Daugelyje pramoninės gamybos grandžių filtrai yra pagrindinė įranga, užtikrinanti skysčių terpės grynumą ir stabilų prietaisų veikimą. Nesvarbu, ar tai skystas, ar dujinis, kai reikia atskirti kietųjų dalelių priemaišas, filtravimo technologija yra nepakeičiama. Taigi, kaip tiksliai filtrai atskiria daleles? O kokie scenarijai taikomi skirtingiems filtravimo mechanizmams? Šiame straipsnyje bus išsamiai aprašyti pagrindiniai pramoninio filtravimo principai ir{2}}efektyvumo didinimo metodai.
Pagrindinis filtravimo apibrėžimas ir klasifikacija
Filtravimo esmė yra dalelių atskyrimas nuo skysčių (skysčių ar dujų) laidžios terpės kanalais. Pagal dalelių santykį skystyje filtravimą galima suskirstyti į dvi kategorijas:
- Išsklaidyta kieta kolekcija: Kai dalelės sudaro didelę skysčio dalį, pagrindinis filtravimo tikslas yra surinkti šias kietąsias daleles.
- Skysčių valymas: Kai dalelių dalis yra tik 0,01% arba mažesnė, filtravimas daugiausia skirtas skysčiui išvalyti.
Pramonėje dauguma filtrų skirti atskirti daleles, kurių skersmuo svyruoja nuonuo kelių mikrometrų iki daugiau nei 40 mikrometrų-Verta pažymėti, kad mažiausios plika akimi matomos dalelės yra maždaug 40 mikrometrų skersmens. Kalbant apie vieneto konvertavimą, 1 mikrometras (µm)=1/1000 milimetrų, tai yra apie 0,000039 colio.
Trys pagrindiniai dalelių atskyrimo mechanizmai
Skendinčių kietųjų dalelių atskyrimas nuo skysčių daugiausia priklauso nuo trijų mechanizmų:inercinis smūgis, difuzijos perėmimas ir tiesioginis perėmimas. Skirtingi filtrų tipai ir skysčio savybės tiesiogiai veikia šių trijų mechanizmų svorį.
Inercinis poveikis: didelių dalelių „kryptinis susidūrimas“.
Skysčio dalelės turi masę ir greitį, todėl sukuria atitinkamą inercinę jėgą. Kai skystis, pernešantis daleles, praeina per filtro terpės pluoštus, skystis tekės mažiausio pasipriešinimo keliu ir keis kryptį aplink pluoštus; tačiau dėl inercijos dalelės linkusios išlaikyti linijinį judėjimą ir galiausiai susidurti su pluošto paviršiumi ir įstrigti.
Paprastai tariant, kuo didesnis dalelių dydis, tuo lengviau dalelės nukrypsta nuo skysčio srauto linijų ir tuo akivaizdesnis inercinio smūgio poveikis. Bet jei tankio skirtumas tarp dalelių ir skysčio yra labai mažas, dalelės vargu ar nukryps nuo srauto linijų, ir šiuo metu inercinio smūgio vaidmuo bus labai susilpnėjęs. Šis mechanizmas labiau tinka skysčių sistemoms, kuriose yra didesnių dalelių, apdoroti.
Difuzijos perėmimas: „Atsitiktinių judesių spąstai“ mikro dalelėms
Itin mažos masės dalelėms inercinis smūgis beveik neveikia, ir šiuo metudifuzijos perėmimaspradeda vaidinti pagrindinį vaidmenį. Tokios mikrodalelės nuolat susidurs su skysčių molekulėmis, sukeldamos netaisyklingą atsitiktinį judėjimą, žinomą kaip „Brauno judėjimas“.
Brauno judėjimas priverčia mikro daleles nukrypti nuo skysčio srauto linijų, todėl padidėja kontakto su filtro terpės pluoštais ir vėlesnio įstrigimo tikimybė. Reikėtų pažymėti, kad difuzijos perėmimas turi didelį poveikį dujų filtravimui, bet palyginti ribotas vaidmuo filtruojant skysčius{1}}taip yra todėl, kad skysčio molekulių tankis yra didesnis, o dalelių Brauno judėjimui taikomi didesni apribojimai.
Tiesioginis perėmimas: „Fizinė kliūtis“ dydžio atrankai
Kai inercinio smūgio ir difuzijos perėmimo poveikis nėra idealus,tiesioginis perėmimastampa pagrindiniu dalelių atskyrimo metodu ir turi lygiavertį poveikį tiek skysčių, tiek dujų filtravimui.
Filtravimo terpės nėra sudarytos iš vieno pluošto, o iš porėtos struktūros, susidariusios susipynus daugybei pluoštų, ir šios poros lemia skysčio praėjimo kelią. Kai skystyje esančių dalelių skersmuo yra didesnis už filtravimo terpės poras, jos bus tiesiogiai įstrigusios ant filtro terpės paviršiaus. Net dalelės, kurių skersmuo mažesnis nei poros, gali būti sulaikomos šiais būdais:
- Netaisyklingos formos dalelės „susilies“ per poras;
- Kai į poras vienu metu pateks kelios dalelės, jos susikaups ir užkimš poras;
- Kai dalelės yra įstrigusios, porų dydis tampa mažesnis, todėl galima sulaikyti mažesnes daleles;
- Paviršiaus efektai, tokie kaip vandenilinis ryšys ir van der Waals jėgos, privers mikro daleles prilipti prie filtro terpės porų paviršių.
Vienodų porų ir plono storio filtrams, pavyzdžiui, metaliniams ekranams, tiesioginio perėmimo principą suprasti lengviau. Filtravimo terpėje su ne-vienodomis poromis, dydžio kitimas storio kryptimi sudaro vingiuotus skysčio kelius, kurie dar labiau pagerina perėmimo efektyvumą.
Saugokitės! Dalelių išsiskyrimo problemos filtravimo metu
Naudojant filtrus, įstrigusios dalelės gali vėl-patekti į pasroviui esantį skystį, o tai glaudžiai susiję su filtro konstrukcija ir veikimo sąlygomis.
Pavyzdžiui, dalelės, surinktos minkšto tinklinio tinklelio filtro esant mažam- srautui ir stabilioms darbo sąlygoms, gali būti nuvalytos ir išleistos, jei susiduriama su „šoko“ būsena ir staiga padidėjus srautui; be to, jei filtravimo terpės poros išsiplės dėl padidėjusio slėgio, tai taip pat lems įstrigusių dalelių atsiskyrimą.
Aukštos-kokybės pramoniniai filtrai turi turėti stabilų konstrukcinį stiprumą, o filtro terpės poros nesikeis dėl slėgio pokyčių. Be to, jie turi būti pakankamai stori, kad sulaikytų daugumą dalelių 10–20 % filtro terpės storio, iš esmės išvengiant dalelių išsiskyrimo.
Trys praktiniai skysčių filtravimo efektyvumo gerinimo būdai
Skysčių filtravimo scenarijuose dažnai nepakanka pasikliauti vien pagrindiniais atskyrimo mechanizmais. Šie trys metodai gali žymiai padidinti filtrų dalelių šalinimo efektyvumą.
Elektrostatiniai krituliai: elektros krūvių „adsorbcinės traukos“ panaudojimas
Dauguma pramoninių skysčių dalelių turi neigiamus krūvius, o filtravimo terpės paviršius gali būti aprūpintas specifiniais krūviais, siekiant sustiprinti dalelių gaudymo efektą. Kai filtro terpės paviršius turi teigiamą potencialą (Zeta potencialą), jis pritrauks neigiamai įkrautas daleles per elektrostatinę adsorbciją.
Šis metodas turi ryškių pranašumų: didesnės poros turinčios filtravimo medžiagos gali ne tik efektyviai sulaikyti mikrodaleles, bet ir išlaikyti mažą slėgio kritimą, tuo pačiu pagerindamos filtravimo medžiagos{0}}nešvarumų sulaikymą. Kuo didesnis dalelių ir filtravimo terpės krūvio tankis, tuo didesnis mažų dalelių perėmimo efektyvumas.
Flokuliacija: mikro dalelių sulipimas ir didėjimas
Tiesioginis itin mažo skersmens dalelių filtravimas yra labai sunkus. Šiuo metuflokuliacijagali būti naudojamas mikrodalelėms sujungti į didesnes, sumažinant filtravimo sunkumus ir tuo pačiu metu formuojant birų filtro pyragą, siekiant sumažinti atsparumą filtravimui ir pagerinti gamybos efektyvumą.
Įprasta pramoninė praktika yra į skystį įpilti polielektrolitų (tokių kaip tirpus krakmolas, geliai, polietileno dariniai ir kt.). Šios ilgos molekulinės grandinės su teigiamo ir neigiamo krūvio vietomis adsorbuoja priešingų krūvių daleles skystyje, skatindamos dalelių agregaciją ir pagreitindamos nusėdimo greitį.
Eksploatacijos metu reikia atkreipti dėmesį į tai, kad polielektrolitų dozavimas turi būti tinkamas, o maišymo intensyvumas turi būti kontroliuojamas tiek, kad būtų galima „išsisklaidyti chemines medžiagas, bet nepažeisti flokulių“; Pneumatiniai siurbliai arba ne{0}}šlyties siurbliai turėtų būti parinkti skysčiams tiekti, kad būtų išvengta floko lūžimo, o suspenduotų kietųjų dalelių recirkuliacija turėtų būti kiek įmanoma sumažinta.
Pagalbinės filtravimo priemonės: „Efektyvumo didinimo priemonės“, skirtos filtrų pyrago struktūrai optimizuoti
Į suspensiją įdėjus nedidelį kiekį filtravimo pagalbinių medžiagų, galima labai pagerinti smulkių dalelių filtravimo efektyvumą. Šis metodas vadinamas „kūno maitinimu“, kuris skiriasi nuo filtravimo prieš-sluoksnį-, taikant išankstinį sluoksnio filtravimą, filtravimo pagalbinės medžiagos pirmiausia nusodinamos ant filtravimo medžiagos paviršiaus prieš įdedant suspensiją.
Pagrindinis filtravimo pagalbinių priemonių vaidmuo yra optimizuoti filtro pyrago pralaidumą. Pramonėje dažniausiai naudojama filtravimo priemonė yradiatomitinė žemė, kuris susidaro iš senovinių diatomų nuosėdų, o jo įvairios formos gali žymiai pagerinti filtro pyrago poringumą; be to, kaip pagalbinės filtravimo priemonės gali būti naudojamos perlitas, aktyvuota anglis, celiuliozė ir kt.
Reikėtų pažymėti, kad filtravimo pagalbinis filtravimas skysčiams valyti nenaudojamas vienas, o paprastai įrengiamas prieš kasetinį filtrą; kasetinis filtras veikia kaip „poliravimo filtras“, kad sulaikytų priemaišas, kurios gali prasiskverbti pro pagalbinį filtro sluoksnį.
Išvada
Pramoninio filtravimo esmė yra racionaliai panaudoti tris inercinio smūgio, difuzijos perėmimo ir tiesioginio perėmimo mechanizmus, atsižvelgiant į dalelių charakteristikas ir skysčių tipus. Praktikoje derinant efektyvumą{1}}didinančius metodus, tokius kaip elektrostatinis nusodinimas, flokuliacija ir filtravimo pagalbinės priemonės, galima pasiekti efektyvesnių ir stabilesnių filtravimo rezultatų.
Norint užtikrinti gamybos tęstinumą ir skysčių grynumą, svarbu pasirinkti stabilios struktūros ir pažangias technologijas turinčius filtrus. Aukštos-kokybės filtravimo sprendimai gali ne tik sumažinti įrangos susidėvėjimą, bet ir padidinti įmonių gamybos efektyvumą bei produktų kokybę.