Фильтровальный мешок

Фильтровальный мешок — это сменный фильтрующий элемент рукавного или каркасного типа, предназначенный для тонкой очистки газов, жидкостей и сыпучих материалов от взвешенных твердых частиц. Является основным рабочим узлом в системах промышленной фильтрации (рукавных фильтрах, пылеуловителях, патронных фильтрах) и бытовых пылесосах. Конструктивно представляет собой цилиндрический или конический рукав из пористого материала (ткани, нетканого полотна, мембраны), через который пропускается загрязненная среда, при этом частицы задерживаются на поверхности или в толще материала.

История

Принцип фильтрации через ткань известен с древности (мешочные фильтры для вина, муки), однако промышленное применение началось в XIX веке с развитием горнодобывающей и металлургической промышленности. Первые рукавные фильтры для очистки дымовых газов появились в 1880-х годах в США и Германии. Массовое внедрение фильтровальных мешков в СССР произошло в 1930—1950-е годы на цементных заводах, электростанциях и предприятиях цветной металлургии. В 1960—1970-е годы с появлением синтетических волокон (полиэстер, полипропилен, полиамид) и технологии иглопробивного нетканого полотна эффективность и срок службы мешков резко возросли. Современные разработки направлены на создание мембранных и нановолоконных покрытий, обеспечивающих улавливание частиц размером до 0,1 мкм.

Классификация

По типу фильтруемого материала

• Газовые (воздушные) фильтровальные мешки — для очистки отходящих газов, вентиляционных выбросов, аспирационного воздуха. Наиболее распространённый тип в промышленности.
• Жидкостные фильтровальные мешки — для фильтрации воды, масел, химических реагентов, пищевых жидкостей. Отличаются гидрофобностью или гидрофильностью материала, устойчивостью к агрессивным средам.
• Мешки для сыпучих материалов — для отделения примесей от муки, цемента, песка, гранул пластика. Работают в режиме вакуумной или гравитационной фильтрации.

По конструктивному исполнению

• Рукавные (цилиндрические) — классические длинные мешки диаметром 100–300 мм, длиной до 10 м. Устанавливаются на каркас (клетку) из металлической сетки или прутка. Используются в рукавных фильтрах.
• Картриджные (патронные) — складчатые или гофрированные мешки на жёстком каркасе. Обеспечивают большую площадь фильтрации при меньших габаритах. Применяются в компактных фильтрах.
• Мешки-фильтры для пылесосов — бытовые и промышленные, одноразовые (бумажные, флизелиновые) или многоразовые (тканевые). Имеют форму цилиндра или «мешка» с клапаном.

По способу регенерации

• Импульсные (с обратной продувкой сжатым воздухом) — наиболее эффективный способ очистки мешков от налипшей пыли. Импульс воздуха подаётся внутрь мешка, стряхивая пыль.
• Механические (с вибрацией или встряхиванием) — мешок встряхивается механическим приводом, пыль осыпается в бункер. Используется в старых моделях и для грубой очистки.
• С обратной продувкой (реверсивный поток) — поток газа подаётся в обратном направлении через мешок, выдувая пыль. Менее эффективен, чем импульсный.

Устройство и характеристики

Конструкция

Фильтровальный мешок состоит из следующих основных элементов:

• Фильтровальный материал — основной слой, задерживающий частицы. Может быть однослойным или многослойным (с подложкой, мембраной, защитным покрытием).
• Шов — продольный или спиральный (для рукавов), выполняется нитками из того же или термостойкого материала. Герметичность шва критична для эффективности.
• Верхняя часть (оголовок) — может содержать металлическое кольцо, хомут, фланец или защёлку для крепления к трубной решётке фильтра. У мешков для пылесосов — пластиковая рамка или картонный фланец.
• Нижняя часть (дно) — может быть глухим (для мешков с глухим дном) или открытым (для прохода газа). У рукавных фильтров дно часто оснащается грузом (кольцом) для натяжения.
• Внутренний каркас (клетка) — для рукавных мешков: металлический или пластиковый каркас, предотвращающий схлопывание мешка под действием вакуума. Для жидкостных мешков каркас может отсутствовать.

Основные характеристики

• Тонкость фильтрации — размер наименьших частиц (в микронах), которые задерживает мешок. Для газовых мешков — от 0,1 мкм (мембранные) до 50 мкм (грубые). Для жидкостных — от 1 мкм до 200 мкм.
• Воздухопроницаемость — скорость прохождения газа через материал (л/м²·с). Влияет на производительность фильтра и перепад давления.
• Термостойкость — максимальная рабочая температура. Для полиэстера — до 130 °C, для полипропилена — до 90 °C, для полиимида (P84) — до 260 °C, для стекловолокна — до 280 °C, для PTFE (тефлон) — до 260 °C.
• Химическая стойкость — устойчивость к кислотам, щелочам, органическим растворителям. Полипропилен стоек к кислотам и щелочам, полиэстер — к кислотам, но разрушается щелочами.
• Механическая прочность — устойчивость к истиранию, разрыву, циклическим нагрузкам. Важно для мешков, работающих с абразивной пылью (цемент, песок).
• Срок службы — от 6 месяцев до 5 лет в зависимости от условий эксплуатации и материала.

Материалы

• Полиэстер (PES) — наиболее распространённый материал для газовых мешков при температурах до 130 °C. Хорошая стойкость к кислотам, низкая стойкость к щелочам. Выпускается в виде иглопробивного нетканого полотна.
• Полипропилен (PP) — для жидкостной фильтрации и газов при температурах до 90 °C. Высокая химическая стойкость, низкая стоимость.
• Полиамид (PA) — для абразивной пыли, высокая износостойкость, но низкая термостойкость (до 100 °C).
• Полиимид (P84) — термостойкий (до 260 °C), используется для горячих газов (металлургия, цементная промышленность).
• Стекловолокно (Glass) — для очень высоких температур (до 280 °C), но низкая стойкость к истиранию. Требует специальных покрытий.
• PTFE (тефлон) — химически инертный, термостойкий (до 260 °C), используется в агрессивных средах (химическая промышленность). Дорогой, часто применяется в виде мембраны.
• Арамид (Nomex, Kevlar) — термостойкий (до 200 °C), высокая прочность, используется в пожароопасных условиях.
• Бумага и флизелин — для одноразовых мешков бытовых пылесосов. Низкая стоимость, ограниченный ресурс.

Применение

Промышленность

• Цементная промышленность — очистка отходящих газов вращающихся печей, сушильных барабанов, мельниц. Используются мешки из полиэстера, P84, стекловолокна.
• Металлургия — улавливание пыли от доменных печей, конвертеров, электропечей. Требуются термостойкие мешки (P84, стекловолокно, арамид).
• Химическая промышленность — фильтрация агрессивных газов и жидкостей. Применяются мешки из PTFE, полипропилена.
• Пищевая промышленность — очистка воздуха на мукомольных, сахарных, масложировых производствах. Используются мешки из полиэстера, полипропилена (для пищевых жидкостей).
• Энергетика — очистка дымовых газов угольных и газовых электростанций. Мешки из P84, стекловолокна.
• Деревообработка — аспирация древесной пыли. Мешки из полиэстера.
• Фармацевтика — тонкая фильтрация воздуха в чистых помещениях, улавливание лекарственной пыли. Мешки с мембранным покрытием.

Бытовое применение

• Пылесосы — одноразовые бумажные и флизелиновые мешки, многоразовые тканевые мешки. Обеспечивают улавливание пыли, аллергенов, шерсти.
• Водяные фильтры — мешки для фильтрации воды из скважин, колодцев, систем водоснабжения. Используются для удаления песка, ржавчины, взвесей.
• Воздушные фильтры — в системах вентиляции и кондиционирования (карманные фильтры, мешочные фильтры).

Критерии выбора

При выборе фильтровального мешка учитываются:

• Тип загрязнителя (размер частиц, абразивность, химический состав).
• Температура и влажность газа или жидкости.
• Требуемая тонкость фильтрации.
• Допустимый перепад давления.
• Способ регенерации (импульсный, механический).
• Срок службы и стоимость.
• Условия эксплуатации (агрессивные среды, высокая температура).

Обслуживание и замена

Фильтровальные мешки требуют регулярного обслуживания: контроля перепада давления, визуального осмотра на наличие повреждений (проколов, разрывов, износа швов), своевременной регенерации. Замена мешков производится при достижении предельного перепада давления (обычно 1500–2000 Па для газовых фильтров) или при снижении эффективности очистки. Средний срок службы мешка в промышленных условиях составляет 1–3 года. Для продления срока службы используются предварительные фильтры (циклоны, жалюзийные пылеуловители), снижающие нагрузку на мешки.

Источники

• ГОСТ Р 50820-95 «Фильтры рукавные. Общие технические условия».
• Справочник по пыле- и золоулавливанию / под ред. А. А. Русанова. — М.: Энергия, 1975.
• Каталог фильтровальных материалов и оборудования компании «Donaldson Torit» (раздел «Filter Bags»).
• Техническая документация производителей фильтровальных мешков (BWF Envirotec, Lydall, GKD).
• Учебное пособие «Промышленная очистка газов» / В. И. Семёнов, М. А. Толмачёв. — М.: МИСиС, 2010.