ذرات معلق: انتخاب مدیا برای فیلتراسیون پارچه‌ای پالس جت

حداکثر افت فشار اثر تجمعی از افت فشار باقیمانده و اختلاف فشار ناشی از کیک گرد و غبار است. هر دو پارامتر فشار پس از حالت گذرا اولیه به یک حالت ثابت می‌­رسند.

برای یک کیسه فیلتر با طراحی مناسب، بالاترین کاهش فشار پس از یک دوره طولانی فیلتراسیون رخ می‌دهد که پس از آن کیسه‌ها باید تعویض شوند. میزان افزایش فشار باقیمانده در طول چرخه­‌های فیلتراسیون بسیار مهم است زیرا طول عمر کیسه فیلتر را تعیین می­‌کند. زمانی که عملیات تمیزکاری نتواند گرد و غباری که به سطح فیلتر چسبیده یا درون آن نفوذ کرده است را حذف کند، به‌طوری که مقاومت آن در برابر جریان به‌طور غیر قابل قبولی بالا باشد، می‌گویند که محیط “کور” (blind) شده است. توجه به این نکته ضروری است که افت فشار بیشتر در طول فرایند فیلتراسیون به معنای هزینه­‌های عملیاتی بالاتر نیز می‌­باشد. انرژی مصرفی توسط فن اگزوز در پایین دست جریان، ۶۰-۸۰٪ از کل هزینه‌های عملیاتی بگ هاوس (baghouse) را تشکیل می‌­دهد. بنابراین دستیابی به محدوده اختلاف فشار (ΔP) کم و پایدار، ارزش سرمایه گذاری را در یک واحد فیلتر بسیار پیشرفته داراست. این سرمایه گذاری شامل طراحی سیستم با کارایی بالا از نظر مصرف انرژی، انتخاب هوشمندانه مدیای فیلتر و تنظیم پارامترهای عملیاتی در سطح بهینه است. لازم به ذکر است که در زمان افزایش اختلاف فشار، سرعت فن افزایش می‌یابد تا همان حجم یکسانی از  گاز از طریق سیستم عبور کند و در نتیجه مصرف انرژی به میزان قابل توجهی افزایش می‌یابد.

در طی فیلتراسیون پالس جت، تنظیم افت فشار عمدتاً از طریق بهینه‌سازی پالس هوای فشرده مورد استفاده و میزان تمیز کردن مدیای فیلتر در هر چرخه انجام می­‌شود. افزایش شدت pulse cleaning می‌­تواند به طور موثری پارامترهای اختلاف فشار را در کیسه فیلتر کاهش دهد. با این حال، این تمیز کردن نباید از نظر ساختاری باعث اعوجاج یا آسیب به کیسه فیلتر شود در حالی که به فرآیندهای فیلتراسیون اجازه می­‌دهد تا در یک افت فشار ثابت و به صورت پایدار عمل کنند. علاوه‌بر این، همچنین لازم است تا لایه‌های گرد و غبار روی مدیا تا حد معینی حفظ شود تا از راندمان فیلتراسیون خوب اطمینان حاصل شود و در موارد خاص، به جذب گاز روی کیک گرد و غبار با ویژگی‌­های خاص کمک شود. علاوه‌بر این، انرژی مصرف شده از طریق مصرف هوای فشرده (به دلیل pulse cleaning) در مقایسه با کل هزینه‌­های عملیاتی نسبتاً کم است (۱۰-۱۵٪). مطالعات اخیر نشان می‌دهد که از بین چندین فاکتور pulse cleaaning، فشار پالس حیاتی‌ترین عامل حاکم بر انتشار و تمام پارامترهای فشار در سراسر مدیا است. اگرچه فشار پالس باعث کاهش اختلاف فشار در سراسر مدیا می­‌شود، اما سطح انتشار را نیز افزایش می­‌دهد. با این حال، برای بهینه‌سازی فرآیند لازم است تا فرآیند با ویژگی‌های مدیا هماهنگ شود. فشار پالس در زمان عملیات pulse cleaning به همراه نوع مدیا در کنار یکدیگر به منظور بهبود عملکرد فیلتراسیون و برای برآورده کردن استانداردهای جداسازی با هزینه‌های جاری کمتر، مورد مطالعه قرار گرفته است.

یافته­‌های تجربی

دو نمونه پارچه بی‌­بافت با استفاده از الیاف ۱۰۰% پلی استر ۱/۴ دنیر و ۲/۰ دنیر تهیه شد. وزن پارچه نهایی (GSM) در ۳۸۵ گرم بر متر مربع برای این دو نمونه دنیر یکسان بود. این آزمایش با استفاده از یک واحد فیلتراسیون آزمایشی تعبیه شده با یک سیستم فیلتراسیون پالس جت انجام شد. واحد فیلتر بر اساس شرایط شبیه‌سازی شده در یک baghouse صنعتی طراحی شد. در داخل واحد فیلتراسیون، چهار کیسه در دو ردیف (دو کیسه در هر ردیف) قرار داده شد. این آزمایش با استفاده از گرد و غبار سیمان انجام شد و هم انتشار و هم اختلاف فشار با زمان اندازه‌گیری شد. بحث حاضر بر اساس نتایج به دست آمده پس از ۴ ساعت (در نظر گرفته شده به عنوان حالت پایدار) است. در طول آزمایش، پارامترهایی مانند جریان حجمی هوا (۱/۶۴ متر مکعب در دقیقه) و غلظت گرد و غبار (۸۵/۱ گرم در متر مکعب)، مدت زمان پالس (۱۰۰ میلی ثانیه) و زمان چرخه pulse cleaning (54 ثانیه) به‌عنوان فاکتورهای ثابت نگه داشته شدند. دنیر و فشار پالس عوامل کنترلی هستند. آزمایش دو عاملی بر اساس طراحی فاکتوریل کامل با تکرار و تصادفی اجرا شد.

مشاهده شد که غلظت گرد و غبار گاز تمیز در پایین دست جریان با افزایش فشار پالس و دنیر الیاف مدیا افزایش می­‌یابد (شکل ۲ را ببینید). به‌طور کلی، پارامترهای فشار (فشار حداکثر و فشار باقیمانده) با افزایش فشار پالس (شدت تمیز کردن بیشتر) و دنیر الیاف در مدیا کاهش می­‌یابد (شکل ۳ و شکل ۴). در حالت پایدار، اثر متقابل بین ظرافت الیاف (دنیر) و فشار پالس بر روی پارامترهای فشار بسیار مهم می­شود. برای مدیاهای با دنیر پایین­‌تر، با افزایش فشار پالس، کاهش قابل توجهی در پارامترهای فشار وجود دارد. در حالی که تغییرات برای مدیاهای با دنیر بیشتر ناچیز است. این نشان می‌دهد که فشار پالس را می‌توان در سطح پایین‌تری برای مدیا‌های ساخته شده از الیاف ضخیم‌تر تنظیم کرد و بالعکس. این امر منجر به افت فشار عملیاتی کم‌تری خواهد شد که در نتیجه منجر به مصرف انرژی کمتر و عملکرد طولانی­‌تر فیلتر خواهد شد. با این حال، هنگام استفاده از الیاف ظریف­‌تر یا ضخیم‌­تر در مدیا، سطح غلظت گرد و غبار در گاز تمیز باید در محدوده مجاز باشد. بنابراین، هر دو نوع مدیا (متشکل از الیاف ظریف­‌تر یا ضخیم‌­تر) بسته به نیاز فیلتراسیون می­‌توانند مناسب باشند، که هم‌چنین نیاز به تنظیم مناسب پارامترهای عملیاتی دارد.

نتایج

این مطالعه نشان داد که پارامترهای فشار پالس در یک سیستم فیلتراسیون پارچه­‌ای پالس جت باید مطابق با ظرافت الیاف در مدیا تنظیم شود تا تعادل بین انتشار و افت فشار عملیاتی در سراسر مدیا حفظ شود. این برای مصرف انرژی کمتر و عملکرد طولانی‌تر مدیای فیلتر و در عین حال حفظ استانداردهای انتشار مفید خواهد بود. بسته به نیازهای فیلتراسیون می‌­توان از مدیاهای با الیاف ظریف­‌تر یا ضخیم­‌تر استفاده کرد، که هم‌چنین به تنظیم مناسب پارامترهای عملیاتی نیاز دارد.

Link: https://www.filtsep.com/content/features/particulates-media-selection-for-pulse-jet-fabric-filtration