CC BY
29
ката аммония - 4 $/кг, аморфного кремнезема - 5 $/кг. Среднемировая стоимость исходных каолиновых концентратов составляет 0,05 $/кг, а исходного фторирующего реагента (1МН4НР2) - 2 $/кг.
В результате проведенных теоретических и экспериментальных работ разработана конструкция и начат монтаж реакторов и устройств Опытно-промышленной установки (ОПУ) по комплексной переработке каолиновых концентратов Чалганского месторождения. Производительность установки составляет 100 кг исходного сырья в сутки. ОПУ обеспечивает непрерывный и малоотходный технологический процесс, что позволит в дальнейшем осуществлять крупнотоннажную переработку различных алюминиевых руд в промышленных условиях.
Библиографический список
1. Богатырев Б.А., Николаев А.В. Перспективы развития 5. Химическая минерально-сырьевой базы алюминиевой промышленности в мире и РФ // Теория и технология гидрометаллургических способов производства цветных металлов: сборник тезисов докладов Международной научно-практической конференции «Металлургия цветных металлов. Проблемы и перспективы». М.: Издательский дом МИСиС, 2009. С. 130-131.
2. Черкасов Г.Н., Прусевич А.М., Сухарина А.Н. Небокситовое алюминиевое сырье Сибири. М.: Недра. 1988. 167 с.
3. Пат. 2171226 (РФ) Способ получения глинозема / В.Г. Моисеенко, В.С. Римкевич. 2001.
4. Пат. 2286947 (РФ) Способ переработки кремнеземсодер-жащего сырья / В.С. Римкевич, Ю.Н. Маловицкий., Л.П. Демьянова. 2006.
При комплексной переработке каолиновых концентратов фторидный способ конкурентоспособен с широко применяемым извлечением глинозема из высококачественных бокситовых руд способом Байера. Предлагаемый способ планируется реализовать для извлечения глинозема из низкокачественных высококремнистых бокситов, андалузит-кианит-силлиманитовых концентратов и алюмосиликатных пород: анортозитов, нефелиновых сиенитов и сынны-ритов. Замкнутая технологическая схема комплексной переработки небокситовых алюминиевых руд обеспечивает высокую степень извлечения глинозема, фторида алюминия, аморфного кремнезема и других полезных компонентов и гарантирует экологическую безопасность окружающей среды.
энциклопедия в 5 т. / Под ред. А.М.Прохорова. М.: Советская энциклопедия. 1988. Т. 1. 623 с.; Т. 5. 784 с.
6. Лидин Р.А., Андреева Л.П., Молочко В.А. Справочник по неорганической химии. М.: Химия. 1987. 320 с.
7. Мельниченко Е.И., Крысенко Г.Ф., Эпов Д.Г., Марусова Е.Ю. Термические свойства (ЫН4)231р6 // Журнал неорганической химии. 2004. Т. 49, № 12. С. 1943-1947.
8. Клец В.Э., Немчинова Н.В., Черняховский Л.В. Карботер-мический способ получения кремния высокой чистоты // Цветные металлы. 2001. №1. С. 84-87.
9. Маракушев А.А., Зубенко И.А., Маловицкий Ю.Н., Римкевич В.С., Демьянова Л.П. Экспериментальное исследование несмесимости галогенидно-силикатных расплавов и получения кремния электролизом водного раствора (ИН^И^ // Бюл. МОИП. Отд. геол. 2005. Т. 80, вып. 5. С. 47-51.
УДК 66.074
ОЧИСТКА ЗАПЫЛЕННЫХ ГАЗОВ ЩЕЛЕВЫМ ФИЛЬТРОМ
Н.М.Самохвалов1
Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Приведены результаты исследования эффективности очистки запыленных газов и гидравлического сопротивления фильтра, в котором в качестве фильтрующей перегородки используется несколько слоев проволоки. Даны описания экспериментального и опытно-промышленного образца саморегенерирующегося щелевого фильтра. Предложены зависимости, определяющие характеристики фильтрующего слоя и гидравлическое сопротивление щелевого фильтра. Ил. 5. Библиогр. 5 назв.
Ключевые слова: фильтрование; запыленный газ; очистка; эффективность; гидравлическое сопротивление; щелевой фильтр.
CLEANING OF DUSTY GASES WITH A SLOT FILTER N.M. Samokhvalov
National Research Irkutsk State Technical University, 83, Lermontov St., Irkutsk, 664074.
The article presents the study results of the cleaning efficiency of dusty gases and hydraulic resistance of the filter, which uses several layers of wire as a filtering partition. The authors provide descriptions of an experimental and pilot-industrial sample of the self-regenerating slot filter. They offer dependencies that determine the characteristics of the filtering layer and the hydraulic resistance of the slot filter. 5 figures. 5 sources.
Key words: filtration; dusty gas; cleaning; efficiency; hydraulic resistance; slot filter.
1 Самохвалов Николай Митрофанович, кандидат технических наук, профессор кафедры химической технологии неорганических веществ и материалов, тел.: (3952) 405497, e-mail: [email protected]
Samokhvalov Nikolay, Candidate of technical sciences, Professor of the Department of Chemical Technology of Inorganic Substances and Materials, tel.: (3952) 405497, e-mail: [email protected]
Для очистки запыленных газов фильтрованием используются различные пористые перегородки - тканевые, зернистые (насыпные и жесткие) и другие материалы. Однако разнообразие пылегазовых сред и условий очистки требует поиска новых фильтрующих материалов, способов очистки и пылеулавливающей аппаратуры, которые бы обеспечили экономичное и эффективное улавливание пыли. Из технической и патентной литературы известны фильтры, использующие в качестве фильтрующего элемента слой из металлотканевых сеток или металлической проволоки [1, 2]. Однако эти конструкции имеют сложную систему регенерации, требуют повышенного расхода и давления продувочного воздуха.
Представлялось интересным изучить возможности фильтровальных перегородок в виде нескольких слоев проволоки, навитой на каркас, для очистки запыленных газов. Фильтры с такой перегородкой могут быть использованы для фильтрации горячих, коррозионных сред и абразивной пыли. Известные способы очистки и аппараты не всегда пригодны к работе в таких условиях. С этой целью был разработан экспериментальный щелевой фильтр, представленный на рис. 1. На нем исследовалось влияние числа витков, диаметра проволоки и скорости потока на эффективность очистки запыленных газов и гидравлическое сопротивление.
Фильтр имел сменный вертикальный фильтрующий барабан в виде «беличьего колеса» с навитой в несколько слоев на боковой поверхности проволокой. Исследования проводились на барабанах с проволокой диаметрами 0,75; 1,00; 1,10 и 1,40 мм. При работе в фильтре применялась непрерывная регенерация фильтрующего слоя путем обратной продувки слоя, вращающейся и одновременно перемещающейся по всей высоте барабана струей сжатого воздуха. Для запыления использовались карбидная и угольная пыль.
Фильтр состоял из корпуса 1 с коническим днищем и съемной крышкой 2, сменного фильтрующего барабана 3 с навитой стальной проволокой. Барабан крепился к крышке корпуса с помощью винтов. Между крышкой и барабаном устанавливалась резиновая прокладка. Корпус изготовлен из оргстекла для возможности визуального наблюдения.
Регенерирующее устройство включало продувочную трубу 4, распределительную камеру 5, продувочное сопло 6 и реактивное сопло 7. Реактивное сопло обеспечивало вращение продувочного сопла на трубе 4 вместе с распределительной камерой 5.
Для замеров гидравлического сопротивления использовались пробоотборники 8 и 9. Запыленный газ поступал через патрубок 10, фильтровался через слои проволоки вовнутрь барабана и выходил через патрубок 11. Пыль выгружалась через патрубок 12. Продувочный воздух подводился к трубе 4 через гибкий шланг.
На крышке фильтра крепился механизм возвратно-поступательного перемещения продувочной трубы. Этот механизм состоял из электродвигателя 13, закрепленного на раме 14. На валу двигателя имелся
шкив, который наматывал или разматывал нить, проходящую через блок 15 на продувочной трубе 4. Один конец нити был закреплен на шкиве двигателя, а другой - на верхней перекладине рамы 14. Труба 4 со штырем 16 перемещались вверх при наматывании нити на шкив двигателя до тех пор, пока штырь 16 не отключал двигатель выключателем 17. Вниз продувочное устройство опускалось под действием собственного веса, когда нить раскручивалась при обратном вращении шкива. Дойдя до выключателя 18, штырь 16 вновь включал двигатель, и труба поднималась вверх.
Уловленная пыль
Рис. 1. Экспериментальный щелевой фильтр: 1 - корпус; 2 - крышка; 3 - фильтрующий барабан; 4 - продувочная труба; 5 - распределительная камера; 6 - продувочное сопло; 7 - реактивное сопло; 8, 9- пробоотборники; 10,11,12 - патрубки; 13 - электродвигатель; 14 - рама; 15 - блок; 16 - штырь; 17,18 - концевые выключатели
Характерные изменения гидравлического сопротивления чистой перегородки в зависимости от числа слоев, скорости фильтрования и диаметра проволоки представлены на рис. 2 - 4.
Обработка результатов исследований гидравлического сопротивления чистой перегородки показала, что для его расчета можно воспользоваться известным уравнением [3]:
ДР = я Л1-£).£&н,
где Я - коэффициент сопротивления,
/ -
2, 3 с
удельная поверхность слоя, м /м ; ь - доля живого
33
сечения фильтрующей перегородки, м /м ; рг - плотность газа, кг/м3; Жо - скорость фильтрования, м/с; н - толщина фильтрующего слоя, м.
м
АРч, Па 1200
А
1 __^.х^
2
3 1_X-О- 4 ? 1
АРч, Па
^ и п, шт
Рис. 2. Зависимость гидравлического сопротивления фильтрующей перегородки от числа слоев п: 1 - впр =
1,0 мм, Wо = 0,06 м/с; 2 - вПр = 1,40 мм, Wо = 0,051 м/с; 3 -вПр = 0,75 мм, Wо = 0,106 м/с; 4 - вПр = 0,75 мм, Wо = 0,051 м/с
АРч, Па
Рис. 3. Зависимость гидравлического сопротивления «чистой» перегородки от диаметра проволоки: 1 - п = 7, W0 = 0,067 м/с; 2 - п = 7, W0 = 0,051 м/с; 3 - п = 4, W0 = 0,067 м/с; 4 - п = 4, W0 = 0,051 м/с
Для щелевого фильтра долю живого сечения £ предлагается определять из выражения
е = \ (т + \)/1, (1)
где Нщ - ширина щели между витками проволоки, м;
т - число витков, уложенных по длине барабана; I-длина фильтрующего барабана, м.
Ширина щели Нщ зависит от плотности навивки и
качества поверхности проволоки. Ширину щели можно определить как разность длины барабана I и расчетной ширины навивки слоя, поделенной на число щелей между витками:
К =(( - ^)/(т+1).
Толщину фильтрующего слоя Н можно найти из выражения
Н = пйпр + Н,„ (п -1),
пр Щ \ / 1
/ о ¿пр" 1,4 мм <!„!,= 1,0 мм
о о/ / у' с пр= 0,75 мм
/
0,05 0,10 0,15 ш, м / с
Рис. 4. Зависимость гидравлического сопротивления чистой перегородки от скорости фильтрования при п = 5
Удельная поверхность слоя проволоки находится из отношения
/ = 4пйпртпБ / пс12прлтП = 4 / й
пр
где Б - диаметр витка проволоки.
Для расчета коэффициента сопротивления Яс предлагается использовать уравнение [4]:
Л = 2С3
3(4 - 3е)
(
+ 0,17
2е
V
3 (1 -е)
Яеч С
где п - число слоев проволоки.
е Яеч С +0, 45 (Яеч £)4/* + 0,42 где Яеч = Жойпррг / (е/), а ^ - коэффициент извилистости каналов слоя, который рекомендуется рассчитывать из выражения
С = е + п(1 -е)/2.
Исследование эффективности очистки показало, что на ее величину влияют как характеристики потока и пыли, так и диаметр проволоки, количество слоев и условия продувки. Фильтрация без регенерации слоя протекала при быстром нарастании гидравлического сопротивления и недостаточной степени очистки, поэтому не представляла интереса.
При использовании непрерывной обратной продувки с помощью вращающейся и одновременно перемещающейся по вертикали струи сжатого воздуха гидравлическое сопротивление стабилизировалось. Хорошая продуваемость фильтрующей перегородки наблюдалась до четырех слоев проволоки. При большем количестве слоев сопротивление нарастало, что говорит о недостаточной регенерации. С увеличением диаметра проволоки сопротивление увеличивалось.
При исследовании эффективности очистки установлено, что при пяти слоях проволоки, с увеличением ее диаметра, она возрастала, так как уменьшалось живое сечение фильтрующего слоя. Однако при четы-
рех слоях, когда возрастала его продуваемость, наблюдалась обратная зависимость.
Прирост гидравлического сопротивления при за-пылении, с достаточной степенью точности можно оценить с помощью зависимости [5]:
АР3 = КпсЖ02 (7-7_)т/е2,
где Кпс - коэффициент сопротивления пылевого слоя,
Кпс = 0,35/ [VРа / (ргж2)]0,37 / (рЛр2 ).
В этих уравнениях 7х, 2ост - входная и остаточная запыленность газа, кг/м ; т - продолжительность цикла фильтрования, с; / - динамическая вязкость газа, Па с; Ра - аутогезионная прочность пыле-
3
вого слоя, Па; рнп - насыпная плотность пыли, кг/м ;
2
о50 - медианный размер частиц пыли, м; а - дисперсия пыли.
За т необходимо принимать время перемещения продувочного сопла вдоль всей длины фильтрующего слоя, а е рассчитывать из уравнения (1).
Проведенные исследования позволили выявить приемлемые рабочие параметры фильтрации и разработать опытно-промышленный вариант щелевого фильтра (рис. 5).
Фильтр работает следующим образом. Запыленный газ через патрубок 3 поступает тангенциально в корпус 1. Патрубок 3 может иметь небольшой угол наклона к горизонту (до 10о), что способствует более
Сжатый воздух
Очищенный газ
Запыленный газ
Уловленная пыль
эффективному отделению в корпусе пыли из потока и уменьшению пылевой нагрузки на фильтрующий элемент. Поток фильтруется через проволочный щелевой слой 6 и отводится из аппарата через патрубок 4. Стержни 12 образуют жесткий каркас в виде «беличьего колеса». Одновременно с фильтрацией протекает регенерация фильтрующего слоя путем непрерывной струйной продувки сжатым воздухом через вращающееся сопло 9, расположенное на газораспределительной камере 8. Вращение камеры осуществляется с помощью реактивного сопла 10. Сжатый воздух в сопла 9 и 10 подается через камеру 8 по продувочной трубе 7. Отработанный продувочный воздух смешивается с поступающим запыленным газом и после фильтрования отводится через патрубок 4. Уловленная пыль выводится через патрубок 5. Давление продувочного воздуха составляет 0,15-0,2 МПа. Давление запыленного газа определяется гидравлическим сопротивлением фильтра.
Вращение сопел одновременно сопровождается возвратно-поступательным перемещением регенерирующего устройства вдоль всей высоты фильтрующего элемента с помощью кривошипно-шатунного механизма (на рис.5 не показан). Фильтрующий элемент имеет снизу днище 11, а сверху примыкает к крышке фильтра 2, на котором располагается механизм вертикального перемещения регенерирующего устройства. С целью увеличения производительности фильтр может иметь несколько газораспределительных камер с соплами на продувочной трубе 7.
Непрерывность и стабилизация показателей работы фильтра достигаются за счет постоянной и интенсивной продувки слоя, а небольшая толщина фильтрующего слоя обеспечивает низкое гидравлическое сопротивление аппарата. Опытно-промышленный вариант щелевого фильтра, имеюще-
Рис. 5. Щелевой фильтр: а - общий вид; б - разрез по А-А; 1 - корпус; 2 - крышка корпуса; 3 - вход запыленного газа; 4 - выход очищенного газа; 5 - выход пыли; 6 - фильтрующий элемент; 7 - продувочная труба; 8 - газораспределительная камера; 9 - продувочное сопло; 10 - реактивное сопло; 11 - днище фильтрующего элемента; 12 -
стержень каркаса
6
а
го 4 слоя проволоки диаметром 1,0 мм, был испытан при очистке от цементной пыли на заводе ЖБИ. В этом фильтре эффективность очистки составила 96-
3 2
98% при удельной газовой нагрузке 3,5 м /(м -мин) и входной запыленности 20-30 г/м3, гидравлическое сопротивление не превышало 800 Па.
Библиографический список
1. Мазус М.Г., Мальгин А.Д., Моргулис М.Л. Фильтры для улавливания промышленных пылей. М.: Химия, 1985. 240 с.
2. А.с. 611650 СССР, М. Кл2. В 0Ю 46/30, В 0Ю 29/28. Устройство для очистки газа от пыли / Р.Л.Ясуд, В.Я.Андрианов, К.Ф.Коновальчик [и др.] // Опубл. 25.06.78. Бюл. № 23.
3. Аэров М.Э., Тодес О.М. Гидравлические и тепловые основы работы аппаратов со стационарным и кипящим зерни-
стым слоем. М.: Химия, 1968. 510 с.
4. Островский Г.М. Пневматический транспорт сыпучих материалов в химической промышленности. Л.: Химия, 1984. 104 с.
5. Самохвалов Н.М., Скачков Е.В. Гидродинамика и эффективность улавливания пыли в зернистых фильтрах // Химическая промышленность сегодня. 2009. № 6. С. 49-55.
