过滤原理，过滤机理及其效率

过滤：利用有孔介质从流体(液体或气体)中除去污染物。

1 微米 (um) 等于：

10-6 米 ＝10-3毫米；3.9×10-5 英寸；又称"micron"。

过滤/分离范围：

小颗粒的相对尺寸：

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。

过滤机理：

1.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。

颗粒大于孔径

绝对截留-颗粒被捕获在滤材纤维之间形成的孔中。

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。

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。

不规则形状的搭桥：

多个小颗粒的搭桥：

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。

2.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。

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。

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。

停留的颗粒减小了滤孔孔径。

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。

3.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 derWaals)

表面作用：

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。

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。

颗粒接触到滤材表面由于吸引力而被阻截：

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。

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(Brownianmotion)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。

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；

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

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。

过滤机理总结：

过滤机理及其效率：

滤材类型，通常，过滤器滤材可分为两类：表面过滤介质；深度过滤介质。

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。

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。

表面过滤：

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。

深度过滤介质：

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。

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。

表面积：

15个孔堵塞后才能达到 DP = 1 psid，使用寿命因此增加了三倍。

压差：

压差(压力降 DP)

过滤器使用时上游和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

1. 由流体阻力产生...

2. ...在干净的过滤器，由滤孔产生

最大允许压差：过滤器结构不受破坏的最大压差限制。

过滤器寿命曲线：压差和使用时间的关系。

孔隙率：

过滤器中的开放面积 (孔隙率)

容污力增加将：降低流体线速度；降低 DP；延长使用寿命。

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)。

无机材质与有机材质：

不同材质适合不同的过滤流体。

选择不同材质，主要从以下方面判断：化学兼容性；耐温性；孔隙率；孔径分布。

有机介质的孔隙率比无机介质高；有机介质的孔径分布比较均匀。

有机材质：全世界目前大约有几十种，其中公认PTFE和PVDF为最好的材质，其化学兼容性和耐温性较其它任何有机材质优越。

无机材质：目前只有不锈钢和陶瓷膜两种，不锈钢使用在直流过滤领域，陶瓷膜只有错流产品。

流体过滤分离的主要方式：

直流过滤 (也称死端过滤) Direct Flow

错流过滤 (也称叉流过滤或切向流过滤) Cross Flow

直流过滤(也称死端过滤)：

错流过滤(也称叉流过滤或切向流过滤)：