过滤基本原理..ppt

过滤原理,滤材,孔,定义,过滤利用有孔介质从流体(液体或气体)中除去污染物,定义,1微米(um)等于:106米103毫米3.910-5英寸又称micron,微米,定义,过滤/分离范围,定义,小颗粒的相对尺寸,小颗粒的相对尺寸,过滤器的功能,一个过滤器的功能是从一种流体(液体或气体)中去除污染物以使达到所需的流体洁净度水平,过滤机理,三种过滤机制,直接拦截惯性撞击扩散拦截,直接拦截,液体中的基本过滤机制本质是一种筛分效应，机械拦截颗粒例如：一种简单的筛网可以拦截尺寸大于其孔径的颗粒,直接拦截,颗粒大于孔径,直接拦截,绝对截留-颗粒被捕获在滤材纤维之间形成的孔中,直接拦截,直接拦截,当颗粒大于流道孔径时即被该结构去除容污能力可以用弯曲结构提高筛网无此作用,直接拦截,通过搭桥作用，尺寸小于滤孔的颗粒也可被拦截不规则形状的颗粒/方向性多个颗粒同时撞击到同一个滤孔,直接拦截,不规则形状的搭桥,直接拦截,多个小颗粒的搭桥,定义,拦截在过滤器表面的颗粒堆积成颗粒层当过滤器表面完全被一个厚的颗粒层所覆盖时，所谓的“滤饼”即已形成了。滤饼颗粒间的孔隙亦如同一种过滤器，对细颗粒的拦截效率通常由此而提高,滤饼,惯性撞击,尺寸小于滤材孔径的颗粒的辅助拦截方式流体携带的颗粒由于质量和线速度而具有直线运动的惯性颗粒离开流体主流而撞击到滤材上,惯性撞击,惯性撞击,当流体改变运动方向时，惯性使颗粒撞击到滤材表面并由于吸附力而停留,惯性撞击,当流经过滤介质时流体必须沿弯曲通道行进，这将增加过滤机制的有效性。,惯性撞击,停留的颗粒减小了滤孔孔径,惯性撞击,惯性撞击,颗粒被机械拦截或被吸附拦截在气体中比在液体中更有效.对大于0.5-1.0微米的颗粒很有效.,吸附,表面相互作用电荷不同范德华力(VanderWaals),拦截尺寸小于滤孔的颗粒,由于:,吸附,表面作用,Zeta正电势:滤材所带的正电荷捕捉带负电的污染物絮凝:添加高分子电解质(例如淀粉)使细颗粒凝聚成较大的颗粒进而形成滤饼助滤剂:添加助滤剂(例如：硅藻土)以形成滤饼,液体过滤的辅助方式,Zeta正电势,Zeta正电势是颗粒在水溶液中表面产生的动电学吸引力(电荷)带电的颗粒将被带相反电荷的滤材表面吸引并由于这些力而被牢固阻截,Zeta正电势,颗粒接触到滤材表面由于吸引力而被阻截,带负电的污染物,水溶液,带正电的滤材,吸附/Zeta电势,细菌支原体病毒酵母,大多数需过滤的颗粒都带负电，例如：,硅颗粒细菌内毒素(热源)蛋白分子,扩散拦截,气体分子(作随机运动)碰撞小颗粒或雾滴布朗运动(Brownianmotion)碰撞的结果，增加了颗粒碰撞过滤介质的机会仅在气体中有效,扩散拦截,气体过滤器能够去除尺寸远小于液体精度的污染物对小-细颗粒(0.1-0.3微米)非常有效如果一个气体过滤器在湿润环境中运行，它的去除能力即变为液体精度,扩散拦截,扩散拦截,气体分子作布朗运动,扩散拦截,分散在气体分子中的小颗粒或雾滴受到撞击发生位移,扩散拦截,被随机运动的气体分子碰撞的颗粒撞击到过滤介质上并被吸附截留,扩散拦截,当流经过滤介质时流体必须沿弯曲通道行进，这将增加过滤机制的有效性。,小结,过滤介质的过滤/分离效率由于直接拦截惯性撞击扩散拦截的共同作用而增强,过滤机理总结,直接拦截,惯性撞击,扩散拦截,过滤机理及其效率,过滤介质类型,表面过滤介质深度过滤介质,滤材类型,通常，过滤器滤材可分为两类：,表面过滤介质:编织网粉末烧结深度过滤介质:浇铸膜结构纤维材料结构,过滤器制造商并未统一上述概念的“官方”定义,滤材类型,伊顿公司制造两类介质:,2019/11/18,45,可编辑,表面过滤介质,所有滤孔在一个平面上依靠直接拦截捕获颗粒,最严格的定义:,表面过滤,表面或筛网过滤的局限,主要依靠直接拦截。小于孔径的颗粒将穿过。惯性撞击无效.扩散拦截有微效.,深度过滤介质,污染物被介质内部结构捕获的一种过滤介质，滤孔贯穿于整个介质厚度。调整流道可以获得高容污能力。,最严格的定义:,深度过滤介质,颗粒可以在表面被捕集，,也可以在介质深度被捕集，因此，提高了容污能力。,深度过滤介质,过滤介质设计和特点,过滤介质设计和特点,滤孔设计均一或不均一固定或非固定过滤面积压差孔隙率,滤孔设计,滤孔尺寸是均一的还是不均一的滤孔是固定还是非固定的,比考虑表面还是深度更重要的是.,均一孔径,所有滤孔均为同一尺寸由于搭桥现象，可以拦截小于孔径的颗粒,不均一(设计)孔径,污染物不总是完全同一的尺寸和形状在制造过程中控制孔径以保证大于某一给定尺寸的颗粒的定量去除宽泛的孔径分布意味着高效率,孔径分布,孔径分布代表了对不同尺寸污染物的过滤效率孔径分布是为过滤应用而设计的,非固定滤孔介质,在使用过程中孔径发生变化(非设计的)例如：当压力升高时孔径变大导致:卸载介质迁移短路,非固定滤孔介质,由于压力增加/波动导致卸载由于滤材和支撑结构弯曲导致滤孔变大或变形滤孔变大，先前捕获的污染物穿透到下游,卸载,可由固定、稳定的孔结构加以防止,非固定滤孔介质的介质迁移,过滤器滤材部分脱落到下游从而污染了滤出液,介质迁移,介质迁移是可以避免的只要使过滤器介质具有稳定的滤孔并且和支撑结构牢固连接,非固定滤孔介质的旁通现象,过滤介质出现超标孔径或过宽的孔径分布,非固定滤孔介质的旁通现象,过滤介质和滤芯硬件连接问题,旁通,滤芯和滤壳密封问题,固定滤孔介质,在过滤器使用寿命内孔径不变没有卸载、介质迁移或旁通现象,固定滤孔和非固定滤孔的对比,打褶设计可以增加过滤面积近513倍,卷式深层和打褶设计的对比,D=2緮,D=2緮,10,10,A=0.6ft2,A2=3-8ft2,T,1,T,2,打褶设计,表面积,增加表面积可以：降低DP延长使用寿命,5个孔堵塞5个孔开放DP=1psid,5个孔堵塞15个孔开放DP=1/3psid,10孔,20孔,举例:表面积倍增的比较,15个孔堵塞后才能达到DP=1psid，使用寿命因此增加了三倍,表面积,压差,定义压差过滤器使用时上游和(压力降DP)下游之间的压力差别净压差过滤器开始使用未捕集任何污染物之前时的压差,压差,1.由流体阻力产生.2.在干净的过滤器，由滤孔产生,压差,定义最大允许压差:过滤器结构不受破坏的最大压差限制,过滤器寿命曲线,压差和使用时间的关系,曲线拐点,初始DP,时间(t),恒定流速下的DP,过滤时颗粒被过滤器滤孔截留压差上升,孔隙率,过滤器中的开放面积(孔隙率)容污力增加将：降低流体线速度降低DP延长使用寿命,孔隙率,纤维直径对孔隙率和容污力的重要性,纤维直径减小，孔隙率增加(假设孔径不变),过滤材质分类,不同材质适合不同的过滤流体选择不同材质，主要从以下方面判断：化学兼容性耐温性孔隙率孔径分布,无机材质与有机材质,无机与有机材质化学兼容性,无机与有机材质耐温性,无机与有机介质孔隙率与孔径分布,有机介质的孔隙率比无机介质高有机介质的孔径分布比较均匀,无机与有机材质具体分类,有机材质：全世界目前大约有几十种，其中公认PTFE和PVDF为最好的材质，其化学兼容性和耐温性较其它任何有机材质优越无机材质：目前只有不锈钢和陶瓷膜两种，不锈钢使用在直流过滤领域，陶瓷膜只有错流产品,过滤方