聚结过滤器在在线分析样品处理技术中的应用

（1）聚结器的结构和工作原理

聚结器也称为凝结器，是一种能将样品中的微小液体颗粒聚集成大的液滴，在重力作用下

1—气室；2—分离片；3—过滤器；4—稳流器；5—浮子；6—外壳；7—膜片阀将其分离出来的装置。大多数气体样品中都带有水雾和油雾，即使经过水气分离后，仍有相当数量粒径很小的液体颗粒物存在。这些液体微粒进入分析仪后往往会对检测器造成危害。采用聚结器可以有效地对其进行分离。

聚结器中的分离元件是一种压紧的纤维填充层，通常采用玻璃纤维（俗称玻璃棉）。当气样流经分离元件时，玻璃纤维拦截悬浮于气体中的微小液滴，不断涌来的微小液滴受到拦阻后，流速突变，失去动能，会像滚雪球那样迅速聚集起来形成大液滴，从而达到分离目的。这种大液滴在重力作用下，向着纤维填充层的下部流动，并在重力作用下滴落到聚结器的底部出口排出。未滴落的液滴再聚集不断涌来的小滴，继续其聚结过程。

聚结器能有效实现气雾状样品的气-液分离。即使玻璃纤维层被液体浸湿，仍然会保持分离效率，除非气样中含有固体颗粒物并堵塞了分离元件，否则其使用寿命是不受限制的。需要注意的是，聚结器只能除去液态的水雾，而不能除去气态的水蒸气，即气样通过聚结器后，其露点不会降低。

如图3.46所示为聚结器的典型结构。

图3.45　K.O.罐（气液分离罐）

图3.46　聚结器的典型结构(www.xing528.com)

（2）用聚结器进行液-液分离

聚结器可以用于液-液分离，既可分离悬浮于油或其他烃类中的水滴，也可分离悬浮于水中的油滴。原则上说，微纤维聚结器将悬浮液滴从与之不相溶的液体中分离的过程，与将其从气体中分离的过程是一样的。连续液相中的悬浮液滴被纤维捕获并促使这些小液滴聚结成大液滴，大液滴在重力差的作用下从连续液相中分离出来，即比连续液相重的沉淀下来，而比连续液相轻的则浮在上面。

实际上，液-液分离比气-液分离更困难。由于液-液之间的密度差总是较气-液之间的密度差小，所以需要更长的分离时间。为了避免连续相携带凝结相，既可加大聚结过滤器的容积，也可将流速降得很低。凭经验，液-液分离的流速应当不超过气-液分离流速的1/5。即使流速很低，但如果两个液相间的密度差小于0.1个单位（例如，悬浮于水中的油的相对密度介于0.9～1.1），则凝结相的分离时间可能会相当长。液-液分离的另外一个实际问题是：少量杂质可能充当表面活性剂并对凝结作用进行干扰。由于这个原因，所以我们无法预知液-液聚结过滤器的准确性能，因此必须对每个系统进行现场测试后确定。

可以采用图3.46所示的水平式聚结器实现液-液分离，应使流体以很低的速度由里向外流动，若凝结相较连续相重，其排出口位于下部；若凝结相较连续相轻，则排出口位于上部。也可以分两个阶段进行液-液分离，将液态水从液态烃中分离出来就是这样的例子。第一阶段采用吸水介质（烧结硼钛酸盐玻璃）的聚结器，它会使液态水滴产生聚结；第二阶段采用疏水介质（烧结聚四氟乙烯）的过滤器，它会使液态水滴从液态烃样品中分离出来。

（3）用聚结器除去液体样品中的气泡

如果液体样品中含有气泡，将影响或降低大多数液体分析仪的性能，特别是电导率分析仪和依据光学原理制造的分析仪。因此，将气泡从液体样品中除去是很重要的。如图3.47所示是一种气泡脱除器，它也是一种聚结器。含有气泡的液体样品流过多孔的玻璃纤维床层或编织网状物，使小的气泡聚结成一个较大的气泡，气泡靠浮力上升并在脱泡器的顶部逸出，脱泡后的液样则向下流出脱泡器。

图3.47　气泡脱除器原理示意图

旁通过滤器也可用于液体样品中气泡的分离，这是通过仔细平衡旁通过滤器的三个流路实现的。含有气泡的液体样品从入口进入，脱泡后的液样从过滤介质（滤芯）另一侧的出口排出，分离出的气泡由液样携带经旁通流路出口带走。在这里，被液体浸湿的过滤介质起到气泡分离的作用，过滤介质上液体的表面张力，将气泡阻挡住，使泡沫无法渗透过去，只要过滤介质两边的压差低于其上液体的表面张力，气泡就不会在过滤介质上产生渗透现象，相反，它会被旁流带走。