过滤器过滤原理-中文版

过滤器过滤原理过滤器过滤原理-中文版中文版PALL滤材滤材孔孔定义定义过滤过滤利用有孔介质从流体(液体或气体)中除去污染物洁净流体洁净流体(滤出液，下游滤出液，下游)污染流体污染流体(进料液，上游进料液，上游)u_principles.ppt 7/31/98TMPALL定义定义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又称又称 micron微米微米u_principles.ppt 7/31/98TMPALL定义定义小颗粒的相对尺寸小颗粒的相对尺寸8.040人发直径裸眼可见最小颗粒花粉红细胞酵母和真菌6.0100 um806020105.0沙雷氏菌 假单胞菌 0.43.02.01.00.80.60.50.34.0 umu_principles.ppt 7/31/98TMPALL小颗粒的相对尺寸小颗粒的相对尺寸大硅胶颗粒大硅胶颗粒(20 um)铅笔墨点铅笔墨点(40 um)红细胞红细胞(7m mm)酵母细胞酵母细胞(3 um)典型细菌典型细菌(0.2m mm)u_principles.ppt 7/31/98TMPALL定义定义过滤过滤/分离范围分离范围 颗粒尺寸颗粒尺寸 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 不溶有机物不溶有机物不溶有机物不溶有机物Cloth&Depth FiltersScreens&Strainers微滤微滤超滤超滤纳滤纳滤反渗透反渗透过滤工艺范围过滤工艺范围Red BloodCellsLatex EmulsionsOil EmulsionsPaint PigmentBacteriaSandHuman HairProtein/EnzymesCarbonBlackVirusAtomicRadii可溶盐类可溶盐类VOC抯抯,PCD,Susp.Oil金属离子金属离子膜膜类型类型普通污染物普通污染物的相对尺寸的相对尺寸不溶有机物不溶有机物不溶有机物不溶有机物滤布和深层过滤器滤布和深层过滤器筛网和滤网筛网和滤网微滤微滤超滤超滤纳滤纳滤反渗透反渗透过滤工艺范围过滤工艺范围红细胞红细胞乳胶乳胶油乳剂油乳剂油漆颜料油漆颜料细菌细菌沙粒沙粒人发人发蛋白蛋白/酶酶碳粒碳粒病毒病毒辐射原子辐射原子可溶盐类可溶盐类VOC抯抯,PCD,Susp.Oil金属离子金属离子膜膜类型类型普通污染物普通污染物的相对尺寸的相对尺寸u_principles.ppt 7/31/98TMPALL过滤器的功能过滤器的功能过滤器经常被认为是一种简单的网或筛子，过滤器经常被认为是一种简单的网或筛子，过滤过滤/分离是在一个平面上进行的。分离是在一个平面上进行的。u_principles.ppt 7/31/98TMPALL过滤器的功能过滤器的功能 实际上，颇尔生产的过滤器滤材具有深度。实际上，颇尔生产的过滤器滤材具有深度。“弯曲通道弯曲通道”的结果对于污染物的去除起到了的结果对于污染物的去除起到了 辅助作用辅助作用 u_principles.ppt 7/31/98TMPALL过滤器的功能过滤器的功能“弯曲通道”存在于：浇铸膜浇铸膜或或 纤维缠绕纤维缠绕u_principles.ppt 7/31/98TMPALL过过 滤滤 机机 理理u_principles.ppt 7/31/98TMPALL三种过滤机制三种过滤机制4直接拦截4惯性撞击4扩散拦截u_principles.ppt 7/31/98TMPALL直接拦截直接拦截4液体中的基本过滤机制4本质是一种筛分效应，机械拦截颗粒4例如：一种简单的筛网可以拦截尺寸 大于其孔径的颗粒u_principles.ppt 7/31/98TMPALL直接拦截直接拦截颗粒大于孔径颗粒大于孔径u_principles.ppt 7/31/98TMPALL直接拦截直接拦截绝对截留绝对截留-颗粒被捕获在滤材纤维之间形成的孔中颗粒被捕获在滤材纤维之间形成的孔中 u_principles.ppt 7/31/98TMPALL直接拦截直接拦截4当颗粒大于流道孔径时即被该结构去除4容污能力可以用弯曲结构提高 筛网无此作用u_principles.ppt 7/31/98TMPALL直接拦截直接拦截4通过搭桥作用，尺寸小于滤孔的颗粒也可被拦截0不规则形状的颗粒/方向性0多个颗粒同时撞击到同一个滤孔u_principles.ppt 7/31/98TMPALL直接拦截直接拦截不规则形状的搭桥不规则形状的搭桥u_principles.ppt 7/31/98TMPALL直接拦截直接拦截多个小颗粒的搭桥多个小颗粒的搭桥u_principles.ppt 7/31/98TMPALL惯性撞击惯性撞击4尺寸小于滤材孔径的颗粒的辅助拦截方式4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4颗粒离开流体主流而撞击到滤材上u_principles.ppt 7/31/98TMPALL惯性撞击惯性撞击u_principles.ppt 7/31/98TMPALL惯性撞击惯性撞击当流体改变运动方向时，惯性使颗粒撞击到滤材当流体改变运动方向时，惯性使颗粒撞击到滤材表面表面,因吸附力的存在颗粒便停留在撞击表面因吸附力的存在颗粒便停留在撞击表面u_principles.ppt 7/31/98TMPALL惯性撞击惯性撞击当流经过滤介质时流体必须沿弯曲通道行进。这将增加该过滤机理的有效性。u_principles.ppt 7/31/98TMPALL惯性撞击惯性撞击u_principles.ppt 7/31/98TMPALL惯性撞击惯性撞击4颗粒被机械拦截或被吸附拦截4在气体中比在液体中更有效.4对大于 0.5-1.0 微米的颗粒很有效.u_principles.ppt 7/31/98TMPALL吸附吸附4表面相互作用0电荷不同4范德华力(Van der Waals)拦截尺寸小于滤孔的颗粒拦截尺寸小于滤孔的颗粒 由于:u_principles.ppt 7/31/98TMPALL吸附吸附表面作用表面作用 u_principles.ppt 7/31/98TMPALL4Zeta 正电势:0滤材所带的正电荷捕捉带负电的污染物4絮凝:0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4助滤剂:0添加助滤剂(例如：硅藻土)以形成滤饼液体过滤的辅助方式液体过滤的辅助方式u_principles.ppt 7/31/98TMPALLZeta 正电势正电势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 u_principles.ppt 7/31/98TMPALLZeta 正电势正电势颗粒接触到滤材表面由于吸引力而被阻截带负电的带负电的 污染物污染物水溶液水溶液带正电的带正电的滤材滤材u_principles.ppt 7/31/98TMPALL吸附吸附/Zeta 电势电势4细菌4支原体4病毒4酵母大多数需过滤的颗粒都带负电，例如：4硅颗粒4细菌内毒素(热源)4蛋白分子u_principles.ppt 7/31/98TMPALL扩散拦截扩散拦截4气体分子(作随机运动)碰撞小颗粒或雾滴4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4仅在气体中有效u_principles.ppt 7/31/98TMPALL扩散拦截扩散拦截气体分子作布朗运动气体分子作布朗运动u_principles.ppt 7/31/98TMPALL扩散拦截扩散拦截分散在气体分子中的小颗粒分散在气体分子中的小颗粒 或雾滴受到撞击发生位移或雾滴受到撞击发生位移u_principles.ppt 7/31/98TMPALL扩散拦截扩散拦截u_principles.ppt 7/31/98TMPALL扩散拦截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u_principles.ppt 7/31/98TMPALL扩散拦截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。u_principles.ppt 7/31/98TMPALL扩散拦截扩散拦截4气体过滤器能够去除尺寸远小于其液体精度 的污染物4对细小颗粒(0.1-0.3微米)非常有效4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u_principles.ppt 7/31/98TMPALL小结小结过滤介质的过滤/分离效率由于直接拦截直接拦截惯性撞击惯性撞击扩散拦截扩散拦截的共同作用而增强 u_principles.ppt 7/31/98TMPALL过滤机理总结过滤机理总结直接拦截直接拦截惯性撞击惯性撞击扩散拦截扩散拦截u_principles.ppt 7/31/98TMPALL过滤机理及其效率过滤机理及其效率0.010.1110100颗粒直径颗粒直径(um)5060708090100效率效率(%)0.3 直直 接接 拦拦 截截扩散拦截扩散拦截惯性撞击惯性撞击u_principles.ppt 7/31/98TMPALL过滤精度过滤精度u_principles.ppt 7/31/98TMPALL依据绝对精度或公称精度依据绝对精度或公称精度如何确定过滤器的性能呢？u_principles.ppt 7/31/98TMPALL公称精度公称精度的定义：基于大于或等于给定公称精度的定义：基于大于或等于给定尺寸所有颗粒的某一去除百分数，由过尺寸所有颗粒的某一去除百分数，由过滤器厂商指定的有争议的微米数值。它滤器厂商指定的有争议的微米数值。它几乎没有好的详细说明，也无再现性。几乎没有好的详细说明，也无再现性。noNon-fixed pore construction1.有争议的微米精度有争议的微米精度2.由制造商自己指定由制造商自己指定3.去除重量百分比去除重量百分比4.可变的、不可再现的下游流体质量可变的、不可再现的下游流体质量5.非固定孔结构非固定孔结构u_principles.ppt 7/31/98TMPALL重量与数量One ”marble in a barrel.256 billion 2 m particles 12.6 mg/l u_principles.ppt 7/31/98TMPALL独创的绝对精度定义在指定试验条件下能够通过过滤器的最大刚性球形颗粒的直径。它是过滤器元件中最大开孔的标志。u_principles.ppt 7/31/98TMPALL过滤精度挑战试验方法(1 m)微粒挑战玻璃珠中等硅土试验粉尘粗硅土试验粉尘乳胶球形颗粒聚苯乙烯球形颗粒u_principles.ppt 7/31/98TMPALL过滤精度挑战试验方法(1 m)生物学挑战细菌支原体噬菌体热原u_principles.ppt 7/31/98TMPALL绝对精度试验程序污染悬浮物压力罐污染悬浮物压力罐试验过滤器试验过滤器收集容器收集容器显微检测分析膜片显微检测分析膜片u_principles.ppt 7/31/98TMPALL玻璃珠试验显微镜评估原理穿透试验过滤器穿透试验过滤器的最大玻璃珠？的最大玻璃珠？用显微镜刻用显微镜刻度评定最大度评定最大玻璃珠尺寸玻璃珠尺寸1.4u_principles.ppt 7/31/98TMPALL什么是F-2试验?一种采用“单次通过”方式试验水相应用过滤器的快速半自动方法基于采用“多次通过”方式评价液压过滤器的试验系统.最初由最初由 Oklahoma 州立大学开发州立大学开发并称之为并称之为“OSU试验试验”。F-2 试验现在也称之为试验现在也称之为“改进改进 OSU-F-2 试验试验”u_principles.ppt 7/31/98TMPALLF-2 试验装置示意图TestFilterFlowmeterPumpReservoirSlurryTest Element p Automatic Particle Counters Clean-upFilteru_principles.ppt 7/31/98TMPALLF-2 试验优点所用 SAE（美国汽车工程师学会）中等试验粉尖 对实际污染物具有很好的代表性。污物载荷更符合实际。挑战能进行至过滤器堵塞。对整个过滤器性能可得到更多信息。u_principles.ppt 7/31/98TMPALL取得数据两台自动计数器，上、下游各一台。每台都能测量六挡或更多挡直径微粒数。对广范围微粒尺寸，例如0.5m到90m，在上游和下游可以使用两台计数器。u_principles.ppt 7/31/98TMPALL结果表达由计数器读数计算由计数器读数计算“过滤比过滤比”或称或称“Beta 比比”，符号，符号 上游大于直径上游大于直径 x 的微粒数的微粒数 x=下游大于直径下游大于直径 x 的微粒数的微粒数u_principles.ppt 7/31/98TMPALLPall绝对精度由F-2试验确定经F-2试验评定的Pall过滤器给定“绝对精度”。对这类过滤器，Beta 值值 5000u_principles.ppt 7/31/98TMPALLBeta 值值1,000,000Particles Xm下游微粒数下游微粒数x=2050,00095%x=7513,00098.7%x=2005,00099.5%x=1000100099.9%x=500020099.98%x=2500,00050%效率效率u_principles.ppt 7/31/98TMPALLBeta标定过滤器的特征截留微粒尺寸清楚流体质量能够再现固定孔结构公认的精度标准u_principles.ppt 7/31/98TMPALL细菌挑战(1010假单胞菌0.2 1012沙雷氏菌0.45 1010酿酒酵母 0.45108u_principles.ppt 7/31/98TMPALL过滤介质类型过滤介质类型u_principles.ppt 7/31/98TMPALL4表面过滤介质4深度过滤介质滤材类型滤材类型通常，过滤器滤材可分为两类：*过滤器制造商对这些述语的正式定义还未达成一致u_principles.ppt 7/31/98TMPALL4表面过滤介质:0金属编织网粉末烧结4深度过滤介质:0浇铸膜结构0纤维材料结构滤材类型滤材类型颇尔公司制造两类介质:u_principles.ppt 7/31/98TMPALL表面过滤介质表面过滤介质4所有滤孔在同一个平面上4依靠直接拦截捕获颗粒最严格的定义:u_principles.ppt 7/31/98TMPALL表面过滤表面过滤u_principles.ppt 7/31/98TMPALL表面或筛网过滤的局限表面或筛网过滤的局限4主要依靠直接拦截。小于孔径的颗粒将穿过。4惯性撞击无效.4扩散拦截有微效.u_principles.ppt 7/31/98TMPALL深度过滤介质深度过滤介质4污染物捕获于介质内部结构的一种过滤介质，其滤孔遍布整个介质厚度。4变化的流体通道可以获得更高容污能力最严格的定义:u_principles.ppt 7/31/98TMPALL深度过滤介质深度过滤介质4颗粒可以在表面被捕集，4也可以在介质层内被捕集，4因此，提高了容污能力。u_principles.ppt 7/31/98TMPALL深度过滤介质深度过滤介质u_principles.ppt 7/31/98TMPALL过滤介质过滤介质设计和特点设计和特点u_principles.ppt 7/31/98TMPALL滤孔设计滤孔设计4滤孔尺寸是均一的还是不均一的4滤孔是固定还是非固定的比考虑表面还是深度更重要的是.u_principles.ppt 7/31/98TMPALL过滤介质设计和特点过滤介质设计和特点4滤孔设计0均一或不均一0固定或非固定4过滤面积4压差0孔隙率u_principles.ppt 7/31/98TMPALL均一孔径均一孔径4所有滤孔均为同一尺寸4由于搭桥现象，可以拦截小于孔径 的颗粒u_principles.ppt 7/31/98TMPALL不均一不均一(设计设计)孔径孔径4污染物不全是同一尺寸和形状4在制造过程中控制孔径以保证大于某一给定尺寸的颗粒能定量去除4随机孔径分布有更高效率u_principles.ppt 7/31/98TMPALL非固定滤孔介质非固定滤孔介质4在使用过程中孔径发生变化(非设计的)0例如：当压力升高时孔径变大4导致:0卸载0介质迁移0短路u_principles.ppt 7/31/98TMPALL非固定滤孔介质非固定滤孔介质4由于压力增加/波动导致卸载4由于滤材和支撑结构弯曲导致滤孔 变大或变形 4滤孔变大，先前捕获的污染物穿透到下游u_principles.ppt 7/31/98TMPALL卸载卸载滤孔变大，原先已拦截的污染物下卸u_principles.ppt 7/31/98TMPALL非固定滤孔介质的介质迁移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 u_principles.ppt 7/31/98TMPALL介质迁移介质迁移 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u_principles.ppt 7/31/98TMPALL非固定滤孔介质的旁通现象非固定滤孔介质的旁通现象4过滤介质出现超标孔径或过宽的孔径分布u_principles.ppt 7/31/98TMPALL非固定滤孔介质的旁通现象非固定滤孔介质的旁通现象4过滤介质和滤芯硬件连接问题u_principles.ppt 7/31/98TMPALL旁通旁通4滤芯和滤壳密封问题 u_principles.ppt 7/31/98TMPALL固定滤孔介质固定滤孔介质4在过滤器使用寿命内孔径不变4没有卸载、介质迁移或旁通现象u_principles.ppt 7/31/98TMPALL固定滤孔和非固定滤孔的对比固定滤孔和非固定滤孔的对比u_principles.ppt 7/31/98TMPALL同样体积，打褶设计可以增加过滤面积近同样体积，打褶设计可以增加过滤面积近 513倍倍深层和打褶设计的对比深层和打褶设计的对比 D=2“D=2”1010A=过滤面积过滤面积T=过滤介质厚度过滤介质厚度 A=0.6 ft2A2=3-8ft2T1T2u_principles.ppt 7/31/98TMPALL过滤面积过滤面积4增加过滤面积可以：0降低 DP0延长使用寿命u_principles.ppt 7/31/98TMPALL5 个孔堵塞5 个孔开放DP=1 psid 5 个孔堵塞15 个孔开放DP=1/3 psid 10 孔孔 20 孔孔 举例:过滤面积倍增的比较15个孔堵塞后才能 达到 P=1 psid，使用寿命因此增加了使用寿命因此增加了三倍三倍过滤面积过滤面积u_principles.ppt 7/31/98TMPALL压差压差定义定义 压差 过滤器使用时上游和 (压力降 DP)下游之间的压力差别 净压差 过滤器开始使用未捕 集任何污染物之前时 的压差u_principles.ppt 7/31/98TMPALL压差压差DP1.由流体阻力产生由流体阻力产生.2.在干净的过滤器，由滤孔产生在干净的过滤器，由滤孔产生u_principles.ppt 7/31/98TMPALL压差压差定义定义最大允许压差最大允许压差:过滤器结构不受破坏的最大压差极限值过滤器结构不受破坏的最大压差极限值u_principles.ppt 7/31/98TMPALL过滤器寿命曲线过滤器寿命曲线压差和使用时间的关系压差和使用时间的关系曲线拐点曲线拐点 初始初始 P时间时间(t)恒定流速恒定流速下的下的 P 过滤时颗粒被过滤器滤孔截留压差上升过滤时颗粒被过滤器滤孔截留压差上升u_principles.ppt 7/31/98TMPALL孔隙率孔隙率过滤器中的开孔体积过滤器中的开孔体积(孔隙率孔隙率)4孔隙率增加将：孔隙率增加将：0 降低流体线速度降低流体线速度0 降低降低 P0 延长使用寿命延长使用寿命滤孔纤维u_principles.ppt 7/31/98TMPALL孔隙率孔隙率孔隙孔隙纤维纤维82.0%18.0%u_principles.ppt 7/31/98TMPALL纤维直径对孔隙率和容污力的重要性纤维直径对孔隙率和容污力的重要性纤维直径减小，孔隙率增加(假设孔径不变)u_principles.ppt 7/31/98TMPALL请提问？u_principles.ppt 7/31/98TM