过滤基础知识解析

普通污染物 的相对尺寸
金属离子
VOC抯, PCD, Susp. Oil
不溶有机物 可溶盐类
乳胶
油乳剂
病毒
碳粒
红细胞 油漆颜料
细菌
辐射原子
蛋白 / 酶
沙粒
人发
颗粒尺寸 10-4
10-3
10-2
10-1
1.0
10
102
103
( 微米)
平均分子量 100
200
20,000
500,000
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过滤基本原理
• 直接拦截 • 惯性拦截 • 扩散拦截 • 吸附拦截
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滤芯结构
▪ 表面过滤 vs. 深层过滤 ▪ 刚性 vs. 非刚性 ▪ 非均一孔径 vs. 均一孔径
HL Filter
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深层滤芯Vs表面滤芯
HL Filter
深层滤芯
1. 高容污能力 2. 用于浑浊或高含污溶液 3. 常做为上游预过滤器 4. 很少定义绝对过滤精度
表面滤芯
1. 低容污能力 2. 用于澄清或预过滤后的溶液 3. 常做为下游终端过滤器 4. 常定义为绝对过滤精度
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增加滤芯数量
10 孔 10 孔
HL Filter
20 孔 20 孔
5 个孔堵塞 5 个孔开放
DP = 1 psid
15个孔堵塞后才能 达到 DP = 1 psid， 使用寿命因此增加了 三倍
5 个孔堵塞 15 个孔开放
DP = 1/3 p百度文库id
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压力与压差
HL Filter
▪
压力
过滤器上游的压力
HL Filter
▪ 深层过滤
流 向
过 滤 介 质 深 度
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影响过滤的因素
▪ 杂质含量 ▪ 杂质性质 ▪ 粒径分布
▪ 过滤介质相容性 ▪ 过滤器使用 ▪ 过滤要求
▪ 流量 ▪ 温度 ▪ 粘度 ▪ 系统压力 ▪P
HL Filter
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不同粘度
水滴
HL Filter
蜂蜜
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内容安排
1. 公司介绍 2. 产品介绍 3. 过滤原理 4. 沟通互动
HL Filter
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直接拦截
HL Filter
8
惯性拦截
HL Filter
9
扩散拦截
HL Filter
10
吸附拦截
• 静电吸附 • 范德华力 • 表面作用
HL Filter
11
过滤精度定义
HL Filter
▪ 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
Fiber Pore
34
孔隙率
HL Filter
Voids
82.0%
18.0%
Fiber
35
孔隙率
孔隙率增加将： 降低流体线速度 降低 DP 延长使用寿命
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HL Filter
纤维 孔隙
纤维直径与孔隙率
HL Filter
纤维直径减小，孔隙率增加 (假设孔径不变)
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过滤分类
▪ 表面过滤
41
HL Filter
HL Filter
42
上游进口杂质 数量（个/ml）
下游出口杂质 数量（个/ml）
5000
100
10000
50
10
5
去除效率 (%) 50
99
99.5 99.9 99.95
HL Filter
Beta 值 2 100 200
1000 2000
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孔径等级
孔径
0.2/0.22 µm 0.45 µm
0.65 µm
0.8 µm 1.2 µm ≥ 3.0 µm
非刚性—易发生杂质卸载
HL Filter
Filter media
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非均一孔径 vs. 均一孔径
HL Filter
▪ 非均一孔径
▪ 均一孔径
▪ 上游孔径更加开放
▪ 上下游孔径一致
▪ 下游孔径更加致密 ▪ 杂质被拦截在过滤介质中 ▪ 澄清过滤
▪ 杂质被拦截在过滤介质表面 或靠近上游层
▪ 作为最终过滤
HL Filter
过滤原理及基本概念
1
过滤定义
HL Filter
▪ 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
含杂质流体
过
滤
介
滤后清洁流体
质
2
过滤定义（固/液分离）
HL Filter
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。
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示意图
▪ 表面过滤
HL Filter
▪ 深层过滤
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刚性 vsH. 非L 刚Fi性lter
▪ 刚性Rigid
▪ 非刚性Non-Rigid
▪ 当压差变化时，过滤介 质孔径保持稳定
▪ 当压力变化时，孔径会 发生变化
▪ 通过孔径截留杂质
▪ 被拦截的杂质有可能卸 载
▪ 过滤介质塌陷变形，导 致旁漏
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斯瓦洛夫斯基
3
日常生活中的过滤
HL Filter
4
常见杂质颗粒大小
HL Filter
可见颗粒≈40µm
雾浊
0.01-0.1 µm
头发 (75 - 100µm)
硅藻土
(~10 µm)
5
酵母菌
1-5 µm
假单胞菌
0.3µm
过滤分离范围
HL Filter
膜 类型
纳滤
反渗透
过滤工艺范围
微滤 超滤
滤布
筛网和滤网
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▪ 均一孔径
孔径类H型L示F意ilter 图
▪ 非均一孔径
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打褶
HL Filter
▪ 增加过滤面积可以：D = 2 “
▪ 降低 压差
▪ 延长使用寿命
▪
A = 0.6 ft2
10"
10"
A = 过滤面积 T = 过滤介质厚度
T1
D=2” A2= 3-8ft2
T2
同样体积，打褶设计可以增加过滤面积近 5－13倍
▪ 对于过滤精度没有统一的定义
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过滤精度（孔径）
HL Filter
• 公称精度：生产企业对外宣称的滤芯精度。
• 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 • 没有行业标准
▪
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过滤效率
18
可变形杂质
HL Filter
压差逐渐上升
19
过滤介质
Back
HL Filter
滤芯材质和结构
20
过滤介质材质
HL Filter
▪ 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
HL Filter
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过滤效率值表征
HL Filter
▪ Beta Ratio
▪ Oklahoma 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
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颗粒去除效率与Beta值对比
典型应用
除菌过滤 减少生物负荷
截留真菌
精滤 抛光过滤 去除颗粒
HL Filter
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杂质特征
▪ 杂质特征对滤芯性能影响明显
▪ 杂质特征:
a. 尺寸大小 ? b. 外形 - 规则 / 不规则? c. 形态 - 刚性 / 可变形? d. 稳定性 - 剪切敏感?
难去除
HL Filter
Particles. Gel
▪ 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
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滤芯压差
进口压力 7 bar
7
HL Filter
压差2 bar
5
出口压力 5 bar
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通量与时间关系
恒定流速 下的 DP
HL Filter
曲线拐点
初始
DP
时间(t)
过滤时颗粒被过滤器滤孔截留压差逐渐上升
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开孔率
HL Filter
Open area in the filter (porosity)
An increase in void volume will
lower the flow velocity
lower the DP
increase the service life