過濾基本原理

1、eatonFiltration.Separation.Solution.過過 濾濾 原原 理理eatonFiltration.Separation.Solution.濾材濾材孔孔定義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)eatonFiltration.Separation.Solution.定義定義1 微米微米 (um) 等于等于:4106 米米 103 毫米毫米43.910 -5 英寸英寸4又稱又稱 micron微米微米eatonFiltration.Separation.Solutio

2、n.定義定義過濾過濾 / 分離范圍分離范圍 顆粒尺寸顆粒尺寸 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 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

3、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eatonFiltration.Separation.Solution.定義定義小顆粒的相對尺寸小顆粒的相對尺寸8.

4、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 umeatonFiltration.Separation.Solution.小顆粒的相對尺寸小顆粒的相對尺寸大硅膠顆粒大硅膠顆粒 (20 um) 鉛筆墨點鉛筆墨點 (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)eatonFiltration.Separation.Solution.過濾器的功能過濾器的功能一個過濾器的功能是從一種流體(液體 或氣體)中去除污染物以使達(dá)到所需

5、的 流體潔凈度水平 eatonFiltration.Separation.Solution.過過 濾濾 機機 理理eatonFiltration.Separation.Solution.三種過濾機制三種過濾機制4直接攔截4慣性撞擊4擴散攔截eatonFiltration.Separation.Solution.直接攔截直接攔截4液體中的基本過濾機制4本質(zhì)是一種篩分效應(yīng)，機械攔截顆粒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eatonFiltration.Separation.Solution.直接攔截直接攔截顆粒大于孔徑顆粒大于孔徑eatonFiltration.Separation

6、.Solution.直接攔截直接攔截絕對截留絕對截留 - 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 eatonFiltration.Separation.Solution.直接攔截直接攔截eatonFiltration.Separation.Solution.直接攔截直接攔截4當(dāng)顆粒大于流道孔徑時即被該結(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eatonFiltration.Separation.Solution.直接攔截直接攔截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多個顆粒同時撞擊到同一個濾孔eatonFiltrati

7、on.Separation.Solution.直接攔截直接攔截不規(guī)則形狀的搭橋不規(guī)則形狀的搭橋eatonFiltration.Separation.Solution.直接攔截直接攔截多個小顆粒的搭橋多個小顆粒的搭橋eatonFiltration.Separation.Solution.定義定義4攔截在過濾器表面的顆粒堆積成顆粒層4當(dāng)過濾器表面完全被一個厚的顆粒層所覆蓋時，所謂的“濾餅”即已形成了。4濾餅顆粒間的孔隙亦如同一種過濾器，對細(xì)顆粒的攔截效率通常由此而提高 濾餅濾餅eatonFiltration.Separation.Solution.慣性撞擊慣性撞擊4尺寸小于濾材孔徑的顆粒的輔助攔截

8、方式4流體攜帶的顆粒由于質(zhì)量和線速度而具有直線 運動的慣性4顆粒離開流體主流而撞擊到濾材上eatonFiltration.Separation.Solution.慣性撞擊慣性撞擊eatonFiltration.Separation.Solution.慣性撞擊慣性撞擊當(dāng)流體改變運動方向時，慣性使顆粒撞擊到濾材當(dāng)流體改變運動方向時，慣性使顆粒撞擊到濾材表面并由于吸附力而停留表面并由于吸附力而停留 eatonFiltration.Separation.Solution.慣性撞擊慣性撞擊當(dāng)流經(jīng)過濾介質(zhì)時流體必須沿彎曲通道行進(jìn)，這將增加過濾機制的有效性。 eatonFiltration.Separati

9、on.Solution.慣性撞擊慣性撞擊停留的顆粒減小了濾孔孔徑停留的顆粒減小了濾孔孔徑eatonFiltration.Separation.Solution.慣性撞擊慣性撞擊eatonFiltration.Separation.Solution.慣性撞擊慣性撞擊4顆粒被機械攔截或被吸附攔截4在氣體中比在液體中更有效.4對大于 0.5 - 1.0 微米的顆粒很有效.eatonFiltration.Separation.Solution.吸附吸附4表面相互作用0電荷不同4范德華力(Van der Waals)攔截尺寸小于濾孔的顆粒攔截尺寸小于濾孔的顆粒 由于: eatonFiltration.S

10、eparation.Solution.吸附吸附表面作用表面作用 eatonFiltration.Separation.Solution.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) 以形成濾餅液體過濾的輔助方式液體過濾的輔助方式eatonFiltration.Separation.Solution.Zeta 正電勢正電勢Zeta 正電勢是顆粒在水溶液中 表面產(chǎn)生的 動電學(xué)吸引力 (電荷) 帶電的顆粒將被帶相反電荷的濾材表面吸引并由于這些力而被牢固阻截 eatonF

11、iltration.Separation.Solution.Zeta 正電勢正電勢顆粒接觸到濾材表面由于吸引力而被阻截帶負(fù)電的帶負(fù)電的 污染物污染物水溶液水溶液帶正電的帶正電的濾材濾材eatonFiltration.Separation.Solution.吸附吸附 / Zeta 電勢電勢4細(xì)菌4支原體4病毒4酵母大多數(shù)需過濾的顆粒都帶負(fù)電，例如： 4硅顆粒4細(xì)菌內(nèi)毒素 (熱源)4蛋白分子eatonFiltration.Separation.Solution.擴散攔截擴散攔截4氣體分子 (作隨機運動) 碰撞小顆?；蜢F滴4布朗運動(Brownian motion)碰撞的結(jié)果， 增加了顆粒碰撞過濾介

12、質(zhì)的機會4僅在氣體中有效eatonFiltration.Separation.Solution.擴散攔截擴散攔截4氣體過濾器能夠去除尺寸遠(yuǎn)小于液體精度 的污染物4對小-細(xì)顆粒 (0.1 - 0.3微米)非常有效4如果一個氣體過濾器在濕潤環(huán)境中運行， 它的去除能力即變?yōu)橐后w精度eatonFiltration.Separation.Solution.擴散攔截擴散攔截eatonFiltration.Separation.Solution.擴散攔截擴散攔截氣體分子作布朗運動氣體分子作布朗運動eatonFiltration.Separation.Solution.擴散攔截擴散攔截分散在氣體分子中的小顆粒

13、分散在氣體分子中的小顆粒 或霧滴受到撞擊發(fā)生位移或霧滴受到撞擊發(fā)生位移eatonFiltration.Separation.Solution.擴散攔截擴散攔截被隨機運動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eatonFiltration.Separation.Solution.擴散攔截擴散攔截當(dāng)流經(jīng)過濾介質(zhì)時流體必須沿彎曲通道行進(jìn)，這將增加過濾機制的有效性。eatonFiltration.Separation.Solution.小結(jié)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散攔截擴散攔截的共同作用而增強 eatonFiltration.Separation

14、.Solution.過濾機理總結(jié)過濾機理總結(jié)直接攔截直接攔截慣性撞擊慣性撞擊擴散攔截擴散攔截eatonFiltration.Separation.Solution.過濾機理及其效率過濾機理及其效率0.010.1110100顆粒直徑顆粒直徑 (um)5060708090100效率效率(%)0.3 直直 接接 攔攔 截截擴散攔截擴散攔截慣性撞擊慣性撞擊eatonFiltration.Separation.Solution.過濾介質(zhì)類型過濾介質(zhì)類型eatonFiltration.Separation.Solution.4表面過濾介質(zhì)4深度過濾介質(zhì)濾材類型濾材類型通常，過濾器濾材可分為兩類：eaton

15、Filtration.Separation.Solution.4表面過濾介質(zhì):0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)過濾器制造商并未統(tǒng)一上述概念的“官方”定義濾材類型濾材類型伊頓公司制造兩類介質(zhì):eatonFiltration.Separation.Solution.表面過濾介質(zhì)表面過濾介質(zhì)4所有濾孔在一個平面上4依靠直接攔截捕獲顆粒最嚴(yán)格的定義:eatonFiltration.Separation.Solution.表面過濾表面過濾eatonFiltration.Separation.Solution.表面或篩網(wǎng)過濾的局限表面或篩網(wǎng)過濾的局限4 主要依靠直接攔截。小于孔徑

16、的顆粒將穿過。 4 慣性撞擊無效.4 擴散攔截有微效. eatonFiltration.Separation.Solution.深度過濾介質(zhì)深度過濾介質(zhì)4污染物被介質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)捕獲的一種 過濾介質(zhì)，濾孔貫穿于整個介質(zhì)厚度。4調(diào)整流道可以獲得高容污能力。最嚴(yán)格的定義:eatonFiltration.Separation.Solution.深度過濾介質(zhì)深度過濾介質(zhì)4顆?？梢栽诒砻姹徊都?，4也可以在介質(zhì)深度被捕集，4因此，提高了容污能力。eatonFiltration.Separation.Solution.深度過濾介質(zhì)深度過濾介質(zhì)eatonFiltration.Separation.Solution

17、.過濾介質(zhì)過濾介質(zhì)設(shè)計和特點設(shè)計和特點eatonFiltration.Separation.Solution.過濾介質(zhì)設(shè)計和特點過濾介質(zhì)設(shè)計和特點4濾孔設(shè)計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eatonFiltration.Separation.Solution.濾孔設(shè)計濾孔設(shè)計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比考慮表面還是深度更重要的是.eatonFiltration.Separation.Solution.均一孔徑均一孔徑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eatonFiltration.Separation.Solution

18、.不均一不均一 (設(shè)計設(shè)計) 孔徑孔徑4污染物不總是完全同一的尺寸和形狀4在制造過程中控制孔徑以保證大于某一 給定尺寸的顆粒的定量去除4寬泛的孔徑分布意味著高效率eatonFiltration.Separation.Solution.孔徑分布孔徑分布4孔徑分布代表了對不同尺寸污染物的 過濾效率4孔徑分布是為過濾 應(yīng)用而設(shè)計的Pore Size# of PoresABCeatonFiltration.Separation.Solution.非固定濾孔介質(zhì)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)計的)0例如：當(dāng)壓力升高時孔徑變大4導(dǎo)致:0卸載0介質(zhì)遷移0短路eatonFiltration.S

19、eparation.Solution.非固定濾孔介質(zhì)非固定濾孔介質(zhì)4由于壓力增加 / 波動導(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eatonFiltration.Separation.Solution.卸載卸載可由固定、穩(wěn)定的孔結(jié)構(gòu)加以防止eatonFiltration.Separation.Solution.非固定濾孔介質(zhì)的介質(zhì)遷移非固定濾孔介質(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 eatonFiltration.Separation.Solution.介質(zhì)遷移介質(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

20、濾孔并且和支撐結(jié)構(gòu)牢固連接eatonFiltration.Separation.Solution.非固定濾孔介質(zhì)的旁通現(xiàn)象非固定濾孔介質(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eatonFiltration.Separation.Solution.非固定濾孔介質(zhì)的旁通現(xiàn)象非固定濾孔介質(zhì)的旁通現(xiàn)象4過濾介質(zhì)和濾芯硬件連接問題eatonFiltration.Separation.Solution.旁通旁通4濾芯和濾殼密封問題 eatonFiltration.Separation.Solution.固定濾孔介質(zhì)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eatonF

21、iltration.Separation.Solution.固定濾孔和非固定濾孔的對比固定濾孔和非固定濾孔的對比eatonFiltration.Separation.Solution.打褶設(shè)計可以增加過濾面積近打褶設(shè)計可以增加過濾面積近 513倍倍卷式深層和打褶設(shè)計的對比卷式深層和打褶設(shè)計的對比 D = 2 緮 D = 2 緮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 打褶設(shè)計eatonFiltration.Separation.Solution.表面積表面積4增加表面積可以：0降低 DP0延長使用壽命eatonFilt

22、ration.Separation.Solution.5 個孔堵塞5 個孔開放DP = 1 psid 5 個孔堵塞15 個孔開放DP = 1/3 psid 10 孔孔 20 孔孔 舉例: 表面積倍增的比較15個孔堵塞后才能 達(dá)到 D DP = 1 psid， 使用壽命因此增加了使用壽命因此增加了三倍三倍表面積表面積eatonFiltration.Separation.Solution.壓差壓差定義定義 壓差 過濾器使用時上游和 (壓力降 DP) 下游之間的壓力差別 凈壓差 過濾器開始使用未捕 集任何污染物之前時 的壓差eatonFiltration.Separation.Solution.壓差

23、壓差DP1. 由流體阻力產(chǎn)生由流體阻力產(chǎn)生.2. .在干凈的過濾器，由濾孔產(chǎn)生在干凈的過濾器，由濾孔產(chǎn)生eatonFiltration.Separation.Solution.壓差壓差定義定義最大允許壓差最大允許壓差:過濾器結(jié)構(gòu)不受破壞的最大壓差限制過濾器結(jié)構(gòu)不受破壞的最大壓差限制eatonFiltration.Separation.Solution.過濾器壽命曲線過濾器壽命曲線壓差和使用時間的關(guān)系壓差和使用時間的關(guān)系曲線拐點曲線拐點 初始初始D DP時間時間(t)恒定流速恒定流速下的下的 D DP 過濾時顆粒被過濾器濾孔截留壓差上升過濾時顆粒被過濾器濾孔截留壓差上升eatonFiltrati

24、on.Separation.Solution.孔隙率孔隙率過濾器中的開放面積過濾器中的開放面積 (孔隙率孔隙率)4容污力增加將：容污力增加將：0 降低流體線速度降低流體線速度0 降低降低 D DP0 延長使用壽命延長使用壽命濾孔纖維eatonFiltration.Separation.Solution.孔隙率孔隙率孔隙孔隙纖維纖維82.0%18.0%eatonFiltration.Separation.Solution.纖維直徑對孔隙率和容污力的重要性纖維直徑對孔隙率和容污力的重要性纖維直徑減小，孔隙率增加 (假設(shè)孔徑不變)eatonFiltration.Separation.Solution

25、.過濾材質(zhì)過濾材質(zhì)分類分類eatonFiltration.Separation.Solution. 4不同材質(zhì)適合不同的過濾流體4選擇不同材質(zhì)，主要從以下方面判斷： 化學(xué)兼容性 耐溫性 孔隙率 孔徑分布無機材質(zhì)與有機材質(zhì)無機材質(zhì)與有機材質(zhì) eatonFiltration.Separation.Solution. 無機與有機材質(zhì)無機與有機材質(zhì)化學(xué)兼容性化學(xué)兼容性 01234567891011121314pHPSPANPEPVDFCeramiceatonFiltration.Separation.Solution. 050100150deg CPSPANPEPVDFCeramic無機與有機材質(zhì)無機與有機材質(zhì)耐溫性耐溫性eatonFi