过滤基础知识

1、1HL Filter过滤原理及基本概念过滤原理及基本概念2HL Filter过滤定义 利用多孔介质，从流体中去除不需要的杂质。 流体：气态或液态 滤后清洁流体滤后清洁流体含杂质流体含杂质流体过过滤滤介介质质3HL Filter过滤定义（固/液分离） 将固体液体混合物直接通过“过滤介质”（如筛、纸、编织滤布、膜等）将固液两分离，液相或流动的滤液通过过滤介质，而固体颗粒被截留。它不是被截留在过滤介质表面就是在过滤介质里面。斯瓦洛夫斯基4HL Filter日常生活中的过滤5HL Filter常见杂质颗粒大小0.3m酵母菌酵母菌假单胞菌假单胞菌雾浊雾浊头发头发(75 - 100m)硅藻土硅藻土(10

2、m)0.01-0.1 m1-5 m可见颗粒可见颗粒4040m6HL Filter过滤分离范围 颗粒尺寸颗粒尺寸 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 滤布滤布筛网和滤网筛网和滤网微滤微滤超滤超滤纳滤纳滤反渗透反渗透过滤工艺范围过滤工艺范围红细胞红细胞乳胶乳胶油乳剂油乳剂油漆颜料油漆颜料细菌细菌沙粒沙粒人发人发蛋白蛋白 / 酶酶碳粒碳粒病毒病毒辐射原子辐射原子可溶盐类可溶盐类VOC抯抯, PCD, Susp. Oil金属离子金属离子膜膜类型类型普通污染物普通污染物的相对尺寸的相对尺

3、寸7HL Filter过滤基本原理 直接拦截 惯性拦截 扩散拦截 吸附拦截8HL Filter直接拦截直接拦截9HL Filter惯性拦截惯性拦截10HL Filter扩散拦截扩散拦截11HL Filter吸附拦截静电吸附静电吸附范德华力范德华力表面作用表面作用12HL Filter过滤精度定义过滤精度定义 过滤领域应用到两种过滤精度 公称精度：过滤厂家“随意”定义 绝对精度：严格意义讲，绝对过滤精度是只出口没有宣称的颗粒杂质释放，即过滤效率为100%，实际上，每个过滤厂家根据自己实际情况定义绝对精度 对于过滤精度没有统一的定义13HL Filter过滤精度（孔径）过滤精度（孔径） 公称精度公

4、称精度：生产企业对外宣称的滤芯精度。 绝对精度绝对精度：对一定粒径的颗粒，理论上滤芯可以达到全部去除，这个粒径就是滤芯的绝对精度。（在过滤行业中，一般约定99%的去除效率） 没有统一的孔径分布没有统一的孔径分布 没有行业标准没有行业标准 14HL Filter过滤效率过滤效率15HL Filter过滤效率值表征 Beta RatioOklahoma State大学于70年代提出Beta Ratio可以定义为过滤器去除大于粒径大于X的颗粒的能力() = 进口粒径大于X的颗粒个数 出口粒径大于X的颗粒个数 16HL Filter颗粒去除效率与Beta值对比上游进口杂质 数量（个/ml）下游出口杂质

5、 数量（个/ml）去除效率 (%)Beta 值100005000502100991005099.52001099.91000599.95200017HL Filter孔径等级 孔径孔径 典型应用典型应用 0.2/0.22 m除菌过滤 0.45 m减少生物负荷 0.65 m截留真菌 0.8 m 精滤 1.2 m 抛光过滤 3.0 m 去除颗粒18HL Filter杂质特征 杂质特征对滤芯性能影响明显 杂质特征:尺寸大小 ?外形 - 规则 / 不规则?形态 - 刚性 / 可变形?稳定性 - 剪切敏感?GelParticles.难去除难去除19HL Filter可变形杂质过滤介质过滤介质Back压差

6、逐渐上升20HL Filter滤芯材质和结构滤芯材质和结构21HL Filter过滤介质材质 高分子材料 Media: Nylon, Cellulose, Polyvinylidene Difluoride (PVDF), Polytetrafluoroethylene (PTFE), Polyethylene (PE), Polypropylene (PP), Polysulfone (PSf), Polyether Sulfone (PES), Metal, Ceramic 金属材料 不锈钢 304 316 无机材料 陶瓷22HL Filter滤芯结构 表面过滤 vs. 深层过滤 刚性 v

7、s. 非刚性 非均一孔径 vs. 均一孔径23HL Filter深层滤芯Vs表面滤芯深层滤芯深层滤芯z高容污能力高容污能力z用于浑浊或高含污溶液用于浑浊或高含污溶液z常做为上游预过滤器常做为上游预过滤器z很少定义绝对过滤精度很少定义绝对过滤精度表面滤芯表面滤芯z低容污能力低容污能力z用于澄清或预过滤后的溶液用于澄清或预过滤后的溶液z常做为下游终端过滤器常做为下游终端过滤器z常定义为绝对过滤精度常定义为绝对过滤精度24HL Filter示意图 表面过滤 深层过滤25HL Filter刚性 vs. 非刚性 刚性Rigid当压差变化时，过滤介质孔径保持稳定通过孔径截留杂质 非刚性Non-Rigid当

8、压力变化时，孔径会发生变化被拦截的杂质有可能卸载过滤介质塌陷变形，导致旁漏26HL Filter非刚性易发生杂质卸载Filter media27HL Filter非均一孔径 vs. 均一孔径 非均一孔径上游孔径更加开放下游孔径更加致密杂质被拦截在过滤介质中澄清过滤 均一孔径上下游孔径一致杂质被拦截在过滤介质表面或靠近上游层作为最终过滤28HL Filter孔径类型示意图 均一孔径 非均一孔径29HL Filter打褶 增加过滤面积可以：降低 压差延长使用寿命 同样体积，打褶设计可以增加过滤面积近同样体积，打褶设计可以增加过滤面积近 513倍倍 D = 2 “ D = 2 ”1010A = 过滤

9、面积过滤面积T = 过滤介质厚度过滤介质厚度 A = 0.6 ft2A2= 3-8ft2T1T230HL Filter增加滤芯数量5 个孔堵塞5 个孔开放DP = 1 psid 5 个孔堵塞15 个孔开放DP = 1/3 psid 10 孔孔 20 孔孔 15个孔堵塞后才能 达到 D DP = 1 psid， 使用寿命因此增加了使用寿命因此增加了三倍三倍 10 孔孔 20 孔孔 31HL Filter压力与压差压力 过滤器上游的压力 压差(压力降 DP) 过滤器使用时上游 下游之间的压力差别净压力新滤芯开始过滤是的压差 滤芯存在最大允许压差 滤筒存在最大允许压力32HL Filter滤芯压差7

10、 5出口压力出口压力5 bar进口压力进口压力7 bar压差压差2 bar33HL Filter通量与时间关系初始初始D DP时间时间(t)恒定流速恒定流速下的下的 D DP 过滤时颗粒被过滤器滤孔截留压差逐渐上升过滤时颗粒被过滤器滤孔截留压差逐渐上升曲线拐点曲线拐点 34HL Filter开孔率Open area in the filter (porosity)An increase in void volume will lower the flow velocity lower the D DP increase the service lifePoreFiber35HL Filter孔隙率VoidsFiber82.0%18.0%36HL Filter孔隙率孔隙率增加将：孔隙率增加将：0 降低流体线速度降低流体线速度0 降低降低 D DP0 延长使用寿命延长使用寿命孔隙纤维37HL Filter纤维直径与孔隙率纤维直径减小，孔隙率增加 (假设孔径不变)38HL Filter过滤分类 表面过滤 深层