U brojnim karikama industrijske proizvodnje filtri su ključna oprema za osiguranje čistoće tekućih medija i održavanje stabilnog rada uređaja. Bilo da se radi o tekućini ili plinu, kad god postoji potreba za odvajanjem čestica nečistoća, tehnologija filtracije je nezamjenjiva. Dakle, kako točno filtri postižu odvajanje čestica? I koji su primjenjivi scenariji za različite mehanizme filtriranja? Ovaj će članak detaljno razložiti temeljna načela i metode-poboljšavanja učinkovitosti industrijske filtracije.
Osnovna definicija i klasifikacija filtracije
Bit filtracije je proces odvajanja čestica iz fluida (tekućine ili plina) pomoću kanala propusnog medija. Prema udjelu čestica u tekućini, filtracija se može podijeliti u dvije kategorije:
- Prikupljanje raspršenih čvrstih tvari: Kada čestice čine značajan udio tekućine, glavna svrha filtracije je prikupljanje tih čvrstih čestica.
- Pročišćavanje tekućine: Kada je udio čestica samo 0,01% ili manji, filtracija je uglavnom usmjerena na pročišćavanje tekućine.
U industrijskim primjenama većina se filtara usredotočuje na odvajanje čestica promjera odnekoliko mikrometara do preko 40 mikrometara-Vrijedi napomenuti da najmanje čestice vidljive golim okom imaju promjer od približno 40 mikrometara. U smislu pretvorbe jedinica, 1 mikrometar (µm)=1/1000 milimetara, što je oko 0,000039 inča.
Tri osnovna mehanizma odvajanja čestica
Odvajanje suspendiranih krutih tvari od tekućina uglavnom se oslanja na tri mehanizma:inercijski udar, difuzijsko presretanje i izravno presretanje. Različite vrste filtera i svojstva tekućine izravno utječu na težinu ova tri mehanizma.
Inercijski udar: "Smjerni sudar" velikih čestica
Čestice u tekućini imaju masu i brzinu, stvarajući odgovarajuću inercijsku silu. Kada čestice koje nose tekućinu prolaze kroz vlakna filterskog medija, tekućina će teći putem najmanjeg otpora i mijenjati smjer oko vlakana; međutim, zbog inercije, čestice teže održavanju linearnog gibanja i na kraju se sudare s površinom vlakna i zarobe.
Općenito govoreći, što je veća veličina čestice, česticama je lakše skrenuti s linija protoka tekućine i očigledniji je učinak inercijskog sudara. Ali ako je razlika u gustoći između čestica i tekućine iznimno mala, čestice će teško odstupiti od strujnih linija, au tom će trenutku uloga inercijskog sudara biti znatno oslabljena. Ovaj je mehanizam prikladniji za obradu fluidnih sustava koji sadrže veće čestice.
Presretanje difuzije: "Zamka slučajnog kretanja" za mikročestice
Za čestice s ekstremno malom masom, inercijski udar teško funkcionira, au ovom trenutku,difuzijsko presretanjepočinje igrati ključnu ulogu. Takve mikročestice će se neprekidno sudarati s molekulama tekućine, što će rezultirati nepravilnim nasumičnim gibanjem, koje je poznato kao "Brownovo gibanje".
Brownovo gibanje uzrokuje odstupanje mikročestica od linija toka tekućine, povećavajući vjerojatnost kontakta s vlaknima filterskog medija i kasnijeg zarobljavanja. Treba napomenuti da presretanje difuzije ima značajan učinak u filtraciji plina, ali relativno ograničenu ulogu u filtraciji tekućine-to je zato što je gustoća molekula tekućine veća, a Brownovo gibanje čestica podložno je većim ograničenjima.
Izravno presretanje: "fizička barijera" za provjeru veličine
Kada učinci inercijskog udara i presretanja difuzije nisu idealni,izravno presretanjepostaje ključna metoda za odvajanje čestica i ima jednake učinke u filtraciji tekućine i plina.
Filtarski mediji nisu sastavljeni od jednog vlakna već od porozne strukture nastale ispreplitanjem velikog broja vlakana, a te pore određuju put prolaska tekućine. Kada je promjer čestica u tekućini veći od pora filtarskog medija, one će biti izravno zarobljene na površini filtarskog medija. Čak i čestice promjera manjeg od pora mogu se zadržati na sljedeće načine:
- Čestice nepravilnog oblika "premošće" pore;
- Kada više čestica uđe u pore u isto vrijeme, one će se naslagati i blokirati pore;
- Nakon što su čestice zarobljene, veličina pora postaje manja, što omogućuje zadržavanje manjih čestica;
- Površinski učinci poput vodikovih veza i van der Waalsovih sila uzrokovat će prianjanje mikročestica na površine pora medija za filtriranje.
Za filtre s jednakim porama i tankom debljinom, poput metalnih sita, lakše je razumjeti načelo izravnog presretanja. Za filtarske medije s ne-ujednačenim porama, varijacija veličine u smjeru debljine stvara vijugave staze tekućine, dodatno poboljšavajući učinkovitost presretanja.
Pazi! Problemi s otpuštanjem čestica tijekom filtracije
Tijekom upotrebe filtara, zarobljene čestice mogu se ponovno -uvući u tekućinu nizvodno, što je usko povezano sa strukturnim dizajnom filtra i radnim uvjetima.
Na primjer, čestice sakupljene filtrom s mekom mrežicom u uvjetima slabog-protoka i stabilnih radnih uvjeta mogu se očistiti i osloboditi ako naiđu na stanje "šoka" s naglim povećanjem brzine protoka; osim toga, ako se pore filtarskog medija prošire zbog povećanog tlaka, to će također dovesti do odvajanja zarobljenih čestica.
Visoko{0}}kvalitetni industrijski filtri trebaju imati stabilnu strukturnu čvrstoću, a pore filtarskog medija neće se deformirati zbog promjena tlaka. Štoviše, oni bi trebali imati dovoljnu debljinu da zarobe većinu čestica unutar 10%-20% debljine medija za filtriranje, u osnovi izbjegavajući oslobađanje čestica.
Tri praktične tehnike za poboljšanje učinkovitosti filtriranja tekućine
U scenarijima filtracije tekućina, oslanjanje samo na osnovne mehanizme odvajanja često nije dovoljno. Sljedeće tri metode mogu značajno povećati učinkovitost uklanjanja čestica filtara.
Elektrostatsko taloženje: korištenje "adsorpcijske privlačnosti" električnih naboja
Većina čestica u industrijskim tekućinama nosi negativne naboje, a površina filtarskih medija može biti obdarena specifičnim nabojima kako bi se ojačao učinak hvatanja čestica. Kada površina filterskog medija nosi pozitivan potencijal (Zeta potencijal), privući će negativno nabijene čestice putem elektrostatičke adsorpcije.
Ova metoda ima istaknute prednosti: filtarski medij s većim porama ne samo da može učinkovito uhvatiti mikročestice, već i održavati nizak pad tlaka dok istovremeno poboljšava sposobnost zadržavanja prljavštine-filtarskog medija. Što je veća gustoća naboja čestica i filterskog medija, veća je učinkovitost presretanja malih čestica.
Flokulacija: stvaranje mikročestica koje se skupljaju i postaju veće
Izravna filtracija čestica iznimno malih promjera vrlo je teška. U ovom trenutku,flokulacijamože se koristiti za agregiranje mikročestica u veće, smanjujući poteškoće filtracije i formirajući rastresiti filterski kolač u isto vrijeme kako bi se smanjio otpor filtracije i poboljšala učinkovitost proizvodnje.
Uobičajena industrijska praksa je dodavanje polielektrolita (kao što je topljivi škrob, gelovi, derivati polietilena itd.) u tekućinu. Ovi dugi molekularni lanci s mjestima pozitivnog i negativnog naboja će adsorbirati čestice sa suprotnim nabojem u tekućini, potičući agregaciju čestica i ubrzavajući brzinu sedimentacije.
Tijekom rada treba imati na umu da doziranje polielektrolita treba biti odgovarajuće, a intenzitet miješanja treba kontrolirati unutar raspona "moći raspršiti kemikalije, ali ne oštetiti flokule"; pneumatske pumpe ili ne{0}}smične pumpe treba odabrati za isporuku tekućine kako bi se izbjeglo lomljenje pahuljica, a recirkulaciju suspendiranih krutih tvari treba svesti na najmanju moguću mjeru.
Filtarska pomagala: "Poboljšivači učinkovitosti" za optimizaciju strukture filtarskog kolača
Dodavanje male količine pomoćnog sredstva za filtriranje u suspenziju može znatno poboljšati učinkovitost filtriranja finih čestica. Ova se metoda naziva "hranjenje tijela", što se razlikuje od pret-filtracije s premazom-kod filtracije s-premazom, pomoćna sredstva za filtriranje prvo se talože na površinu medija za filtriranje prije unošenja suspenzije.
Glavna uloga pomoćnih sredstava za filtriranje je optimizirati propusnost filterskog kolača. Najčešće korišteno pomoćno sredstvo za filtriranje u industriji jedijatomejska zemlja, koji nastaje od naslaga drevnih dijatomeja, a njegovi različiti oblici mogu značajno poboljšati poroznost filtarskog kolača; osim toga, perlit, aktivni ugljen, celuloza, itd., također se mogu koristiti kao pomoćna sredstva za filtriranje.
Treba imati na umu da se pomoćni filter za filtriranje ne koristi sam za pročišćavanje tekućine, već se obično postavlja uzvodno od filtera uloška; patronski filtar tada djeluje kao "filtar za poliranje" kako bi uhvatio nečistoće koje bi mogle prodrijeti kroz sloj pomoćnog filtra.
Zaključak
Srž industrijske filtracije je racionalno korištenje tri mehanizma inercijskog sudara, difuzijskog presretanja i izravnog presretanja u skladu s karakteristikama čestica i vrstama tekućina. U praktičnim primjenama, kombiniranjem metoda-povećanja učinkovitosti kao što su elektrostatsko taloženje, flokulacija i pomoćna sredstva za filtriranje mogu se postići učinkovitiji i stabilniji rezultati filtriranja.
Odabir filtara sa stabilnom strukturom i naprednom tehnologijom ključ je za osiguravanje kontinuiteta proizvodnje i čistoće tekućine. Visoko{1}}kvalitetna rješenja za filtriranje ne samo da mogu smanjiti trošenje opreme, već i pospješiti učinkovitost proizvodnje i kvalitetu proizvoda poduzeća.