壓縮空氣過濾器原理與效率比較
壓縮空氣過濾器原理與效率比較
一、空氣過濾原理
空氣過濾的目的是過濾掉含有灰塵、油等雜質(zhì)的空氣,保護設(shè)備安全,讓機械設(shè)備使用壽命更長。過濾器的過濾原理有:擴散效應、攔截效應、慣性效應、篩效應、靜電效應,通常是以上一種或幾種組合使用。
擴散效應:小于1um的灰塵粒子不隨氣流運動,而是因空氣分子的撞擊做無規(guī)則運動,稱為“布朗擴散運動”。如果撞在過濾器纖維上就被捕獲。粒子越小,擴散運動越劇烈,撞擊纖維的機會越多,過濾效果越好。
攔截效應:(一般粒徑在1μm以上)小而輕的灰塵粒子隨氣流而運動,當繞過纖維時,離纖維表面太近的灰塵就會被攔截下來。
慣性效應:較大的灰塵粒子在氣流中做慣性運動。當氣流繞過纖維時,慣性大的粒子來不及繞過而直接撞到纖維上?;覊m越大,慣性力越強,撞擊纖維的可能性越大,過濾效果越好。
篩效應:灰塵直徑如果大于纖維之間的間隙,就會被攔住。一般來說,灰塵直徑遠小于纖維間隙,也就是說,篩效應很少發(fā)生。
靜電效應。過濾器纖維和空氣塵粒由于多種原因可能帶上靜電,塵粒會吸引到纖維上。
二、空氣過濾的方式
壓縮空氣中的污染物主要有兩種,一種是被吸入壓縮機的大氣污染物,其中80%直徑在2μm以下;另一種是壓縮機的帶出物,呈煙霧狀態(tài),消散開來便成為0.01~0.8μm的氣溶膠。空氣凈化的方式很多種,大多為物理方式,其核心部件——空氣過濾網(wǎng),目前市場上因品牌不同、生產(chǎn)廠商不同,過濾器也從幾百元到上萬元不等。高效率空氣微粒子過濾網(wǎng),即High-Efficiency Particulate Air,簡稱HEPA。符合HEPA標準的過濾器的用途非常廣,該濾網(wǎng)的標準由美國能源部設(shè)定,對粒徑在0.3μm的粒子,過濾效果約為DOP99.97%以上,通常使用的高效濾網(wǎng)可達到99.99%的攔截效率。HEPA過濾網(wǎng)有完整的分級,根據(jù)使用范圍不同還可分為醫(yī)用等相關(guān)分級。HEPA過濾等級如下表:
高效空氣過濾網(wǎng)按單次濾凈率計算,標準HEPA濾網(wǎng)能過濾空氣中小至0.3微米的微粒,濾凈率至少達99.97%,被廣泛應用于空氣品質(zhì)要求嚴格的醫(yī)院、實驗室及精密儀器生產(chǎn)車間等場所。單次濾凈率指在濾網(wǎng)吸入空氣到排出新鮮空氣的單次過程里,通過對比空氣微粒數(shù)量的變化來確定濾網(wǎng)的濾凈能力。
三、如何提升過濾效率?
影響過濾效率的幾個因素:穿過濾料的氣流低、濾料面積大、濾料中含有數(shù)量多的細纖維、靜電電子密度。
濾料與效率關(guān)系:濾料中含有粗細不等的纖維,濾料中的細纖維起主要過濾作用,纖維間隙遠比要過濾的灰塵大,過濾器是深層過濾。
濾料與使用壽命的關(guān)系:蓬松的濾料比密實的濾料能容納的灰塵多,因此使用壽命長;濾料中少量的粗纖維就是為了提高蓬松度和強度。
過濾器結(jié)構(gòu)與阻力的關(guān)系:幾種不同的過濾效應同時起作用;過濾器效率隨粒徑不同而變化,效率低點的稱為MPPS(易穿透粒徑),它隨濾料種類、過濾風速而變化。好的過濾器——纖維細、蓬松、濾料面積大!
四、壓縮空氣過濾器選用
根據(jù)壓縮空氣過濾器按濾材的結(jié)構(gòu)形式可分為“深度”過濾器、“網(wǎng)孔”過濾器或深度、網(wǎng)孔結(jié)合型過濾器。
纏繞型濾芯。這種濾芯目前應用多,使用廣泛,一般不考慮反向吹洗和重復使用,基本上為一次報廢性濾芯。主要材質(zhì)為人造絲、尼龍絲、聚丙烯纖維、玻璃纖維等,價格便宜。該形式屬于深層過濾,因此含塵量較大,但過濾精度不甚高,國外產(chǎn)品可除掉0.8μm以上粒子,國內(nèi)為1μm。
無紡布濾芯。這種濾芯主要是用乙烯基纖維素、聚丙烯、聚四氟乙烯的多孔薄膜與補強材料加工為圓筒型濾芯。目前市場上所售過濾器多為這種濾芯的組合體,如醋酸纖維素和硝酸纖維素以及兩種混合材料組成的微孔過濾器,不宜受稀酸、稀堿及無極性液體的腐蝕,但使用溫度不得高于75℃。
聚四氟乙烯濾芯是用純泰氟隆制造的,適用于有機溶劑、強酸、強堿,其本身在化學上也是惰性的,使用溫度在-100~260℃時是穩(wěn)定的。聚氯乙烯濾芯強度高、韌性強,耐中等強度的酸堿,使用溫度不宜高于65℃,否則會軟化,且有毒,故在食品、制藥行業(yè)應用上要持慎重態(tài)度。這種濾材的濾芯,無論是液體、氣體,都可除掉大于0.5μm的微塵顆粒,工作壓力一般為0.8~1.0MPa。這種濾芯的一個很大優(yōu)點是,當氣體透過時,過濾元件往往會帶靜電荷,這種靜電能夠阻止因懸浮的微小粒子侵入孔道深處而堵塞過濾元件,使粉塵呈松散狀態(tài)沉積于過濾元件表面,易于排掉和清洗。
中空纖維組合濾芯是微孔分布比普通濾膜密集,在每平方厘米過濾面積中的微孔數(shù)量多。普通膜式濾器具有大的微孔尺寸為0.3μm,而中空纖維為0.1μm。中空纖維的使用壽命較長、過濾的安全性、具有較好的透水性能,可用來作為氣體干燥,排除氣體中水分。缺點是加工復雜,自身在中空狀態(tài)下承受連續(xù)流動時,會使得中空纖維膜破裂,從而導致濾器失效。
粉末冶金多孔濾材是用粉末冶金工藝制得的多孔金屬或多孔合金,具有普通多孔料體因多孔而具備的過濾特性,具有金屬的全部性能,是當前過濾材料中的一大類。特點是具有優(yōu)良的透過性能,適用于過濾、流體的均勻分布與滲透裝置等。當用于氣體分離時分離效果好,而用于儀器、儀表可以比較精確的控制流體的流動,如大家熟悉的離心式壓縮機油路系統(tǒng)采用40μm不銹鋼粉末冶金濾材代替以前的金屬網(wǎng)濾材,能有效地防止了固體微粒的侵入,離心機軸承的壽命可以提高到10~20年,濾效為篩網(wǎng)濾器的3倍以上。比表面積大,作熱交換材料時,可提高熱交換效果,能夠吸收能量,故可作為干燥器排氣的消音、防震和緩沖材料,保持有一定的金屬與合金特性,如導熱、導電、焊接加工等,具有一定的強度和韌性,故可在高壓條件下工作。
多孔陶瓷及其它濾材。多孔陶瓷是在國外出現(xiàn)較早,同時耐壓較高的一種濾材,近年在應用上又呈上升的趨勢。使用效果根據(jù)使用條件的不同也很不一致,國內(nèi)產(chǎn)品的使用壽命短為6~8個月,因此為確??煽啃裕嗖捎脙杉?,而且在高壓場合應用較多。國外(如美國帕克)過濾器殼體為316L不銹鋼,內(nèi)壁粗糙度僅為0.8μm,承壓高可達3000lbf/in2(1lbf/in2=6.8948×103MPa)。
五、空氣過濾器應具有以下特征
良好的空氣過濾器應具有那些性能:過濾效率高,能夠有效過濾掉空氣中的塵埃、花粉等污染物,提供清潔氣源;大面積的空氣過濾器采用多層次的過濾設(shè)計,增大過濾面積,能有效捕捉空氣中的污染物;長壽命,空氣過濾器采用高質(zhì)量的材料制造,能夠經(jīng)久耐用,減少更換次數(shù)和維護成本;低阻力,在自然吸氣狀態(tài)下保持較低的氣流阻力;安全性,空氣過濾器采用無毒、無害的材料制造,不會產(chǎn)生有害物質(zhì)釋放,對人體和環(huán)境無害;易于安裝和更換,空氣過濾器設(shè)計簡單、安裝方便,更換過濾器也較為容易。
總之,各種濾材在各種不同的部門和場合都有具體使用,至于哪一種濾材比較理想,要綜合氣體壓力、流量、溫度、氣體潔凈度的要求程度,以及使用條件等諸多因素,進行技術(shù)、經(jīng)濟比較再確定,不能一概而論。隨著我國引進國外設(shè)備、技術(shù),經(jīng)過消化吸收,轉(zhuǎn)化為我們自己的東西,相信不久將會有更多的國內(nèi)知名品牌涌現(xiàn),為壓縮空氣的潔凈技術(shù)提供方便和優(yōu)越的條件支持。