压缩空气的净化工艺

1 压缩空气中杂质的清除方法

压缩空气中除水蒸气外，还存在着游离状态的灰尘、微粒及气溶胶状态的烟、雾。不同的杂质有不同的清除方法。

a. 离心分离法

将压缩空气以较高的速度沿筒体的切线方向进入，作强烈的旋转运动，在离心力的作用下，杂质迅速向筒体壁聚集，沉积下来，定期自动或手动排出。速度的选取范围10～25m/s。离心法能将较大的油、水及固态微粒分离出来。通常情况下大于20μm的颗粒可以被除去。

b. 编织丝网除沫

当压缩空气以一定的速度穿过丝网时，由于惯性力的作用，气体中的液滴和丝网碰撞，附着于丝网上的液滴沿着细丝向下流至二根丝接触处，由于接触处缝隙的毛细作用和液滴表面的张力作用，使液滴不断聚集变大，当液滴重量超过气体上升的速度力和液体表面张力的合力时，液滴脱离丝网被分离。丝网除沫器由编织丝网做成，自由空间很大，气体通过的阻力很小。分离5μm以上的液滴，效率可达99%。

c. 过滤法

过滤元件一般分为两类：一是多孔陶瓷元件，烧结金属、泡沫塑料及塑料纤维的编织物或以其它方式成型的过滤元件。另一类是孔径在制造时已规定了的、均一的聚四氟乙烯，醋酸纤维素等聚合物制成的膜。前一类材料可制成一般的预过滤器、过滤器，过滤精度20～0.1μm。后一类材料用以制造膜滤器，过滤精度可达0.01μm。

d. 吸附法

某些要求特殊的工艺生产，需采用活性炭等吸附剂吸附有机物蒸汽。

e. 静电除尘

用电极分离的方法使质点带电，然后把带电质点收集到极板上，聚集的灰尘用震荡或洗涤的方法去除。

2 过滤机理

过滤器不是一个普通的筛。不同性质的过滤器有不同的过滤机理。对于纤维质过滤器其过滤效率很大程度上取决于纤维直径。直径越小，效率越高。过滤器中大多数纤维直径都小于2μm。纤维过滤的作用机理有以下几种：

a. 拦截作用

凡是质点没有随绕过纤维的流线偏离出去而被纤维捉住，称为拦截。设质点的半径为rp，如果其中心落在距离纤维为rp的流线上，则这个质点将被拦截作用捕集。因此，对直径较大的质点，拦截作用显得更重要。而且，只要流型保持不变，拦截和气流速度无关。

b. 惯性作用

当流线碰到障碍拐弯时，气流中的质点由于惯性作用做直线运动，质点与纤维碰撞被捕捉。惯性力与质点的质量、速度有关，因此，惯性作用对具有较大速度和较大质量的质点的捕集更为有效。

c. 扩散运动

布朗运动会使气流中的微小质点偏离流线（布朗运动是由于空气中分子的热运动产生）。这种偏离的质点被纤维从空气中清除的可能性随质点尺寸和速度的减小而增大。

d. 静电作用

气体中质点在通过过滤器时往往带有少量电荷，在某些情况下亦可能很大。由于静电的作用，气体中带电质点被捕集。

e. 筛分作用

当气体中质点的直径大于过滤材料的孔隙时，质点则被过滤阻滞下来。

气体过滤是一个复杂的过程。过滤效率及过滤精度主要受过滤材料的物化性能、气流流速和微粒尺寸大小等因素的影响。当微粒尺寸小于1μm时，扩散起主要作用。随着尺寸的增大，扩散作用逐渐下降。直径大于1μm时，主要是拦截和扩散作用。在层流下过滤，既可减少气体运动能量的损失，同时削弱了惯性作用。惯性作用和气体的流速、粒径的平方成正比，和气体的黏度成反比。因此，在一定的过滤条件下可以使过滤过程以拦截为主。

3 表示过滤器性能的几个参数

1）过滤精度：表示通过过滤器的最大杂质尺寸。单位用μm表示。

2）过滤效率：表示过滤器能捕集某种微粒粒径的能力，以百分数表示。

3）透气率或比率：表示过滤器单位面积在单位时间里通过气体的能力，单位用L/(min·cm2)表示。

气体通过过滤器的阻力应重视，特别是低压干燥空气过滤时，要选用低阻力的过滤器。过滤精度、过滤效率和透气率代表的物理意义不同，但它们之间是相互影响，相互制约的。

一般在过滤气体的情况下，希望压差的最大值小于0.01Mpa。因为压差增大，即流速增大将降低小于规格孔径以下粒子的过滤效率。

4 过滤材料

可以作为压缩空气过滤材料的物质有多种填料、编织丝网、多孔陶瓷、粉末冶金材料、合成纤维滤芯、滤纸、滤膜等。

a. 合成纤维滤芯—蜂房式缠绕管状滤芯

将滤芯纤维在带孔的塑料或金属骨架上有规则的缠绕，排列成较整齐的菱型孔，使滤芯的直径逐步加大，每一层的过滤面积逐渐增加，菱型孔的孔径逐渐加大，滤芯从外层到内层菱型孔逐渐变小。气体从外层进入内层，经中间导管流出。气体通过滤芯时捕集到的微粒直径由大逐渐变小，滤芯有深层过滤作用。

滤芯的过滤精度等级是按捕尘粒的尺寸大小来确定的。滤芯的透气率按一只标准滤芯在单位时间内透过的气体量计算。相同过滤精度的滤芯的透气率越大，性能越好。聚丙烯纤维滤芯的使用温度与骨架的耐温性能有关。

b. 高效滤纸

超细玻璃棉高效滤纸是以丝径1μm左右的无碱玻璃棉为原料制成的。具有很高的过滤效率，耐500℃高温，抗水性能好，抗化学腐蚀性能强，耐碱，耐弱酸和有机溶剂。石棉滤纸过滤性好，耐100℃以下温度，但抗化学腐蚀性差。合成纤维滤纸具有良好的过滤性能，抗化学腐蚀性强，但仅能在50℃以下工作。

高效过滤器的过滤效率与滤纸的油雾效率有关，随油雾效率的提高而提高。

c. 微孔滤膜

膜滤器属筛孔过滤器，其滤膜孔径是均一的，过滤精度可达到0.01μm以下。

5 过滤器

在工业生产中压缩空气供气系统使用的过滤器按作用及能力大致分类如下：

1) 初过滤器：过滤精度小于等于5μm；

2) 精过滤器：过滤精度小于等于1μm，残油含量为1.0ppm；

3) 高精过滤器：过滤精度小于等于0.1μm，残油含量为0.1ppm；

4) 超级过滤器：过滤精度小于等于0.01μm，与活性炭过滤器串联使用残油含量小于等于0.005ppm；

5) 专用过滤器：

(1) 活性炭过滤器

(2) 灭菌过滤器

(3)油过滤器

有关压缩空气净化的详细内容可参见《压缩空气站设计手册》第四章，3“压缩空气的净化”一节。