Rafał Przekop, Krzysztof Grzybowski and Leon Gradoń*
Warsaw University of Technology
Department of Chemical and Process Engineering
Warynskiego 1
00-645 Warsaw
Poland
*Corresponding Author: Tel./Fax. (++48 22) 825 91 80
E-mail: gradon@ichip.pw.edu.pl
The model of a single fibre loading with particles including the resuspension effect
can explain some important phenomena which occurs in the fibrous filter media.
Rationalization of the filter structure requires of the knowledge of the temporary and spatial
behavior of the nonsteady-state deposition process including information on the configuration
of dendrites, their fractal dimension and local porosity as well as the restructurization of
deposits due to reentrainment and redeposition. Model proposed above provides some
information on these items. The simplification, assumed in the model, related to the
dynamical changes of the boundary conditions for the carrier gas flow caused by continuous
deposition of particles can be eliminated through incorporation of the lattice-Boltzmann appr
ach for description of the particle deposition process, as it was proposed in our previous paper
(Przekop et. al. 2003).
Acknowledgements: This work was supported by the KBN grant 7 T09C 054 21 |
Rafał Przekop, Arkadiusz Moskal, Leon Gradoń*
Warsaw University of Technology
Department of Chemical and Process Engineering
Warynskiego 1
00-645 Warsaw
Poland
*Corresponding Author: Tel./Fax. (++48 22) 825 91 80
E-mail: gradon@ichip.pw.edu.pl
The rational design of filtration process should be based on reliable predictions of the dependence on the effluent concentration and on the pressure drop on the time for a given set of operating conditions i.e. particle concentration and size, filter packing density, size of filter element, velocity of gas and others. The pattern of filling of the internal space of the porous structure of fibrous filters strongly influences the behaviour of the filter at the stage of nonsteady-state filtration. The cellular automata probabilistic model extended to the lattice-Boltzmann approach was used for description of the local structures of deposited particles forming clusters on the surface of a single fibre of the filter. The fractal dimension of deposited structure and its local porosity were calculated for the Peclet number from range 0.5-10. Results of calculation show that deposits for which diffusion is controlling mechanism of deposition have a higher fractal dimension, are strongly branched and are distributed around filter fibre. Deposits obtained for conditions related to the higher Peclet numbers are situated at the front of the fibre and are more regular than those obtained for diffusion-controlled deposition. The pressure drop of the aerosol flow through a loaded fibre increases more rapidly, in time of loading, for diffusion controlled deposition, than for the higher contribution of convection in the process of deposition. |
Leon Gradoń, Tomasz Ciach
Warsaw University of Technology
Department of Chemical and Process Engineering
Warynskiego 1
00-645 Warsaw
Poland
*Corresponding Author: Tel./Fax. (++48 22) 825 91 80
E-mail: gradon@ichip.pw.edu.pl
Filtracja wgłębna jest często stosowanym procesem do usuwania cząstek fazy stałej z zawiesin ciekłych w przypadkach, gdy stężenie masowe cząstek zawiesiny jest niewielkie i nie przekracza 100 mg/l, a średnica cząstek jest mniejsza niż 100 mm. Cząstki zawiesiny, przepływając wraz z płynem przez porowatą strukturę filtra, deponują się na jego elementach. Podstawowymi efektami decydującymi o depozycji cząstek jest bezpośrednie zaczepienie, bezwładność i dyfuzja Brownowska oraz siły krótkiego zasięgu, tzn. warstwy podwójnej (w przypadku płynów elektrolitycznych) i London'a-van der Waals'a. Elementami struktury filtra mogą być ziarna ceramiczne lub włókna. Struktury włókninowe, powszechnie stosowane do oczyszczania wody pitnej i technologicznej, płynów farmaceutycznych, paliw, itd., były obiektem badań niniejszej pracy. Na podstawie analizy modelu procesu filtracji nieustalonej wykazano, że najkorzystniejsze warunki filtracyjne, tzn. wysoką sprawność filtracji, niskie opory przepływu i długi czas życia filtra uzyskuje się w przypadku stosowania struktur wielowarstwowych, zachowujących stałą porowatość przez wszystkie warstwy i zmienną średnicę włókien, zmniejszającą się w kierunku przepływu zawiesiny.
Rurowe filtry włókninowe o takiej właśnie strukturze otrzymywano stosując technikę rozdmuchu stopionego polimeru. Zmieniając parametry procesowe, tj. temperaturę polimeru, temperaturę powietrza i natężenia przepływu obu czynników oraz odległość od głowicy do odbieralnika, otrzymywano żądane struktury filtrów. Filtry te poddawano badaniom w testowym układzie doświadczalnym. Dla polidyspersyjnego pyłu tworzącego zawiesinę testową mierzono skuteczność filtracji nieustalonej. Wyniki pomiarów potwierdzają sugestie dotyczące struktury filtra wyznaczone z obliczeń modelowych. |
