘君腾.王庚.陈瑜.张卫东 膨体聚四氟乙烯覆膜滤料表面滤饼形成的研究[会议论文] 2004