فرمت فایل: ورد –Word و قابل ویرایش

تعداد صفحات: 178

فیلترهای پارچه ای که معمولاً فیلترهای کیسه ای یا خرجینی نامیده می شوند، جمع کننده هایی هستند که در آنها، ذرات جامد از «جریان گاز مملو از گرد و غبار» توسط پارچه (نظیر پارچه بافته شده، نمد یا غشا متخلل)جدا می گردند. این گونه فیلترها بوسیله محفظه ای حاوی چندین جزء پوشیده شده از پارچه شکل می گیرند. این اجزاء توسط چارچوبهای فلزی موسوم به قفس به صورت کیسه های لوله ای شکل عمودی و یا پاکت های مستطیلی درمی آیند که در شکل (2-1) نمونه های از آن نشان داده شده اند.

فیلترهای پارچه ای ، فیلترهای سطحی هستند. به این معنا که ذرات جامد در یک لایه روی سطح محیط فیلتر تجمع پیدا می کنند و خود لایه یک محیط فیلتر مؤثر خواهد شد. خلل و فرج محیط فیلتر ( به ویژه در پارچه های بافته شده) معمولاً چندین برابر اندازه ذرات جامد و گرد و غبار هستند، لذا بازده تجمع ذرات تا زمانی که «پیش روکش» به وجود نیامده است، پایین می باشد. در این مدت نشست ذرات عمدتاً بوسیله قطع خط جریان، نفوذ و گرانش زمین می باشد. زمانی که لایه ذرات کاملاً ایجاد شد « الک کردن » مکانیزم غالب نشست ذرات است و ذرات کمی به داخل محیط فیلتر نفوذ می کنند. طراحی فیلتر عمدتاً در ارتباط با انتخاب سرعت فیلتراسیون گاز، ا فت فشار و سیکلهای تمیز کردن پارچه است.

شکل 2-1 کیسه های لوله ای و پاکتی شکل

کاربرد عمده فیلترهای پارچه ای ، در جمع آوری «ذرات جامد و فرآیندهای صنعتی» می باشد و محل نصب آنها در جریانهای خروجی (اگزوز) بویلرها، کوره ها و فرایندهای شیمیایی و متالوژیکی می باشد. مهمترین محدودیتهای این نوع فیلترها عبارت است از :

1. هنگامی که قطرات مایع در جریان گاز وجود دارد و یا احتمال میعان زیاد است از فیلترهای پارچه نمی توان استفاده کرد.
2. فیلترهای پارچه ای دارای محدودیت کارکرد دمایی هستند. حد بالای دما برای پارچه های طبیعی حدود 90 درجه سانتیگراد است. پیشرفت قابل ملاحظه در صنعت فیلتر از سال 1945 و با توسعه ساخت پارچه ازشیشه و الیاف مصنوعی آغاز گردید که باعث بالا رفتن محدوده کارکرد دمایی (230 تا 260 درجه سانتیگراد) شد.

فیلترهای پارچه ای بر اساس طراحی های مرسوم به سه دسته تقسیم بندی می شوند که در بخشهای زیر مورد بررسی و مطالعه قرار می گیرند.

2-1-1- فیلترهای پارچه ای با سیستم تکان دهنده :

این نوع فیلترها که قدیمی ترین نوع از فیلترهای کیسه ای محسوب می شوند‌،در شکل (2-2) نشان داده شده اند. انتهای پایینی و باز کیسه ها حول دهانه های ورقه لوله بسته می شوند که باعث جداسازی اتاقک ورودی پایینی گاز کثیف از اتاقک بالای گاز تمیز می شود. کیسه ها به یک سیستم تکان دهنده متصل و آویزان هستند. گاز کثیف به سمت بالا به درون کیسه های فیلتر جریان می یابد و ذرات روی سطح درونی کیسه ها تجمع پیدا می کنند. وقتی که افت فشار گاز در نتیجه تجمع ذرات، به یک حد انتخاب شده بالا افزایش یابد. جریان گاز متوقف شده و تکان دهنده شروع به کار می کند و حرکت شلاقی به کیسه ها می دهد. ذراتی که از محل خود بیرون آمده اند به دورن قیف واقع شده زیر ورق لوله می افتند.

کیسه های فیلتر بایستی از پارچه های بافته شده ساخته شوند تا در مقابل خم شدن کشیده شدن در حین تکان خوردن مقاومت کنند. پارچه ها از الیاف طبیعی (پنبه یا پشم) و یا الیاف مصنوعی ساخته می شوند. پارچه های شیشه ای یا الیاف معدنی به طور کلی بسیار شکننده تر از آن هستند که به وسیله تکان خوردن تمیز شوند و معمولاً در فیلترهای پارچه ای جریان معکوسی استفاده می شوند.

در مقیاس کوچک، تکان دادن کیسه ها می تواند به صورت دستی صورت گیرد، اما به طور کلی در مقیاس های بزرگتر تکان دادن بوسیله موتور صورت می پذیرد. عملیات کاملاً‌ اتوماتیک به وسیله تنظیم کردن فیلتر با زمان سنج، موتور تکان دهنده و شیرهای تخلیه گاز که با هوا یا موتور به کار می افتند صورت می پذیرد. در مقیاس کوچک، این فیلترها تا حدود 1000 فوت مربع سطح پارچه فراهم می آورند. در مقایس بزرگ کیسه ها به صورت استوانه ای ساخته نمی شوند بلکه به صورت پاکت مکعب مستطیلی درآمده و محفظه فیلتر حاوی ردیفهایی از این پاکتهای مستطیلی است که هر پاکت دارای مساحت 1000 تا 2000 فوت مربع است . در چنین حالتی فیلتر پارچه ای، فیلتر پاکتی نیز نامیده می شود که نمونه ای آن در شکل (2-3) نشان داده شده است.

شکل 2-2 : فیلترهای پارچه ای با سیستم تکان دهنده

فیلترهای پاکتی می تواند طوری درون محفظه قرار بگیرند که یک یا چند پاکت در یک زمان برای تعمیر یا تکان دادن از سرویس خارج شوند. فیلترهای پارچه ای تکان دهنده معمول ، بسته به سرویس مورد نظر از هر 25/0 تا 8 ساعت تکان داده می شوند.

شکل2-3 : فیلتر پاکتی

یک مانومتر متصل به فیلتر در تعیین اینکه چه موقع زمان تکان دادن است، مفید می باشد. فیلترهای کاملاً اتوماتیک اغلب هر از 2 دقیقه تکان داده می شوند و در صورتی که زمان بین تکان دادنها، بدون افزایش افت فشار به 15 الی 20 دقیقه افزایش یابد، تعمیر کیسه ها بسیار زیاد کاهش خواهد یافت. در صورتی که فیلتر به طور پیوسته کار میکند بایستی از چندین محفظه ساخته شود تا هر محفظه مجزا بتواند به ترتیب برای تمیز شدن از خط خارج گردد در حالی که بقیه محفظه ها به کار خود ادامه می دهند. شکل (2-4) ترتیب مراحل تمیز شدن یک فیلتر کیسه ای سه محفظه ای را نشان می دهد.

فیلترهای پارچه ای با سیستم تکان دهنده به صورت و احدهای تجاری استاندارد در بازار موجود هستند. این نوع فیلترها برای فیلتراسیون در مقیاس بزرگ به صورت سفارشی طراحی می گردند.

2-1-2- فیلترهای پارچه ای جریان معکوس :

این نوع فیلترها به طور کلی مشابه فیلترهای پارچه ای با سیستم تکان دهنده هستند، ولی سیستم تکان دهنده را ندارد. نحوه جدا کردن ذرات از دیواره کیسه های فیلتر به این نحو است که بعد از قطع جریان گاز کثیف، گاز تمیز توسط یک پنکه به درون یا بیرون کیسه ها (بسته به جهت جریان گاز ورودی به کیسه ها ) دمیده می شود. این جریان گاز تا حدودی کیسه ها را خم می کند و از شکل اصلی خود خارج می سازد و در نتجیه ذرات جمع شده روی دیواره کیسه ها به درون قیف فرو می ریزد. شکل (2-5) نمونه ای از این فیلترها و نحوه عمل آن را نشان می دهد.

شکل 2-4 : فیلتر کیسه ای سه محفظه ای در مراحل مختلف سیکل تمیز کردن

در صورتی که جریان گاز معکوس به طرف بیرون کیسه ها باشد، معمولاً حلقه هایی در امتداد طول کیسه ها به آنها پرداخته می شوند تا از خم و چروک شدن کلی کیسه ها که مانع ریخته شدن ذرات می شود، جلوگیری شود. همانند فیلترهای با سیستم تکان دهنده، در اینجا نیز محفظه های فیلتر کیسه ای به ترتیب برای تمیز شدن از خط خارج می گردند. جریان گاز مورد نیاز برای تمیز کردن جریان معکوس در حدی است که سرعت ظاهری 5/0 الی 6/0 متر بر دقیقه از درون کیسه ها تامین می شود. این مقدار برابر سرعت فیلتراسیونی است که اغلب استفاده می شود.

شکل 2-5 : فیلترهای پارچه ای جریان معکوس

کاربرد اصلی فیلترهای جریان معکوس در واحدهایی هستند که از کیسه های پارچه ای الیاف شیشه برای جمع آوری ذرات در دماهای بالاتر از 150 درجه سانتیگراد استفاده می شود.

2-1-3- فیلترهای پارچه ای ضربه معکوس :

در این نوع فیلترها ، کیسه فیلتر به شکل آستین دور یک قفس سیمی غالباً به شکل استوانه کشیده شده است. قفس سیمی پارچه فیلتر را در طرف گاز تمیز نگه می دارد و ذرات در طرف بیرونی کیسه جمع می شوند. یک شیپوره ونتوری شکل در خروجی گاز تمیز از کیسه نصب می شود. شکل (2-6) نمونه ای از این فیلترها را نشان می دهد.

شکل 2-6 : فیلترهای پارچه ای ضربه معکوس

برای تمیز کردن کیسه ها فواره هایی از هوا با سرعت بسیار زیاد ، در یک لحظه بسیار کوتاه (به طور مثال در عرض 100 میلی ثانیه یا کمتر) از خط هوای فشرده توسط شیرهای سولنوئید رها می شود و به طور مستقیم از طریق شیپوره وارد کیسه ها می شود. این عمل سبب انبساط سریع کیسه ها شده وذرات جمع شده از جای خود می افتند. ردیفهای کیسه ها طبق یک ترتیب زمان بندی شده توسط عملیات برنامه ریزی شده برای شیپوره های سولنوئید تمیز می شوند. فشار ضربه برای انداختن ذرات بدون توقف جریان گاز از واحد فیلتر، کافی می باشد. تمیز کردن کیسه های فیلتر در حین عملیات فیلتراسیون (یعنی بدون قطع کردن جریان گاز کثیف ورودی به فیلتر) به صورت یک روش معمول درآمده است و فیلترهای کیسه ای ضربه معکوس بدون تقسیم بدنی به چندین محفظه ساخته می شوند. اما بررسی های تجربی نشان داده است که با تمیز کردن کیسه ها حین عمل عملیات فیلتراسیون، کسر زیادی از ذرات انداخته شده از یک کیسه به جای ریخته شدن به درون قیف ، بر روی کیسه های مجاور دوباره نشست می کند. در نتیجه تمایل رو به رشدی برای تمیز کردن خارج از خط به وسیله فیلترهای ضربه معکوس وجود دارد.

فیلترهای ضربه معکوس معمولاً در سرعتهای فیلتراسیون بالاتری نسبت به فیلترهای جریان معکوس یا تکان دهنده کار می کنند. سرعتهای فیلتراسیون بسته به مقدار ذراتی که جمع آوری می شود مابین 1 الی 5/4 متر بر دقیقه متغیر است. فرکانس تمیز کردن نیز بستگی به غلظت ذرات جامد دارد و فاصله های زمانی مابین ضربه ها بین 2 الی 15 دقیقه متغیر است.

عمل تمیز کردن به وسیله ضربه، چنان مؤثر است که لایه ذرات به طور کامل از سطح پارچه جدا می گردد. در نتیجه خود پارچه بایستی به عنوان محیط فیلتر اصلی برای حداقل یک قسمت قابل توجه از چرخه فیلتراسیون به کار رود. پارچه های بافته شده برای چنین کاری نامناسب هستند و از نوع مختلف نمدها بایستی استفاده شود. قسمت اصلی ذرات از لایه سطحی برداشته می شود. در صورتی که از نمد استفاده شود، قبل از اینکه لایه ذرات تشکیل شود، بازده جمع آوری به اندازه کافی می باشد.

2-2- فیلترهای بستر دانه ای :

فیلتراسیون یک سیال برای خارج کردن ذرات بسیار ریز آن با استفاده از بستری از دانه های جامد برای سالهای زیادی شناخته شده و مورد استفاده قرار گرفته است. از مهمترین مزایای این نوع فیلترها می توان به مقاومت در برابر خوردگی و دمای بالا، استحکام فیزیکی و از لحاظ تئوری تمیز کردن راحت آن اشاره نمود. پارامترهای مهم در بازده جمع آوری ذرات توسط این گونه فیلترها ضخامت بستر، اندازه دانه ها و سرعت گاز می باشد.

فیلترهای بستر دانه ای جزء فیلترهای عمقی محسوب می شوند زیرا ذرات در عمق بستر نشست می کنند. ذرات درون جریان گاز روی دانه ها ته نشین می شوند. فیلترهای بستر دانه ای به سه دسته تقسیم می شوند.

فیلترهای بستر ثابت، فیلترهای بستر دانه ای قابل تمیز شدن و فیلترهای بستر سیالی

اگرچه مطالعات تئوریکی و آزمایشگاهی در مورد فیلترهای بستر سیالی صورت گرفته است، اما هنوز در مقیاس تجاری از این گونه فیلترها استفاده نشده است ، لذا تنها به بررسی دو دسته اول فیلترهای بستر دانه ای پرداخته می شود.

2-2-1- فیلترهای بستر ثابت :

استفاده از بستری از جامدات برای تصفیه آب از دیرباز شناخته شده است. در صورتی که بستر از دانه های ریزی مانند ذرات شن ساخته شده باشند، بسیاری از ذرات ریز موجود در جریان گاز در عمق بستر به دام افتاده و جمع آوری می شوند. مطالعات تئوری و آزمایشگاهی در طول چند دهه اخیر در مورد فیلترهای بستر ثابت صورت گرفته است. روشهای تئوری برای مطالعه وطراحی این گونه فیلترها نظیر روشی است که برای فیلترهای الیافی با بستر عمیق به کار برده شده است.

الیافی که برای استفاده در فیلتر الیافی به کار می رود، معمولاً دارای قطر کوچکتری نسبت به دانه ها می باشد، در نتیجه مطالعات صورت گرفته برای فیلتراسیون ذرات ر یز، بیشتر بر روی فیلترهای ساخته شده از الیاف متمرکز بوده است. اما برای کاربردهای ویژه فیلتراسیون، بسترهای دانه ای ویژگیهای برجسته ای نظیر پایداری ابعادی بزرگتر را نشان داده اند. به طور نمونه، از سال 1948 برای خارج ساختن ذرات رادیواکتیو از جریان خروجی هوا و گاز مجتمع انرژی هسته ای از فیلترهای بستر دانه ای (فیلترهای شنی بستر عمیق ) استفاده شده است.

در فیلترهای بستر دانه ای وقتی که بستر به وسیله ذرات ته نشین شده مسدود می گردد، هیچ گونه عملی برای تمیز کردن آن صورت نمی گیرد،لذا معمولاً‌ این فیلترها بعد از گذشت مدتی از مصرف به دور انداخته می شود. برای افزایش عمر مطلوب و استفاده بهینه ،لازم است این گونه فیلترها ویژگیهای زیر را داشته باشند :

1. بازده بالا برای جمع آوری ذرات ریز
2. ظرفیت بالای نگهداشتن ذرات به منظور ایجاد عمر عملکرد بالا
3. نیز کم به تعمیر

محدودیت اندازه دانه ها در این گونه فیتلرها عمدتاً مربوط به افت فشار جریان گاز است و چون هیچ گونه عمل تمیز سازی فیلتر صورت نمی گیرد، از دانه های ریز برای افزایش بازده فیلتر می توان استفاده کرد. اما اگر قرار باشد که عمر عملکرد چنین فیلترهایی معقول باشد، از آنها تنها برای جریانهای گاز با غلظت کم ذرات استفاده می شود.

2-2-2- فیلترهای بستر دانه ای قابل تمیز شدن :

درچنین فیلترهایی فرایندهایی برای تمیز کردن بستر پیش بینی شده است. عملیات تمیز کردن به صورت پیوسته یا متناوب صورت می گیرد. لذا واحدها می توانند به طور پیوسته گازهای حاوی غلظت های متوسط تا زیاد ذرات را فیلتر کنند. لزوم تمیز کردن و باز یابی کردن دانه های بستر باعث ایجاد محدودیتی برای اندازه دانه ها شده است . به طوری که حد پایین اندازه دانه ها 3 تا 10 میلیمتر است. این موضع باعث می گردد که بازده جمع آوری ذرات ریز توسط بستر دانه ای با عمق و افت فشار منطقی، کاهش یابد.

شکل (2-7) یک نوع فیلتر بستر دانه های قابل تمیز شدن را نشان می دهد. دانه ها در محفظه های حلقوی قرار دارند. گاز کثیف از طریق صفحه فلزی حاوی سوراخهای زیاد، وارد بالای بستر شده و به طرف پایین حرکت می کند و ذرات آن در عمق بستر ب هدام افتاده و از حرکت باز می ایستند. در پایین بستر ، گاز تمیز خارج می گردد. بازده جمع آوری تا حدود 99 درصد برای ذرات 1 الی 3 میکرومتری است. وقتی بستر دانه ها پر از ذرات می شود، جریان گاز قطع شده و جریان معکوس هوای پرفشار بستر را سیالی می کند و ذرات را جدا می سازد. هدف اصلی از توسعه فیلترهای دانه ای قابل تمیز شدن ، ایجاد وسیله ای است که می تواند در دماهای بالاتر از محدوده دمایی مجاز فیلترهای پارچه ای کار کند. در بعضی از این وسایل ، دانه ها به طور پیوسته درون واحد به چرخش درآمده، سپس تمیز شده و دوباره به بستر برمی گردد.