过滤基本原理.

如果一个气体过滤器在湿润环境中运行， 它的去 除能力即变为液体精度
eaton
Filtration.Separation.Solution.
扩散拦截
eaton
Filtration.Separation.Solution.
扩散拦截
气体分子作布朗运动
eaton
Filtration.Separation.Solution.
非固定滤孔介质的介质迁移
过滤器滤材部 分脱落到下游 从而污染了滤 出液
eaton
Filtration.Separation.Solution.
介质迁移
介质迁移是可以避免的只要使过滤器介质 具有 稳定的滤孔并且和支撑结构牢固连接
Scree筛n网s &和S滤tr网ainers
普通污染物 的相对尺寸
Latex E乳m胶ulsions
金属离子
VOC抯, PCD, Susp. Oil
不溶有机物 可可溶盐类类
Oil E油m乳ul剂sions Re红d 细Bl胞ood
Cells
V病ir毒us
Pai油nt漆P颜igm料ent
Ca碳rb粒on Black
eaton
Filtration.Separation.Solution.
深度过滤介质
eaton
Filtration.Separation.Solution.
过滤介质 设计和特点
eaton
Filtration.Separation.Solution.
过滤介质设计和特点
滤孔设计 均一或不均一 固定或非固定
颗粒接触到滤材表面由于吸引力而被阻截
带负电的 污染物
带正电的 滤材
水溶液
eaton
Filtration.Separation.Solution.
吸附 / Zeta 电势
大多数需过滤的颗粒都带负电，例如：
细菌 支原体 病毒 酵母
硅颗粒 细菌内毒素 (热源) 蛋白分子
eaton
Filtration.Separation.Solution.
eaton
Filtration.Separation.Solution.
惯性撞击
eaton
Filtration.Separation.Solution.
惯性撞击
当流体改变运动方向时，惯性使颗粒撞击到滤材 表面并由于吸附力而停留
eaton
Filtration.Separation.Solution.
Filtration.Separation.Solution.
Zeta 正电势
Zeta 正电势是颗粒在水溶液中 表面产生的 动电学吸引力 (电荷)
带电的颗粒将被带相反电荷的滤材表面吸 引并由于这些力而被牢固阻截
eaton
Filtration.Separation.Solution.
Zeta 正电势
Ba细ct菌eria
辐At射om原i子c Radii
Prote蛋in白/ E/n酶zymes
颗粒尺寸 10-4
10-3
10-2
10-1
1.0
10
103
( 微米)
平均分子量 100
200
20,000
500,000
S沙an粒d
Hum人an发Hair
102
eaton
Filtration.Separation.Solution.
eaton
Filtration.Separation.Solution.
不均一 (设计) 孔径
污染物不总是完全同一的尺寸和形状 在制造过程中控制孔径以保证大于某一
给定尺寸的颗粒的定量去除
宽泛的孔径分布意味着高效率
eaton
Filtration.Separation.Solution.
孔径分布
孔径分布代表了对不 同尺寸污染物的 过 滤效率
eaton
Filtration.Separation.Solution.
深度过滤介质
最严格的定义:
污染物被介质内部结构捕获的一种 过滤介 质，滤孔贯穿于整个介质厚度。
调整流道可以获得高容污能力。
eaton
Filtration.Separation.Solution.
深度过滤介质
颗粒可以在表面被捕集， 也可以在介质深度被捕集， 因此，提高了容污能力。
通常，过滤器滤材可分为两类：
表面过滤介质 深度过滤介质
eaton
Filtration.Separation.Solution.
滤材类型
伊顿公司制造两类介质:
表面过滤介质: 编织网粉末烧结
深度过滤介质: 浇铸膜结构 纤维材料结构
过滤器制造商并未统一 上述概念的“官方”定义
eaton
Filtration.Separation.Solution.
过滤机理及其效率
直接拦截
100
90 扩散拦截
80
惯性撞击
70
60 50 0.01
0.1 0.3
1
颗粒直径 (um)
10
100
效率(%)
eaton
Filtration.Separation.Solution.
过滤介质类型
eaton
Filtration.Separation.Solution.
滤材类型
扩散拦截
分散在气体分子中的小颗粒 或雾滴受到撞击发生位移
eaton
Filtration.Separation.Solution.
扩散拦截
被随机运动的气体分子碰撞的颗粒 撞击到过滤介质上并被吸附截留
eaton
Filtration.Separation.Solution.
扩散拦截
当流经过滤介质时流体必须沿弯曲通道行进，这将 增加过滤机制的有效性。
惯性撞击
颗粒被机械拦截或被吸附拦截
在气体中比在液体中更有效.
对大于 0.5 - 1.0 微米的颗粒很有效.
eaton
Filtration.Separation.Solution.
吸附
拦截尺寸小于滤孔的颗粒
由于:
表面相互作用 电荷不同
范德华力(Van der Waals)
eaton
Filtration.Separation.Solution.
eaton
Filtration.Separation.Solution.
过滤原理
eaton
Filtration.Separation.Solution.
定义
过滤
利用有孔介质从流体(液体或气体)中除去污染物
孔
污染流体 (进料液，上游)
洁净流体 (滤出液，下游)
滤材
eaton
Filtration.Separation.Solution.
吸附
表面作用
eaton
Filtration.Separation.Solution.
液体过滤的辅助方式
Zeta 正电势: 滤材所带的正电荷捕捉带负电的污染物
絮凝: 添加高分子电解质 (例如淀粉) 使细颗粒 凝聚成 较大的颗粒进而形成滤饼
助滤剂: 添加助滤剂 (例如：硅藻土) 以形成滤饼
eaton
惯性撞击
当流经过滤介质时流体必须沿弯曲通道行进，这 将增加过滤机制的有效性。
eaton
Filtration.Separation.Solution.
惯性撞击
停留的颗粒减小了滤孔孔径
eaton
Filtration.Separation.Solution.
惯性撞击
eaton
Filtration.Separation.Solution.
铅笔墨点 (40 um)
大硅胶颗粒 (20 um)
红细胞(7mm)
典型细菌 (0.2mm)
酵母细胞 (3 um)
eaton
Filtration.Separation.Solution.
过滤器的功能
一个过滤器的功能是从一种流体(液体 或气体)中去除污染物以使达到所需的
流体洁净度水平
eaton
Filtration.Separation.Solution.
eaton
Filtration.Separation.Solution.
直接拦截
颗粒大于孔径
eaton
Filtration.Separation.Solution.
直接拦截
绝对截留 - 颗粒被捕获在滤材纤维之间形成的孔中
eaton
Filtration.Separation.Solution.
直接拦截
eaton
Filtration.Separation.Solution.
直接拦截
当颗粒大于流道孔径时即被该结构去除
容污能力可以用弯曲结构提高 筛网无此作用
eaton
Filtration.Separation.Solution.
直接拦截
通过搭桥作用，尺寸小于滤孔的颗粒也可被 拦截
不规则形状的颗粒 / 方向性 多个颗粒同时撞击到同一个滤孔
eaton
Filtration.Separation.Solution.
直接拦截
不规则形状的搭桥
eaton
Filtration.Separation.Solution.
直接拦截
多个小颗粒的搭桥
eaton
Filtration.Separation.Solution.
定义
滤饼
拦截在过滤器表面的颗粒堆积成颗粒层 当过滤器表面完全被一个厚的颗粒层所覆盖时，所
表面过滤介质
最严格的定义: 所有滤孔在一个平面上
依靠直接拦截捕获颗粒
eaton
Filtration.Separation.Solution.
表面过滤
eaton
Filtration.Separation.Solution.
表面或筛网过滤的局限
主要依靠直接拦截。小于孔径的颗粒将穿过。 惯性撞击无效. 扩散拦截有微效.
孔径分布是为过滤 应用而设计的
# of Pores
A B C
Pore Size
eaton
Filtration.Separation.Solution.
非固定滤孔介质
在使用过程中孔径发生变化(非设计的) 例如：当压力升高时孔径变大
导致: 卸载 介质迁移 短路
eaton
Filtration.Separation.Solution.
100 um
定义
小颗粒的相对尺寸
80 人发直径
60
40 裸眼可见最小颗粒
20
花粉来自百度文库
10
8.0 红细胞
沙雷氏菌
6.0 酵母和真菌 5.0
假单胞菌
4.0 um 3.0 2.0 1.0 0.8 0.6 0.5 0.4 0.3
eaton
Filtration.Separation.Solution.
小颗粒的相对尺寸
1 微米 (um) 等于:
定义
微米
10－6 米 ＝10－3 毫米
3.9×10 -5 英寸
又称 "micron"
eaton
Filtration.Separation.Solution.
膜 类型
定义
过滤 / 分离范围
纳滤
反渗透
过滤工艺范围
微滤 超滤
Cl滤oth布&和D深e层pt过h F滤il器ters
eaton
Filtration.Separation.Solution.
小结
过滤介质的过滤 / 分离效率由于
直接拦截 惯性撞击 扩散拦截
的共同作用而增强
eaton
Filtration.Separation.Solution.
过滤机理总结
直接拦截 惯性撞击 扩散拦截
eaton
Filtration.Separation.Solution.
扩散拦截
气体分子 (作随机运动) 碰撞小颗粒或雾滴
布朗运动(Brownian motion)碰撞的结果， 增加了颗粒碰撞过滤介质的机会
仅在气体中有效
eaton
Filtration.Separation.Solution.
扩散拦截
气体过滤器能够去除尺寸远小于液体精度 的污染物
对小-细颗粒 (0.1 - 0.3微米)非常有效
非固定滤孔介质
由于压力增加 / 波动导致卸载
由于滤材和支撑结构弯曲导致滤孔 变大或变形
滤孔变大，先前捕获的污染物穿透 到下游
eaton
Filtration.Separation.Solution.
卸载
可由固定、稳定的孔结构加以防止
eaton
Filtration.Separation.Solution.
谓的“滤饼”即已形成了。 滤饼颗粒间的孔隙亦如同一种过滤器，对细颗粒的
拦截效率通常由此而提高
eaton
Filtration.Separation.Solution.
惯性撞击
尺寸小于滤材孔径的颗粒的辅助拦截方式
流体携带的颗粒由于质量和线速度而具有直线 运 动的惯性
颗粒离开流体主流而撞击到滤材上
过滤面积 压差
孔隙率
eaton
Filtration.Separation.Solution.
滤孔设计
比考虑表面还是深度更重要的是... 滤孔尺寸是均一的还是不均一的
滤孔是固定还是非固定的
eaton
Filtration.Separation.Solution.
均一孔径
所有滤孔均为同一尺寸
由于搭桥现象，可以拦截小于孔径 的颗粒
过滤机理
eaton
Filtration.Separation.Solution.
三种过滤机制
直接拦截 惯性撞击 扩散拦截
eaton
Filtration.Separation.Solution.
直接拦截
液体中的基本过滤机制
本质是一种筛分效应，机械拦截颗粒
例如：一种简单的筛网可以拦截尺寸 大于其孔径的颗粒