CIKLONI

Cikloni spadaju u grupu centrifugalnih separatora. Koriste se za izdvajanje čestica materijala iz vazdušne struje, čija je krupnoća iznad 10 . Na sl. 1 prikazan je običan cilindrično - konusni ciklon. Mešavina vazduha i materijala ulazi tangentno relativno velikom brzinom kroz cev (1) u cilindrični deo (2) ciklona. Pod dejstvom Zemljine teže, centrifugalne sile i sile otpora, mešavina dobija prostorno spiralno kretanje. Čestice materijala odlaze najpre ka zidu cilindričnog dela ciklona usled centrifugalne sile, a zatim, pod uticajem Zemljine teže naniže kroz konusni deo (3) i izlaznu cev (4) napuštaju ciklon. Očišćena vazdušna struja se u vidu unutrašnje spirale vraća vertikalno naviše i kroz cev (5) izlazi u atmosferu ili odlazi u filter na dopunsko prečišćavanje. Naime, ciklon ne može da izdvoji sve čestice iz vazdušne struje. Obični cikloni izdvajaju 97 – 98 % materijala iz vazdušne struje, a specijalni i do 99,5 %.

Slika 1 – Izgled ciklona

1

Na svaku česticu materijala, koja se nalazi na spirali kao putanji, deluju za vreme njenog kretanja sledeće sile: inercijalna, centrifugalna, Zemljina teža i sila otpora. Izrazi za poslednje 3 sile glase:

,

, ,

pri čemu je uzeto da je opstrujavanje čestice za vreme njenog kretanja u ciklonu laminarno. Ono je po pravilu turbulentno, ali se usvaja navedena pretpostavka jer se ne zna stvarni koeficijent otpora čestice. ct (m/s) – brzina čestice koja leži u pravcu tangente na spiralu, rS (m) – poluprečnik krivine spirale u tački u kojoj se nalazi čestica.

Obično je ct=(0,7 – 0,8 )vu, gde je vu=(12 – 18) m/s brzina vazduha na ulazu u ciklon.

Stvarna putanja čestice u ciklonu ne može analitički da se odredi jer se ne znaju uglovi koje bi te sile gradile sa osama nekog usvojenog koordinatnog sistema. Zbog toga se i konstruktivni parametri ciklona određuju korišćenjem približnih metoda. Na primer, ako bi se čestica kretala samo pod dejstvom centrifugalne sile i sile otpora, njihovim

izjednačavanjem bi se dobilo , jer je u ovom slučaju brzina

u izrazu za silu otpora jednaka radijalnoj komponenti cr. Vreme koje prođe dok čestica pređe put određen poluprečnicima rs=Du/2 i rS=Ds/2 dobija se

integraljenjem prethodne diferencijalne jednačine i iznosi .

Sa druge strane , vreme koje prođe dok čestica pređe put jednak visini Hc

cilindričnog dela ciklona je: , gde je va(m/s) – brzina

vazduha u pravcu ose ciklona, qf – količina vazduha. Ispravan rad ciklona

zahteva tc>t tako da se dobija : . Odavde se vidi da je visina

cilindričnog dela ciklona sve veća što je transportovani materijal sitniji. Međutim, slučaj ravnoteže centrifugalne sile i sile otpora može i ovako da se

napiše: .

Ako bi se čestica kretala samo vertikalno naniže, tada bi se iz

ravnoteže sile otpora i Zemljine teže dobilo: , jer je u tom

2

slučaju v=vs u izrazu za Fw. Prema tome, izjednačavanjem poslednja dva

izraza dobija se odnos brzina: .

Kada rs r (sl. 2) biće , jer tada ct ctu i cr cm. Sa druge

strane, za osamljeni vrtlog je , pa je .

Slika 2

Na osnovu izraza ( << ), dobija se: . U

graničnom slučaju je r = DS /2 i d = dgr , gde dgr određuje krupnoću čestica koje će još dospeti do zida cilindričnog dela ciklona, pa je konačno:

, gde je . Prema tome, ciklon prečnika Ds

izdvojiće sve čestice krupnoće d>dgr, odnosno čestice krupnoće d<dgr ciklon neće izdvojiti, već će ga one napustiti kroz cev 5 (slika 1). Za izdvajanje čestica krupnoće d<dgr mora da se ugradi efikasniji prečistač vazduha.

Konstanta C približno može da se izračuna kao , gde se

znak "-" uzima za ciklone tipa OTI (sl. 3a), odnosno znak "+" za ciklone tipa UC – 38 (sl. 3b).

U poslednje vreme sve više se primenjuju cikloni koji su nastali sjedinjavanjem dobrih strana ciklona OTI i UC – 38. To su cikloni BCM (sl. 3c).

3

spirala

krug

Slika 3a – ciklon OTI, b – ciklon UC – 38, c – ciklon BCM

Proračunske formule za ova tri tipa ciklona date su u tabeli 1, dobijene uglavnom eksperimentalno. Tabela 1

Pad pritiska vazduha za vreme njegovog prolaska kroz ciklon određuje se pomoću formule:

,

gde je: - koeficijent otpora ciklona; vu=(12 – 18) m/s – brzina vazduha na ulazu u ciklon; m – karakteristika ciklona.

4

a) b) c)

Tip ciklona Dimenzije u mm

Brzina vazduha u izlaznoj cevi ciklona obično iznosi vi=(4 – 8,5) m/s. Prema toj brzini i količini vazduha qf izračunat je prečnik Di izlazne cevi ciklona.

U tabelama 2 i 3 dati su podaci o standardnim ciklonima UC – 38 i OTI, koje su dobijene primenom navedenih proračunskih formula u tabeli 1. Tabela 2. Ciklon UC – 38

Tabela 3. Ciklon OTI

Stepen dobrote prečišćavanja jednog ciklona prema rezultatima dimenzione analize zavisi od Froude – ovog, Reynolds – ovog broja i odnosa , gde je L neka karakteristična dužina ciklona koja definiše njegovu geometriju:

.Oblik ove funkcije određuje se uglavnom eksperimentalno. U ciklonima se postiže znatno veći stepen dobrote prečišćavanja nego

u taložnicima i inercionim odvajačima prašine. Osnovni nedostaci ciklona su relativno niske vrednosti stepena dobrote prečišćavanja za tankodisperzne prašine, veliki hidraulički otpori i shodno tome velika potrošnja energije za proces prečišćavanja gasova, mehaničko trošenje zidova aparata usled trenja

5

Važi za vu=12 m/s

Važi za vu=12 m/s

Tip ciklona Dimenzije u mm

Dimenzije u mm

čvrstih čestica i dosta velika osetljivost u radu sa promenljivim opterećenjem (protokom).

Izbor najpogodnijeg tipa ciklona

Ako raspolažemo sa osnovnim karakteristikama ciklona koje su dobivene laboratorijskim ispitivanjem, onda možemo izabrati tip koji za projektovane uslove najbolje odgovara.

Kad treba izdvajati vrlo finu prašinu, onda suvi cikloni nisu najpogodniji odvajači, nego se uzimaju mokri ili električni odvajači. Suvi cikloni se i u ovom slučaju mogu upotrebiti samo kao prvi stepen za odvajanje većih čestica i sniženje koncentracije prašine u gasu.

Kriterijumi za izbor tipa ciklona su sledeći:

a) Kakve su čestice smeše (abrazivne ili neabrazivne, fine ili grube). Grubost prašine se ocenjuje na osnovu krive ostatka kod prosejavanja za određeni uzorak (sl. 4) ili za više analiziranih uzoraka prašine iz kojih ocenjujemo da li se radi o gruboj, srednje gruboj ili sitnoj prašini.

Slika 4

b) Kakav je stepen lepljivosti. Tako se npr. računa da je lepljivost i abrazivnost sledeća:

Tabela 4

6

Grupa Lepljivost Abrazivnost NeabrazivnostI nelepljiva prah šljake neke glineII malo lepljiva koksna prašina ugljeni prahIII srednje lepljiva leteći pepeo,

suvi cementolovni oksid,

čađ, suvo mlekoIV vrlo lepljiva vlažan cement brašno, kakao

c) Kakva je koncentracija primesa u gasu

d) Kakva je zavisnost trajanja odvajača od gubitka pritiska. Na sl. 5 vidi se porast relativne izdržljivosti ciklona sa smanjenjem pada pritiska.

Pojam relativne izdržljivosti ciklona uvodi se obzirom da je apsolutnu izdržljivost teško odrediti. Npr. ako se pad pritiska smanji sa 100 mm g. st. na 50 mm, trajnost ciklona koji je izložen abraziji će se povećati 6 puta.

Pad pritiska zavisi od protoka i dat je za svaki tip ciklona kao funkcija protoka.

Slika 5 - Zavisnost trajanja ciklona od gubitka pritiska

Proračun dimenzija ciklona

7

Zavisno od konstrukcije cikloni se po svojim osobinama mogu znatno razlikovati. Zato se ne može dati jedinstven način za proračun dimenzija ciklona.

Za određene tipove ciklona postoje preporuke kako se može doći do potrebnih dimenzija i stepena odvajanja za konkretan slučaj.

Obično su poznati sledeći polazni podaci:1. Količina gasa koju treba prečišćavati VN (m3/h) 2. Temperatura gasa na ulazu u ciklon t ( C)3. Sadržaj vodene pare m (kg/m3)4. Koncentracija čestica na ulazu u ciklon koje treba odvojiti c (kg/m3)5. Granulometrijski sastav praha (%) – maseni6. Specifična težina praha (kg/m3)7. Dozvoljeni pad pritiska u ciklonu p (mm VS)8. Pritisak gasa na ulazu u ciklon P (mm Hg)9. Specifična težina gasa (kg/m3)10. Potrebni stepen odvajanja Ou.

Zadatak je da se izvrši izbor tipa ciklona, odrede glavne dimenzije, nađu frakcioni i ukupni stepeni odvajanja.

Prethodni proračun obuhvata izračunavanje količine i specifične težine gasa s obzirom na njegovo stanje ispred ciklona:

,

,

gde su VN i dati za vlažno stanje gasa.U slučaju da su zadati protok i specifična težina za suvo stanje gasa,

onda je:

(m3/h)

(kg/m3)

gde je 0,804 – specifična težina vodene pare pri normalnim uslovima.

Proračun ciklona tipa NIIOGAZ

8

Institut NIIOGAZ (Moskva) razvio je nekoliko tipova ciklona koji imaju vrlo dobre karakteristike. Pored toga, na osnovu opsežno izvršenih ispitivanja ovaj institut daje precizna uputstva za izbor i proračun ciklona.

Izgled ciklona dat je na sl. 6., a osnovne geometrijske karakteristike date su u tabelama.

Slika 6 – Gabaritne mere ciklona NIIOGAZ

Proračun ide sledećim redom:

1) Na osnovu krive frakcijskih stepena odvajanja (sl. 7) i datog granulometrijskog sastava praha nalaze se frakcioni Ofr i ukupni stepeni odvajanja Ou. Pošto dijagram na sl. 7 važi za određene uslove, dobijeni Ou

treba proračunati na zadate uslove.a) Korekcija na stvarnu specifičnu težinu praha se vrši prema

dijagramu (slika 8).b) Korekcija na pad pritiska gasa određene temperature i vrši se

prema slici 9 ako se usvoji . Ovaj odnos se bira između 55 i 75 m ili se može izračunati ako je dato p.

9

2) Na osnovu dijagrama na slikama 10 i 11 mogu se za niz pretpostavljenih tipova i veličina ciklona odrediti očekivani stepeni odvajanja i uporediti sa zadatim stepenom odvajanja. Na ovaj način isključuju se tipovi i veličine koje ne zadovoljavaju zadate uslove.

10

sl. 7. sl. 8.

sl. 9.

sl. 10.sl. 11.

3) Broj potrebnih ciklona n određuje se prema formuli:

i predstavlja se tabelarno.Od preostalih veličina i tipova konačno se bira najpovoljnija varijanta,

obično sa manjim parnim brojem ciklona koji imaju najmanje prečnike. Tipovi koji nam daju broj ciklona veći od 8 se isključuju, jer daju preglomaznu dispoziciju, pa bi u tom slučaju bolje odgovarali baterijski cikloni. 4) Računa se očekivani pad pritiska

(mm VS)

Proračun ciklona prema W. Barthu

Barth je predložio 5 tipova ciklona (od I do V) čije su glavne geometrijske mere i izgled dati u tabeli 5 i na slici 12.

Slika 12 Tabela 5

Proračun dimenzija zasniva se na sledećim razmatranjima:Najznačajnija površina za odvajanje u ciklonu je cilindrična površina prečnika 2ri koja nastaje zamišljenim produživanjem uronjene cevi (sl. 13). Merenjem obimnih brzina u ciklonu utvrdilo se da su one najveće približno na ovoj površini, a samim tim su i centrifugalne sile koje deluju na deliće prašine najveće na ovoj površini.

11

Slika 13 – Šema ciklona

Redosled proračuna je sledeći:1) Na osnovu zadatog p za jedan ili više tipova ciklona iz izraza za

(tabela 5) računa se: - brzina na ulazu u ciklon (presek e –e).

2) Na osnovu ve traži se veličina preseka e – e , , a iz izraza za

graničnu brzinu taloženja , dobija se:

12

.

3) Sada se mogu pomoću dijagrama (sl. 14) odrediti, prema datom granulometrijskom sastavu, frakcioni i iz njih ukupni stepeni odvajanja

Slika 14 – Zavisnost stepena frakcionog odvajanja od veličine zrna i brzine padanja delića praha

4) Upoređuje se dobijeni stepen odvajanja sa zadatim i ako je:a) izračunati stepen odvajanja veći od zadatog, može se smanjivati

zadati pad pritiska i time smanjiti energija koja se troši na odvajanje.b) izračunati stepen odvajanja manji od zadatog, tada se mora smanjiti

vs , a to se postiže smanjivanjem protoka kroz jedan ciklon pri datom p ili deljenjem na više ciklona vezanih paralelno (pri tome se menja Ae, pa i dimenzije ciklona), pa se celi proračun ponavlja dok se ne postigne traženi stepen odvajanja.

Kada smo dobili zadati stepen odvajanja, onda iz obrasca za odgovarajuće vs, izračunamo h. Čim znamo jednu dimenziju ciklona, ostale dimenzije dobićemo iz tabele 5 za dotični tip ciklona.

Na osnovu ovih proračuna može se zaključiti da svi polaze od nekih usvojenih geometrijskih odnosa dimenzija ciklona, a samo se na različite načine razmatra određivanje efekta odvajanja. Pouzdanije rezultate daju modeli koji su sistematski ispitani.

Ako se radi o specijalnim zahtevima kao što su jaka abrazivnost materijala, posebno oštri uslovi za stepen odvajanja, veća lepljivost materijala i sl. potrebno je napraviti modele ciklona i na njima proveriti odabranu geometrijsku formu pri zadatim uslovima rada.

Karakteristike ciklona

NIIOGAZ - cikloni dobro odvajaju čestice od 5 i veće i to tim bolje što su manjeg prečnika.

13

wo* vs

Upotrebljavaju se za kapacitete od 20 m3/h gasa do 100 000 m3/ h gasa za grupu od 8 ciklona. Rade sa gasom do temperature od 400 C, pa i više.

Dozvoljena koncentracija praha u gasu zavisi od prečnika i za malo lepljivi prah iznosi:

Tabela 6Prečnik ciklona (mm)

800 600 400 200 100 60 40

Dozvoljena zaprašenost gasa (g/m3)

400 300 200 150 60 40 20

Dozvoljena zaprašenost gasa se smanjuje 2 puta kod srednje lepljivog praha, a 4 puta kod jako lepljivog praha.

Ovi cikloni se obično postavljaju vertikalno, tako da se ispust prašine nalazi dole. Kod praha sa česticama ispod 40 , koncentracije do 20 (g/m3) i brzini gasa iznad 3 m/s dozvoljava se horizontalan, pa čak i obrnuti vertikalan položaj ciklona, a da se pri tom ne smanji efekat odvajanja.

Zbog svog dobrog efekta odvajanja cikloni NIIOGAZ se upotrebljavaju za odvajanje letećeg pepela u industrijskim kotlarnicama, pri čemu cikloni prečnika 600 – 800 mm snižavaju koncentraciju praha u izlaznom gasu na 100 – 400 mg/m3, kod ložišta sa rešetkom za podmoskovski ugalj.

Ciklon van Tongerenov (sl. 15) rešava pitanje stvaranja vrtloga pod gornjim kapkom ciklona, jer se u tom vrtlogu skuplja prašina koja pri padanju može biti odvedena u uronjenu cev i time će smanjiti stepen odvajanja. Zato se gas uvodi u ciklon spiralom koja je nešto spuštena ispod gornjeg kapka cilindričnog dela ciklona. Čestice prašine koje se pod kapkom akumuliraju bivaju odvedene prorezom u poseban džep, koji sa spoljne strane ciklona odvodi te čestice na dno konusa ciklona. Ova konstrukcija poboljšava stepen odvajanja ciklona.

14

Slika 15 – Van Tongeren – ov ciklon

Multicikloni

Cikloni manjeg prečnika imaju bolji koeficijent odvajanja, jer izdvajaju i vrlo sitne čestice iz vazdušne struje. Međutim, cikloni malog prečnika imaju i malu propusnu moć uz istovremeni porast koeficijenta otpora. Porastom ulazne brzine gasa povećavaju se gubici pritiska, a time i utrošak energije. Da bi se ostvarili i veći kapaciteti prečišćavanja vazduha i zadovoljavajući stepeni odvajanja, cikloni malog prečnika se udružuju u baterije ciklona. Tako se od ciklona prečnika 1 – 7 m prelazi na grupe malih ciklona od 4, 8, 12 pa čak i do par stotina paralelno ukopčanih ciklona prečnika 100 – 250 mm. Zavisno od raspoloživog prostora za ugradnju baterije u pogonu, cikloni se u njoj raspoređuju u jednom ili u dva reda (sl. 16 i sl. 17).

15

Slika 16 – Baterija sa jednim redom ciklona

Slika 17 – Baterija sa dva reda ciklona

16

U jednom pogonu može biti ugrađeno i više baterija ciklona ako to protok mešavine vazduha i čestica materijala zahteva. Za velike količine gasa upotrebljavaju se kao članci baterijskih ciklona osni (vrtložni) cikloni (sl. 18) sa povećanom propusnošću koji se sastavljaju u velike baterije multiciklona (sl. 19). Multiciklonima se postiže dobro odvajanje čestica do 5

.

Slika 18 – Osni ciklon Slika 19 – Multiciklon

Proračun baterije ciklona obavlja se tako što se ukupni protok vazduha qf podeli na broj ciklona u bateriji i njihove dimenzije odrede primenom proračunskih formula datih u tabeli 1. Ukupan pad pritiska baterije jednak je za sve ciklone jer su oni u bateriji povezani paralelno.

Kada se više ciklona veže u baterije, onda može doći do manjeg opadanja stepena odvajanja, koji onda iznosi Ouk= y Ouk1.

Ouk1 je stepen odvajanja za jednu ćeliju, a y je faktor koji se daje za razne kombinacije ciklona u bateriji. Za jedan članak je y=1, a za više članaka u bateriji je y<1 (npr. 0,98 ili 0,96).

Naročiti efekti odvajanja postižu se u dvostepenom rasporedu. Kao prvi stepen služe cikloni većeg radijusa, koji izdvajaju veće čestice, čija je štetnost u pogledu abrazije naročito ozbiljna. Zatim se gas vodi u drugi stepen odvajanja, sa manjim prečnikom članaka, koji odvajaju preostalu sitniju prašinu.

17

Zbog lakšeg začepljavanja sitnom prašinom koja je veoma lepljiva, ili oštećenja abrazijom, baterijski multicikloni se zamenjuju grupnim rasporedom nešto većih ciklona prečnika 300 – 600 mm ili još većim.

Izlazne cevi pojedinih ciklona u bateriji povezuju se pužnim transporterom ispod čije se izlazne cevi postavlja sektorski dozator kad god se radi o usisnom sistemu pneumatskog transporta. Kad je u pitanju manji broj ciklona, onda se umesto zajedničkog pužnog transportera mogu postaviti sektorski dozatori ispod svakog ciklona, a njihov izlaz može se povezati na zajednički odvod izdvojenog materijala.

Određivanje stepena dobrote prečišćavanja

Stepen dobrote prečišćavanja može se odrediti eksperimentalno na izvedenom ciklonu merenjem pojedinih karakterističnih veličina. Koriste se sledeće oznake:Gu (kg/h) – protok prašine na ulazu u ciklon,Gi (kg/h) – protok prašine na izlazu u ciklon,Go (kg/h) – protok izdvojene prašine,Vu (m3/h) – zapreminski protok gasa na ulazu u ciklon,Vi (m3/h) – zapreminski protok gasa na izlazu iz ciklona,Cu (g/m3) – zapreminska koncentracija prašine u gasu na ulazu u ciklon ("opterećenje gasa"),Ci (g/m3) – zapreminska koncentracija prašine u gasu na izlazu iz ciklona ("opterećenje gasa").

Pri ispitivanju ciklona vrše se sledeća merenja, tj. određuju se ili:a) Go (kg/h), Ci (g/m3), Vi (m3/h) ilib) Go (kg/h), Cu (g/m3), Vu (m3/h) ilic) Cu (g/m3), Ci (g/m3).

Sa ovako izmerenim vrednostima može se odrediti stepen dobrote celog ciklona, tzv. ukupni stepen dobrote prečišćavanja za date uslove eksploatacije i za date karakteristike heterogenog sistema gas – prašina:

,

pri čemu za redovan slučaj Vu= Vi, biće:

.

18

Najlakše se meri Go (kg/h), pri čemu se vodi računa da se meri stvarna količina prašine koja se izdvoji za neko određeno vreme pri stacionarnom režimu rada.

Za određivanje Vu (m3/h) i Vi (m3/h) mora se meriti brzina u raznim tačkama preseka kanala (najčešće odgovarajućim sondama), a zatim se određuje srednja brzina koja je merodavna. Uporednim merenjem temperature i pritiska na istim mestima u kanalu i poznavanjem preseka kanala može se odrediti Vu (m3/h) ili Vi (m3/h).

Za merenje koncentracije gasa postoji samo mogućnost uzimanja iz gasne struje određene količine gasa (probe), pa da se na neki način, npr. filtriranjem odredi količina prašine u toj količini gasa. Uzimanje probe gasa vrši se specijalnim sondama. Da bi u sondu ulazio gas sa odgovarajućom količinom prašine odgovarajućeg granulometrijskog sastava, uzimanje probe gasa mora biti izokinetičko, tj. gas mora da ulazi u sondu sa onom brzinom koju gas u toj tački preseka ima i bez postavljanja sonde. Znači, uopšte, na istom mestu u kanalu treba meriti istovremeno brzinu, temperaturu i pritisak gasa, kao i brzinu na ulazu u sondu. Greške kod ovih merenja su relativno velike.

Utvrđena vrednost ukupnog stepena dobrote odvajanja prilikom ispitivanja konkretnog ciklona u eksploataciji sa određenom prašinom ne daje nikakvo merilo o ponašanju istog ciklona pri radu sa drugom prašinom ili sa drugim opterećenjem na ulazu u ciklon.

Iz tih razloga potrebno je poznavati stepen dobrote odvajanja po frakcijama , tj. kako se iz gasne struje izdvajaju čvrste čestice raznih veličina. Frakcijski stepen dobrote odvajanja zajedno sa karakteristikama prašine na ulazu u ciklon omogućuje određivanje efikasnosti ciklona pri raznim uslovima rada, kao i pri radu sa različitim prašinama i različitim koncentracijama na ulazu u ciklon.

Za određivanje frakcijskog stepena dobrote potrebno je poznavati granulometrijski sastav prašine na ulazu u ciklon.

U praksi se često koristi izraz:

,

gde suGfu (kg/h) – protok određene frakcije na ulazu u ciklon,

- stepen odvajanja određene frakcije,ili u integralnom obliku:

19

,

gde su:R(x) – funkcija koja definiše krivu ostatka prašine na ulazu u ciklon,

- frakcijski stepen odvajanja posmatranog ciklona u zavisnosti od veličine zrna x ( ).

Poznato je da se sitovnom analizom može odrediti granulometrijski sastav prašine, odnosno linija ostatka R(%) (slika 4) u zavisnosti od veličine zrna R=f(x).

Diferenciranjem linije ostatka dobija se funkcija raspodele zrna. Eksperimentalno je utvrđeno da većina produkata finog mlevenja, kao i prašine, zadovoljavaju jednačinu RRS – raspodele (Rosin – Rammler – Sperling):

.

Integraljenjem ovog izraza dobija se linija ostatka za takve materijale:

,

gde je ona dimenzija zrna za koju je , a n konstanta, koja za

prašine ima vrednost od 0,4 do 1,2. Prema tome, sa dve veličine (na primer i n) svaka prašina je granulometrijski potpuno određena.

Numeričko izračunavanje vrednosti RRS – funkcije bilo bi za praksu sporo i teško, ali se do grafičkog rešenja dolazi dvostrukim logaritmovanjem linije ostatka:

,

što znači da je linija ostatka u RRB – koordinatnom sistemu (Rosin – Rammler – Bennett) predstavljena pravom linijom. Na ordinati je izabrana dvostruka logaritamska podela, a na apscisi logaritamska podela.

Da bi se odredio stepen dobrote odvajanja po frakcijama potrebno je odrediti linije ostatka: za prašinu na ulazu u ciklon, na izlazu, kao i za izdvojenu prašinu.

Za neku frakciju sa rasponom veličine zrna između x=a i x=b, biće:fi(b)- fi(a)= i ,fu(b)- fu(a)= u ,fo(b)- fo(a)= o ,

pa se može uspostaviti veza između ukupnog stepena odvajanja i frakcijskog stepena odvajanja za određenu frakciju:a) Ako je poznat Gi i Go

20

,

b) Ako je poznat Gu i Go

,

c) Ako je poznat Gu i Gi

.

Sa poznatim funkcijama raspodele prašine na ulazu i izdvojene prašine, može se u koordinatnom sistemu nacrtati zavisnost =f(x) (sl. 20).

Ova kriva definisana je sa dve karakteristične veličine zrna xhyp za koju je =50 % i xgr za koju je =99,5 % (hipotetičko zrno i granično zrno).

Slika 20

Uopšte, ova zavisnost je najvažnija karakteristika jednog odvajača prašine u pogledu kvaliteta i efikasnosti odvajanja prašine i tačno definiše stepen dobrote odvajanja u zavisnosti od granulometrijskog sastava prašine na ulazu u ciklon.

Eksperimentalno su utvrđene sledeće prosečne vrednosti za hipotetičko i granično zrno:

za ciklon xhyp=35 i xgr=140 . za multiciklon xhyp=8 i xgr=50 .

FILTRIRANJE

Pod operacijom filtriranja podrazumeva se razdvajanje suspenzija poroznim pregradama (filtrima – tkanina, mreža, hartija,...), koje propuštaju tečnu fazu (filtrat), a na kojima ostaju čestice čvrste faze iz suspenzije. Kao

21

50

xhip xgr

99,5

rezultat neposrednog kontakta suspenzije sa površinom porozne pregrade i razlike pritisaka ispred i iza pregrade tečna faza prolazi kroz poroznu pregradu i skuplja se u vidu filtrata (prečišćene tečnosti), dok se čestice čvrste faze zadržavaju na površini porozne pregrade stvarajući sloj taloga (pogače), koji se povremeno odstranjuje. Filtriranje se može vršiti u cilju razdvajanja svih suspenzija, sve do koloidnih rastvora koji se filtriranjem ne mogu razdvojiti.

Razlikuju se dva tipa filtriranja:Filtriranje kroz pogaču se primenjuje za suspenzije kod kojih je

zapreminski udeo čvrste faze veći od 1%, kada se iznad filtera obrazuje talog, koji predstavlja medijum za filtraciju (slika 1).

Slika 1

Drugi tip je filtriranje kroz filtracioni medijum. U ovom slučaju zapreminski udeo čvrste faze manji je od 1% i tada se pore filtera zapuše pre nego što uopšte i dođe do formiranja taloga. Potrebno je zaprljani medijum često menjati da bi filtriranje moglo da se izvodi.

Tečna faza mora da savlada hidrauličke otpore porozne pregrade i formiranog sloja taloga. Pošto sloj taloga raste sa vremenom trajanja procesa, rastu i hidraulički otpori. Za njihovo savlađivanje mora se obezbediti razlika pritisaka ispred taloga i iza porozne pregrade:

pumpom, koja ubacuje suspenziju u aparat, vakuum pumpom, koja izbacuje filtrat iz aparata, visinom stuba suspenzije iznad sloja taloga, kombinacijama navedenih načina.

Proces filtriranja se najčešće vrši pri konstantnoj razlici pritisaka. Brzina filtriranja opadaće sa porastom visine sloja taloga (trajanja procesa). Ona se može održati konstantnom povećavanjem razlike pritisaka sa porastom sloja taloga i u tom slučaju filtriranje se vrši u filter - presama.

Prilikom filtriranja jako viskoznih suspenzija sa malim količinama sitnih čestica čvrste faze, iste se zadržavaju u porama filtera gotovo bez

22

suspenzija

talog (pogača)pregrada

filtrat

formiranja taloga. Tada brzina filtriranja naglo opada. Iz tog razloga filtriranje sa zapušavanjem pora se izbegava u praksi.

Filtriranje je često praćeno taloženjem čestica pod uticajem zemljine teže. Taloženje potpomaže operaciju filtriranja u slučaju kada se pravci strujanja suspenzije i kretanja čestica koje se talože, poklapaju. Ovaj slučaj je veoma čest u praksi kada je porozna pregrada horizontalna i kada se nalazi ispod sloja suspenzije. U suprotnim slučajevima proces taloženja ometa operaciju filtriranja.

Talog koji se formira na poroznoj pregradi prilikom filtriranja može biti stišljiv ili nestišljiv. Stišljiv (amorfni) talog sastoji se iz delića koji se deformišu pod dejstvom pritiska, menjaju oblik i zapreminu, pa se menja i veličina pora u samom sloju taloga. Nestišljiv (kristalni) talog sastoji se iz delića čiji se oblik i zapremina praktično ne menjaju sa porastom pritiska.

Koncentracija kristalnog taloga ne zavisi od razlike pritisaka, od visine sloja taloga ni od koncentracije suspenzije. Brzina filtriranja kod suspenzija sa kristalnim talogom raste sa porastom razlike pritisaka, dok kod suspenzija sa amorfnim talogom porast razlike pritisaka povoljno utiče na brzinu filtriranja samo do neke određene granice.

Veličina koja karakteriše intenzitet procesa filtriranja i koja definiše kapacitet aparata za filtriranje je brzina filtriranja – količina filtrata koja u jedinici vremena prođe kroz jedinicu površine filtera.

Izraz za srednju brzinu filtriranja glasi: (m/s),

gde je:V (m3) – količina filtrata (prečišćene tečnosti) (s) – vreme trajanja filtriranja

F (m2) – površina porozne pregrade (filtra)

Trenutna brzina filtriranja je: (m/s).

Količina filtrata u odnosu na jedinicu površine filtra naziva se opterećenje filtra:

(m), (m/s).

Postoji veliki broj teorija za određivanje brzine filtriranja, koje uglavnom baziraju na pretpostavci da se filter sastoji iz velikog broja kapilara, pa se strujanje kroz filter i kroz sloj taloga analizira kao strujanje kroz poroznu sredinu, odnosno kroz kapilare.

Većina teorija filtriranja baziraju na dvema osnovnim jednačinama: jednačina protoka

(m3/s),

23

gde su: (m/s) – brzina filtriranja (brzina strujanja tečnosti kroz kapilaru),

n – broj kapilara na celoj površini filtra,f (m2) – površina poprečnog preseka jedne kapilare.

jednačina koja određuje hidraulički otpor filtra (i pogače):

,

gde su: - koeficijent otpora, pri čemu se može smatrati da je:

, ,

dek (m) - ekvivalentni prečnik kapilare,l (m) – dužina kapilare,

(kg/m3) – gustina tečne faze (filtrata).Pošto je presek kapilare mali i tečnost struji kroz kapilare malom

brzinom, u svim teorijama filtriranja se smatra da je strujanje laminarno, što je eksperimentalno potvrđeno. Radi uprošćenja smatra se da su kapilare kružnog preseka, pa je u tom slučaju A=64, m=1, dek=d, f= , pa se

dobija: ,

odnosno poznata formula Poiseuille - a za brzinu filtriranja, koja definiše brzinu strujanja tečnosti kroz kapilaru:

.

Količina (zapremina) filtrata koja prođe kroz jednu kapilaru filtra za vreme je:

,

gde je pad pritiska kroz sloj filtra, a l1 i d1 dužina odnosno prečnik kapilare posmatranog filtra.

Ako se predpostavi da su sve kapilare istog prečnika i iste dužine i da ih ima n1 na površini filtra od 1 m2 i ako je h1 debljina sloja filtra, važi:

l1= h1, pri čemu je >1,gde je koeficijent koji uzima u obzir eventualnu zakrivljenost kapilare (dužina kapilare je veća od visine sloja filtra). Ako je F (m2) površina filtra, broj kapilara po celoj površini filtra iznosi n=n1F.

Zapremina filtrata koja prođe kroz celu površinu filtra (n kapilara) za vreme je:

24

(m3)

i to je kapacitet filtra.Srednja brzina filtriranja biće:

(m/s),

gde je: - specifični otpor filtra. To je pad pritiska kroz sloj filtra

debljine 1 m pri brzini filtriranja od 1 m/s ako je dinamički koeficijent viskoziteta tečnosti (filtrata) i predstavlja osnovnu karakteristiku jednog filtra.

Slična analiza može se sprovesti i za sloj taloga (pogače):

(m/s),

gde je: - specifični otpor pogače. Predpostavlja se da je površina

filtra jednaka površini pogače dok je pad pritiska kroz sloj pogače debljine h2.Za određivanje trenutne brzine filtriranja može se primeniti sledeći postupak:

, ,

pa je: , ,

i sabiranjem ovih jednačina dobija se:

,

gde je: ukupan pad pritiska kroz sloj pogače i sloj filtra, odnosno:

.

Često se uvodi veličina hek (ekvivalentna visina sloja taloga), a to je ona visina sloja taloga koja ima isti hidraulički otpor (pad pritiska) kao i sam filter (R1h1= R2hek), pa je:

.

Ako je z (m3/m3) zapremina taloga koji se formira prilikom prolaska

jednog m3 filtrata kroz filter, biće: Vtal=Fh2, , odnosno .

25

b

Da bi se formirao sloj taloga ekvivalentne visine potrebna je količina filtrata:

, odnosno ,

pa se dobije osnovna jednačina filtriranja:

.

Ovaj izraz važi samo ako se filtriranjem suspenzije formira kristalni talog. Za amorfne taloge specifični otpor taloga menja se sa pritiskom. U većini slučajeva ova promena može se grubo izraziti zavisnošću R2=A , pri čemu se konstante A i za razne amorfne taloge određuje eksperimentalno.

Filtriranje se može vršiti ili pri konstantnoj razlici pritisaka ili pri konstantnoj brzini filtriranja.

Za filtriranje pri konstantnoj razlici pritisaka, koje se mnogo češće primenjuje, biće:

,

gde je - vreme potrebno da se stvori ekvivalentni sloj taloga, pa se posle integraljenja dobija:

,

gde je: ,

odnosno: ,

gde je vf (m3/m2) – količina filtrata po jednom m2 površine filtra – opterećenje filtra.

Za određivanje vrednosti vf(ek) i K na osnovu eksperimentalnih podataka u raznim slučajevima filtriranja može se ova zavisnost predstaviti u (vf - / vf) - koordinatnom sistemu (slika 2).

26

tg = a

vf

v

b

Slika 2

Pošto je za i vf = 0 , biće: vf(ek)

2 = K , pa se dobija:

vf 2 + 2vf vf(ek) = K ,

odnosno:

ili ,

gde su: ,

Karakteristike odgovarajućeg filtra ( i taloga ) K i vf(ek) mogu se lako odrediti eksperimentalnim merenjem dve vrednosti s obzirom da se radi o linearnoj zavisnosti u koordinatnom sistemu (vf - / vf).

Za filtriranje suspenzije pri konstantnoj brzini filtriranja, sa vremenom trajanja procesa raste sloj taloga i njegov otpor, a time i ukupni otpor filtra i taloga. Da bi se brzina filtriranja održala konstantnom, potrebno je povećati razliku pritisaka . Brzina filtriranja, praktično, zavisi od kapaciteta pumpe koja ubacuje suspenziju na filter. Ako je kapacitet pumpe veći, veći je protok suspenzije, brže se stvara talog i raste hidraulički otpor i pad pritiska. Kada se dostigne pad pritiska koji odgovara maksimalnom naporu pumpe , pad pritiska postaje konstantan, a brzina filtriranja počinje da opada.

Slika 3

Polazeći od osnovne jednačine filtriranja dobija se:

27

tg = a

,

pri čemu je: , pa je zavisnost pada pritiska od količine filtrata

linearna (slika 3): , gde su :

, .

I u ovom slučaju karakteristike filtra se mogu jednostavno odrediti eksperimentalnim merenjem.

Za oba navedena vida filtriranja količina izdvojenog taloga i količina izdvojene čvrste faze u talogu najčešće se svodi na 1m3 filtrata.

Materijalni bilans čvrste faze pri filtriranju pod idealnim uslovima (potpuno prečišćena tečnost) biće :

, odnosno

gde su : - količina suspenzije

- maseni udeo čvrste faze u suspenziji

- količina vlažnog taloga

- maseni udeo čvrste faze u talogu.

Ukupni materijalni bilans je: ,

odnosno:

ili .

Pošto je (m3/m3) zapremina taloga koji se formira prolaskom

jednog m3 filtrata, biće , pa je količina izdvojenog vlažnog

taloga za 1 m3 filtrata:

,

a količina čvrste faze izdvojene u talogu za 1 m3 filtrata:

.

Do osnovne jednačine filtracije može se doći i na drugi način:

28

Teorijsko razmatranje filtracije vezano je isključivo za filtracionu pogaču.

Kako filtraciona pogača predstavlja obično sitnozrni porozni sloj, može se očekivati da će proticanje kroz takav sloj biti laminarno, pa je na osnovu Carman – Kozeny – jeve jednačine:

,

gde je: - pad pritiska fluida pri strujanju kroz filtracionu pogaču,

L – debljina pogače, - poroznost, - viskozitet filtrata,

wA - prividna brzina,D1 – prečnik ekvivalentne sferne čestice.Uobičajeno je da se umesto ekvivalentnog prečnika čestice (sfere)

koristi pojam specifične površine A0. Veza između A0 i D1 je:

,

odnosno:

Zamenom D1 u Carman – Kozeny – jevoj jednačini dobija se:

,

.

Kako je prividna brzina:

,

gde je - brzina filtracije, tj. zapremina filtrata koji prođe u jedinici

vremena kroz filter, sledi:

29

.

Na osnovu količine filtrata koja protekne u jedinici vremena i koncentracije suspenzije može se izvesti jednačina masenog bilansa filtracione pogače:

gde je:A – površina filtracije,

- gustina čvrste faze,G – masa čvrste faze u suspenziji po jedinici zapremine tečnosti u suspenziji,V – zapremina filtrata,

- udeo čvste faze u pogači, - masa čvrste faze u pogači,

- zapremina u kojoj se zadržao filtrat u filtracionoj pogači. Ova količina filtrata je zanemarljivo mala u odnosu na zapreminu filtrata V, koja prođe kroz pogaču, pa se prethodna jednačina može aproksimirati:

Zamenom L u poslednji izraz za wA dobija se:

,

- osnovna jednačina filtracije,

gde je:

- specifični otpor pogače, koji prvenstveno zavisi od

specifične površine A0 i od poroznosti .

Specifični otpor filtracione pogače ne mora da bude konstantan u toku filtracije. Ovo zavisi pre svega od tipa i otpornosti samih čestica na pritisak, kao i od sklonosti čestica ka flokulaciji. Do promene specifičnog otpora najčešće dolazi usled pojave stišljivosti nastale pod pritiskom suspenzije. U mnogim situacijama otpornost čestica je dovoljna da izdrže pritisak da ne dolazi do njihove deformacije, niti do smanjenja poroznosti same pogače; tako da je specifični otpor konstantan tokom filtracije (slučaj filtracije sa

30

nestišljivom filtracionom pogačom), za razliku od slučaja filtracije sa stišljivom filtracionom pogačom, kada se specifični otpor menja.

Ukupni otpor filtracije

Brzina filtracije se može izraziti opštim zakonom:

Pogonska sila je razlika pritisaka , dok se pod otporom podrazumevao samo otpor filtracione pogače. Pošto filtrat ne protiče samo kroz filtracioni medijum, kao i kroz sam filtracioni uređaj, to se i ovi otpori moraju uzeti pri određivanju brzine filtracije. Dakle, osnovna jednačina filtracije ima sledeći oblik:

,

gde je: - totalna razlika pritisaka u filtracionom uređaju

RM – otpor filtracionog medijuma i samog filtracionog uređaja

Uobičajeno je da se radi uprošćavanja RM izražava preko ekvivalentne zapremine filtrata Ve, koja predstavlja zapreminu filtrata suspenzije, koja je potrebna da protekne da bi se obrazovao zamišljeni sloj filtracione pogače,

čiji bi otpor bio jednak otporu RM, tako da je : .

Filtracija kroz stišljivu pogaču

Specifični otpor filtracione pogače se menja tokom filtracije, što je posledica promena u strukturi same pogače. Jedan od najčešćih uzroka promene specifičnog otpora je pojava stišljivosti filtracione pogače. Stišljivost pogače manifestuje se smanjenjem poroznosti, odnosno povećanjem gustine pogače po dubini, dok nestišljivu pogaču karakteriše uniformna poroznost, odnosno gustina. Kod stišljive pogače gustina je najveća, a poroznost najmanja uz sam filter.

Posmatra se nastajanje filtracione pogače pri konstantnom pritisku. U određenom trenutku vremena biće formiran sloj filtracione pogače debljine L (slika 4). Pritisak na površini ovog sloja odgovara pritisku suspenzije p.

31

rastojanje

filtracioni medijum

Slika 4

Pritisak filtrata pri prolazu kroz filtracionu pogaču opada u smeru strujanja do neke vrednosti pL na površini filtracione tkanine. U preseku, na rastojanju x od površine filtracione pogače, pritisak filtrata je px, tako da će čestica u ovoj ravni trpeti napon pritiska ps = p – px. Napon pritiska ps teži da spljošti čestice, i on je sve veći što je posmatrani presek bliži filtracionoj tkanini i dostiže maksimalnu vrednost za sloj čestica uz sam filter, tj. za x = L: ps = ps(max) = pc ; gde pc predstavlja napon pritiska koji deluje na čestice uz sam filter. Ova veličina odgovara padu pritiska filtrata kroz filtracionu pogaču, pc = p.

Napon pritiska može da se odrazi na stišljivost pogače na dva načina. Čestice čija je otpornost na pritisak veća od napona pritiska pomeraće se i utiskivati u međuprostore menjajući svoj oblik, dok čestice kod kojih je otpornost na pritisak manja od napona pritiska će se deformisati. Kao posledica ovoga javljaju se dva tipa stišljivosti: stišljivost usled pakovanja i stišljivost usled deformacije.

Veličina čestica i njihov granulometrijski sastav nemaju velikog uticaja na stišljivost pogače. Međutim, veličina čestica ima indirektno uticaja na pospešivanje pojave flokulacije u suspenziji, posebno kada su čestice vrlo sitne. Stišljivost zavisi od toga da li su čestice flokulisane ili ne. Flokulacija čestica zavisi takođe i od oblika čestica. Flokulacija je intenzivnija kada su čestice nepravinog oblika. Flokule nastale od čestica

32

tok filtrata suspenzija

p

px

pL

ps = p – px pc

Lx

x = L x = 0

filtraciona pogača

pritisakfiltrata

nepravilnog oblika su otpornije na stišljivost bilo da se radi o pakovanju ili deformaciji zbog jače mehaničke strukture.

Pošto su flokule veće od čestica iz kojih su nastale, to je i poroznost takve pogače veća, pa je i filtracija brža. Pri tome pritisak ne treba da bude veliki kako ne bi došlo do drobljenja flokula.

Veća kompaktnost (manja poroznost) pogače može se ostvariti i primenom vibracija, npr. kada se potiskivanje suspenzije pri filtriranju vrši primenom klipne pumpe.

Specifični otpor stišljive pogače zavisi pre svega od poroznosti i

specifične površine: .

Koeficijent u gornjoj jednačini dobijen je za nestišljivu pogaču, kada se radi o uniformnoj poroznosti sloja slobodno nasutih čestica. Ovaj koeficijent može biti različit što zavisi od orjentacije samih čestica u sloju, npr. kod ljuspastih vlaknastih materijala.

Uticaj pritiska na specifični otpor pogače može se izračunati pomoću tzv. kompresivno – permeabilne ćelije.

Eksperimentalna istraživanja pokazuju da u slučaju pogača kod kojih dolazi do stišljivosti usled pakovanja, specifična površina je nezavisna od pritiska. Dok poroznost opada, debljina pogače se smanjuje i specifični otpor postaje nezavisan od pritiska. Ako se pak radi o finim česticama koje su obrazovale flokule, specifični otpor ovakve pogače zavisi od stepena i kvaliteta flokulacije. Kada se ovakva pogača izloži pritisku dolazi do redisperzije flokula, odnosno pored stišljivosti usled pakovanja dolazi do stišljivosti usled deformacije, što se uočava po bržem porastu specifičnog otpora pogače. Prema tome, ovde dolazi do opadanja poroznosti i povećanja specifične površine, što utiče na specifični otpor .

Određivanje specifičnog otpora pogače

Specifični otpor pogače meri se pomoću tzv. kompresivno – permeabilne ćelije (slika 5).

Aparat se sastoji iz cilindra 1 koji ima perforirano dno ispod koga je odvod za filtrat. U cilindar ulazi šuplji klip 2, čije je čelo perforirano. Klip je povezan sa prelivnikom za filtrat 3 u kome se nivo filtrata održava konstantnim. Postupak ispitivanja je sledeći: u prazan cilindar, u koji je preko poroznog dna stavljen filter papir, uliva se određena količina ispitivane suspenzije i omogućava se da se pod blagim vakuumom filtrat ocedi.

33

H

1

2

3

ps

filtraciona pogača

odzračivanje

Slika 5

Visina zadržanog taloga u cilindru je oko 20mm. U cilindar se pažljivo ulije bistar filtrat iznad formiranog sloja, a zatim utiskuje klip kome je na čeonoj strani takođe postavljen filter papir. Spuštajući se, čeoni deo klipa sa filter papirom dodirne talog. Klip vrši pritisak na filtracionu pogaču: pritisak se reguliše stavljanjem opterećenja na klip; time se postiže željeni totalni pritisak na pogaču, pod kojim se ispituje specifični otpor. Pri tome, poroznost pogače je uniformna i specifični otpor sloja je konstantan. Iz prelivnog suda filtrat se preko cevi i klipa propušta da struji kroz filtracionu pogaču pri konstantnom hidrostatičkom pritisku.

Uticaj ovog pritiska je zanemarljiv u odnosu na mehanički pritisak klipa. Brzina isticanja filtrata je merilo propustljivosti pogače. Na osnovu izmerenog protoka filtrata, a na osnovu jednačine filtracije, može se odrediti

. Jednačina filtracije je:

.

Veličina p određena je stubom tečnosti: .

- predstavlja eksperimentalno dobivenu vrednost specifičnog otpora pogače na kompresivno – permeabilnoj ćeliji.

Ako se jednačina filtracije reši po ukupnom otporu RT dobija se:

,

34

filtrat

pa je:

RM – otpor filter papira i same pogače (ćelije) pri datom pritisku (koji je određen tegom). Kako je obrazovanje taloga izvedeno pri relativno malom padu pritiska, pri čemu otpor samog filter papira nije promenjen zbog zapušavanja sitnim česticama, to se RM može odrediti na osnovu prethodne slepe probe za dati pritisak.

Na osnovu ranijih razmatranja stišljivih pogača utvrđeno je da je porast napona pritiska proporcionalan smanjenju pritiska filtrata koji protiče kroz sloj, tako da se može napisati: dps = - dpx.

Na taj način, ako bi u nekoj ravni stišljive pogače napon pritiska ps bio ravan p ostvarenim hidrostatičkim stubom filtrata, tada bi specifičan otpor u toj ravni bio upravo jednak . Pošto se kod stišljivih pogača menja sa dubinom, a u zavisnosti od napona pritiska, to je potrebno odgovarajuće specifične otpore utvrditi pri različitim naponima pritiska. Na osnovu ovako dobijenih vrednosti moguće je izračunati srednju vrednost specifičnog otpora stišljivih pogača pri datom pritisku filtracije.

Izračunavanje na osnovu za dati napon pritiska može se izvesti na osnovu slike 4. Protok filtrata za ukupnu debljinu pogače L je:

,

a za diferencijalnu debljinu dL, uzimajući dps umesto - dpx, protok filtrata je:

.

Pošto su oba protoka ista onda je:

.

gde je ps – ukupni pad pritiska filtrata kada je pogača debljine L nastala pošto je protekla količina filtrata V. Na osnovu poslednje jednačine integracijom se dobija:

,

odnosno:

.

Sredstva za filtriranje

35

Sredstva za filtriranje imaju zadatak da zadrže čvrste čestice, a da propuste čistu tečnost. To mogu biti sita, platna, papiri, razne mase i sl.

Sita se prave od raznog materijala, a obično imaju otvore do 1 mm (kod tankog mesinga do 0,35 mm, a elektrolitički obrađene i do 0,01 mm). Konstrukcija data na slici 6 ima žice (b) namotane na žljebove koji su poprečno urezani u telo doboša (a), a filtracija se vrši kroz prostor između žica i perlonskog kanapa (c) koji ujedno služi i za skidanje pogače (d).

Slika 6 – Filter na brazdama - a – telo doboša, b –žica, c – perlonski kanap, d – filterska pogača

Platna se za filtraciju najčešće upotrebljavaju, a razlikujemo ih po načinu pletenja (lajnen, keper i atlas) i vrsti materijala. Najčešće se upotrebljava pamuk, lan i juta. Metalna platna se prave sa okcima do veličine oko 50 m, ali se galvanizacijom pojačavaju i time okca smanjuju na oko 5 m.

Od veštačkih materijala upotrebljavaju se celulozna vuna, acetatna svila, PC vlakna, najlon, azbest i staklena vlakna. Celulozna vuna u tečnosti nabubri i gubi čvrstoću.

Filter papiri predstavljaju spletene slojeve pamuka i celuloze. Za teže taloge prave se sa platnenim uloškom, a za kiseline su pomešani sa vunom.

Tečna goriva se filtriraju kroz filcane ploče. Nasuti slojevi se upotrebljavaju npr. kod filtriranja pitke vode, i to

pesak od 1 - 3 mm i šljunak do 60 mm. Dalje se za razna filtriranja upotrebljavaju slojevi koksa, šljake, staklenih kugli, drvene vune, vate, kao i naplavljeni slojevi azbesta, pamuka i sl.

Kapilarne sile finog peska (0,2 – 0,5 mm) sišu vodu od 15 C oko 40cm visoko, pa iz tih slojeva ističe samo onaj deo tečnosti koji se nalazi iznad te visine.

Porozne mase su u obliku filterskog kamena, ploča, otvorenih ili na jednom kraju zatvorenih cevi (sveća). Prave se od kiselgura, porcelana, stakla, itd. Keramički materijal se peče, a zrnasti se prerađuje sinterovanjem. Komad se meša sa vezivom, presuje pod visokim pritiskom i peče.

Porozne mase su veoma postojane na kiseline i visoke temperature. Kod filterskog kamena veličine pora imaju otvore od 10 – 300 m. Filteri od

36

tvrde gume imaju pore od 0,1 – 0,4 m i upotrebljavaju se za bistrenje pića. Filteri od sinterovanih materijala služe za čišćenje tečnih goriva.

Pritisci filtracije kod poroznih čeličnih ploča idu i do 700 at. Ultra filteri (koža, membrane) imaju strukturu pora kože i deluju kao

sita. Ovde spada parafinisani ili u veštačkim smolama namočeni papir, platno ili pergament. On zadržava i bakterije, pa i viruse.

Pomoćni dodaci za filtriranje

Otpori pri filtriranju suspenzija, koje stvaraju blatnjavu i tvrdu pogaču, mogu se znatno smanjiti odgovarajućim dodacima za filtriranje. Tako se za poboljšanje filtracije suspenzije dodaje 0,01 – 0.05 % azbestnih vlakana, ili staklene vune, drvenog brašna, zemlje za beljenje, kiselgura, ili aktivnog uglja. Delovanje ovih dodataka počiva na veličini njihove adsorpcione konstante koja im omogućava da na sebe vežu molekule tečnosti i time drže pogaču propusnom. U protivnom bi se stvarao sloj isfiltriranih čestica u obliku nepropusnog filma, među čijim česticama nema molekula vode i otpor filtracije bi znatno porastao.

Primer ubrzanja filtracije ulja dodavanjem kiselgura dat je na sl. 7. Brzina filtracije se jačim dodavanjem kiselgura prvo poboljšava, a zatim brzina filtracije opada (ako se dodata količina kiselgura poveća od 5 na 10 g/l.

Neka od ovih sredstava (npr. aktivni ugalj) zbog velike površine pora odstranjuju iz pitke vode boje i materijale koji prouzrokuju miris i ukus.

Slika 7

Pritisci kod filtracije

37

Pritisak potreban za filtraciju može da potiče od visinskog pada, iz dolazne posude (0,5 – 4 m VS), od pumpi (0,005 – 0,3 kN/cm2) ili se stvara pomoću vakuuma (0,009 kN/cm2) koji deluje sa druge strane pogače. Obrtne pumpe imaju prednost jer daju ravnomeran pritisak, a kod porasta otpora filtracije pritisak nešto i poraste.

Pritisci kod istiskivanja

Ako treba da odvojimo tečnost koja se nalazi u kapilarama nekog materijala (npr. voće), onda imamo specijalan vid filtracije pod visokim pritiskom koju zovemo istiskivanjem.

Filtracija pod visokim pritiskom se vrši kod 0,2 – 5 kN/cm2 i upotrebljava se vrlo retko. Ipak se na taj način mogu običnom filtracijom pod visokim pritiskom osloboditi od tečnosti razni spužvasti materijali kao npr. voće, povrće, boje i neke hemikalije.

Jedan deo pritiska ide na razaranje skeleta presovanog materijala, dok drugi deo služi za istiskivanje tečnosti iz kapilara. Ovo istiskivanje treba da ide lagano, a pošto je hod klipa relativno kratak, to je i utrošak energije mali.

Aparati za filtriranje

Uslovi pod kojima se vrši filtriranje mogu biti vrlo složeni, pa zato postoji i mnogo raznih tehničkih rešenja.

Podela ovih aparata moguće je izvršiti prema: načinu rada (periodičan ili kontinualan) vrsti sile koja deluje (sila teže, pritisak, vakuum) vrsti filterskog sloja (nasuti sloj, platna, kruti sloj) formi filtera (prese, cilindri i sl.).

Filteri sa periodičnim radom

Filteri sa rasutim ili zrnastim slojem

Najčešće korišćeni filteri ove grupe su peščani filteri koji služe za filtraciju vode, jer se tu radi o velikom protoku sa vrlo malo čvrstih primesa.

Ovi filteri mogu biti otvoreni i zatvoreni.

38

Otvoreni filteri se sastoje iz oko 2 m visokog sloja peska veličine zrna 0,5 – 1,5 mm, koji je nasut na sloj šljunka čija se veličina zrna povećava u pravcu rešetke, pa je šljunak na rešeci veličine 50 mm. Voda prolazi filter padom, a na površini filtera i u gornjim slojevima se zadržavaju nečistoće. Brzina filtriranja iznosi 0,1m/h. Kad filter više ne propušta dovoljno tečnosti, gornji sloj se odstranjuje i zamenjuje novim.

Kako je kod ovih sporih filtera nisko specifično opterećenje površine, u industriji se upotrebljavaju brzi peščani filteri (sl. 8) koji imaju uređaj za peridično pranje. Kad se gornji sloj napuni nečistoćom i otpor filtera poraste, uvodi se sa donje strane vazduh i čista voda kroz niz mlaznica ili specijalnih razdeljivača (smeštenih neposredno ispod rešetke r) koji izdignu i protresu gornje slojeve peska i iz njih odnesu nečistoće u preliv. Kod ovih filtera sloj peska ide do 3 m visine, veličine zrna od 0,5 – 3 mm a postižu brzinu filtriranja 5 m/h.

Da bi se izvela manipulacija pranja, obustavlja se dovod vode koja se čisti (na ovoj slici taj dovod dat je u vidu prskalica koje se upotrebljavaju za oksidaciju gvožđa kiseonikom iz vazduha ako voda sadrži previše gvožđa), zatvara se zasun (z), a kroz dva dovoda (d) uvodi se čista voda i vazduh za pranje u prostor ispod rešetke. Ovim se stvara strujanje koje ima obrnut smer i odnosi sve nečistoće u preliv (pr).

Zatvoreni filteri (slika 9) rade pod pritiskom koji se stvara pomoću pumpe pa zato dozvoljavaju veću brzinu filtriranja (10 - 12 m/h). Voda koja se čisti dolazi dovodom (1) i (2) na sloj peska, dok se pročišćena voda

39

Slika 8

Slika 9

odvodi kolektorom (k) i odvodom (3). Njihovo pranje se vrši slično kao i kod otvorenih filtera, ili npr. pomoću mlaznice (s) mlazom čiste vode koja dolazi preko cevovoda (4), meša pesak, nadižu se nečistoće i preko preliva cevovodom (2) odvode iz filtera.

Brzina strujanja vode pri filtraciji se može odrediti iz jednačine Kasatkina:

(m/h),

gde su:c – faktor proporcionalnosti koji iznosi oko 40d – prečnik zrna peska (m)

p – pad pritiska (m VS)H – visina sloja (m) t – temperatura vode ( C).

Za određenu veličinu zrna i poznatu brzinu strujanja vode može se izračunati protok tečnosti kroz filter.

Ako se nečista voda uvodi odozdo prvo u donji, krupniji sloj peska, postiže se veći kapacitet.

Kod imedium filtera se voda uvodi i odozgo i odozdo, a oduzima se drenažom iz sredine sloja peska. Kapacitet kod ovakvog rada može biti i 4 puta veći nego što je kod normalnog dovoda vode odozdo na sloj peska.

Nuč – filteri

To su najednostavniji filteri koji se mnogo koriste u laboratorijama i industriji. Filtriranje se vrši kroz platno ili kroz porozne mase, koje nekad imaju više slojeva od kojih gornji ima najmanje pore.

Otvorene nuče (sl. 10) rade pod vakuumom od 600 – 700 tora, koji deluje u prostoru (1) ispod rešetke (2) na kojoj se nalazi filter platno (3), koje dovodi do stvaranja pogače od 50 – 400 mm debljine. Pražnjenje se vrši lopatom.

Zatvorene nuče (sl. 11) rade pod pritiskom i imaju dno sa otklapanjem. Na dnu je rešetka (2) na kojoj se nalazi filter platno (1). U gornji deo posude stavlja se suspenzija pod komprimovanim vazduhom.

40

Slika 10 Slika 11

Filter prese

Filter prese su veoma stari uređaji koji se i danas često koriste, ali se njihov diskontinualan rad sve više zamenjuje sa kontinualnim radom.

Sastoje se iz kvadratnih ili okruglih, drvenih ili od raznih materijala livenih elemenata preko kojih je navučeno platno kroz koje se filtrira pod pritiskom 0,04 – 0,05 kN/cm2. Elementi su složeni u stalku i pokretni su, a između čeone nepokretne i zadnje pokretne ploče ovi elementi se mogu stezati vretenima.

Komorne filter prese (sl. 12 - a) imaju dovod suspenzije kroz sredinu (2). Ove ploče su perforirane i imaju izbočine preko kojih se navlači filtersko platno (3) kroz koje prolazi filtrat u odvode (4). Komoru čine izbočine ploča koje međusobno zaptivaju i obrazuju prostor koji može da primi pogaču svega 25 – 30 mm debljine. Zato se ovakve filter prese ne upotrebljavaju tamo gde ima mnogo čvrste supstance. Pogača se odstranjuje tako da se ploče razmaknu čime ona sama ispada ili se mora ostrugati. Ceo ovaj proces se danas često automatizuje ili se diskontinualan rad filter prese zamenjuje kontinualnim filterom.

(a)

41

(b)

Slika 12

Filter prese sa okvirima (sl. 12 - b) imaju između ploča (1) koje su presvučene platnom (2) okvir (3) koji omogućuje debljinu pogače do 150 mm.

Obe vrste presa dozvoljavaju pranje pogače tečnošću ili njeno sušenje sa vazduhom ili parom, pri čemu dotični fluid za pranje prolazi istim putem kao i suspenzija.

Pogodniji način pranja prikazan je na sl. 13, gde postoje posebne ploče za pranje, a tečnost za pranje se vodi naročitim kanalima koji je vode kroz pogaču i tako je peru od ostatka rastvora.

Kako ploče tako i okviri imaju na jednom uglu rupu za prolaz suspenzije, a na drugom za prolaz tečnosti za pranje. Rupe za suspenziju imaju radijalne priključke prema unutrašnjosti okvira te tako u njima ostaje čvrsta supstanca. Ploče za pranje imaju radijalnu vezu sa rupama kroz koje protiče tečnost za pranje. Pipci na dnu ploča odvode filtrat ili tečnost za ispiranje (sl. 13 i 14).

Slika 13 – Tok pranja filter prese sa spoljnim odvodom

42

Slika 14 – Elementi okvirne filter prese sa spoljnim odvodom

Filter prese se grade do veličine ploča 1200x1200 mm, a u jednu presu ide i do 60 ploča te tako ove prese imaju veliki kapacitet na malom prostoru.

Dosta se upotrebljavaju zbog svoje univerzalnosti jer se pogodnim izborom platna i načina rada mogu prilagoditi veoma raznolikim uslovima rada. Nedostatak im je otežano čišćenje platna i uklanjanje pogače, što izaziva mnogo ručnog posla.

Kod automatske filter prese (sl. 15) komore se obrazuju profilisanim gumenim crevom. Kada se u njega dovede voda pod pritiskom 8 – 10 at, ono nalegne na filtersko beskrajno platno i stvori komore. Po obrazovanju pogače 5 – 20 mm debljine, pritisak vode iz creva se ispusti, guma se podigne, valjci pokrenu filtersko platno, noževi sa njega skinu pogaču, a platno se opere u posebnoj komori. Zatim se vodom pod pritiskom pomoću profilisane gume ponovo obrazuju komore i filtracija se nastavlja.

Slika 15 – Automatska filter presa

Na sl. 16 dat je Kelly filter koji ima niz ploča sa platnima vezanim za poklopac posude. Suspenzija se uvodi u posudu pod pritiskom i do 0,35 kN/cm2, stvara se pogača, a zatim se celi blok sa filterima izvlači iz posude, a pomoću komprimovanog vazduha se odstrani pogača.

43

Slika 16

Na sl. 17 prikazana je filterska sveća koju obično čini porozni keramički cilindar (1) koji je na dnu zatvoren. Pore keramičkog filtera mogu biti veličine samo nekoliko mikrona. U cilindar se stavlja rebrasta cev (2) za odvod filtrata. Ove sveće se stavljaju u posudu pod pritiskom do 0,09 kN/cm2

- sl. 18. Oko sveće se skuplja talog, a filtrat prolazi kroz otvore u svećama (2), koji su pločom (3) spojeni sa odvodom (4). Kroz taj odvod se može uvoditi vazduh kojim se odbija talog nakupljen na svećama, što se može činiti i pomoću tečnosti za pranje. Nekad se ovakve sveće pojedinačno ugrađuju u cevovod za izbistravanje goriva, ulja, pitke vode itd.

Slika 18 – Filter sa svećama pod pritiskom2 – otvori u svećama

Filteri sa kontinualnim radom

Cilindrični filtri bez vakuum pumpe

Ovo su najstariji fiteri sa kontinualnim radom. Na sl. 19 prikazano je obrtno sito koje se upotrebljava za odstranjivanje čestica iz vode. Sa jedne strane dolazi u sito nečista voda. Čestice koje se zadrže na situ bivaju zahvaćene prečkama, koje se nalaze na obodu cilindra i čine ram na koji se učvršćuju elementi sita. Kad pojedine prečke dođu u najviši položaj nečistoće padaju sa njih u oluk koji stoji malo nagnut u sredini bubnja ispod sita. Za bolje odvođenje nečistoća u oluk sita se odozgo ispiraju vodom.

44

Slika 17 – Filterska sveća1 – porozni filter valjak

Slika 19 – Obrtno sito

Kod sita sa 3000 okca na 1cm2, kapacitet ukupne površine sita iznosi 2 – 2,5 m3/m2min. Kod veličina okca od 60 – 35 postiže se gotovo 100% izbistravanje.

Na sl. 20 prikazan je Waco – filter kod koga suspenzija dolazi sa spoljašnje strane sita. U jednom predfilteru se na sito nanosi prvi tanki sloj pogače, koji u samom filteru naraste i zatim se pomoću valjka (V) i noža (N) skine sa sita. Kapacitet filtera (500 – 5000 l/min m širine bubnja) se reguliše brzinom sita (3 – 15 m/min) i hidrostatičkim pritiskom H, koji se održava ili menja pomoću plovka vezanog na regulator sa krilcem (K) u izlaznoj cevi filtrata.

Slika 20 – Waco - filter

45

Cilindrični vakuum filteri

Spadaju u najvažnije vrste filtera jer mogu da se upotrebljavaju za suspenzije različitih svojstava, a pri tome im je kapacitet veoma velik. Nasuprot nuča i filter presa oni imaju prednost čistog rada, malog utroška energije, dužeg trajanja platna, odvojenog dobijanja filtrata od tečnosti za pranje, pri skoro nikakvom ručnom radu.

Njihova konstrukcija potiče iz 1906. god. od firme Oliver, a danas je razrađena u mnogo tipova (Solvay).

U koritu sa mešalicom nalazi se obrtno cilindrično telo filtera (sl. 21) koje je na svom obodu podeljeno u ćelije. Svaka ćelija se putem jedne veze završava u otvoru brušene ploče (2). Sa tom pločom je ubrušena druga ploča istog prečnika koja stoji i podeljena je na zone (sl. 22), pa tako obe ploče zajedno čine razvodnu glavu. Brušenje osigurava zaptivanje spojeva nepokretne ploče sa odgovarajućim rupama vezanim za ćelije u obodu cilindra filtera.

Razvodna glava nam omogućuje da pojedine zone iz obrtnog cilindra filtra stavljamo pod vakuum ili komprimovani vazduh. Na taj način u razvodnoj glavi, a i u filteru možemo formirati sledeća područja:

zona filtracije (3) – vezana je na vakuum pumpu zona za pranje i sušenje pogače (4) skidanje pogače pomoću noža (5) čišćenje filterskog platna pomoću komprimovanog vazduha

(vezana je za kompresor) ili sredstva za pranje (6)

46

sl. 21.

sl. 22.

Graničnici između zona (8) mogu biti pokretni, pa na taj način možemo menjati vreme pojedine radnje u širokim granicama, a prema svojstvima suspenzije.

Skidanje pogače može biti pomognuto ubacivanjem komprimovanog vazduha ili na više načina (sl. 23):

Slika 23Slojevi iznad 8 – 10 mm skidaju se nožem (a). Tanji slojevi skidaju se

pomoću kanapa koji prolazom preko valjčića oslobađa pogaču (b). Ako je pogača lepljiva, skida se pomoću valjaka (c), a ako je jako tanka, onda prenošenjem na drugi valjak (d), sa koga se lakše skida.

Kontinualnom regulacijom obrtaja i premeštanjem graničnika u razvodnoj glavi mogu se zadovoljiti svi pogonski uslovi. Kapacitet suspenzija koje se dobro filtriraju iznosi 6 – 10 m3 suspenzije/m2h.

Cilindrični filteri pod pritiskom

Upotrebljavaju se zato što vakuum filteri ne mogu ostvariti razliku pritisaka ni 0,01 kN/cm2, što za žilave i lepljive materijale nije dovoljno.

Nekada se filtracija i zbog isparenja ne sme vršiti u otvorenom filteru. Zato je proizašla konstrukcija zatvorenog filtera (sl. 24), čije kućište dozvoljava pritisak od 0,02 – 0,05 kN/cm2 .

Slika 24 – Bubnjasti filter pod pritiskom – (1) – ulaz suspenzije, (2) – ulaz vazduha pod pritiskom, (3) – razdelna glava, (4) – puž za odvod taloga

47

5

Bubanj nije podeljen na ćelije, nego se nalazi uronjen u suspenziji do visine preliva. Komprimovani vazduh potiskuje filtrat kroz platno, te on preko razvodne glave (3) odlazi, dok se pogača prvo suši prolazećim vazduhom, a zatim skida valjkom (5) i pada u puž (4) koji je iznosi iz filtera.

Filteri sa diskovima

Spadaju u filtere sa ćelijama, a odlikuju se velikom površinom filtriranja i zauzimaju malo prostora. Na šupljoj osovini nalazi se po njenoj dužini 1 – 10 radijalno smeštenih diskova, koji sa obe strane imaju filterske površine uronjene u zajedničko korito. Svaki disk se sastoji iz 10 – 20 sektora (sl. 25), od kojih svaki predstavlja samostalni filter prevučen filterskom vrećom. Ovi sektori su spojeni sa razvodnom glavom, pa je njihov rad sličan kao i kod Oliver filtera, ali se manje primenjuju. Sama konstrukcija je takva da je pranje teško izvodljivo, ali je ono uglavnom i nepotrebno. Ovi filteri su jeftiniji za nabavku i pogon.

Slika 25 – Obrtni disk filter

Filteri sa trakom

Mogu biti izvedeni sa vakuumom (sl. 26), gde se suspenzija nalazi u gumenom koritu (a), na čijem dnu je filtersko platno (c) i perforirana traka (b), a sve to zajedno se kreće preko dva paralelna valjka. Ispod trake je usisna kutija (d) pod vakuumom, a radi smanjenja trenja ona je odvojena od trake klizajućim remenom (e). Filtrat i tečnost za pranje odvode se preko

48

C -

usisne kutije, koja je pregrađena u zone, a čvrsta supstanca se skida sa bubnja. Ovaj filter ima veliki kapacitet.

Slika 26 – Trakasti vakuum filterKapilarni filter sa trakom prikazan je na sl. 27. Iskorišćena je usisna

sposobnost kapilarnih sila. Filtersko platno (a) kreće se preko filcane trake (b) koja iz suspenzije izvlači vlažnost svojim kapilarnim dejstvom. Filcane trake se iscede prolazeći kroz valjke (g,h), tako da opet budu u mogućnosti da kroz filter usisavaju vlažnost, tako da ona u filterskoj pogači pada na 70 – 80 %. Ova konstrukcija se koristi kod raznih organskih materija koje ne mogu da podnesu ni pritisak ni vakuum.

Slika 27 – Kapilarni trakasti filter

Laboratorijsko ispitivanje filtriranja

Uslovi filtriranja određuju se na osnovu eksperimenta. U maloj razmeri oni se vrše sa filterskom pločom ili sa nučom za vakuum i pritisak. Okrugla ili kvadratna ručna filter ploča (sl. 28) veličine 100 – 200 cm2

filterske površine može da predstavlja jednu ćeliju cilindričnog obrtnog vakuum filtera. Ako ploču koja stoji u suspenziji stavimo pod vakuumom počinje filtracija, ako je izvadimo iz suspenzije možemo vakuumom da

49

sušimo pogaču ili da je polivamo vodom i tako peremo. Na osnovu vremena za filtriranje, pranje i sušenje, može se odrediti broj obrtaja filtera i vreme uronjavanja u suspenziju, kao i ostali parametri potrebni za konstruisanje raznih vrsta filltera.

Provera dobijenih parametara iz ovih eksperimenata može se izvršiti na poluindustrijskoj aparaturi, kod koje obrtni filter ima najmanju filtersku površinu 0,3 – 0,5 m2. Rezultati dobijeni filtracijom pomoću ručne filter ploče služe nam da bi podesili rad opitnog obrtnog vakuum filtera. Tek na osnovu ovih poluindustrijskih opita pristupa se projektovanju filtera.

Slika 28 – Ručna filter ploča za opite – (1) – posuda za filtrat i pranje, (2) – usis vazduha, (3) – trokraki pipac, (4) – crevo, (5) – presvlaka od kanapa,

(6) – filtersko platno, (7) – podloga za filter, (8) – učvršćenje kanapom, (9) – gumena veza

Prednosti laboratorijskog ispitivanja o mogućnosti filtriranja pomoću ručne filter ploče su velike jer na njoj možemo lako menjati platno, ali zahteva mnogo suspenzije i proces je kratak. Tako možemo odrediti optimalnu razliku pritisaka, možemo menjati vreme filtriranja, pranja i sušenja. Izvesna razlika u radu dolazi od mogućnosti sedimentacije, jer dok ploča u suspenziji stoji, dotle se filter obrće i ispod njega obično radi mešalica. Pri eksperimentima treba meriti razliku pritisaka p, vreme filtriranja i sušenja, zapreminu filtrata V, debljinu pogače i zaostatak vlažnosti u pogači, tako da bi na kraju mogli da odredimo kapacitet filtera u čvrstoj masi (kg/m2h), kao i specifični kapacitet filtrata (m3/m2h). Menjajući platno, razlike pritisaka, vlažnost dobivene pogače i sl. dobićemo optimalne uslove za rad filtera.

50

Filteri za gasove

Filteri za gasove rade na isti način kao i filteri za tečnosti. Kako se na površini porozne pregrade stvara sloj uhvaćenih zrna, može se dogoditi da ona propusti samo zrna i 10 puta manja od veličine njenih rupica.

Filterska pregrada može se sastojati od raznih tkanina i štofova, raznih nabijenih materijala (azbest, pesak) i raznih poroznih keramičkih materijala.

Vrsta filterske pregrade zavisi od vrste gasa i prašine i od temperature. Do 60 – 85 C upotrebljavaju se pamučne tkanine, a do 80 – 110 C

vunene. Orlon podnosi 150 C, a staklena i azbestna vlakna do 340 C. Za temperature do 500 C uzimaju se kovana sita ili keramički materijali.

Vrećasti filteri (sl. 29) sastoji se iz tekstilnih cevi prečnika oko 200mm, dužine 2 – 3 m.

Slika 29 – Levo – radno stanje, Desno – otresanje vreća1 – ulaz zaprašenog gasa iz ciklona, 2 – klapna, 3 – vreće, 4 – gornji deo

filtera, 5 – izlaz prečišćenog vazduha, 6 – klapna, 7 – opruga, 8 – zaobljena osovina, 9 – kotur sa bregom, 10 – puž, 11 - ustava

Gas sa sadržajem prašine do oko 100 g/m3 dolazi odozdo u vreće, prolazi kroz platno i na njemu ostavlja prašinu. Brzina gasa kroz platno iznosi oko 0,02 m/s i daje tako srednje opterećenje od 70 m3/m2h. Pad pritiska kod čistog filtera je 20 – 30 mm VS, ali u radu poraste na 60 – 100 mm VS. Posle 5 – 30 min rada isključuje se jedna sekcija iz pogona u svrhu čišćenja, koje traje oko 30s. U ovu sekciju se uduvava čist vazduh u obrnutom smeru, da bi olabavio nataložene čestice. Istovremeno se spušta

51

vešalica za vreće a zatim se naglo podigne, čime se izvrši otresanje prašine sa vreća koja dalje pada u bunker odakle se odvodi.

Kod novih konstrukcija vrećastih filtera (sl. 30) ne vrši se otresanje praha sa vreća, nego se one izduvavaju kratkim upuštanjem vazduha sa visokim pritiskom ili se uz pomoć ventilatora višeg pritiska duvaju spolja tanki mlazevi u vreću, koji odbijaju nataloženi sloj prašine. Pritisak komprimovanog vazduha kreće se od 3 – 6 bara. U ovom slučaju je dovod vazduha odozgo, tako da je odvod prašine olakšan. Iz donjeg dela filtera sakupljena prašina se izbacuje pomoću puža.

Slika 30 – Levo – radno stanje, Desno – otresanje vreća

Vrećasti filteri su obično prizmatičnog ili cilindričnog oblika. Na sl. 31 prikazan je vrećasti filter, koji se ugrađuje u potisnim linijama pneumatskog transporta. Filter se sastoji od donje i gornje komore, vreća i obične žičane rešetke sa mehanizmom za vertikalno kretanje rešetke. Zaprašeni vazduh ulazi u donju komoru, pa u vreće ostavljajući na njihovoj unutrašnjoj (dlakavoj) strani prašinu. Čist vazduh izlazi iz vreća u okolni prostor, jer ta vrsta filtera nema zaštitni oklop. Ivice okaca žičane rešetke su nešto manje od prečnika vreća tako da rešetka za vreme kretanja vertikalno naviše i naniže "lomi" platno vreća, sloj prašine puca i pada u donju komoru iz koje se pužnim transporterom izvlači napolje. Ovaj vrećasti filter ima nekoliko nedostataka. Prvo, filterska površina im je dvostruko veća od filterske površine usisnih filtera. Vazduh izbačen iz filtera ostaje u prostoriji stvarajući nadpritisak u njoj tako da prostorija mora imati stalan kontakt sa slobodnom atmosferom. Osim toga, i temperatura vazduha i njegova vlažnost stalno rastu ukoliko je njegov zadatak bio da hladi radne površine raznih mašina i da aspirira stvorenu prašinu (mlinska i pekarska industrija).

52

Ovi filteri su glomazniji od usisnih filtera i zahtevaju veći prostor za ugradnju u pogonima. Međutim, oni pružaju manji strujni otpor vazduhu prilikom rada.

Slika 31

Na sl. 32 prikazan je usisni filter sa 6 sekcija. U jednoj od njih uvek se vrši otresanje vreća (u ovom slučaju mehaničko), tako da ostalih 5 sekcija prihvata zaprašeni vazduh. To znači da je ukupna filterska površina raspodeljena u 5 sekcija. Kod ove vrste filtera se vazduh može izbacivati napolje pomoću aspiracionih ventilatora. Ovi filteri ugrađuju se i u potisne sisteme pneumatskog transporta, samo tada transportna strujna mašina savlađuje sve otpore do filtera, a asporacioni ventilator savlađuje otpor u filteru i u sopstvenom cevovodu.

53

Slika 32 – Vrećasti filter sa potpritiskom

U poslednje vreme grade se filteri i cikloni u zajedničkom oklopu. Ciklon je ispod filtera i u njemu se najpre odvoji najveći deo transportovanog materijala iz vazdušne struje. Vazduh sa najsitnijim česticama produžava gore u filter, prolazi kroz njegove vreće i odlazi čist u atmosferu. Ovaj tip kombinovanih separatora čestica iz vazdušne struje nije pogodan za veće koncentracije čestica za vreme pneumatskog transporta.

Pad pritiska vazduha pri filtriranju se računa pomoću formule:,

gde je: B = 0,13 – 0,14; n = 1,2 – 1,3; qF (m3/h) – protok zaprašenog vazduha po 1 m2 filterske površine.

Praktično se izrađuju standardni filteri za koje njihovi proizvođači daju sve podatke u vidu dijagrama i tabela u svojim katalozima. Posao projektanta u tom slučaju se sastoji u tome da na osnovu izračunate filterske površine i raspoloživog prostora u koji se predviđa ugradnja filtera pravilno izabere već izrađeni filter.

54

Vrećasti filteri izdvajaju čestice do 0,2 i postižu stepen odvajanja 98 – 99,9 % kod ostatka prašine od oko 50 mg/m3 , pa se ovim načinom prečišćavanja gasova dobija tehnički skoro čist gas.

Ovi filteri se najčešće primenjuju u procesnoj tehnici i pri njihovoj upotrebi potrebno je voditi računa o temperaturi i vlažnosti gasa, i vršiti periodično ispiranje filtera. Najprostiji vid vrećastog filtera primenjen je kod usisivača za prašinu u domaćinstvima. Industrijski filteri se danas izrađuju sa 2, 3, 4, 5 i 6 sekcija. Proračun filtera počinje izračunavanjem ukupne filterske površine. Dozvoljava se 1 – 1,5 m3/min vazduha po 1m2 filterske površine kad se filteri ugrađuju u potisne sisteme pneumatskog transporta (u njihovim vrećama tada vlada natpritisak), odnosno 2 – 3 m3/min vazduha po 1m2 filterske površine kad se filteri ugrađuju u usisne sisteme pneumatskog transporta (u njihovim vrećama tada vlada potpritisak). Ovako izračunata ukupna filterska površina deli se na N vreća prečnika 150 – 200 mm i dužine 1,5 – 2 m. Tih N vreća smešta se u sekcije (3 reda po 4 vreće, 4 reda po 6 vreća itd. , zavisno od raspoloživog prostora u pogonu gde se filter ugrađuje). Broj sekcija ne treba da bude veći od 5. Tako određen broj sekcija povećava se za jednu.

Keramički filteri – sveće (sl. 33) služe za fino filtriranje gasa koji je već prethodno čišćen i još ima čestica manjih od 3 , a temperatura mu može biti i do 700 C. Rade isto kao i sveće za filtriranje tečnosti, ali je njihovo čišćenje otežano zbog adsorptivnih svojstava keramičkog materijala.

Slika 33 Slika 34

Filteri sa punjenim slojem (sl. 34) sastoje se obično iz sloja metalnih prstenova ili drugog punjenja. Radi boljeg efekta ovi elementi se namoče u viscinsko ulje (smeša mašinskog ulja, glicerina i kaustične sode ).

Kad se filter začepi, ispere se i namoči u viscinsko ulje. Pranje i kvašenje filterskih elemenata može biti automatizovano i kontinualno.

Kod normalne onečišćenosti gasa od 1 – 2 mg/m3 filter postiže stepen čišćenja gasa nekada i do 90 %. Dozvoljeno opterećenje ide do 4000 m3/m2h.

Kod kontinualnih filtera su sve vrednosti znatno niže.

55

Papirnati filteri se rade ili kao klinasti (sl. 34) ili kao ravni (sl 35), ili kao kontinualni sa odmotavanjem trake, što je slučaj kad se čisti vazduh koji se koristi u klimatizaciji prostorija. Specijalna papirnata traka se slaže na taj način da se na malom prostoru postigne velika površina filtriranja. Opterećenje površine papirnih filtera iznosi oko 600 m3/m2h.

Slika 34 Slika 35

Umesto od papira, filterski sloj može biti i od veštačkih vlakana koja su slepljena. Imaju mali otpor (0,04 – 0,12 kN/m2 kod brzina 0,7 – 3 m/s), a mogu se i regenerisati. Prave se obično ili kao ploče 495x495 mm raznih debljina i poroznosti, ili kao površine prilagođene veličini ulaza vazduha ili kao trake sa odmotavanjem čija se brzina odmotavanja automatski reguliše u zavisnosti od porasta otpora. Ovakve materije se po upotrebi obično bacaju.

56