Soubory ke stažení

Proces filtrace vzduchu

V tomto dokumentu jsou vysvětleny pojmy jako je proces filtace vzduchu či mechanizmy filtrace. Jsou zde popsány základní mechanizmy filtrace. Na závěr je zobrazen graf vlivu mechanizmů filtrace a velikosti částic na účinnost usazování prachu v jemném filtru ze skelných vláken.

PROCES FILTRACE VZDUCHU (PLYNŮ)

Fyzikální jev nebo soubor jevů, pod jejichž vlivem se aerosolové částice oddělují od proudu vzduchové (plynové) suspenze, když se tato suspenze nachází poblíž povrchů kolektorů (filtračních elementů, např. vláken).

MECHANIZMY FILTRACE

Jevy způsobující separaci částic prachu z proudu vzduchu (plynu) a jejich zadržení na povrchu nebo mezi fitračními elementy (např. vlákny). K základním mechanizmům filtrace patří:

  • difúze (molekulární)
  • setrvačný náraz (inertní)
  • uchycení
  • gravitační usazení
  • elektrostatické působení

Proces čištění plynu (vzduchu) je výsledkem složité soustavy jevů (působících v prostoru filtračního zařízení), jež jsou příznivé vůči odstranění částic z plynu a jejich usazení na povrchu kolektoru (vlákna). Během dostatečně dlouhého pobytu částic v oblasti působení různých sil a jevů se mohou částice v důsledku přímého nárazu usazovat na povrchu kolektoru nebo mohou být k němu působením filtračních mechanizmů nasměrovány. Tyto mechanizmy mohou působit odděleně nebo v určité kombinaci, přičemž působení jednoho z těchto faktorů je vždy dominantní.

Pohyb částic prachu vlivem tří filtračních mechanizmů Proces filtrace vzduchu

Principy filtrace: A – zachycení, B - inerciální zaklínění, C - molekulární difuze

MECHANIZMUS MOLEKULÁRNÍ DIFUZE

Spolu se zmenšováním částic prachu a jejich hmoty až na rozměr, jež je charakteristický pro plyn, se budou částice stále více řídit kinetikou plynů. Pohyblivé částice plynu budou narážet do malých částic (o průměru <1 μm) a budou je rozkmitávat do tzv. Brownova pohybu. Trajektorie pohybu velmi malých částic prachu přemisťovaných spolu s proudem plynu a pohybujících se Brownovým pohybem se mohou významně odchylovat od tvaru linie proudu, rovněž v oblasti vlivu elementu filtrace. Nárazy částic plynu pohybujících se Brownovým pohybem do částic prachu mohou způsobit vyvedení nejmenších částic prachu směrem k elementům filtrace. Jednotlivé částice prachu nacházející se v proudu plynu nabíhajícího na element filtrace budou mít různé možnosti, jak se s tímto elementem srazit.

Význam difuzního mechanizmu je zvláště významný pro submikronové částice. Pro částice větší než 1 μm Brownovy pohyby slábnou, začínají kmitat, a pro částice větší než 20 μm je difuzní mechanizmus nepozorovatelný. V případě částic o průměru 0,3÷1 μm má difuze malou hodnotu a současně je efekt usazování pod vlivem setrvačných nárazů pro rozsah rychlosti do 1 m/s rovněž malý. Efekt difuze je dobře viditelný pro částice nepřekračující 1 μm, zvláště v případě, kdy je průměr vlákna větší než průměr částice prachu. V podmínkách vysoce efektivního čištění aerosolu se prakticky uplatňuje pouze jev difuze a zachycení.

MECHANIZMUS SETRVAČNÉHO NÁRAZU

Při průtoku zaprášeného vzduchu kolem elementů filtrace nejsou trajektorie částic s větší hmotou a s větším průměrem identické s čárami proudění. Takové částice opouštějí čáry proudění a dostávají se k povrchu elementu filtrace (k vláknu ve filtrační vrstvě) přes sousední vrstvu. Takový mechanizmus usazování vystupuje při vysokých rychlostech proudění vzduchu (1÷3 m/s) a v případě částic s velkými rozměry. V případě velmi malé hmotnosti, malého průměru (<1 μm) a nepříliš velké rychlosti průtoku (<1 m/s) není pravděpodobnost setrvačného nárazu s povrchem vlákna vysoká. Prakticky pro částice o průměru ≤ 0,2 μm a rychlosti nižší než 1 m/s může být vliv setrvačnosti na celkovou účinnost filtru zanedbatelný. Naopak pro částice ≥1μm se mechanizmus setrvačnosti stává jedním z nejpodstatnějších v procesu filtrace.

MECHANIZMUS ZACHYCENÍ

Částice prachu se může srazit s elementem filtrace rovněž při pohybu podél linie proudění plynu, tedy bez vlivu setrvačného mechanizmu. K takovému jevu může dojít v případě velmi malých částic s malou hustotou pohybujících se pomalou rychlostí, tedy v takovém případě, kdy je setrvačný jev zanedbatelný. V krajním případě může mechanizmu zachycení podléhat částici, jež se setká s povrchem elementu filtrace. Účinnost zadržení prachu v případě mechanizmu zachycení roste se zvětšujícími se rozměry částic. Na zvýšení efektivity filtrace v případě, kdy dominuje zachycení, má největší vliv současný výskyt (v materiálu) vláken s rozdílnou tloušťkou a z něho vyplývající efekt clonění.

MECHANIZMUS GRAVITAČNÍHO USAZOVÁNÍ

Gravitace má významný vliv na dráhu a rychlost pohybu částice prachu tehdy, když zaprášený plyn proudí filtrační vrstvou velmi malou rychlostí a částice mají velké průměry. Gravitační usazování na povrchu elementu filtrace může být pozorovatelné v případě částic o průměru 1 mm, pokud budou proudit rychlostí nižší než 0,5 mm/s vrstvou s vlákny o průměru 10 μm.

MECHANIZMUS ELEKTROSTATICKÉHO PŮSOBENÍ

Na charakter pohybu částice prachu poblíž elementu filtrace včetně pravděpodobnosti nárazu mají vliv rovněž elektrostatické síly, jež působí mezi samotnými částicemi i mezi částicemi a elementy filtrace. Když na soustavu částice-kolektor (vlákno) nepůsobí vnější elektrické pole, je možné rozlíšit následující případy elektrostatického působení:

  • nabitý kolektor - nabitá částice
  • nabitý kolektor - inertní částice
  • nabitá částice - inertní kolektor

Každá částice prachu a kapka tekutiny pohybující se s plynem může mít elektrické náboje. Tyto náboje vznikají rovněž v případě vzniku prachu a mlhy a rovněž během jejich přenosu plynem a nárazu na povrch tuhých těles. V aerosolech s přirozenou elektrizací (na bázi směsi prachu a plynu a směsi kapek tekutiny a plynu) existuje obecná rovnováha plusových a minusových nábojů. Převaha jedněch nábojů nad druhými nepřesahuje 20%. O převaze jednoho z nábojů rozhoduje druh materiálu rozptýlené fáze, způsob jejího vzniku a transportu. Na přítomnost elektrostatického náboje v materiálu může mít vliv elektrický náboj vláken filtru v důsledku:

  • tření při průtoku plynu filtrem
  • kontaktu elektricky nabitých částic s povrchem vláken
  • nárazu částic nebo jejich odtržení z povrchu vlákna
  • výroby těchto vláken

Vliv principů filtrace a velikosti částic prachu na účinnost usazování prachu v jemném filtru vyrobeném ze skelných vláken.Proces filtrace vzduchu

Přečtěte si více