Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современное состояние научных исследований фильтровальных материалов 11
1.1. Анализ развития мирового рынка нетканых фильтровальных материалов 11
1.2. Анализ процесса осаждения частиц твердых примесей на фильт-ровальном материале 17
1.3. Анализ возможностей совершенствования структуры и повышения эффективности работы фильтровальных материалов 21
1.4. Регенерация. Анализ процесса регенерации фильтров и способов ее проведения 31
Выводы по главе 1 38
Глава 2. Методика выполнения работы 40
2.1. Методика выработки многослойных регенерируемых фильтровальных нетканых материалов для очистки воздуха 40
2.1.1. Характеристика используемого сырья 40
2.1.2. Методика выработки экспериментальных фильтровальных полотен 43
2.2. Методы проведения испытаний и оценки свойств нетканых полотен 46
2.2.1. Выбор методов исследования. Методика математического планирования эксперимента и анализа полученных результатов 46
2.2.2. Методы оценки физико-механических показателей нетканых полотен 51
2.2.3. Методы оценки фильтрующих свойств нетканых материалов на испытательном стенде 53
2.2.4. Принцип действия испытательного стенда 56
2.2.5. Порядок работы на стендовой установке для испытания воздухоочистителей с обратной импульсной продувкой 57
2.2.6. Обработка результатов эксперимента 59
2.2.7. Методика проведения исследования запыленных материалов с помощью световой микроскопии 61
Выводы по главе 2 62
Глава 3. Исследование основных параметров технологического процесса производства фильтровальных нетканых материалов и их влияния на свойства материалов 64
3.1. Оптимизация параметров технологического процесса изготовления многослойных фильтровальных нетканых материалов 64
3.2. Анализ и предварительная оценка свойств исследуемых фильтровальных нетканых материалов 70
Выводы по главе 3 75
Глава 4. Исследование фильтровальных материалов в условиях регенерации 77
4.1. Анализ регенерируемости фильтровальных нетканых материалов 77
4.2. Анализ изменения физико-механических свойств фильтровальных нетканых материалов в процессе многократной регенерации 82
4.3. Анализ эффективности очистки многослойных регенерируемых фильтровальных нетканых материалов 89
4.4. Анализ пылеемкости фильтровальных материалов 97
4.5. Рейтинговая оценка нетканых фильтровальных материалов 98
Выводы по главе 4 102
Глава 5. Технико-экономическая эффективность работы 104
5.1. Анализ характера изменения технико-экономических показателей при внедрении многослойного регенерируемого фильтровального не тканого материала для очистки воздуха 104
5.2. Расчет стоимости сырья и основных материалов в себестоимости 1000 м2 нетканого материала 109
Выводы по главе 5 111
Общие выводы по работе 113
Литература 117
Приложения 124
- Анализ процесса осаждения частиц твердых примесей на фильт-ровальном материале
- Методика выработки экспериментальных фильтровальных полотен
- Анализ и предварительная оценка свойств исследуемых фильтровальных нетканых материалов
- Анализ изменения физико-механических свойств фильтровальных нетканых материалов в процессе многократной регенерации
Введение к работе
Актуальной задачей в мире является подавление газовоздушных выбросов от промышленных предприятий. Выбросы [1] в виде механических загрязняющих частиц, химических соединений таких как СО, СО2, SO2 и т. д., а также аэрозолей, попадая в атмосферу, загрязняют ее, ухудшая экологическую обстановку. К предприятиям, загрязняющим атмосферу, в наибольшей степени относятся асфальтобетонные, металлургические и производящие минеральные удобрения, заводы по производству цемента, шлака, гравия и т.д. Их выбросы составляют сотни тонн в год. Так, например, при различных операциях по добыче и производству гравия и щебня количество выбросов в отсутствие подавления составляет от 0,07 до 2,7 кг на одну тонну выпускаемой продукции. Более 50% выбрасываемых частиц имеют размеры более 30 мкм. В асфальтобетонном производстве выбросы в отсутствие; подавления в среднем составляют примерно 20 кг/т. При этом выброс составляют относительно крупные частицы, более 50% которых имеют размеры больше 20 мкм. При производстве стекла, а также при его переработке выбросы составляют от 0,018 кг/т до 1,8 кг/т соответственно. При производстве кирпича и керамики, согласно оценкам, объемы выбросов в отсутствие подавления колеблются от 30 до 40 кг на тонну конечного продукта. В производстве минеральных удобрений количество выбросов пыли в среднем составляет 1,88-3,12 кг/т; при производственной мощности завода около 17 млн. тонн в год эти цифры уже будут иметь катастрофические последствия для экологической обстановки.
Общая характеристика работы
Актуальность работы.
Представленная тема является актуальной, т.к. быстро развивающаяся промышленность — в частности, производство строительных материалов — в совокупности с возрастающими во всем мире требованиями к охране окружающей среды обусловливают необходимость применения высокоэффективных материалов для фильтрации воздуха с увеличенным сроком службы.
В настоящее время для подавления выбросов от перечисленных выше предприятий используются отечественные рукавные фильтрустановки типа ФРКИ, ФРИ, ФРЦ, а также импортные [2]. В этих установках применяются различные фильтровальные материалы: хлопчатобумажные ткани, бельтинги, полиэфирные ткани (артикулы 83033, 83035).
Классические [3] текстильные ткани — это структуры, образованные переплетением нитей. При локальном осаждении загрязнений эти нити способны перемещаться под воздействием увеличивающихся нагрузок (давления), что приводит к увеличению промежутков между ними. Это, в свою очередь, способствует прохождению более крупных частиц загрязнений через фильтровальный материал.
Оснащение фильтровальных установок рукавного типа высокоэффективными фильтровальными элементами (рукавами) позволяет обеспечить эффективность очистки воздуха от газовоздушных загрязнений до 99%.
Все фильтровальные установки рукавного типа в условиях производства [1] работают при температурных перепадах от +30 до -40С при колебаниях относительной влажности воздуха от 40% до 80%, что способствует комкованию пыли и ведет к «цементации» рукава. При создании высокоэффективного нетканого фильтровального материала необходимо обеспечить исключение этого эффекта.
Забивание фильтровального [6] материала загрязнениями сопровождается повышением его сопротивления, что, в свою очередь, может привести к выводу из строя нагнетательных систем и даже к срыву фильтрэлементов. Чтобы исключить это явление, необходимо проводить регенерацию фильтровальных элементов (рукавов).
Фильтровальные нетканые материалы должны в течение года выдерживать до 10000 циклов регенерации методом механического встряхивания. Для выполнения условий регенерации фильтровальные нетканые материалы должны обладать высокими прочностными характеристиками и не должны
изменять своих геометрических размеров в процессе фильтрации-регенерации.
Сырьевой состав фильтровальных нетканых материалов должен обеспечивать их хемостойкость в рабочих процессах, а также в технологических процессах их выработки. Фильтровальные материалы, используемые в процессах с повышенными температурами, должны обладать достаточно высокой термостойкостью [7].
Таким образом, фильтрустановки необходимо оснащать новыми, современными неткаными фильтровальными материалами, имеющими высокую улавливающую и фильтрующую способность, одновременно характеризующимися многослойной структурой, элементом упрочнения в которой будет материал, выдерживающий многоцикловые нагрузки во время регенерации фильтровального материала.
Целью настоящей работы
является разработка технологии производства многослойных регенерируемых' фильтровальных нетканых материалов для очистки воздуха. Поставленная цель определила следующие основные задачи исследования:
Изучение и анализ научных трудов, посвященных вопросам разработки, исследования и практического применения фильтровальных материалов, и, прежде всего, нетканых регенерируемых фильтровальных материалов;
Изучение теории фильтрации, процесса регенерации, а также оборудования для фильтрации воздушных сред и регенерации фильтровальных материалов.
Изучение и анализ оборудования для выработки многослойных регенерируемых фильтровальных нетканых материалов.
Изучение методик проведения экспериментов и определения основных характеристик многослойных регенерируемых фильтровальных нетканых материалов.
5. Экспериментальные исследования фильтрующих и физико-
механических свойств многослойных регенерируемых фильтровальных не
тканых материалов, а также изучение их изменения в процессе регенерации.
6. Оценка и обоснование полученных в ходе работы результатов иссле
дований. Написание выводов.
Методы исследования. В работе использовались стандартные методы исследования и измерения физико-механических и функциональных характеристик фильтровальных материалов. Для анализа эффективности очистки воздуха с помощью различных фильтровальных материалов применялись современные методы световой микроскопии. Испытания фильтровальных материалов на фильтрующие и регенерационные свойства проводились на специальной стендовой установке для испытания воздухоочистителей в соответствии с ГОСТ 8002-74 [9].
Научная новизна работы:
- разработана технология производства многослойного нетканого
фильтровального материала с элементом упрочнения;
проведены испытания многослойных нетканых фильтровальных материалов в условиях периодического воздействия импульсов сжатого воздуха;
исследованы фильтрующие и прочностные характеристики многослойных нетканых фильтровальных материалов в условиях многократной регенерации;
исследовано изменение физико-механических и эксплуатационных свойств фильтровальных материалов в зависимости от числа циклов регенерации;
выведены математические зависимости, характеризующие влияние числа циклов регенерации на основные свойства фильтровальных материалов;
— выполнена комплексная оценка свойств различных фильтровальных
материалов и на ее основе определен материал, наиболее пригодный для ра
боты в условиях многократной регенерации.
Практическая значимость работы;
— разработана технология производства многослойного нетканого
фильтровального материала с элементом упрочнения, пригодного для ис
пользования в установках с периодической регенерацией;
разработанная технология расширяет возможности использования нетканых материалов в качестве фильтровальных;
применение нового многослойного нетканого фильтровального материала позволяет обеспечивать требуемую тонкость фильтрации на протяжении продолжительного времени;
— сохранение основных физико-механических и эксплуатационных
свойств разработанного материала при многократно проводимой интенсив
ной регенерации способствует увеличению срока его службы, снижает по
требность в фильтровальных материалах, а также затраты времени и простои
оборудования, связанные с заменой фильтровальных элементов.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на:
Всероссийской научно-технической конференции «Молодые ученые — развитию текстильной и легкой промышленности» (Поиск-2006);
Всероссийской научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (ТЕКСТИЛЬ-2006), МГТУ имени А.Н.Косыгина;
Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы проектирования и технологии изготовления текстильных материалов специального назначения» (ТЕХТЕКСТИЛЬ-2006), Димитровград: Димит-ровградский институт технологии, управления и дизайна Ульяновского государственного технического университета.
Публикации. Основное содержание результатов исследований изложено в следующих публикациях:
Сергеенков А.П., Ермаков В.Ю., Конюхова СВ.// Исследование гидравлического сопротивления и регенерируемости рукавных фильтровальных материалов для очистки воздуха// «Известия ВУЗов». Технология текстильной промышленности, С.78-80, 6С, 2006г.
Сергеенков А.П., Ермаков В.Ю.// Анализ влияния волокнистого состава на физико-механические свойства иглопробивных фильтровальных материалов// «Молодые ученые — развитию текстильной и легкой промышленности» (Поиск-2006). Тезисы докладов Всероссийской научно-технической конференции, 2006г.
Сергеенков А.П., Ермаков В.Ю., Конюхова СВ.// Анализ особенностей фильтрующих нетканых материалов// «Вестник ДИТУД», июнь, 2006г.
Сергеенков А.П., Ермаков В.Ю.// Анализ исследования пылеулавливающей способности многослойных регенерируемых нетканых материалов// «Сборник трудов аспирантов», апрель, 2007г.
Сергеенков А.П., Ермаков В.Ю., Конюхова СВ. //Гидравлическое сопротивление и регенерируемость рукавных фильтровальных нетканых материалов для очистки воздуха// «Химические волокна», С.50-51, №3, 2007г.
Анализ процесса осаждения частиц твердых примесей на фильт-ровальном материале
Фильтрация, под которой понимается процесс разделения жидких и газообразных неоднородных систем на пористых перегородках, задерживающих одни фазы этих систем и пропускающих другие, широко используется в самых различных технологических процессах [17].
В подавляющем большинстве случаев, размеры частиц, осаждаемых на волокнах фильтровального материала, во много раз меньше среднего размера пор фильтра, т.е., пока материал чистый, улавливание пыли из газа вызвано не отсеивающим действием собственно фильтра, как, например, при просеивании порошков через сита, ячейки которых меньше размера задерживаемых частиц.
Пыль при прохождении запыленного газового потока через «чистый» фильтрматериал в основном осаждается в результате столкновения частиц пыли с волокнами и нитями фильтрматериала и прилипания пылинок к волокнам.
Волокна фильтровального материала образуют многослойную решетку, через которую проходит запыленный газовый поток. Так как волокна непроницаемы для газа, то газовый поток при встрече с ними огибает их. Частицы пыли, движущиеся в газовом потоке, ведут себя по-разному. Крупные и тяжелые частицы под действием силы инерции сохраняют прежнее прямолинейное направление своего движения или мало отклоняются от него, преодолевают воздействие сил вязкости газового потока и могут столкнуться с волокнами - подойти к ним настолько близко, что прилипнут.
Малые легкие частицы пыли (диаметром 1,0 мкм и менее) весьма быстро следуют за газовым потоком, обтекающим твердые тела фильтровальных элементов — волокна, двигаясь почти по линиям тока. Вероятность соприкосновения этих частиц с волокнами под воздействием сил инерции практически близка к нулю, особенно если волокна сравнительно большого диаметра (порядка нескольких десятков микрон).
Однако на подобные частицы в большей степени воздействует тепловое движение газовых молекул (броуновское движение). Как известно, взвешенные в газовом потоке твердые частицы подвергаются ударам молекул газа, находящихся в тепловом движении. Чем меньше частицы, тем интенсивнее сказывается влияние ударов молекул и тем значительнее в результате этого отклонение частиц от своего первоначального направления движения.
Таким образом, при протекании запыленного газового потока близ волокна малые частицы пыли могут столкнуться с его поверхностью в результате броуновского движения, если перемещение частиц, обусловленное этим движением, будет направлено к волокну.
Точный расчет доли частиц, удаляемых вследствие броуновского движения, связан со сложными математическими выкладками.
Значительная суммарная эффективность осаждения частиц пыли под воздействием броуновского движения достигается так же, как и для сил инерции, в результате наличия в фильтрматериале многих последовательно расположенных на пути запылённых газов слоев волокон.
При осаждении пылинок на волокнах уменьшается размер пор между ними, что приводит к более быстрому осаждению следующих порций пыли. Поэтому после пропускания через фильтр некоторого количества запыленного газа в слое материала со стороны поступления газового потока практически все поры заполнятся пылью, и в дальнейшем газовый поток будет проходить через поры в слое осевшей пыли.
При образовании слоя из частиц какого-либо размера поры между частицами обычно бывают примерно такого же размера, как эти частицы, или даже меньше. Поэтому первичный слой осевшей пыли будет улавливать частицы из газа, как бы отсеивая их, т.е. практически полностью. При этом основная масса пылинок не проникает внутрь материала, а оседает снаружи первичного слоя, т.е. растет толщина слоя пыли.
В первый момент пропускания запылённого потока газа, пока материал ещё чистый, улавливается только часть пыли, так как, несмотря на прохождение большого числа слоев волокон, эффективность осаждения частиц одиночным волокном мала (несколько процентов) и по мере углубления в фильтровальный материал продолжает уменьшаться. При заполнении пор пылью степень очистки быстро возрастает [18], и в момент образования сплошного первичного слоя улавливание пыли становится практически полным. Толщина первичного сплошного слоя пыли соизмерима с размерами пор.
По мере осаждения пыли на материале и заполнения его пор, а также увеличения толщины слоя пыли возрастает сопротивление движению газа через фильтр. Это может привести к уменьшению пропускной способности фильтра по газу - по объёму его, который проходит через фильтр в единицу времени. Для того чтобы этого не происходило, необходимо слой пыли, образовавшийся на фильтрматериале и в его порах, удалять или хотя бы разрушать. Наблюдения за работой нетканых фильтров показывают, что в процессе фильтрации газа из-за пульсации потока и других причин в слое пыли, осевшей на фильтр, все время образуются трещины, которые облегчают прохождение газа через запыленный материал [19]. Кроме того, для удаления пыли с поверхности фильтра и для его регенерации почти во всех конструкциях фильтров применяют механическое встряхивание и обратную продувку.
Обычно фильтр состоит из нескольких секций. Материал каждой секции подвергают регенерации отдельно через определенные промежутки времени (от 3-4 мин до нескольких часов).
Методика выработки экспериментальных фильтровальных полотен
Для формирования многослойной структуры регенерируемых фильтровальных нетканых материалов было использовано стандартное иглопробивное оборудование. Сначала был сформирован волокнистый холст из смеси полиэфирных волокон линейной плотности 0,84 текс и полиэфирных волокон линейной плотности 0,33 текс в соотношении 20% и 80% соответственно. Затем волокнистая смесь была направлена на иглопробивной агрегат АИН-1800М.
Элементом упрочнения [43] в регенерируемых фильтровальных материалах служит тканевый каркас полотняного переплетения из полиэфирных комплексных нитей. Применение такого каркасного материала целесообразно экономически и, вместе с тем, гарантирует хорошие прочностные характеристики нетканого полотна. Благодаря высокой прочности и упругости полиэфирного волокна, при сложении и скручивании комплексная нить приобретает необходимую для выработки из нее ткани прочность и форму. К тому же комплексная нить из полиэфирного волокна получается скользкой, что оказывает благотворное влияние при иглопрокалывании, т.е. зазубрины игл при обратном движении через материал (при дублировании) не захватывают волокна тканого каркаса, и он остается на положенном ему месте — между слоев нетканого материала. Как в основе, так и в утке используется полиэфирная комплексная нить линейной плотности 111 текс (ТУ 6-13-0204077-17-88). Тканый каркас не содержит токсичных примесей и не оказывает токсичного воздействия на организм человека; по ГОСТ 12.1.007-76 относится к IV классу опасности.
Сформированный волокнистый холст дублируется с каркасным материалом со стороны холста посредством иглопрокалывания. При этом глубина прокалывания составляет 8 мм, направление движения игл — сверху-вниз. Далее со стороны каркасного материала накладывается еще один слой волокнистого холста идентичный первому таким образом, что каркас при этом оказывается внутри готового материала между двумя слоями волокнистого холста. При этом глубина прокалывания составляет также 8 мм, направление движения игл — сверху-вниз. Так образуется материал, имеющий элемент упрочнения посередине. На стадиях иглопрокалывания волокна каркасного материала не захватываются иглами, т.к. комплексная нить каркаса очень скользкая и прочная. Поэтому структура каркаса при иглопрокалывании не повреждается. Затем готовый материал снова направляется на иглопробивную машину, где подвергается дополнительному иглопрокалыванию с плот-ностью 240-280 см" и глубиной прокалывания 6 мм, направление движения игл — сверху-вниз.
Далее осуществляется операция дополнительной обработки, а именно термофиксация на каландре фирмы Рамиш Кляйневеферс. Верхний вал каландра обогревается маслом с температурой 240С, а нижний вал, обтянутый бумагой, — не обогреваемый. Во время операции каландрирования материал разогревается до 100-140С.
По такой технологической цепочке производится материал первого вида. Материал второго вида производится точно так же, с той лишь разницей, что термофиксация происходит в агрегате термоусадки АТУ-1800, где материал прогревается до температуры 190С, при этом скорость подачи материала составляет 2 м/мин.
Материал третьего вида имеет те же технологические операции вплоть до стадии отделки. Термообработка материала №3 осуществляется на швейцарском агрегате TERMOPLAST-2400. Материал, пройдя через направляющие и через обводные ролики, подается большим барабаном к тэну, разогретому до температуры 300С, где фиксируется его структура. На выходе из агрегата установлены два вала, верхний из которых имеет температуру 300С, а нижний — не обогреваемый. По сравнению с термообработкой на обычном оборудовании, материал, изготовленный при помощи агрегата TERMOPLAST-2400, приобретает более плотную структуру, выдерживает более высокие физико-механические нагрузки и более высокое давление. С такого фильтровального материала легче удалить пыль при регенерации. Благодаря образованию гладкой поверхности материала шламовый слой пыли легко сбивается с фильтрэлемента (шлам — осадок в виде мелких частиц, выделяющихся при отстаивании или фильтрации).
Анализ и предварительная оценка свойств исследуемых фильтровальных нетканых материалов
Нетканые фильтровальные материалы в зависимости от области их применения должны обладать определенным комплексом физико-механических свойств, наиболее важными из которых являются: воздухопроницаемость, пористость, толщина, разрывная нагрузка, удлинение при разрыве, жесткость [55].
Важной характеристикой фильтровального материала является его воздухопроницаемость, которая определяется количеством воздуха, проходящим через единицу площади материала в единицу времени при заданном разрежении [56].
Воздухопроницаемость в значительной степени влияет на такие характеристики материала, как пористость, размеры пор и частиц, пропускаемых материалом, а также его аэродинамическое сопротивление. Поэтому, зная значение воздухопроницаемости материала, можно косвенно оценить его фильтрационные характеристики [57].
Наряду с оценкой воздухопроницаемости необходимо учитывать застило-стость материала, т.е. степень равномерности распределения пор для прохода газа, в значительной степени влияющую на эффективность пылеулавливания [58].
Низкую фильтрующую способность может иметь материал с хорошей воздухопроницаемостью, но с отдельными крупными сквозными порами. Некоторые фильтровальные материалы из синтетических и искусственных волокон имеют пониженную застилостость, чем объясняется относительно низкая степень очистки газа даже при работе с уменьшенной скоростью фильтрации.
Чем выше пористость нетканых фильтровальных материалов, тем меньше необходимое избыточное давление для отделения пыли и тем ниже гидравлическое сопротивление материала [59]. Пористость рассчитывалась по формуле 22.
Результаты измерения толщины нетканых фильтровальных материалов обрабатывались с помощью специальной программы, разработанной под Math-CAD-2000. С толщиной нетканого материала тесно связана его поверхностная плотность. С увеличением поверхностной плотности материалов увеличивается гидравлическое сопротивление фильтрующей перегородки.
Результаты измерения и расчета перечисленных выше характеристик фильтровальных материалов приведены в табл. 10. Фильтрующие и прочностные качества материалов зависят также от способов и режимов их дополнительной обработки: ворсования, валки, термофиксации, придания антистатических и антибактериальных свойств, огнестойкости идр[60]. Фильтровальные материалы подвергаются интенсивным механическим воздействиям из-за значительного перепада давления в процессе фильтрации и потому должны обладать достаточно-высокими прочностными свойствами. В особенной степени это относится к регенерируемым фильтровальным материалам, испытывающим в процессе эксплуатации интенсивные нагрузки в различных направлениях [61].
Результаты измерения разрывной нагрузки исследуемых материалов приведены в табл. 11, а удлинения при разрыве — в табл. 12. Более высокие значения разрывной нагрузки всех исследуемых фильтровальных нетканых материалов в поперечном направлении объясняются, прежде всего, особенностями технологического процесса производства иглопробивных нетканых полотен (дублируемый с каркасом волокнистый холст имеет преимущественно поперечную ориентацию волокон, и которые обеспечивают более значительный вклад в прочность полотна именно в этом направлении).
Из табл. 11 видно явное различие между прочностными показателями всех трех материалов: максимальную прочность в обоих направлениях имеет материал №3. Причина такого различия кроется в особенностях термообработки всех трех материалов, т.к. в остальном они практически не отличаются один от другого. По всей вероятности, способ и условия- термообработки материала №3 позволяют создать изделие с более плотной структурой и более высокой прочностью связи отдельных волокон, как между собой, так и с каркасным полотном. физико-механических свойств большое значение для фильтровальных материалов имеет также их равномерность по этим свойствам, которая оценивается показателями среднего квадратического отклонения и коэффициента вариации [62]. Предварительные вычисления, выполненные по формулам 23, 24, показали, что резко выделяющихся значений среди результатов измерений нет. Среднее квадратическое от клонение рассчитывалось по формуле 26, а коэффициент вариации — по формуле 27.
Как видно из представленных в табл. 11,12 данных, в некоторых случаях коэффициент вариации превышает 10%. Значения абсолютной и относительной ошибок, вычисленные по формулам 28, 29 также превышают допустимые 5%. Для улучшения этих значений и для получения более адекватных результатов повторение опытов при определении этих параметров необходимо увеличить до 25.
Результаты измерения жесткости приведены в табл. 13. Для этого показателя значения абсолютной и относительной ошибок, вычисленные по формулам 28, 29, также превышают допустимые 5%. Для получения более адекватных результатов повторение опытов при определении жесткости нетканых фильтровальных материалов необходимо увеличить до 15.
Анализ изменения физико-механических свойств фильтровальных нетканых материалов в процессе многократной регенерации
Выше было установлено (табл. 11), что максимальную начальную прочность имеет материал №3. Однако, начальная разрывная нагрузка может оказаться нерешающим фактором, т.к. в процессе эксплуатации (фильтрации и регенерации) фильтровальные материалы подвергаются интенсивным механическим воздействиям, которые неминуемо должны привести к снижению их прочностных показателей. Экспериментальное исследование разрывных характеристик фильтровальных материалов после регенерации показало, что изменение их разрывной нагрузки в зависимости от числа циклов регенерации наиболее адекватно описывается полиномом 3-ей степени, а изменение относительного удлинения при разрыве — полиномом 4-ой степени.
Соответствующие графические зависимости для разрывной нагрузки і представлены на рис. 18, 20, 22, а для относительного удлинения при разрыве — нарис. 19,21,23.
Как видно из графиков на рис. 18, 20, 22 наибольшее снижение прочности наблюдается в случае материала №3. По всей видимости, более плотная структура этого материала (по сравнению с другими материалами) в наибольшей степени подвержена изменениям под воздействием многократных механических нагрузок. В результате этих нагрузок волокна смещаются друг относительно друга; при этом прочность связи между ними снижается. Тем не менее, следует отметить, что даже после 4000 циклов регенерации прочность материала №3 превышает начальную прочность материалов №1 и №2 и, тем более, их прочность после одинакового числа циклов регенерации. Следовательно, несмотря на значительную потерю прочности, материал №3 оказывается более предпочтительным для использования в фильтрах, подвергающихся регенерации путем обратной продувки, сочетающейся со встряхиванием. Материалы с пониженной прочностью на разрыв, как правило, не применяются в бескаркасных фильтрах с большой длиной рукавов.
Таким образом, были исследованы приготовленные препараты для многослойных фильтровальных материалов, предназначенных для фильтрации воздуха, выдержавших 1000, 2000 и 4000 циклов регенерации. Затем при помощи цифровой фотокамеры на универсальном микроскопе МБИ-6 в проходящем поляризованном свете при общем 750-кратном увеличении были получены фотографии частиц пыли, снятых с трех различных поверхностей отработанного фильтровального материала.
Наибольший интерес представляет многослойный регенерируемый фильтровальный нетканый материал №3, имеющий наилучшие физико-механические и функциональные показатели. Его анализ и приводится ниже.
При помощи компьютерной программы определяем статистические характеристики для каждой выбранной для анализа поверхности на трех различных стадиях регенерации (1000, 2000 и 4000 циклов) и заносим их в табл. 19. Затем по данным табл. 19 при помощи той же статистической программы строим графики распределения размеров измеренных частиц пыли по интервалам (рис. 29). Все графики имеют логнормальное распределение (см. приложение 1). По оси абсцисс показаны интервалы размеров частиц пыли; по оси ординат — количество этих частиц в выборке.
На графиках распределения частиц по размерам видно, что в структуре материала содержится больше всего частиц размером до 5 мкм. Это объясняется тем, что мелкие частицы легче проникают в материал, чем более крупные. То же подтверждают фотографии (рис. 30-32).
