Інноваційні технічні матеріали у ринкових еколого-економічних системах

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Інноваційні технічні матеріали у ринкових еколого-економічних системах

Проф. Л.В. Пелик, д-р техн. наук

Досліджено фільтрувальну здатність тканих і нетканих фільтрувальних текстильних матеріалів на основі термостійких волокон. Методика дослідження полягала у дослідженні фільтрувальної здатності та дослідній експлуатації рукавних фільтрів із тканих та нетканих фільтрувальних матеріалів на основі термостійких волокон на феросплавних заводах. Випробування рукавних фільтрів із тканих матеріалів проведено на фільтрах рукавного відкритого типу з системою регенерації - зворотна продувка, а для нетканих матеріалів - з імпульсною системою регенерації. Проаналізовано вплив фільтрувальних текстильних матеріалів на фільтрувальну здатність в умовах високих температур та вперше запропоновано методологічні підходи, які дають змогу максимально приблизити процес їх термостаріння до реальних умов експлуатації в рукавних фільтрах. Наукова новизна полягає в тому, що вперше в умовах реальної експлуатації створено і спроектовано найефективніші фільтрувальні термостійкі матеріали з урахуванням термічної стійкості за високих температур. Практична значимість полягає в тому, що внаслідок проведених досліджень створено нові види матеріалів технічного призначення на основі арселонового волокна для виробництва рукавних фільтрів для пилогазоочисних систем.

Ключові, слова: рукавні фільтри, фільтрувальна арселонова тканина, волокно номекс, волокно келар.

фільтрувальний текстильний термостійкий волокно

Проблема переходу до принципів сталого розвитку тісно пов'язана із функціонуванням еколого-економічних систем, які базуються на тому, що економічні, соціальні, технологічні та екологічні процеси в довкіллі тісно пов'язані і взаємозалежні. Тому і потрібно розглядати сучасну цивілізацію з точки зору функціонування єдиної еколого-економічної системи, яка на базі доступних ресурсів спроможна забезпечити високий рівень економічного розвитку і відповідні екологічні умови функціонування соціуму та природних екосистем загалом. Розроблення великої кількості інновацій у текстильній галузі впродовж останніх років не знизила актуальності питань якості, безпечності, економічної доцільності технічних матеріалів. Збільшення у текстильній промисловості сегмента матеріалів технічного призначення пов'язане із зростаючою потребою у фільтрувальних матеріалах для пилогазоочисних систем. Останніми роками в Україні висуваються більш суворі законодавчі вимоги до промислових викидів в атмосферу, і тому появилась потреба в розробленні нового покоління вітчизняних фільтрувальних текстильних матеріалів для очищення технологічних газів із вимогою до вихідної концентрації в очищеному газі не більше 20 мг/м3 за умов експлуатації фільтрів з температурою до 200 °С. Проблема екологічної безпеки довкілля набула особливої важливості за умов ринкової економіки. Сьогодні сформувалося декілька основних напрямів охорони біосфери, а саме: переробка відходів виробництва і споживання як вторинної сировини; розроблення і впровадження нових технологічних процесів і систем, які працюють за замкнутим циклом і не утворюють основної кількості відходів; створення нових структур фільтрувальних текстильних матеріалів.

Постановка завдання. Метою роботи є дослідження фільтрувальної здатності текстильних матеріалів із термостійких волокон у реальних умовах, при експлуатації рукавних фільтрів на газоочисних спорудах феросплавних заводів.

Об'єкти та методи дослідження. Дослідна експлуатація рукавних фільтрів із тканих фільтрувальних матеріалів проводилась на Актюбінському заводі феросплавів (Республіка Казахстан) та із нетканих фільтрувальних матеріалів на Алчевському металургійному комбінаті (Україна) і Аксуському заводі феросплавів (Республіка Казахстан). Випробування рукавних фільтрів із тканих матеріалів проводилися на фільтрах ФРЗП (фільтр рукавний відкритого типу з системою регенерації - зворотна продувка та загальною площею фільтрування 17280 м2), а для нетканих матеріалів проводилися на фільтрах ФРІР (фільтр рукавний із імпульсною системою регенерації та загальною площею фільтрування 5600 м2).

Результати дослідження. У повітрі промислових міст фіксується підвищений вміст таких токсичних важких металів, як Cd, Pb, Mn, Cr, Zn, Cu та ін., а також Al, Fe, Ca, Mg [1]. Для очищення газових викидів підприємств металургійної промисловості застосовують багатоступеневі комбіновані схеми сухого і мокрого очищення. У комбінованих схемах сухого очищення перспективним є використання фільтрів рукавного типу на основі нових ефективних термостійких та хімічно-стійких фільтрувальних текстильних матеріалів. Таким вимогам відповідає арселоновий фільтрувальний матеріал. Арселон - термостійке волокно класу поліоксадіазольних волокон. Стабільність фізико-механічних характеристик цього волокна зберігається і за високої температури, аж до 300 °С. У промислових масштабах арселонове волокно виробляється на основі 2-феніл- 1,3,4-оксидіазолу. Синтез полімеру проводиться в одну стадію і практично не шкодить довкіллю. Вихідними речовинами є терефталева кислота, гідразин- сульфат, олеум - це доступні продукти масового виробництва [2]. Структурна формула волокна арселону:

Відомо, що промислові газові викиди можуть містити оксиди сульфуру, нітрогену, кальцію. Забруднювачі затримуються переважно у верхніх дихальних шляхах. Пил меншого розміру осідає в трахеобронхіальній області і при заковтуванні потрапляє в шлунково-кишковий тракт. Тверді частинки можуть розчинятися в слизистих рідинах, утворюючи речовини, які здатні спричинити зміну рН середовища. Пил оксиду кальцію, потрапляючи на слизові оболонки, взаємодіє з вологою води з утворенням лугу - Са (OH)2. Тому оксид кальцію сильно діє на верхні та глибокі дихальні шляхи та легені. Газові компоненти забруднювачів, проходячи систему дихання, частково розчиняються на шляху до легенів, частково потрапляють у легені, а частково виходять із повітрям, що видихається. У людей, які тривалий час вдихають пил СаО, спостерігаються затори верхніх дихальних шляхів, бронхіти, емфізема легень, розлади травлення. Підвищений вміст СаО у повітрі спричиняє лужні опади. А надмірна кількість оксиду кальцію в повітрі спричиняє хімічні опіки на шкірі людині та хвороби нирок та печінки [3].

За наявності вологи в газових викидах можуть відбуватись хімічні реакції з утворенням мінеральних кислот та лугу. Тому фільтрувальні текстильні матеріали повинні мати високу хімічну стійкість. Розбавлені неорганічні кислоти та луги за температури до 100 °С практично не впливають на фізико-меха- нічні характеристики арселонового фільтрувального матеріалу.

Ми розробили фільтрувальну арселонову тканину, яка виготовляється за основою та утоком із арселонової термостійкої пряжі лінійної густини 29текс х2; та нетканий арселоновий матеріал з лінійною густиною пряжі 0,44текс і каркасу - тканини арселонової полотняного переплетення із поверхневою густиною 95 г/м2 та лінійною густиною нитки 0,50текс.

Досліджено, що значним впливам під час експлуатації піддаються не тільки поверхневі шари структури полотна, а й внутрішні. На рис. 1, б і 2, б відображено поперечний переріз тканого арселонового фільтрувального рукава до і після 18 міс. експлуатації на Актюбінському заводі феросплавів.

Рис. 1. Вигляд тканого арселонового фільтрувальногорукавадо експлуатації:

а) у розрізі; б) у поперечному перерізі

Рис. 2. Вигляд тканого арселонового фільтрувального рукава після 18 міс. експлуатації: а) у розрізі; б) у поперечному перерізі

Аналіз поперечного перерізу арселонової тканини після 18 місяців експлуатації свідчить, що осадження частинок пилу у період роботи фільтра за рахунок механізмів дотику, інерції, дифузії і електростатичної дії відбувається на волокнах, які розташовані на поверхні ниток, а також у ворсі.

Волокна всередині кручених ниток в осадженні частинок участі практично не беруть, адже потік газу проходить переважно через отвори між нитками. Спостерігається процес осадження частинок і утворення "мостів" над порами і в них, внаслідок чого утворився суцільний шар пилу, який сам стає вторинним фільтрувальним середовищем, і ефективність очистки зростає. Осадження частинок у поверхневому шарі і всередині запиленої фільтрувальної арселоно- вої тканини базується значною мірою на ситовому ефекті, адже пори в шарі матеріалу, обтікаючі елементи (осаджені пилинки) і вловлюючі частинки близькі за розмірами.

У тканому рукавному фільтрі тканина є основою для формування й утримання фільтрувального пилового шару. Пористість і стабільність пилових шарів залежно від розмірів, форми та інших властивостей частинок, а також від швидкості фільтрування, структури тканини і способів її регенерації змінюється в широких межах. У процесі фільтрування накопичуються шари пилу, які при регенерації не розпиляються в газі, а руйнуються у вигляді великих агрегатів. Внаслідок повторне осадження пилу на тканину знижується і забезпечується швидке випадання його в бункер. При регенерації частина осаду видаляється, але як відображено на рис. 2, б, у внутрішніх шарах тканини між нитками і волокнами залишається значна кількість пилу, яка утворює суцільний шар пилу. Під час фільтрування це дає змогу отримати високу ефективність вловлювання навіть субмікронних частинок.

У тканинних рукавних фільтрах використовують невеликі швидкості фільтрування - 0,5-2 м/хв. За великої швидкості відбувається надмірне ущільнення пилового шару, яке супроводжується різким збільшенням його опору. У разі підвищених перепадів тиску і швидкості фільтрування частинки проникають вглибину тканини, порушується раніше сформований пиловий шар, що супроводжується різким проскоком пилу через отвори між нитками. Крім цього, за високої швидкості фільтрування потрібно частіше проводити регенерацію, яка пришвидшує зношення тканини і механізмів. Таким чином, основною метою регенерації є підтримання режиму, який би забезпечував максимальне зниження гідравлічного опору фільтра зі збереженням високої ефективності самого процесу фільтрування.

Ці недоліки тканин значною мірою усуваються використанням як фільтру нетканих матеріалів. Ефективність вловлювання частинок у цьому випадку не буде визначатися насамперед наявністю раніше сформованого шару пилу. На рис. 3, б і 4, б відображено поперечний переріз нетканого арселонового фільтрувального рукава до і після експлуатації на Аксуському заводі феросплавів.

Аналіз рис. 4, б поперечного перерізу арселонового нетканого матеріалу після 18 місяців експлуатації на Аксуському заводі феросплавів свідчить, що рівномірне розподілення волокон на всій поверхні і в товщині матеріалу, а також відсутність наскрізних отворів забезпечує рівноцінну участь волокон у процесі осадження частинок. Процес фільтрування протікає в об'ємі фільтрувального матеріалу. Під час очищення нетканого матеріалу всередині нього завжди залишається частина пилу, яка забезпечує високу ефективність вловлювання субмікронних частинок.

Рис. 3. Вигляд нетканого арселонового фільтрувального рукава до експлуатації:

а) у розрізі; б) у поперечному перерізі

Рис. 4. Вигляд нетканого арселонового фільтрувального рукава після 18 міс. експлуатації: а) у розрізі; б) у поперечному перерізі

Ця принципова відмінність нетканих фільтрувальних матеріалів від тканих дає змогу у 2-5 разів збільшити навантаження по газу і довести до 6 м3/(м2-хв.), а також проводити регенерацію матеріалу без подачі запиленого газового потоку.

На рис. 2, а та 4, а відображено фрагмент тканого і нетканого фільтрувального арселонового рукава після 18 місяців експлуатації на Актюбінському та Аксуському заводах феросплавів. Фрагменти цих рукавних фільтрів не мають видимих механічних пошкоджень. Робоча зовнішня сторона рукава покрита тонким шаром дрібного пилу. На внутрішній стороні рукава чітко видно відбитки металевого каркаса, що свідчить про високий перепад тиску у процесі фільтрування (рис. 1, а).

Висновки

Досліджено, що щільна структура фільтрувальних текстильних матеріалів призводить до швидкого їх забруднення частками пилу. Дрібні фракції пилу, заповнюючи пористі шари, здатні утворювати пилові утворення на поверхні і в об'ємі полотен, внаслідок чого знижується їх повітропроникність.

Встановлено, що фільтрувальну здатність рукавного фільтру визначає ефективність вловлювання, яка у фільтрувальному арселоновому нетканому матеріалі після 18 міс. знаходилася у межах 98,66- 99,88 % протягом плавки. Це свідчить про оптимально підібраний волокнистий склад полотен та їх спосіб виробництва, які зумовлюють будову матеріалу, а також ефективність застосування імпульсного методу регенерації для фільтрувальних нетканих матеріалів і зворотної продувки для тканих фільтрувальних матеріалів.

Література

Скоробогатий Я.П. Основи екології: навколишнє середовище і техногенний вплив / Я.П. Скоробогатий, В.В. Ощаповський, В.О. Василечко, С.Л. Кусковець. - Львів : Вид-во "Новий Світ-2000", 2008. - 222 с.

Чугуев Д.А. Инновационные нетканые материалы для промышленной фильтрации. Преимущество бескаркасных иглопробивных нетканых материалов / Д.А. Чугуев // Пылегазоочис- тка - 2009 : сб. статей ІІ Междунар. конф. - М. : Изд-во "Пробка", 2009. - С. 90-92.

Кратенко І.С. Санітарно-гігієнічна оцінка стану довкілля під впливом ТЕЦ / І.С. Кратен- ко, В.О. Коробчанський, Г.А. Ніязова, Л.В. Звєрєва, Т.Ф. Сотникова, Л.В. Шелехова // Довкілля та здоров'я. - 2009. - N° 2 (49). - С. 37-40.

Размещено на Allbest.ru