空气过滤理论

空气过滤理论
过滤就是利用多孔体从气体中除去分散粉尘颗粒的净化过程。过滤时,由于惯性碰撞
拦截、扩散以及静电力、重力等作用,使悬浮于气体中的粉尘颗粒沉积于多孔体表面或容纳
于多孔体中。作为过滤器的多孔体材料,其结构是纤维状的、多孔状的,或者是这些结构的
组合体,统称过滤材料。
含颗粒的流体以一定速度通过过滤材料时,其中的颗粒在其表面被捕集,并逐渐形成粉
尘层,其中少部分还可能嵌入滤料内部。此粉尘层也就成为新的过滤材料,从而提高了捕集
效率。但随着粉尘层的加厚,过滤材料的透气性逐渐降低,阻力相应增加。此时必须除去粉
尘层,或称再生。过滤过程需定期地进行清灰再生,也可以定期更换被堵塞的滤料
一、空气过滤的特征
空气过滤与袋式除尘技术都属于过滤净化技术的范畴,他们的工作原理有许多相同之
处,其区别在于:
①空气过滤技术多用于通风及空调进气系统中,净化大气中的粉尘颗粒,使进人室内
的空气更为清洁干净。利用空气过滤不仅能捕集亚微米粒子,甚至能捕集有毒粒子及承担某
些生产工艺过程中空气的**细净化。
②空气过滤器的纤维组织常是金属网格、无纺织物或特殊纸质滤材,可根据净化的不
同要求使用不同的滤材,但其空隙率比袋式除尘所用滤料空隙率大得多。
③空气过滤器的入口质量浓度一般低于5mg/m3,比袋式除尘器排出口的质量浓度低
得多。空气过滤器的出口质量浓度有的可以低到以1m3空气几个微粒计算,这是任何除尘
器都不能达到的。
④空气过滤器的过滤速度较高,一般为0.12.5m/s,而袋式除尘器过滤速度很低,
一般为0.6~1.6m/min,两者相差10~60倍。
二、空气过滤理论
在过滤技术中,滤材是用于捕集颗粒的捕集物,它是由许多单个的捕集体(或球形颗
粒)以一定方式排列组合而成的,在单个捕集体之间还存在有孔。一般的颗粒尺寸往往远
小于这些孔隙,所以筛滤效应的作用是非常小的(滤材表面形成粉尘堆积的尘滤层筛分作用
除外),颗粒之所以能从气体中被分离出来,主要是依靠惯性碰撞、直接拦截、扩散以及重
力沉降、静电吸引等作用。这些都与非均一绕流捕集体时的运动情况有关.
1.孤立捕集体的捕集机理
当气体夹带颗粒流过单独的捕集体(圆柱纤维)时,有可能产生的捕集机理如图7-1所示。当待净化的气体绕过捕集体时,流线要偏析,并且气体中的颗粒因其大小不同产生不同的被捕集机理:①其中较大颗粒由于惯性作用仍然向前作直线运动,于是就脱离流线而撞到捕集体上,产生“惯性碰撞”;②有些较小的颗粒则仍然跟随流线而运动,若颗粒半径小于流线到捕集体表面的距离,此种颗粒也会被捕下来,产生“直接拦截”;③更细的微粒虽远离捕集体,但在布朗扩散作用下,也有可能会撞到捕集体上,产生“扩散效应”;④若在外力作用下,如重力、静电力等,则颗粒产生沉降作用,也可能会撞到捕集体上,分别称为“重力沉降”、“静电吸引”等效应。
由此可见,捕集机理是多种效应的综合,其影响因素有流速、粒径、温度、外力场等,是十
分复杂的,它们的影响趋势如图7-2所示。一般在粒径很小时,以扩散效应为主;粒径大及
流速高时,惯性效应作用**;拦截效应则介于其间;重力沉降在大粒径、低流速下有较大
作用;化纤织物的静电作用产生静电效应。如果颗粒与捕集体间有温度梯度,则有热迁移效
应,但在空气过滤器内这种作用很小。
2.复合捕集物的捕集效率
   实际的过滤器内，捕集体是以一定方式组合成群体的。气体绕流孤立捕集体的情况显然
与绕流复合捕集物中单个捕集体的情况有所不同,这样复合捕集物中单个捕集体的捕集效率就会与孤立捕集体的不同,要做一定修正。当含有颗粒的气体连续不断地碰撞许多个捕集体,这和一次碰撞孤立捕集体也有所不同,可见过滤器的过滤机理是很复杂的,所以实际工程应用中往往要借助于实验获得一些数据和经验。
  复合捕集物的捕集作用与孤立捕集容熟出器产体的重大区别在于孤立捕集体不产生筛分作用,而复合捕集物则产生筛分作用。复合捕集物由孤立捕集体组合在一起,形成无数细小孔道,这些孔道可以有效阻留粒径较大的微粒。粉尘堆积产生架桥现象又会形成新的孔道和产生新的筛分作用,并进一步捕集更细小的尘粒,从而提高复合捕集体的除尘效果。
3.过滤器的捕集效率
在研究捕集机理时都做了一定的假设:粉尘颗粒到达捕集体表面时就被捕集;②已附
在捕集体表面的颗粒对以后的捕集过程没有影响。实际的过滤过程要复杂得多,因为颗粒还
会有反弹,还会被气流二次冲刷下来,造成返混而降低效率;但也因滤材上附有粉尘层而提
高捕集效率。
假设随着粉尘层之增厚,每根纤维(捕集体)均匀地变粗,单个捕集体的效率n也会
发生变化。通过因式分解,得出过滤器的捕集效率随时间t的变化为:

式中,ヮ为捕集物的捕集效率;E为空隙率;μ为气体的黏度;pg,PD为气体及颗粒的
密度;,d1为颗粒及纤维的直径;nT为单体捕集体的捕集效率;t为过滤时间;c:为人
口含尘质量浓度。在时间间隔内的平均效率为:

实际应用中空气过滤器的效率都是通过试验或现场实测取得的。为了使试验有统一的标
准,国家对试验粉尘、试验装置和试验方法做了统一规定。