Stoffilters voor stofscheiding: ontwerp, materialen, berekening van de filtergrootte

Stoffilters zijn de oudste en meest gebruikte filtertechnologie om stofdeeltjes uit een gasstroom, meestal lucht, te verwijderen. Hoewel het een oude technologie is, kan een goed gedimensioneerde stoffilterinstallatie met moderne filtermedia hoge ontstoffingsprestaties leveren. Deze pagina helpt u begrijpen hoe stoffilters zijn opgebouwd en hoe u een stoffilterinstallatie dimensionneert.

1. Stoffilters: ontwerp

Wat is een stoffilter?

Stoffilters bestaan uit zacht, flexibel filtermateriaal dat op een frame (meestal metaal, zoals roestvrijstaal) is gemonteerd, wat mechanische stevigheid biedt. Filterzakken zijn meestal cilindrisch of rechthoekig en worden geassembleerd in een stoffilterinstallatie, waardoor ze eenvoudig kunnen worden gepositioneerd met de benodigde afstand tussen elke zak voor een optimale filtratie.

Wat is het verschil tussen een stoffilter en een patroonfilter?

Stoffilters hebben de volgende voor- en nadelen ten opzichte van patroonfilters.

Voordelen van stoffilters t.o.v. patroonfilters

• Lagere eenheidsprijs
• Geen risico op verstopping tussen de plooiingen, zoals bij patroonfilters het geval kan zijn.
• Kan hogere filtratiesnelheden aan

Nadelen van stoffilters t.o.v. patroonfilters

• Kleinere filtratie-oppervlakte binnen hetzelfde volume
• Moeilizamer te monteren, onderhoud neemt meer tijd in beslag
• Voor de meeste materialen: lagere filtratie-efficiëntie

Het is cruciaal dat de zak goed is bevestigd aan het ondersteunende frame en dat het frame goed is gemonteerd op de ondersteuningsplaat. Dit zorgt ervoor dat geen enkele filterzak kan verschuiven of naar beneden vallen, wat zou leiden tot stoflekkage en mogelijk vreemde voorwerpen in het product. Het contact tussen de filterzak en de ondersteuningsplaat is ook essentieel om elektrische continuïteit te waarborgen en zo de risico’s van stofexplosies te beheersen, die kunnen worden veroorzaakt door een filterzak die statisch geladen raakt en plotseling vonken genereert wanneer de spanning hoog genoeg is.

2. Stoffiltermaterialen

Hoeveel soorten stoffilters zijn er?

Er zijn 2 belangrijke technologieën voor de fabricage van stoffilters:

• Geweven filtermedia
• Viltfiltermedia

Geweven filtermedia zijn het oudste ontwerp en tegenwoordig minder wijdverspreid. Ze worden voornamelijk gebruikt in stoffilterinstallaties die gebruikmaken van omgekeerde luchtreiniging of trillende filters als reinigingsmechanisme. De materialen die in geweven media worden gebruikt, zijn meestal glasvezel of polyester. Geweven media hebben over het algemeen lagere efficiënties dan naaldviltmedia door hun goed geordende, geweven structuur.

Viltfiltermedia zijn niet-gewoven en bestaan uit korte vezels die door naaldtechniek aan elkaar zijn bevestigd, waardoor een complex netwerk van vezels ontstaat. Viltmedia worden soms ondersteund door een geweven laag, scrim genaamd. Naaldviltfilterzakken worden meestal gemaakt van een van de volgende materialen: polyester vilt (meest gebruikelijk), aramide vilt (betere temperatuurbestendigheid dan polyester), PTFE vilt (biedt superieure chemische en temperatuurbestendigheid). Viltfilters zijn het meest efficiënte mediatype voor gebruik in puls-jet reinigingsinstallaties.

Een aantal verbeteringen aan het filtermedium kan worden aangebracht dankzij specifieke behandelingen of door gebruik te maken van een vezelmengsel. De meest voorkomende verbeteringen voor stoffiltermedia staan hieronder vermeld. Het betreft voornamelijk viltfiltermedia:

• Zonder behandeling: naaldviltfilters zijn gevoelig voor stofpenetratie in het filtermedium. Fijn stof dringt eerst het filter binnen, blijft vastzitten tussen de vezels en vormt vervolgens, wanneer deze eerste fase is voltooid, een laag op het oppervlak van het filter, wat een stofkoek wordt genoemd. Deze stofkoek fungeert eigenlijk als een filter en verbetert zo de filtratie-efficiëntie. Toch gaat de stofpenetratie in de loop der tijd door, wat leidt tot een toename van de drukval over het filter en uiteindelijk tot verstopping. Deze filters zijn goede keuzes als het stof niet te fijn is en de luchtstroom niet te hoog.
• Coating: om een filter te coaten, wordt acryl of PTFE op het oppervlak van het filter gespoten. De coating is niet continu en voorkomt dus niet dat stof diep in het filtermedium doordringt. Voor grotere deeltjes helpt het echter wel bij het loslaten van de stofkoek, wat resulteert in een betere reinigbaarheid.
• Membraan: een PTFE-membraan wordt aangebracht op het oppervlak van een naaldvilt polyester medium. Het membraan vormt een continue, zeer fijn laagje dat zelfs kleine deeltjes ervan weerhoudt om in de polyester matrix door te dringen. Dit zorgt voor een betere filtratie, een lagere drukval en een betere loslating van de stofkoek, en dus een efficiëntere reiniging wanneer het filter wordt gepulst.

Speciale filtermedia bieden oplossingen voor enkele veelvoorkomende problemen in de industrie. [Scoble] geeft suggesties over welk filter te selecteren om specifieke problemen op te lossen:

Slechte loslating van de stofkoek (verstopping van het filter door een dikke laag materiaal)	Geglazuurde viltfilters Gebruik een PTFE-membraan
Stoflekkage	Gebruik viltfilters gemaakt van ultrafijne vezels (micro-denier) Gebruik een speciaal vezelmengsel Gebruik een PTFE-membraan
Filterverslechtering	Gebruik gecoate filters met een siliconenoplossing
Filtratie van vezelig stof	Geglazuurde viltfilters Gebruik een PTFE-membraan

3. Stoffilters: benodigde filtratie-oppervlakteberekening en filterdimensionering

Dimensionering van stoffilters: hoe dimensionneert u een stoffiltersysteem?

Bij het ontwerpen van een stofafscheider met stoffilters moeten de volgende ontwerp- en dimensioneringscriteria worden bestudeerd: lucht-doekverhouding (filtratiesnelheid), interstitiële snelheid en kansnelheid ("can velocity")

3.1 Lucht-doekverhouding voor filterpatronen

De lucht-doekverhouding is eigenlijk vergelijkbaar met de filtratiesnelheid van lucht, berekend door de volumetrische luchtstroom bij de inlaat van de stofafscheider te delen door het totale geïnstalleerde filteroppervlak.

Lucht_Doek_Verhouding = Q_lucht/S_{filter_eff}

met:

Q_lucht = totale luchtstroom bij de inlaat van de filterinstallatie (m³/s)
S_{filter_eff} = beschikbaar effectief filteroppervlak (m²)

In de VS wordt dezelfde berekening uitgevoerd, maar met cfm (cubic feet per minute) en ft²,² wat resulteert in een lucht-doekverhouding in ft/min. Het is belangrijk om te weten in welke eenheden de verhouding wordt uitgedrukt, aangezien de waarden hiervan afhankelijk zijn.

Voor zakkenfilters vermeldt de literatuur filtratiesnelheden tot 0,06-0,07 m/s, maar nauwkeurigere waarden kunnen worden verkregen uit gegevens van fabrikanten.

Voorbeeld: de volgende gegevens worden verstrekt door een fabrikant van filterpatronen

De fabrikant geeft een permeabiliteit van 65 l/dm²·min, wat overeenkomt met een filtratiesnelheid of lucht-doekverhouding van 0,108 m/s, wat iets hoger is dan de hierboven genoemde waarde.

De lucht-mediaverhouding is het meest besproken ontwerpcriterium voor filters. Voor pulse-jet-systemen, waar de zakken verticaal zijn gemonteerd en de inlaat van stofbeladen lucht onder de patronen, mag de luchtsnelheid *onder* en *tussen* de filters niet verwaarloosd worden. Indien deze te hoog is, zal dit verhinderen dat het tijdens een persluchtpuls losgemaakte stof naar beneden valt. De opwaartse luchtstroom zal het poeder onmiddellijk opnieuw meenemen, waardoor de reiniging door de pulse-jet ineffectief wordt.

3.2 Kan-snelheid ("Can Velocity")

De kan-snelheid is gedefinieerd als de volumetrische luchtstroom gedeeld door het dwarsdoorsnede-oppervlak van de filterkamer.

Kan_Snelheid = Q_lucht/S_kamer

Met:

Q_lucht = totale luchtstroom bij de inlaat van de filterinstallatie (m³/s)
S_kamer = dwarsdoorsnede-oppervlak van de filterkamer (m²)

3.3 Interstitiële snelheid

De interstitiële snelheid is de snelheid *tussen* de filters, wat betekent dat deze wordt gedefinieerd door de volumetrische luchtstroom gedeeld door (het dwarsdoorsnede-oppervlak van de kamer minus de som van de dwarsdoorsnede-oppervlakken van de filters).

Interstitiële_Snelheid = Q_lucht/(S_kamer-S_{sectie_filters})

Met:

Q_lucht = totale luchtstroom bij de inlaat van de filterinstallatie (m³/s)
S_kamer = dwarsdoorsnede-oppervlak van de filterkamer (m²)
Ssectie_filters = som van de dwarsdoorsnede-oppervlakken van de filters

4. Filtergrootte Excel-rekenmodule

Verschillende kenmerken met betrekking tot filterdimensionering kunnen worden geschat met behulp van deze gratis Excel-rekenmodule: Berekeningshulp - Filterdimensionering Excel-rekenmodule (klik hier)

Waarschuwing: deze rekenmodule wordt ter illustratie van de concepten op deze webpagina aangeboden en is *niet* bedoeld voor gedetailleerd ontwerp. Het is geen commercieel product en er wordt geen garantie gegeven op de resultaten. Raadpleeg voor gedetailleerd ontwerp altijd een gerenommeerd ingenieursbureau.

Bron

[Scoble] Specialistische filtermedia voor zakkenfilters voor betere prestaties in veeleisende toepassingen, Scoble, PBE