(1)常用过滤器的类型
样品处理系统中常用的过滤器主要有以下几种:
①Y型粗过滤器。Y型粗过滤器一般采用金属丝网作过滤元件,用于滤除较大的颗粒和杂物。
②筛网过滤器。筛网过滤器的滤芯采用金属丝网,有单层丝网和多层丝网两种结构。筛网过滤器按其网格大小分类,多作为粗过滤器使用。
③烧结过滤器。烧结是一个将颗粒材料部分熔融的过程。烧结滤芯的孔径大小不均,在烧结体内部有许多曲折的通道。常用的烧结过滤器是不锈钢粉末冶金过滤器和陶瓷过滤器,其滤芯孔径较小,属于细过滤器。
④纤维或纸质过滤器。纤维过滤器的滤芯采用压紧的合成纤维(如玻璃纤维)或自然纤维(如羊毛毡、脱脂棉)。纸质过滤器的滤芯采用滤纸。其滤芯孔径很小,属于细过滤器。
⑤膜式过滤器。滤芯采用多微孔塑料薄膜,一般用于滤除非常微小的液体颗粒。
对于粗、细过滤器的划分,目前尚无统一规定,通常以100 μm为界限,即过滤孔径小于100 μm的称为细过滤器,100 μm及以上的称为粗过滤器。
(2)过滤除尘有关术语和概念
①滤芯。过滤器的主要组成部分,具体承担捕获流体颗粒物的任务。
②滤饼。过滤流体时,集聚沉积在滤芯上的一层固体颗粒物。
③有效过滤面积。滤芯中,流体可以流经的实际区域。
④过滤孔径。以滤芯的平均孔径表示,例如,5 μm的过滤器,表示滤芯的平均孔径为5 μm,该过滤器能滤除95%~98%的粒径大于5 μm的颗粒物。
⑤过滤范围。一般以滤芯孔径的分布范围表示,例如,2~5 μm的过滤器,表示滤芯孔径主要在2~5 μm,粒径大于5 μm的颗粒能被阻止,而粒径小于2 μm的能够通过,粒径介于2~5 μm的有可能被阻止,也有可能通过。有时也以可滤除颗粒物粒径范围表示。
⑥过滤级别。也称为过滤规格。按照滤芯平均孔径的大小,将过滤器划分为若干个级别,例如0.5,2,7,15 μm等。过滤器的种类不同、生产厂家不同,过滤级别的划分也有不同。
⑦颗粒物的粒度。粒度表示颗粒的大小,是颗粒物最基本的几何性能。对于球状颗粒,它的直径就是粒度值。对于非球状颗粒,其直径可定义为通过颗粒重心并连接颗粒表面上两点间距离的尺寸。颗粒物的直径不是单一的,而是一个分布,即连续地从一个上限值变化到一个下限值,这时的粒度值只能是所有这些直径的统计平均值。
⑧粒度分布。也称粒度组成。在实践中不会遇到所有颗粒形状相同、尺寸划一的单分散颗粒系统,而都是由不同粒度组成的多分散颗粒系统。测量其中各个粒度颗粒的个数、长度、面积、体积或质量,计算它们的百分含量即得到系统的粒度分布。粒度分布常用频率分布或累积分布表示。所谓频率分布,是指某一粒度(范围)的颗粒物,在颗粒物系统中所占的质量百分数或数量百分数。所谓累积分布,是指小于或大于某一粒度(范围)的颗粒物,在颗粒物系统的累积质量百分数或累积数量百分数。
过去在对粒度大小的表达中,我国多采用美国泰勒公司的标准筛,以“目”来区分。“目”是指筛网的网眼数,在给定长度(in)中有多少网眼就称为多少“目”,目数大者,网孔小,表示粒度细。现在,国际和各国的筛系列(包括泰勒筛)已不再用“目”,而采用筛孔尺寸来划分。
(3)直通过滤器和旁通过滤器
直通过滤器又称在线过滤器,它只有一个出口,样品全部通过滤芯后排出,如图3.27所示。旁通过滤器又称为自清扫式过滤器,它有两个出口,一部分样品经过滤后由样品出口排出,其余样品未经过滤由旁通出口排出。
图3.27 滤芯式直通过滤器(www.xing528.com)
如图3.27所示的滤芯呈片状。图3.27(c)是折叠网孔式滤芯,它由多层金属丝网折叠而成,过滤孔径有2,7,15 μm几种,其两边的固定筛用来支撑和固定滤芯。图3.27(d)是烧结不锈钢滤芯,过滤孔径为0.5 μm。
图3.28所示的在线过滤器的结构图中,滤芯呈筒形。图3.28(a)中滤筒水平放置,图3.28(b)中滤筒垂直放置,其优点一是便于将滤筒取出进行清洗,二是易于改装成旁通过滤器,只要将底部丝堵换成旁通接头即可。图3.28(c)是烧结不锈钢滤芯,过滤孔径有0.5,2,7,15,60,90 μm几种。图3.28(d)是单层网孔式滤芯,过滤孔径有40,140,230,440 μm几种。
图3.28 滤筒式直通过滤器
图3.29是两种旁通过滤器的结构图。
图3.29 旁通过滤器
(4)气溶胶过滤器
气溶胶是指气体中的悬浮液体微粒,如烟雾、油雾、水雾等,其粒径小于1 μm,采用一般的过滤方法很难将其滤除。
图3.30是M&C公司CLF型气溶胶过滤器的结构图。气样在过滤器内的流动路径如图3.30中箭头所示,过滤元件是两层压紧的超细纤维滤层,气样中的微小悬浮粒子在通过过滤元件时被拦截,并聚结成液滴,在重力作用下垂直滴落到过滤器底部。过滤元件被流体饱和时仍能保持过滤效率,除非被固体粒子堵塞,否则其寿命是无限的。从以上工作原理可以看出,气溶胶过滤器实际上是一种采用超细纤维滤芯的聚结过滤器。
气溶胶过滤器最有效的安装位置是在样品处理系统的下游、分析仪入口的流量计之前。过滤元件被流体饱和时仍能保持过滤效率,除非被固体粒子堵塞,否则其寿命是无限的。过滤器的工作情况可以通过玻璃外壳直接观察到,而不需要打开过滤器进行检查。分离出的凝液可以打开GL25帽盖排出,或接装蠕动泵连续排出。
以CLF-5型为例,气溶胶过滤器的有关技术数据:样品温度:max.+80℃;样品压力:0.2~2 bar abs.;样品流量:最大300 NL/h(标准升/小时);样品通过过滤器后的压降:1 kPa;过滤效果:粒径大于1 μm的微粒99.999 9%被滤除。
图3.30 M&C公司CLF型气溶胶过滤器
(5)选择和使用过滤器时应注意的问题
①正确选择过滤孔径。过滤孔径的选择与样品的含尘量、尘粒的平均粒径、粒径分布、分析仪对过滤质量的要求等因素有关,应综合加以考虑。如果样品含尘量较大或粒径较分散,应采用两级或多级过滤方式,初级过滤器的孔径一般按颗粒物的平均粒径选择,末级过滤器的孔径则根据分析仪的要求确定。
②旁通式过滤器具有自清洗作用,多采用不锈钢粉末冶金滤芯,除尘效率较高(可达0.5 μm),运行周期较长,维护量很小,但只适用于快速回路的分叉点或可设置旁通支路之处。
③直通式过滤器不具备自清洗功能,其清理维护可采用并联双过滤器系统或反吹冲洗系统,后者仅适用于允许反吹流体进入工艺物流的场合和采用粉末冶金、多孔陶瓷材料的过滤器。
④过滤器应有足够的容量,以提供无故障操作的合理周期,但也不能太大,以免引起不能接受的时间滞后。此外,过滤元件的部分堵塞,会引起压降增大和流量降低,对分析仪读数造成影响。考虑到以上情况,样品系统一般采用多级过滤方式,过滤器体积不宜过大,过滤孔径逐级减小。至少应采用粗过滤和精过滤两级过滤。
⑤造成过滤器堵塞失效的原因,大都不是机械粉尘所致,主要是由于样品中含有冷凝水、焦油等造成的。出现上述情况时,一是对过滤器采取伴热保温措施,使样品温度保持在高于结露点5~10℃以上;二是先除水、除油后再进行过滤,并注意保持除水、除油器件的正常运行。
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