過濾過程分析

1、過 濾 過程分析Filtration.Separation.Solution.TM定義過濾過濾利用有孔介質(zhì)從流體(液體或氣體)中除去污染物Filtration.Separation.Solution.TM濾材濾材孔孔潔凈流體潔凈流體(濾出液，下游濾出液，下游)污染流體污染流體(進(jìn)料液，上游進(jìn)料液，上游)定義1 1 微米微米 (um) (um) 等于等于: :410106 6 米米 10103 3 毫米毫米43.93.910 10 -5-5 英寸英寸4又稱又稱 micronmicronFiltration.Separation.Solution.TM微米微米定義Filtration.Separa

2、tion.Solution.TM小顆粒的相對尺寸小顆粒的相對尺寸8.040人發(fā)直徑裸眼可見最小顆?；ǚ奂t細(xì)胞酵母和真菌6.0100 um806020105.0沙雷氏菌 假單胞菌 0.43.02.01.00.80.60.50.34.0 um小顆粒的相對尺寸Filtration.Separation.Solution.TM大硅膠顆粒大硅膠顆粒 (20 um) 鉛筆墨點(diǎn)鉛筆墨點(diǎn) (40 um)紅細(xì)胞紅細(xì)胞(7m mm)酵母細(xì)胞酵母細(xì)胞 (3 um)典型細(xì)菌典型細(xì)菌 (0.2m mm)定義Filtration.Separation.Solution.TM過濾過濾 / 分離范圍分離范圍 顆粒尺寸顆粒尺寸

3、 10-4 10-3 10-2 10-1 1.0 10 102 103 ( 微米微米) 平均分子量平均分子量 100 200 20,000 500,000 Cloth & Depth FiltersScreens & Strainers微濾微濾超濾超濾納濾納濾反滲透反滲透過濾工藝范圍過濾工藝范圍Red BloodCellsLatex EmulsionsOil EmulsionsPaint PigmentBacteriaSandHuman HairProtein / EnzymesCarbonBlackVirusAtomicRadii可溶鹽類可溶鹽類VOC抯抯, PCD, Sus

4、p. Oil金屬離子金屬離子膜膜類型類型普通污染物普通污染物的相對尺寸的相對尺寸濾布和深層過濾器濾布和深層過濾器篩網(wǎng)和濾網(wǎng)篩網(wǎng)和濾網(wǎng)微濾微濾超濾超濾納濾納濾反滲透反滲透過濾工藝范圍過濾工藝范圍紅細(xì)胞紅細(xì)胞乳膠乳膠油乳劑油乳劑油漆顏料油漆顏料細(xì)菌細(xì)菌沙粒沙粒人發(fā)人發(fā)蛋白蛋白 / 酶酶碳粒碳粒病毒病毒輻射原子輻射原子可溶鹽類可溶鹽類VOC抯抯, PCD, Susp. Oil金屬離子金屬離子膜膜類型類型普通污染物普通污染物的相對尺寸的相對尺寸過濾器的功能過濾器經(jīng)常被認(rèn)為是一種簡單的網(wǎng)或篩子，過濾器經(jīng)常被認(rèn)為是一種簡單的網(wǎng)或篩子， 過濾過濾 / 分離是在一個(gè)平面上進(jìn)行的。分離是在一個(gè)平面上進(jìn)行的。Fi

5、ltration.Separation.Solution.TM過濾器的功能 實(shí)際上，頗爾生產(chǎn)的過濾器濾材具有深度。實(shí)際上，頗爾生產(chǎn)的過濾器濾材具有深度。 “彎曲通道彎曲通道”的結(jié)果對于污染物的去除起到了的結(jié)果對于污染物的去除起到了 輔助作用輔助作用 Filtration.Separation.Solution.TM過濾器的功能“彎曲通道”存在于：Filtration.Separation.Solution.TM澆鑄膜澆鑄膜或或 纖維纏繞纖維纏繞過 濾 機(jī) 理Filtration.Separation.Solution.TM三種過濾機(jī)制4直接攔截4慣性撞擊4擴(kuò)散攔截Filtration.Sepa

6、ration.Solution.TM直接攔截4液體中的基本過濾機(jī)制4本質(zhì)是一種篩分效應(yīng)，機(jī)械攔截顆粒4例如：一種簡單的篩網(wǎng)可以攔截尺寸 大于其孔徑的顆粒Filtration.Separation.Solution.TM直接攔截Filtration.Separation.Solution.TM顆粒大于孔徑顆粒大于孔徑直接攔截Filtration.Separation.Solution.TM絕對截留絕對截留 - 顆粒被捕獲在濾材纖維之間形成的孔中顆粒被捕獲在濾材纖維之間形成的孔中 直接攔截4當(dāng)顆粒大于流道孔徑時(shí)即被該結(jié)構(gòu)去除4容污能力可以用彎曲結(jié)構(gòu)提高 篩網(wǎng)無此作用Filtration.Separ

7、ation.Solution.TM直接攔截4通過搭橋作用，尺寸小于濾孔的顆粒也可被攔截0不規(guī)則形狀的顆粒 / 方向性0多個(gè)顆粒同時(shí)撞擊到同一個(gè)濾孔Filtration.Separation.Solution.TM直接攔截Filtration.Separation.Solution.TM不規(guī)則形狀的搭橋不規(guī)則形狀的搭橋直接攔截Filtration.Separation.Solution.TM多個(gè)小顆粒的搭橋多個(gè)小顆粒的搭橋慣性撞擊4尺寸小于濾材孔徑的顆粒的輔助攔截方式4流體攜帶的顆粒由于質(zhì)量和線速度而具有直線 運(yùn)動(dòng)的慣性4顆粒離開流體主流而撞擊到濾材上Filtration.Separation.

8、Solution.TM慣性撞擊Filtration.Separation.Solution.TM慣性撞擊Filtration.Separation.Solution.TM當(dāng)流體改變運(yùn)動(dòng)方向時(shí)，慣性使顆粒撞擊到濾材當(dāng)流體改變運(yùn)動(dòng)方向時(shí)，慣性使顆粒撞擊到濾材表面表面,因吸附力的存在顆粒便停留在撞擊表面因吸附力的存在顆粒便停留在撞擊表面慣性撞擊Filtration.Separation.Solution.TM當(dāng)流經(jīng)過濾介質(zhì)時(shí)流體必須沿彎曲通道行進(jìn)。 這將增加該過濾機(jī)理的有效性。 慣性撞擊Filtration.Separation.Solution.TM慣性撞擊4顆粒被機(jī)械攔截或被吸附攔截4在氣體中比

9、在液體中更有效.4對大于 0.5 - 1.0 微米的顆粒很有效.Filtration.Separation.Solution.TM吸附4表面相互作用0電荷不同4范德華力(Van der Waals)Filtration.Separation.Solution.TM攔截尺寸小于濾孔的顆粒攔截尺寸小于濾孔的顆粒 由于: 吸附Filtration.Separation.Solution.TM表面作用表面作用 液體過濾的輔助方式4Zeta 正電勢:0濾材所帶的正電荷捕捉帶負(fù)電的污染物4絮凝:0添加高分子電解質(zhì) (例如淀粉) 使細(xì)顆粒凝聚成較大的顆粒進(jìn)而形成濾餅4助濾劑:0添加助濾劑 (例如：硅藻土)

10、以形成濾餅Filtration.Separation.Solution.TM擴(kuò)散攔截4氣體分子 (作隨機(jī)運(yùn)動(dòng)) 碰撞小顆?；蜢F滴4布朗運(yùn)動(dòng)(Brownian motion)碰撞的結(jié)果， 增加了顆粒碰撞過濾介質(zhì)的機(jī)會(huì)4僅在氣體中有效Filtration.Separation.Solution.TM擴(kuò)散攔截氣體分子作布朗運(yùn)動(dòng)氣體分子作布朗運(yùn)動(dòng)Filtration.Separation.Solution.TM擴(kuò)散攔截Filtration.Separation.Solution.TM擴(kuò)散攔截被隨機(jī)運(yùn)動(dòng)的氣體分子碰撞的顆粒撞擊到過濾介質(zhì)上并被吸附截留Filtration.Separation.Solut

11、ion.TM擴(kuò)散攔截當(dāng)流經(jīng)過濾介質(zhì)時(shí)流體必須沿彎曲通道行進(jìn)。 這將增加過濾機(jī)制的有效性。Filtration.Separation.Solution.TM擴(kuò)散攔截4氣體過濾器能夠去除尺寸遠(yuǎn)小于其液體精度 的污染物4對細(xì)小顆粒 (0.1 - 0.3微米)非常有效4如果一個(gè)氣體過濾器在濕潤環(huán)境中運(yùn)行， 它的去除能力即變?yōu)橐后w精度Filtration.Separation.Solution.TM小結(jié)過濾介質(zhì)的過濾 / 分離效率由于直接攔截直接攔截慣性撞擊慣性撞擊擴(kuò)散攔截?cái)U(kuò)散攔截的共同作用而增強(qiáng) Filtration.Separation.Solution.TM過濾機(jī)理總結(jié)直接攔截直接攔截Filtra

12、tion.Separation.Solution.TM慣性撞擊慣性撞擊擴(kuò)散攔截?cái)U(kuò)散攔截過濾精度Filtration.Separation.Solution.TM如何確定過濾器的性能呢？依據(jù)絕對精度或公稱精度依據(jù)絕對精度或公稱精度Filtration.Separation.Solution.TM公稱精度 no no Non-fixed pore Non-fixed pore constructionconstruction公稱精度的定義：基于大于或等于給定公稱精度的定義：基于大于或等于給定尺寸所有顆粒的某一去除百分?jǐn)?shù)，由過尺寸所有顆粒的某一去除百分?jǐn)?shù)，由過濾器廠商指定的有爭議的微米數(shù)值。它濾器廠

13、商指定的有爭議的微米數(shù)值。它幾乎沒有好的詳細(xì)說明，也無再現(xiàn)性。幾乎沒有好的詳細(xì)說明，也無再現(xiàn)性。Filtration.Separation.Solution.TM1. 有爭議的微米精度有爭議的微米精度2.由制造商自己指定由制造商自己指定3.去除重量百分比去除重量百分比4.可變的、不可再現(xiàn)的下游流體質(zhì)量可變的、不可再現(xiàn)的下游流體質(zhì)量5.非固定孔結(jié)構(gòu)非固定孔結(jié)構(gòu)Filtration.Separation.Solution.TM重量與數(shù)量One ” marble in a barrel.256 billion 2 m particles 12.6 mg/l Filtration.Separation

14、.Solution.TM獨(dú)創(chuàng)的絕對精度定義 在指定試驗(yàn)條件下能夠通過過濾器的最大剛性球形顆粒的直徑。 它是過濾器元件中最大開孔的標(biāo)志。Filtration.Separation.Solution.TM過濾精度挑戰(zhàn)試驗(yàn)方法( 1 m)微粒挑戰(zhàn) 玻璃珠 中等硅土試驗(yàn)粉塵 粗硅土試驗(yàn)粉塵 乳膠球形顆粒 聚苯乙烯球形顆粒Filtration.Separation.Solution.TM結(jié)果表達(dá)由計(jì)數(shù)器讀數(shù)計(jì)算由計(jì)數(shù)器讀數(shù)計(jì)算“過濾比過濾比”或稱或稱 “Beta 比比”，符號，符號 上游大于直徑上游大于直徑 x 的微粒數(shù)的微粒數(shù) x =下游大于直徑下游大于直徑 x 的微粒數(shù)的微粒數(shù)Filtration.

15、Separation.Solution.TMPall絕對精度由F-2試驗(yàn)確定 經(jīng)F-2試驗(yàn)評定的Pall過濾器給定“絕對精度”。 對這類過濾器， Beta 值值 5000Filtration.Separation.Solution.TMBeta 值值1,000,000Particles Xmm下游微粒數(shù)下游微粒數(shù)x=2050,00095%x=7513,00098.7%x=2005,00099.5%x=1000100099.9%x=500020099.98%x=2500,00050%效率效率Filtration.Separation.Solution.TMBeta標(biāo)定過濾器的特征 截留微粒尺寸清

16、楚 流體質(zhì)量能夠再現(xiàn) 固定孔結(jié)構(gòu) 公認(rèn)的精度標(biāo)準(zhǔn)過濾介質(zhì)類型Filtration.Separation.Solution.TM濾材類型4表面過濾介質(zhì)4深度過濾介質(zhì)Filtration.Separation.Solution.TM通常，過濾器濾材可分為兩類：* 過濾器制造商對這些述語的正式定義還未達(dá)成一致濾材類型4表面過濾介質(zhì):0金屬編織網(wǎng)粉末燒結(jié)4深度過濾介質(zhì):0澆鑄膜結(jié)構(gòu)0纖維材料結(jié)構(gòu)Filtration.Separation.Solution.TM頗爾公司制造兩類介質(zhì):表面過濾介質(zhì)4所有濾孔在同一個(gè)平面上4依靠直接攔截捕獲顆粒Filtration.Separation.Solution.T

17、M最嚴(yán)格的定義:表面過濾Filtration.Separation.Solution.TM表面或篩網(wǎng)過濾的局限4主要依靠直接攔截。小于孔徑的顆粒將穿過。 4慣性撞擊無效.4擴(kuò)散攔截有微效. Filtration.Separation.Solution.TM深度過濾介質(zhì)4污染物捕獲于介質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的一種過濾介質(zhì)，其濾孔遍布整個(gè)介質(zhì)厚度。4變化的流體通道可以獲得更高容污能力Filtration.Separation.Solution.TM最嚴(yán)格的定義:深度過濾介質(zhì)4顆?？梢栽诒砻姹徊都?，F(xiàn)iltration.Separation.Solution.TM4也可以在介質(zhì)層內(nèi)被捕集，4因此，提高了容污能力

18、。深度過濾介質(zhì)Filtration.Separation.Solution.TM過濾介質(zhì)設(shè)計(jì)和特點(diǎn)Filtration.Separation.Solution.TM濾孔設(shè)計(jì)4濾孔尺寸是均一的還是不均一的4濾孔是固定還是非固定的Filtration.Separation.Solution.TM比考慮表面還是深度更重要的是.過濾介質(zhì)設(shè)計(jì)和特點(diǎn)4濾孔設(shè)計(jì)0均一或不均一0固定或非固定4過濾面積4壓差0孔隙率Filtration.Separation.Solution.TM均一孔徑4所有濾孔均為同一尺寸4由于搭橋現(xiàn)象，可以攔截小于孔徑 的顆粒Filtration.Separation.Solution.

19、TM不均一 ( (設(shè)計(jì)) ) 孔徑4污染物不全是同一尺寸和形狀4在制造過程中控制孔徑以保證大于某一給定尺寸的顆粒能定量去除4隨機(jī)孔徑分布有更高效率Filtration.Separation.Solution.TM非固定濾孔介質(zhì)4在使用過程中孔徑發(fā)生變化(非設(shè)計(jì)的)0例如：當(dāng)壓力升高時(shí)孔徑變大4導(dǎo)致:0卸載0介質(zhì)遷移0短路Filtration.Separation.Solution.TM非固定濾孔介質(zhì)4由于壓力增加 / 波動(dòng)導(dǎo)致卸載4由于濾材和支撐結(jié)構(gòu)彎曲導(dǎo)致濾孔 變大或變形 4濾孔變大，先前捕獲的污染物穿透到下游Filtration.Separation.Solution.TM卸載濾孔變大，

20、原先已攔截的污染物下卸Filtration.Separation.Solution.TM非固定濾孔介質(zhì)的介質(zhì)遷移過濾器濾材部 分脫落到下游 從而污染了濾 出液 Filtration.Separation.Solution.TM介質(zhì)遷移 介質(zhì)遷移是可以避免的只要使過濾器介質(zhì)具有穩(wěn)定的濾孔并且和支撐結(jié)構(gòu)牢固連接Filtration.Separation.Solution.TM非固定濾孔介質(zhì)的旁通現(xiàn)象4過濾介質(zhì)出現(xiàn)超標(biāo)孔徑或過寬的孔徑分布Filtration.Separation.Solution.TM非固定濾孔介質(zhì)的旁通現(xiàn)象4過濾介質(zhì)和濾芯硬件連接問題Filtration.Separation.S

21、olution.TM旁通4濾芯和濾殼密封問題 Filtration.Separation.Solution.TM固定濾孔介質(zhì)4在過濾器使用壽命內(nèi)孔徑不變4沒有卸載、介質(zhì)遷移或旁通現(xiàn)象Filtration.Separation.Solution.TM固定濾孔和非固定濾孔的對比Filtration.Separation.Solution.TM深層和打褶設(shè)計(jì)的對比Filtration.Separation.Solution.TM同樣體積，打褶設(shè)計(jì)可以增加過濾面積近同樣體積，打褶設(shè)計(jì)可以增加過濾面積近 513倍倍 D = 2 “ D = 2 ”1010A = 過濾面積過濾面積T = 過濾介質(zhì)厚度過濾介質(zhì)厚度 A = 0.6 ft2A2= 3-8ft2T1T2過濾面積Filtration.Separation.Solution.TM4增加過濾面積可以：0降低 DP0延長使用壽命過濾面積Filtration.Separation.Solution.TM5 個(gè)孔堵塞5 個(gè)孔開放DP = 1 psid 5 個(gè)孔堵塞15 個(gè)孔開放DP = 1/3 psid 10 孔孔 20 孔孔 舉例: 過濾面積倍增的比較15個(gè)孔堵塞后才能 達(dá)到 D DP = 1 p