过滤原理中文版 Principles of Filtration_CHN_FINAL

1、 工业工艺工业工艺 科学与技术支持科学与技术支持 PSTR1016a(4) 过滤原理过滤原理 过滤 分离 解决方案 SM 过滤原理过滤原理 介绍介绍 过滤器在任何工业社会都有着重要的作用。过滤就是通过可 渗透介质1通道将颗粒从流体（液体和气体）中分离出来。如 果颗粒在流体中占有显著的比例，此过程可能被称为分散固 体收集。 如果颗粒量只占了总量的较小部分 （0.01%或更少） ， 此过程被称为流体净化。 在多数情况下，“颇尔”过滤器用来去除大小从几分微米到 40 多微米的颗粒。肉眼可看到的最小微粒的直径大约是 40 微 米。1 微米等于 1/1000 毫米，1 毫米大约等于 1/25 英寸。直

2、接将其转换为英寸， 1 微米=1 英寸/25， 400=0.000039 英寸。 “Micron”是微米常用的缩写形势，它的标志是m。 过滤工艺过滤工艺 悬浮固体是通过三种机制从流体中分离出来的，惯性撞击、 扩散拦截和直接拦截。根据过滤器的种类和流体的不同，每 种机制的重要性和作用会有所改变。 1 惯性撞击惯性撞击 流体流中的颗粒有质量和速度，因此伴随产生了动力。在液 体和进入的颗粒通过滤材时，流体流就会沿着抗力最小的道 路前行并在纤维周围转变方向。由于它们的动力，这些颗粒 趋向于以直线前行，这些颗粒散布在流体线的中心或周围， 打击碰撞到纤维并被去掉。图例1向我们说明了这个过程。 图例1中以固

3、体线显示的流体流在过滤器纤维周围流动， 颗粒 继续沿着道路前行并撞击纤维，其道路以虚线表示。通常来 讲，较大的颗粒要比较小的颗粒更容易背离流体线。然而， 当颗粒和流体的微分密度非常小时，就不易背离液体流线， 因此，惯性撞击有着相对较小的作用。 图例1-惯性撞击 2 扩散拦截扩散拦截 对于非常小的颗粒（即质量非常小的颗粒） ，可以通过扩散拦 截将其去除。在这个过程中，颗粒与流体分子相碰撞。经常 性的碰撞会导致悬浮颗粒在流体流线的周围随意移动。这种 运动叫做“布郎运动”，我们可以通过显微镜观察到这种运动。 布郎运动导致这些较小的颗粒背离流体的流线，因此增加了 堵塞纤维进而被去除的可能性。 图例2说

4、明了布郎运动的特点 以及撞击过滤器纤维的颗粒流。扩散拦截在液体过滤中的作 用较小，但它在气体过滤中发挥着较大的作用。 图例2-扩散拦截 1渗透介质-带有相互连接的滤孔并能够通过液体的介质。 3 直接拦截直接拦截 在液体和气体的应用中，当惯性撞击和扩散拦截的效果不理 想时，直接拦截在液体和气体中有着同等的效果，它是将颗 粒从液体中分离出来的理想机制。在过滤器的滤材中，我们 所观察到的并不是一个单一的纤维，而是大量纤维的总成。 这些纤维确定了流体通过的开口。如果流体中的颗粒大于滤 材的孔隙或开口，就会通过滤孔的直接拦截将其去除。图例3 说明了这种去除机制。 图例3-直接拦截 如果应用于带有统一孔隙

5、和较小厚度和深度的金属筛网过滤 器，直接拦截是非常容易理解的；在颗粒通过开口时，其不 会阻碍下游液体。 。但是这种过滤器会收集很大一部份的颗 粒，这些颗粒的直径小于滤材的开口或孔隙。下面给出了导 致这种结果的因素并在图例4中做了说明。 图例4-小于滤材孔隙的颗粒的去除机制 ? 颗粒中的一大部分悬浮颗粒，即使是非常小的颗粒，从 一定角度来看，也是无规则形状的，因此，会“跨隙”于 开口上。 ? 在两个或多个颗粒同时撞击开口时，也会产生跨隙作 用。 ? 一旦颗粒被小孔拦截，这个小孔会被部分堵塞，进而将 液体流中的更小颗粒分离。 ? 特定的表面交互作用会导致微小颗粒粘附于滤材内孔 的表面。例如，一个小

6、于小孔的颗粒容易粘附于两个表 面之间的小孔上。另外还有一些其它的交互作用的方 式，如“氢键结合”及范德华力。 对于小孔开口不统一的过滤器，也可发生直接拦截，但是整 个过滤器滤材厚度的尺寸变化（在精心控制范围内）导致了 曲折的流体路径。这种过滤器包括颇尔的聚丙烯“HDC”以及 “Profile”过滤器、“Ultipor”玻璃纤维过滤器以及纤维纸过滤器 （如“Epocel”） 。 4 在“冲力”条件下释放颗粒在“冲力”条件下释放颗粒 多种使用过滤器收集颗粒的方法已经确定。 在一定的条件下， 如果过滤器的结构较差，这些颗粒就会被释放并流入下游。 例如，如果软线网筛过滤器在液体流速低缓、稳定的状态下

7、收集了液体流中的颗粒，如果液体流速增加，这些颗粒就有 可能被释放到下游。要测试出此类释放，可以建立（迅速改 变） 液流“冲力”条件进而将颗粒释放， 使用更精细的过滤器收 集下游滤出液以便进行计算与观察。 即便压力是逐渐增加的，尚且不够强大，如果滤材结构中的 小孔尺寸扩大，所收集的颗粒就有可能被释放。商业性过滤 器更容易出现此类故障或由于压力构造而造成大量较差支撑 纤维的“卸载”。颇尔公司不加工生产此类过滤器。 总而言之，惯性冲撞和扩散拦截在液体中的应用都不如在气 体中的应用更加有效。较之气体的密度，颗粒的密度更接近 于液体的密度，液体中的悬浮颗粒比气体中的悬浮颗粒有更 少有偏离情况，因此，颗粒

8、对滤材结构冲撞的可能性就更小。 此外， 许多系统中的冲撞并不伴随有颗粒对滤材表面的支撑。 因为气体悬浮物中的布朗运动不像在液体中那么明显，液体 中的扩散拦截只发生在有限的范围之内。 在设计优良的过滤器中，大于小孔的颗粒不会流入滤材的下 游。 所使用的过滤器的滤材的小孔不会因为受到压力而扩大， 并且要有足够的厚度以便在通常情况下能够将所有的入射粒 子全部在厚度的10-20%处进行拦截， 这是实现零颗粒释放最 有效的办法。 5 对液体过滤器的帮助对液体过滤器的帮助 我们可以通过以下几种方法来加强过滤器去除液体中的颗粒 的效率，我们在下文中对这几种方法进行了简要的讨论： A 静电沉淀作用静电沉淀作用

9、 多数颗粒带有负电荷。滤材通常带有电荷，这既影响颗粒去 除效率，也影响过滤器对颗粒的保持效率。因此在纤维上产 生所需电荷（通常为负极）以增强过滤器颗粒拦截机制就有 了可能性。2图例5描述了一种典型颗粒-以zeta压差的纤维交 互作用3为基础。 图例5-Zeta电压 颗粒-纤维交互作用 颗粒表面形成的双离子层导致颗粒带有负极的表面电荷。浅 色环是正极粒子， 而深色环是负极粒子。 滤材带有的正极zeta 电压能够帮助去除颗粒。 颗粒和纤维上的电荷密度都很重要。总体来讲，颗粒大小随 着电荷密度的增加而减小，截流效率得到提高。带有相当大 的小孔的过滤器有着去除细小颗粒的能力，还有低压降以及 高污垢容纳

10、能力，这是带电过滤器表面的显著优势。 B 絮结絮结 对于非常细小的颗粒，我们难以对其进行过滤。增强过滤性 的方法之一是促使细小颗粒絮结成为较大的颗粒，以便将其 过滤去除， 通常也生产滤饼以产生较小压力进而提高生产力。 通过向流体系统中添加聚合电解质（带有许多正极和负极电 荷离子点的长分子链）来絮结颗粒是比较常见的做法。聚合 电解质（如，可溶淀粉，凝胶以及聚乙烯派生物）自己吸附 于液体中带相反电荷的颗粒上，进而聚合并增大沉淀率。 2标准化测试灰尘区别于天然的Arizona 灰尘，通常是指A.C.精细试 验粉尘和A.C.粗糙试验粉尘。A.C.精细试验粉尘（ACFTD）通常用 来设定过滤器不低于50

11、m的标称精度。粗糙试验粉尘过滤器（即大 于50m的粉尘） ，要使用A.C.粗糙试验粉尘。 3过滤器Zeta电压-过滤器表面和接触液体之间压差的测量。 图例6-絮结过程 在每个流体加工中都应将它们选出。 图例6总结了基本的絮凝 过程。 在每天的实践中，聚合电解质溶解，只有少量被加入到大量 的悬浮固体中进而絮结。必须对系统进行适当搅拌-搅拌足以 将聚合电解质分散，但还不足以将絮状物割裂。连续搅拌能 够减少絮结产物并增加“浑浊物”的数量。 要移动过滤器中的絮 结物，我们首选气压或非剪切泵以防止抗絮凝作用的产生。 由于同样原因，同样也应该避免悬浮物的再流通。 过滤过程中是否可以使用聚合电解质要取决于其

12、性能、成本 和附加作用。 C 助滤剂助滤剂 通过向悬浮物中添加少量的助滤剂能够使细微颗粒更容易从 液体流中去除。这被称为“主体加料”或“助体”，我们不应将它 与预涂过滤相混淆，在预涂过滤中，助滤剂先在过滤器中沉 淀，悬浮液让流通过。在絮结中，助滤剂的应用旨在实现理 想的滤饼渗透性。 最常用的助滤剂可能是硅藻土，其中包含有陈腐硅藻属的沉 淀物。硅藻属的形状是多样的，这种特性提高了滤饼的渗透 性。其它助滤剂还包括珍珠岩（由水中熔化的火山岩淬火形 成的火成岩） ，碳和纤维素。 助滤剂过滤在液体净化中并不常见，它经常用在滤芯过滤的 上游。 滤芯过滤器作为“陷波”过滤器用在滤料层过滤器的下游 来截流有可

13、能通过滤材的助滤剂。 聚合电解质，带有与颗粒 zeta 电压不同电荷的多 相离子点的大分子的用途实际上是将颗粒结合在 一起形成聚合体。 这两类电荷大体为中性 非离子物质 阴离子 阳离子 结构 类型 负极离子 正极离子 颗粒 （负极 ZETA） 离子 双层 滤材表面 （正极 ZETA） 过滤器的种类过滤器的种类 近几年来，将过滤器和滤材划分为“深度型”或“表面型”的划分 方法越来越普遍。 然而， 过滤器生产厂家并不同意这种“官方” 定义。于是就产生了对这个题目的分歧。下文旨在阐明有关 这个问题的事实。 非固定孔隙滤材 非固定孔隙滤材 通过惯性撞击和或分散拦截来截流其内部结构间隙或空间 范围内的颗

14、粒，非固定孔隙滤材对这种过滤机制起着主要的 决定作用。属于此类滤材的有毡、纺纱、石棉垫，以及松散 的玻璃纤维。这种过滤器有着非固定滤材构成，其厚度足将 给定范围的颗粒截流。 正如前文所述，由于压降增加而导致滤材结构中的孔隙尺寸 增大，聚集的颗粒进而被释放。同样，每种过滤器都可收集 比其滤孔更细小的颗粒，但是在有脉冲的情况下，孔隙被扩 大的过滤器就有可能将更细小的颗粒释放掉。 这是非固定孔隙滤材常见的问题。此类滤材包含有多个曲折 通道，还有许多路径供流体流出。小通道自然会先被堵塞， 而导致越来越多的过滤流经由大通道通过。由于滤材结构并 非一个完整的整体，对大通道加大压力会导致铝材分离，进 而导致

15、通道扩大。很显然，通道的这种特性也会反过来影响 过滤器的性能。 非固定孔隙过滤器不仅依赖于截流还依赖于对颗粒的吸附。 只要流体所增加的撞击力小于颗粒保持所需力量，颗粒才会 继续保持在滤材上。但是，如果一个过滤器进行了一段时间 的过滤，并收集到了一定量的颗粒物质，如果流量突然增加 和/或压力突然增加到超过颗粒的保持力，就会导致下游颗粒 的释放。 过滤器经过一段时间的使用就会经常发生此类卸载， 此类卸载会带来对过滤器使用寿命的负面影响。 而且，多数非固定孔隙过滤器都会有滤材移动的问题。这就 意味着过滤器的部分滤材会脱落并且流入下游导致滤液（已 经通过过滤器的流体） 污染。 滤材移动有时会被误纳为“

16、固定” 污染物-例如，在过滤器生产过程中携带的粉尘与纤维。 固定孔隙滤材 固定孔隙滤材 固定孔隙滤材由多层滤材或较厚的单层滤材组成。它们的作 用主要取决于直接拦截机制，其结构主要是为了避免滤材结 构的扭曲，确保流体沿曲折路径通过滤材。此类过滤器确实 可以通过惯性撞击和扩散截流吸附保持一些颗粒，也确实带 有比其去除精度更大的滤孔。但是，为了确保大于给定尺寸 的颗粒能够定量去除，在生产中对滤孔尺寸进行了控制。而 且，通过使用足够厚度的滤材，即便是在有脉冲的条件下， 所收集的小于去除精度的颗粒的释放量也可以被减少。 表面过滤器或网式过滤器的所有滤孔都在单一的平面上，因 此此类过滤器主要依赖直接拦截来

17、将液体中的颗粒分离。尽 管当今市场中有许多过滤器的结构要比上述类似结构更加复 杂，其中只有为数不多的几种过滤器称得上是表面过滤器， 例如金属筛网过滤器及织布过滤器。 表面过滤器或网式过滤器当然能够将所有尺寸大于最大孔隙 颗粒拦截（当然，这种滤材拥有完整的结构） 。尽管由于上文 所述的因素（跨隙，等） ，尺寸小于最大孔隙的颗粒也有可能 被拦截，但并不能保证这些颗粒不会流入下游。但是，网式 过滤器也可能带有固定或非固定孔隙结构，因此从这个角度 来讲，网式过滤器是最好分类的。 过滤器类型总结 过滤器类型总结 回顾以上信息，我们不难理解按照深度型或表面型来划分过 滤器没有任何意义。通过细微观察，我们会

18、发现几乎所有的 过滤器都是“深度”型。 以下分类是对过滤器更加合理的分类： a） 非固定孔隙型，其滤孔尺寸在较高压力下会扩大（“绕线 型”，低密度毛毡式d过滤器） 。 b） 固定孔隙型，其滤孔尺寸在较高压力下不会扩大（颇尔 大多数的薄膜过滤器，包括Nylon 66和 Ultipor AB 滤 膜，HDC和 Profile 聚丙烯，Ultipor 玻璃纤维以及 Epocel含氧纤维） 。 固定孔隙过滤器多种应用中都占优势。结合了单位面积较高 的污垢容纳量，它既能够将大于给定尺寸的颗粒完全去除， 也能在脉冲条件下减少所收集的小于额定尺寸的颗粒的释放 量。 非固定孔隙过滤器没有绝对精度，受到滤材移动

19、的影响，在 有脉冲的条件下，它不能有效去除颗粒。对比固定孔隙型过 滤器和非固定孔隙型过滤器的污垢容纳量没有任何意义，因 为非固定孔隙型过滤器的标称去除精度与其使用中的效果没 有多大关系。 如果将过滤器分为表面型和过滤型没有多大意义，那么我们 应如何对过滤器进行评定？过滤器用户只需关心两个问题。 此过滤器是否会受到卸载、 侧流或滤材移动的影响？如果是， 对于大多数应用情况来讲，使用此类过滤器可能就不太明智 了。如果不是，请参看第二个问题：生产商是否能够保证此 过滤器能够可靠去除被过滤得流体中应该被去除的所有颗 粒？是否能够安全使用？ 去除精度去除精度 有许多种精度系统都能够描述过滤器元件的过滤性

20、能。然而 遗憾的是目前来讲还没有为大家所普遍接受的精度系统，这 就使得过滤器用户更加迷惑。 下文给出了使用中的几种系统。 1标称精度标称精度 许多过滤器生产商，不包括颇尔，都在使用美国液能协会 （NFPA）的标称过滤精度的定义：“基于部分给定的或大于 给定大小的微粒的去除率，由过滤器生产商给出的随意的一 个微米值。很少有较准确的定义，且所给出的微米值不具可 重复性。”在实际的应用中，“污染物”4被引入过滤器元件的上 游，之后对滤出流（过滤器下游的流体）进行细微观察。过 滤器给出的标称精度表明大于规定大小的污染物的98%的重 量已经被去除：污染物重量的2%流入下游。 请注意这是一个重量分析实验而

21、非颗粒计数实验。计算上游 和下游的颗粒数量是评定过滤器效率更有意义的办法。 多种非固定孔隙过滤器的标称精度的定义实验都导致了人们 对这个定义的混淆。下面列出了几种典型的问题： a） 污染物质量中98%的去除率取决于所使用的给定浓度， 流体和特定的污染物。任何测试条件的改变都会导致测 试结果的明显变化。 b） 实验并未定义出过滤器2%的污染物通过率。 对于尺寸从 30到100多微米的颗粒，过滤器10m的标称过滤精度是 非常常见的。 c） 实验数据通常是不可重复的，不同测试实验室的实验数 据都是唯一的。 d） 一些生产商并不以标称精度规定的污染物重量98%的去 除率为基础，而是以95%，90%或更

22、低的污染物去除率 为基础。因此，绝对精度为10m的颇尔颇尔过滤器在实际上 比标称精度为1m的看似更具竞争优势的过滤器要更加 精细。因此，务必要查看标称精度所依据的标准。 e） 用于此类实验中的上游非常高的污染物浓度在普通系统 条件下并不普遍，并带来令人误解的高效率值。对于平 均孔隙尺寸为17m的金属滤材，通过10m标称规格非 常普遍。 但是， 在通常的系统污染物浓度下， 大小为10m 的颗粒就可以通过同类滤材。 4使用ACFTD或任何其它测试污染来测试实验室粉尘容纳量与场地 的实际操作条件通常是没有关系的，它最多也只是为过滤器预期的 使用寿命提供了粗略的参考。同样，由于与对比性的现场实验结果

23、没有关系，不同类型滤材（如绕线型和褶皱纸型）之间的粉尘容纳 量测试也没有意义。由于实际污染物性质、在液体中悬浮状态、大 小、分布等的不同决定了使用寿命的显著差异，现在所使用的以及 所推荐使用的实验室粉尘容纳量测试中，没有一个为过滤器的使用 寿命为我们提供了有意义的指导。液体的粘度和流速也决定了结果 的显著差异。我们只可从非系统测试中获得有意义的资料。 因此我们并不能够设想标称精度为10m的过滤器会保持所 有的或大部分10m或大于10m的颗粒。但是一些过滤器生 产商依旧只使用标称精度来表示，因为这使得他们的过滤器 看起来比实际的过滤精度要更加精细，并且非固定孔隙过滤 器是不可能表明绝对精度的。

24、图例7将标称精度为1m的绕线 型滤芯和颇尔颇尔的绝对精度为30m的滤芯做了对比。 此图表表 明从绝对精度为30m的滤芯中滤出的流体不含有大于30m 的颗粒 图例7-过滤器滤芯去除精度的对比 2绝对精度绝对精度 NFPA将绝对精度做了如下定义：“在规定的测试条件下，过 滤介质所能通过的最大的硬质球状颗粒的直径。它是过滤器 元件最大开口的读数。”这种精度只可分配到整体粘合滤材 （例如固定孔隙滤材或颇尔的烧结金属铝材）上。 绝对过滤精度最原始的测试和术语是由颇尔公司董事会主席 D.B.博士在二十世纪五十年代提出的。 SAE委员会A-6的过滤 器盘对其进行了考虑，进行了较小的改动之后将其采纳。 令绝对

25、精度过滤器用户迷惑的一点是，在测量下游污染时， 总能找到绝对精度中大于孔隙尺寸的污染物。 第一眼看上去， 这会使人们对“绝对”精度的概念产生怀疑。 但是， 我们必须认 识到，我们不可能取得滤出流的样品，将其转移并进行实验 或在不添加一定量的污染物的情况下对新生产的过滤器进行 冲洗。即使是新的过滤器在从包装中取出时就受到了污染！ 所有这些污染都被称作“后台污染”， 在进行任何实验之前， 有 经验的实验员都会在其实验中先确定此类污染的污染量。如 果后台污染数量高于给定的限度，此实验就是无效的。 颗粒大小（m） 绝对精度为 30m 的颇尔 过滤器滤芯 每 100 毫升中的滤出流中含有 的颗粒数 1m

26、绕线型过滤器滤芯 有几种被认可了的实验可以确定过滤器的绝对精度。采取何 种实验取决于生产商、所测试的滤材的类型或工艺工业。在 所有情况下，过滤器都是通过“挑战”系统来评定的。过滤器， 注入流、滤出流中的污染物是通过添加准备好的被认可了的 污染物（如，玻璃珠或细菌悬液）悬浮液来进行挑战的。 此类挑战实验属于破坏性实验-即过滤器被挑战之后，不能再 在实际中使用。进而确立了过滤器的完整性实验，它是非破 坏性的、与破坏性资格挑战实验相关的实验。换言之，如果 被测试的过滤器顺利通过非破坏性的完整性实验，这就表明 它能够通过破坏性实验。然而，通过完整性实验之后，过滤 器元件依旧可以被使用并能够达到生产商为

27、用户所承诺的效 果。 3玻璃珠挑战实验玻璃珠挑战实验 用来确定过滤器绝对精度的方法之一是图例8的玻璃珠挑战 实验。 假设玻璃珠（均在特定大小范围内）通过过滤器并收集于下 游的分析膜中。我们使用玻璃珠是因为它有着球体形状，这 使得我们在实验中很容易就能够将其从后台污染中分离出 来。我们用显微镜对这些通过过滤器的玻璃珠进行分析，以 此来确定通过过滤器的最大玻璃珠的大小。这样我们就确定 了过滤器的绝对精度。 图例8-玻璃珠挑战实验设备的图示 Beta ()精度系统精度系统 很明显，绝对精度比标称精度更实用，最新用来表示过滤精 度的方法是使用Beta比率值。Beta比率值使用俄克拉荷马州 立大学的“O

28、SU F-2过滤器性能实验”来确定。 此实验最初是用 于液压油及润滑油过滤器的，由颇尔公司做了相应调整以应 用于水流体，油或其它流体的过滤器的半自动实验。 Beta精度系统的概念简单，能够在特定测试条件下测定，预 知多种过滤器滤芯的性能。 如果总颗粒数量在注入流和滤出流中都是以几种不同的颗粒 大小测定的，我们便可得出适用于任何给定过滤器的去除率 的概要信息。图例9给出了单通道Beta实验设备。 图例9-单一通道Beta ()测试设备图示 Beta值定义如下： = 注入流中给定大小或给定大小的颗粒数 滤出流中给定大小或给定大小的颗粒数 给定颗粒大小的去除率的百分比可直接从值中直接获得并 可使用下

29、式计算： %去除率=-1/X100 下表表明了值与去除率百分比之间的关系 通常，1=5，000-10，000可用作绝对精度的操作型定义。 值能够有效对比不同滤芯过滤不同大小颗粒的去除率。 图例 10代表了三种不同滤芯的典型Beta曲线值。 蓄水池 清洁过滤器 测试 过滤器 污染流泵 测量泵 上游 在线多通道自动颗 粒计数器 下游 形成污染物悬液 显微观测的分析膜 收集箱 测试过滤器 污染物悬浮液的加压容器 去除 图例10-典型Beta（）曲线值 选择合适的过滤器选择合适的过滤器 在选择用于颗粒过滤的过滤器的因素中最值得考虑的因素 有：去除颗粒的大小、形状和硬度、这些颗粒的数量、过滤 流体的种类

30、、流体量、流体是否稳定、多变和/或断续、系统 压力和压力确定、滤材与流体的兼容性、流体问题、流体的 性质、用于颗粒收集的空间以及过滤所要求的程度等。现在 就让我们来了解这些因素是怎样影响过滤器的选择的。 流体的种类 流体的种类 制造滤材、 滤芯硬件以及滤壳材料与所过滤的流体必须兼容。 流体能够腐蚀过滤器滤芯的金属内核或压力箱，腐蚀反过来 也会污染所过滤的流体。因此，确定流体是否为酸性、碱性、 水性、油性或溶剂型等是一个基本要求。 流速 流速 流速 （流速的度量单位以单位时间的流量表示-如， 毫升/分钟， 或升/小时或加仑/分钟）由两个总体参数决定，压力（P）和 抗力（R） 。流速直接由压力决定

31、，抗力反过来作用于流速。 因此对于恒量（R） ，压力越大，流速越大。对于恒量（P） ， 抗力越大，流速越大。 压力可有多种来源，通常以巴、千帕或磅/平方英寸（psi）来 表示。所有其它因素都是同等的，如果流体压力增加，流体 的流速就会增加。 粘度是流体中分子之间运动的抗力；换言之，它是浓度单位 或流体的抗力单位。水、天空醚以及酒精的粘度低；重油和 糖浆的粘度高。粘度对抗力有直接影响。如果所有的其它条 件均保持不变，粘度加倍，过滤器系统对流体的原始抗力就 会加倍。进而，随着粘度的增加，要保持相同流速的压力就 要增加。厘泊是相较于流体黏度的度量单位，规定水在21摄 氏度条件下粘度为1厘泊。 温度

32、温度 过滤时的温度既会影响流体的粘度也会影响滤壳的腐蚀速度 以及过滤器滤材的兼容性。粘度流体的粘度通常会随着温度 的增加而减少。如果流体粘度太大，可能会建议与先加热流 体并在过滤器中安装加热带。因此降低过滤温度相应的流体 粘度是非常重要的。 高温同样容易加速腐蚀进而损坏衬垫以及过滤器滤壳的密封 装置。常见一次性过滤器滤材不能够经受高温，尤其是长时 间的高温。由于这样的原因，我们要经常选择多孔渗水金属 过滤器。 压降 压降 流体所流经的任何物体都会以附加的方式对流体流产生抗 力。流体流经管道等装置时，压力会损失，过滤器压强损失 会导致抗力产生。 流体通过洁净过滤器时的抗力由过滤器滤壳、滤芯硬件以

33、及 过滤器滤材产生。对于给出粘度的流体，滤材孔隙或通道的 直径越小，对流体产生的抗力就越大。当流体以过滤器的形 式产生抗力时，就会导致此过滤器下游压降的产生，过滤器 压降的度量叫做压差或P。因此，在实际应用中，压降，压 差和P是同义术语。 过滤器滤材对流体的抗力越大，对恒流的压差就越大。由于 流体总会沿着低压的方向流动，压差就会导致流体的流动。 因此流体抵消抗力流过过滤器总成是由压差导致的。 在前文的讨论中，我们只是很严谨的将流体中的颗粒污染物 假想为是自由流动的。但是在实际当中，系统中总会存在一 些颗粒。过滤器工作时，颗粒就会停止流动并局部堵塞或阻 滞过滤器滤材的空隙，进而增加流体的抗力和P

34、。 因此，在选择过滤器时，我们必须提供足够的压力来源，不 仅是抵消过滤器抗力的压力，还有在滤材被堵塞时能够使流 体继续以可接受的流速流动的压力，进而充分利用过滤器有 效的粉尘容纳力。如果过滤器的初始清洁压降在总压力值中 占的比例过大，即使过滤器滤材对所收集粉尘的容纳量未被 耗尽，也会导致不合格流体的产生。当这样的情况发生时， 恰当的解决方法通常是增加泵流量或重心高差，通过增加过 滤器的尺寸来减少清洁压降。 如图例11所示，我们可以看到过滤器滤芯的以幂数增加的压 降对粉尘容纳量曲线。 通常，压降迅速上升之前，过滤器容纳量的大部分就已消耗。 因而，可得的系统压力来源至少要大于曲线曲折处的压降 （P

35、） ，这样才能将过滤器滤材的粉尘容纳量发挥到最大。 过滤比率（2） 颗粒大小（m） 图例11-滤芯压降对粉尘容纳量的典型曲线 超过滤芯压降最大的容纳量的限度，过滤器结构就可能会被 损坏，需要应用附加系统压力来保持适当的流量。这个限度 通常是由过滤器生产商来规定的。 在选择压力来源时，我们必须要考虑到过滤器对流体的抗力- 既有恒定阻抗分量（过滤器滤壳和元件硬件） ，也有可变阻抗 分量（过滤器滤饼和滤材） 。由于过滤时在恒流中进行，恒定 分量会带来压降的增加，可变分量也会增加。最终，增加的 压降分量增大到将过滤器堵塞，截流或损坏过滤器。应该有 足够的压降来达到过滤器堵塞的最小分量。 如果下游存在压

36、位差，例如在提高了的接收器上，压位差必 须被消除，且不限定过滤器压降。在这种情况下，应该在过 滤器的下游安装检查阀以防止倒压损坏滤芯。 正如前文所述，过滤器总称的压降克通过增加总成大小而减 小。对于更大总成中更多的过滤器滤芯的成本，由于总产量 的增加总是高于线性增加值，这通常是持续操作的经济型途 径（见下文） 。 表面面积 表面面积 从我们上面关于压降的讨论中，我们很明显可以得出过滤器 的有效寿命与其粉尘容纳量相关，NFPA术语表中所提到的 “必须添加到流体中以便在特定条件下产生给定过滤器压差 的特定人为污染物的重量。”尽管粉尘容纳量可使用任何连续 再生污染物度量，A.C.微细测试粉尘（ACF

37、TD）是最常用的 5。 5通过滤芯式过滤器组件的总压降是滤壳、滤材和滤芯压降的总和。 为了简化，这个例子没有考虑到滤壳或过滤器滤芯的压降（恒定阻 抗分量） ，只分析了可变阻抗分量。由恒定阻抗分量产生的总压降的 比例会随着单位大小的增加而降低，但它的影响不大。 大多数网式过滤器和固定孔隙过滤器的寿命会随着它们的表 面面积的增加而大幅度增加；事实上，其比率可以等同于其 面积的比率！为理解这一点，让我们来看看有着相同滤材的 两个过滤器（因此受到相同压降的限制） ，它们在相同的速率 下过滤相同的流体。 （图例12） 。 第一个过滤器（图例12a）的表面面积为1平方米，经过一定 时间收集了厚度为“t”的

38、滤饼。我们假定压降增大到了2巴，因 而过滤器的有效寿命被耗尽。 接下来让我们对比来看面积增加了两倍的过滤器（图例12b） 并计算它的寿命。相同的流速下，此过滤器所收集的污染物 为相同滤饼厚度所收集污染物的两倍。 然而，由于压降只能达到1巴，其有效寿命不会被耗尽。较之 于更小面积的过滤器，当滤饼为2t，并收集了四倍的污染物 时，过滤器指挥达到限定的压降2巴。因此，面积加倍，寿命 就会增加四倍。 图例12-滤饼作用。大表面面积的优点 选择大表面面积的过滤器总成的优点如下： 使T=面积为A的过滤器的生产量 那么， 其中，n大于或者等于1，小于或等于2。 图例13以图表形式对这种关系做了阐明。曲线表明

39、随着流体 密度的增大（每平方米每分钟的升数） ，总产出量增加。如果 假定一个恒定流速（升/分钟） ，那么流体密度的比率就简化 为到N次幂的面积比率，它恰是前文讨论的关系。 P 仅对滤材 AC 微小粉尘（GMS） 代表性粉尘容纳量 2X 面积=4X 寿命 寿命=4 寿命=1 粉尘容纳量=4 P=2 巴 粉尘容纳量=2 P=1 巴 粉尘容纳量=1 P=2 巴 面积=2 面积=1 流体 Q 流体 Q 图例13-过滤器寿命对流密度 假设以下情况，寿命延长因数(n)就接近于2： a） 滤饼不兼容。如果滤饼兼容，n趋近于1： b） 所收集的滤饼不会成为比滤材本身更精细的过滤器（即 在堵塞的同时收集更精细的

40、固体） 。 过滤器滤饼要作为比 滤材本省更精细的过滤器来使用，n将趋近于1。 c） 所收集固体很少会有统一的颗粒直径。 从前文中，我们很明显可以看出表面面积的增加将会导致使 用寿命最小比例的增加。在有利条件下，使用寿命的比率可 能接近面积的比率。如果不是所有的情况，也是在大多数的 情况下，过滤器用户会通过支付较高的初始费用购买较大的 过滤器总成来节省最终的费用。 由于表面面积的增加，就需要用更大的滤壳（容器或压力容 器） 。当然，滤壳大小有着实际的限度。 颇尔也是由于这个原因才在特定过滤器类型中使用旋绕或褶 皱结构的，以此在小包膜中提供大表面面积，进而保证滤壳 的尺寸并将成本降低到最少。图例1

41、4是褶皱结构滤芯设计的 图示。此图示表明对于相同的包膜尺寸（70毫米X254毫米） ， 褶皱设计提供了13倍的表面面积。 图例14-褶皱结构滤芯设计的图示 如果不能使用褶皱结构，完整或分离型预滤器的使用也可以 达到要求的使用寿命。 空隙量 空隙量 空隙量6或滤材的开口面积总是有着非常重要的作用。所有其 它因素相同时，有着最大空隙量的滤材是最受欢迎的，因为 它会实现最长的使用寿命以及单位浓度的最低初始清洁压 降。图例15解释了空隙量与纤维直径之间的关系。 图例15-恒定空隙尺寸下的空隙量对纤维直径 假定空隙尺寸恒定不变， 空隙量随着纤维直径的减少而增大。 然而在进行有着特定用途的过滤器的设计时，其它因素都必 须要考虑到，如材料强度、由于压力而产生的可压缩性（它 会减少空隙量） 、过滤流体时滤材的兼容性、滤材的成本以及 可用过滤器中所使用的滤材结构的成本等。 过滤程度 过滤程度 所选择的用于给定用途的过滤器自然要能够以相关工艺所要 求的程度去除流体流中的污染物。一旦确定了所去除污染物 的尺寸， 就可以选择完成此项工作所要求的颗粒去除过滤器。 选择比所要求的滤孔更精细的过滤器会付出昂贵的代价。请 记住过滤器越精细，堵塞越快，成本越高！ 也要记住所选择的过滤器必须要能够保持从对象流体中去除 的颗粒。正如前文所述，滤孔尺寸在压力下会扩大的过滤器 会发生卸载现象。对