Поговорите с нашей руководящей командой, прежде чем уехать
Наша руководящая команда
Прежде чем покинуть сайт, мы приглашаем вас напрямую пообщаться с нашей руководящей командой, чтобы вы получили максимально точные технические рекомендации, консультации по ценам и варианты индивидуальной настройки для вашего проекта. Наши эксперты смогут быстро оценить ваши требования, порекомендовать подходящие решения на основе фильтров из спеченного пластика и помочь вам снизить риски, связанные с поставками, одновременно повысив эффективность, стабильность и долгосрочную надежность поставок для ваших промышленных применений.
Нужна помощь в выборе подходящего фильтрующего картриджа?
Наша команда по продажам
Сообщите нашей службе поддержки продаж тип вашего изделия, степень очистки в микронах, размер, область применения, фильтрующий материал, рабочую температуру, давление и ориентировочное количество. Мы поможем вам подобрать подходящий картридж из спеченного пластика, спеченного металла или осадочный фильтр.
Этот ответ с технической точки зрения верный, но практически бесполезен, поскольку реальное поведение спеченного фильтра зависит от того, как соединяются эти поры, где они сужаются, насколько резко изгибаются каналы, каковы свойства загрязняющего вещества и с какой силой оператор проталкивает жидкость через фильтр.
Просто? Не совсем.
A Принцип действия спеченного фильтра заключается в пропускании жидкости или газа через жесткий пористый корпус, изготовленный из спрессованных частиц металла или полимера. Жидкость проходит через взаимосвязанные пустоты. А загрязнения — нет. Или, точнее, некоторые из них не проходят — ведь частицы могут задерживаться на поверхности, застревать в сужении, ударяться о стенки пор, застревать в уже образовавшемся слое грязи или же проходить насквозь.
Эта последняя возможность, как правило, не упоминается в рекламных брошюрах.
Не должно.
Из чего же на самом деле изготавливается спеченный фильтр?
Начните с порошка.
Металлический порошок, полимерный порошок, металлические волокна, слои тканой сетки — иногда в виде многослойной комбинации. Сырье формуют и нагревают до температуры ниже полной температуры плавления, пока соседние частицы не соединятся в точках соприкосновения. При этом специально оставляют достаточное количество свободного пространства для формирования стабильной сети пор.
Эти пустые пространства и являются рабочей средой.
Изменение распределения порошка приводит к изменению структуры пор. При увеличении степени уплотнения проницаемость может снизиться. Изменение цикла нагрева может повлиять на прочность сцепления, усадку по размерам, форму пор и стабильность результатов между партиями.
Согласно Корпорация «Мотт», размер частиц порошка, прессование и процесс спекания в совокупности влияют на распределение пор, прочность и проницаемость пористых металлических элементов. (Корпорация «Мотт»)
Вот такая неприглядная правда: эффективность фильтрации зависит от качества подготовки порошка и управления печью — задолго до того, как картридж попадает в корпус.
К распространенным вариантам металлов относятся:
нержавеющая сталь марки 304
Нержавеющая сталь 316L
Бронза
Титан
Сплавы на основе никеля
Специальные коррозионно-стойкие сплавы
В качестве пластиковых носителей можно использовать:
Полиэтилен, в том числе PE и UHMWPE
Полипропилен, или PP
Политетрафторэтилен, или ПТФЭ
Нейлон, также называемый PA
Инженерные полимеры для конкретных областей применения
Механизм фильтрации, лежащий в основе пористых фильтров, одинаков для обеих категорий. Однако их допустимые значения температуры, давления, химического воздействия, метода стерилизации и механических нагрузок различаются.
Принцип работы спеченного фильтра — без рекламных трюков
1. Перепад давления вызывает движение жидкости
Ничто не течет просто из-за того, что существуют поры.
Для работы фильтра необходим перепад давления: более высокое давление на входе, более низкое — на выходе. Этот перепад — обычно обозначаемый как ΔP—пропускает жидкость или газ через пористую стенку и выводит их на чистую сторону.
Для относительно медленного ламинарного течения через пористую среду закон Дарси дает полезное первое приближение:
ΔP ≈ μLv/k
Где:
ΔP = перепад давления
μ = динамическая вязкость
L = толщина материала
v = скорость поверхностного течения
k = проницаемость
Это уравнение не является просто украшением. Оно практически сразу же позволяет объяснить ряд проблем, возникающих на производстве.
Более высокая вязкость? Будьте готовы к большему сопротивлению.
Более толстая стенка? Большее сопротивление.
Более низкая проницаемость? Опять же — большее сопротивление.
Пропускать через картридж, рассчитанный на меньший расход, вдвое больший поток, а потом обвинять фильтр в “большом перепаде давления”? Честно говоря, я считаю, что это одна из самых ленивых диагностических привычек в отрасли.
В рамках рассмотрения данного вопроса Университет Иллинойса объясняет сопротивление пористому течению с помощью градиента давления, вязкости жидкости, длины пути, площади и проницаемости Протекание по пористому материалу по Дарси. Это простое соотношение теряет свою достоверность, когда в расчет вступают такие факторы, как сжимаемость газа, турбулентность, сдвиговое течение или высокая скорость, однако оно по-прежнему остается надежной отправной точкой для инженерных расчетов.
2. Жидкость проникает в извилистую сеть пор
Забудьте о той аккуратной схеме с одинаковыми прямыми отверстиями.
Настоящий спеченный материал больше напоминает трехмерный лабиринт, образованный между сплавленными зернами. Один проход сужается, другой — расширяется. Два канала сливаются, а затем снова разделяются. Появляются тупиковые углубления. Текстура поверхности меняется от точки к точке.
Жидкость течет по доступному пути.
Этот извилистый маршрут описывается как извилистость. Более извилистая конструкция может обеспечить большее количество контактов частиц со стенками и увеличить эффективное расстояние прохождения, однако она также увеличивает сопротивление и создает больше мест, где загрязнения могут застрять навсегда.
Хорошо подходит для съемки.
Не подходит для уборки.
И именно поэтому указание “размер пор 10 мкм” для меня недостаточно информативно. Речь идет о среднем размере пор при прохождении потока? О максимальном диаметре отверстия? О номинальном коэффициенте удержания? О корреляции с точкой образования пузырьков? Об оценке по результатам микроскопического исследования? Или о коэффициенте эффективности, измеренном с использованием указанной тестовой пыли?
Одно и то же число. Разное значение.
3. Загрязняющие вещества улавливаются с помощью нескольких механизмов
Метод размерного исключения привлекает к себе всеобщее внимание, поскольку его легко изобразить.
Частица больше, чем отверстие. Она останавливается.
Готово.
Однако исправный спеченный фильтр редко бывает настолько чистым. Механизм активного улавливания зависит от диаметра, формы, плотности, скорости, состояния поверхности, вязкости, концентрации, электростатического заряда, влажности частиц, а также от количества загрязнений, уже скопившихся в фильтрующем материале.
Размерно-исключающая хроматография
Частицы, размер которых не позволяет им проникнуть через имеющиеся пора, остаются на поверхности, расположенной выше по потоку, или рядом с ней.
Это классический метод фильтрации. Агентство по охране окружающей среды США (EPA) определяет осадочную и микропористую фильтрацию как физическое улавливание взвешенных твердых частиц, размер которых превышает номинальный размер пор, на поверхности фильтрующего материала. (Агентство по охране окружающей среды США (EPA))
Однако даже в этом случае понятие “больше” не всегда однозначно.
Твердая сферическая частица ведет себя предсказуемо. Гибкий фрагмент геля — нет. Игольчатая частица загрязнения может вращаться и проникать в продольном направлении. Агломерат может разрушиться под действием сдвига. Мягкий биологический материал может сжиматься, проходя через отверстие, которое на бумаге выглядит меньше.
Логика каталога быстро нарушается.
Прямой перехват
Частица движется вместе с текущей жидкостью, но проходит настолько близко к стенке поры, что касается её.
Как только происходит контакт, частица может удерживаться в порах за счет адгезии, шероховатости поверхности, влаги, масла или механического заклинивания. Размер частицы не обязательно должен превышать размер входа в пору. Достаточно, чтобы она столкнулась с внутренней структурой и не смогла от нее отсоединиться.
Инерционное столкновение
Жидкость вращается. Более тяжелая частица не вращается достаточно быстро.
Под действием собственной инерции частица выходит из линии тока и упирается в стенку поры. Как правило, этот эффект становится более заметным при более плотных частицах, более высоких скоростях и более резких изменениях направления потока.
Высокая скорость передачи данных — это не бесплатно.
Это может повысить степень улавливания за счет забивания, но также может привести к увеличению перепада давления (ΔP), проникновению мелких фракций глубже в фильтрующий материал, уплотнению осадка или продвижению слабо удерживаемого материала вниз по потоку.
Брауновская диффузия
Очень мелкие аэрозольные частицы не движутся по идеально ровным траекториям. В результате столкновений молекул они отклоняются от курса.
Такое хаотичное движение увеличивает вероятность соприкосновения с внутренней поверхностью, поэтому поведение газа при фильтрации не всегда можно предсказать, сравнивая один диаметр поры с одним диаметром частицы.
Самые мелкие частицы могут вести себя необычно.
Соединение
Одна частица проникает внутрь. Другая закрепляется рядом с ней. Третья заполняет оставшийся зазор.
Вскоре вход в поры перекрывается материалом, который в отдельности мог бы пройти через него. Как только образуется эта перемычка, на ней начинает скапливаться всё большее количество твердых частиц.
Временный дефект превращается в активный фильтрующий слой.
Адгезия и механическое застревание
Липкая смола, маслянистая сажа, кристаллическая соль, мелкие частицы катализатора, оксиды металлов, мягкие биологические твердые вещества и сухая минеральная пыль забивают фильтрующие материалы по-разному.
Некоторые частицы прилипают за счет химической связи. Другие зацепляются за неровности поверхности. Некоторые же застревают в горловинах пор, как песок под седлом клапана.
А некоторые так и не выходят.
Обычно это обнаруживается после третьего цикла очистки, когда картридж выглядит безупречно чистым, но сопротивление потоку незаметно увеличивается вдвое.
Поверхностная фильтрация и глубинная фильтрация — это не противоположности
Людям нравятся четкие категории. А фильтрам — все равно.
Спеченный элемент может сначала осуществлять улавливание в глубине, затем переходить к улавливанию на поверхности, а впоследствии работать преимущественно за счет слоя загрязнений. Механизм работы меняется, хотя картридж остается в том же корпусе.
Поверхностная фильтрация
При поверхностной фильтрации большая часть твердых частиц задерживается на входной поверхности фильтра или в непосредственной близости от нее. По мере увеличения нагрузки задержанные частицы образуют фильтрационный слой.
Этот торт становится частью системы фильтрации.
Этот режим работы часто выбирают в следующих случаях:
Нагрузка твердыми частицами относительно высока
Загрязняющее вещество образует проницаемый налет
Восстановление продукции имеет большое значение
Планируется проведение обратной промывки
Необходимо ограничить глубокое закупоривание пор
Процесс требует повторяющихся циклов регенерации
Однако фильтрация через фильтрующий слой имеет свои особенности. Рыхлый фильтрующий слой может улучшить удерживающую способность, не вызывая при этом значительного падения давления. Сжимаемый фильтрующий слой может сжиматься, закрывать просвет и приводить к почти вертикальному росту перепада давления.
Тот же фильтр. Другой осадок.
Глубинная фильтрация
Глубинная фильтрация позволяет частицам проникать в пористый материал, прежде чем они будут перехвачены, подвергнутся удару, соединятся в мостики, прилипнут или будут механически задержаны.
Как правило, внутренний объем хранения бывает больше. Это звучит заманчиво — и порой действительно так и есть.
Однако глубоко засевшие загрязнения удаляются с трудом. Обратный поток может счистить поверхностный слой, но при этом мелкие частицы останутся застрявшими в узких горловинах пор. Элемент снова начинает пропускать жидкость, но уже не так, как новый.
В руководстве компании Mott по пористым металлическим фильтрам отмечается, что удаление поверхностного налёта может способствовать восстановлению давления после очистки, тогда как постепенная внутренняя загрузка может помешать полному восстановлению исходного перепада давления в чистом состоянии. (Корпорация «Мотт»)
Вот горькая правда: термин “многоразовое” характеризует конструктивные возможности, а не гарантирует успех очистки.
Что происходит при нагрузке на спеченный фильтр?
Устанавливаемый картридж и извлекаемый картридж представляют собой гидравлически разные объекты.
Сцена «Clean-Media»
При запуске сопротивление определяется заданной пористой структурой. Это «чистый» исходный показатель — значение, которое технические службы должны зафиксировать, а затем незамедлительно утерять в таблице, которую через полгода никто не сможет найти.
Запишите это правильно:
Жидкость
Температура
Давление на входе
Давление на выходе
Расход
Количество картриджей
Условия проживания
Вязкость жидкости (если это имеет значение)
Показание ΔP без учета условий эксплуатации практически ничего не значит.
Давление в 10 килопаскалей в воде при температуре 20 °C нельзя сравнивать с давлением в 10 килопаскалей в холодном гидравлическом масле. С показаниями давления газа дело обстоит ещё сложнее, поскольку плотность и сжимаемость газа изменяются в зависимости от давления.
Раннее заполнение пор
Мелкие загрязняющие частицы начинают проникать внутрь конструкции.
Некоторые части застревают. Некоторые образуют мостики. Другие проникают глубже, прежде чем остановиться. Доступные пути потока сужаются, в результате чего проницаемость снижается. В то же время может создаться впечатление, что степень удержания улучшается, поскольку в частично загруженной среде теперь образуются проходы меньшего эффективного сечения.
Это может ввести операторов в заблуждение.
Похоже, что фильтр “работает лучше” как раз перед тем, как начинает тормозить процесс.
Разработка торта
Накопилось достаточное количество материала, чтобы верхнее отложение могло функционировать как отдельный пористый слой.
Теперь наслоение может задерживать частицы, которые чистый фильтр не смог бы надежно удержать. Прозрачность продукта улучшается. Перепад давления увеличивается. Характер отложения становится более важным фактором, чем исходный размер пор.
Часто именно это является желаемым режимом работы при регенерации катализатора, фильтрации горячих газов и переработке жидкостей с высоким содержанием твердых частиц — при условии, что фильтрационный осадок сохраняет проницаемость и впоследствии может быть удален.
Загрузка в терминале
В конце концов, бег заканчивается.
Не обязательно из-за того, что поры полностью заблокированы. Цикл может прекратиться по следующим причинам:
Перепад давления достигает установленного предела.
Производительность опустилась ниже планового показателя.
Чистота продукта становится нестабильной.
Внутри корпуса больше нет свободного места.
Насос или компрессор достигает предельной рабочей нагрузки.
Процесс больше не может допускать потерь энергии.
Операторы иногда продолжают настаивать.
Это редко бывает разумным решением. Чрезмерный перепад давления (ΔP) может привести к уплотнению отложений, забиванию мелких частиц на большую глубину, деформации неподкрепленных участков, повреждению уплотнений, разрушению более слабых фильтрующих материалов или значительному снижению эффективности следующего цикла очистки.
Почему измерение перепада давления превосходит график технического обслуживания
“Уборка каждую пятницу” — это легко запланировать.
Кроме того, часто причиной является неэффективный контроль процессов.
Фильтр, обрабатывающий чистую партию, может оставаться в исправном состоянии в течение нескольких недель. Тот же элемент может забиться всего за сорок минут после выхода из строя предшествующего сепаратора, нарушения состояния остатка в резервуаре или подачи оператором в линию суспензии, не соответствующей техническим требованиям.
Перепад давления позволяет зафиксировать изменение в момент его возникновения.
Этот Руководство EPA по программе WaterSense от марта 2024 года рекомендует использовать датчики давления для определения момента, когда сопротивление становится достаточно высоким, чтобы оправдать проведение обратной промывки, вместо того, чтобы очищать фильтрующее оборудование чаще, чем это необходимо. В том же документе приведены приблизительные показатели эффективности удаления 0,1 мкм для микрофильтрации и 0,01 мкм для ультрафильтрации, хотя эти классификации не следует путать с универсальными рейтингами спеченных фильтров. (Агентство по охране окружающей среды США (EPA))
Очистка под давлением позволяет избежать двух дорогостоящих ошибок:
Слишком ранняя очистка и нерациональное использование воды, химикатов, сжатого газа, трудовых ресурсов или производственного времени
Проведение очистки слишком поздно и уплотнение загрязнений, в результате чего эффективность регенерации снижается
Тем не менее, ΔP — это показатель, а не диагноз.
Увеличение перепада давления свидетельствует о росте сопротивления. Однако это не позволяет определить, вызвано ли это нормальным накоплением накипи, низкой температурой рабочей жидкости, затвердеванием полимера, биологическим ростом, налипанием переносимых частиц, заблокированным выпускным клапаном или неисправностью датчика давления.
Кто-то всё-таки должен думать.
Размер пор спеченного фильтра не совпадает со степенью очистки
Я бы указал это предупреждение красным шрифтом в каждом коммерческом предложении по промышленным фильтрам.
Размер пор характеризует пористую структуру. Степень фильтрации характеризует способность удерживать частицы в определенных условиях испытаний.
Связано? Да.
Взаимозаменяемые? Нет.
Фильтр с характерным размером пор 20 мкм может задерживать множество частиц меньшего размера за счет перехвата, извилистости каналов, образования мостиков или образования фильтрационного слоя. Однако это не превращает его по волшебству в фильтр с абсолютной степенью очистки 5 мкм.
Аналогичным образом, загрязняющее вещество, размер которого превышает опубликованное поровое значение, может в некоторых случаях пройти, если оно гибкое, удлиненное, сжимаемое или раздробляется под давлением.
Спросите у поставщика:
Какой метод определения размера пор был использован?
Указанное значение — среднее, максимальное, номинальное или абсолютное?
Какой коэффициент удержания был достигнут?
Какие тестовые частицы использовались?
Они были сферическими, неправильной формы, твёрдыми или деформируемыми?
Какая жидкость их переносила?
С какой скоростью?
При каком давлении?
Носитель был чистым или на него уже была записана информация?
Результат измерялся в жидком или газообразном состоянии?
Без этих сведений указание величины в микронах — в основном пустая формальность.
Например, в техническом обзоре компании Mott проводится различие между «медиа-классом», «средним размером пор» и «степенью фильтрации», а не рассматриваются они как единое значение. (Корпорация «Мотт»)
Что на самом деле определяет эффективность спеченных фильтров?
Проектная или рабочая величина
Что происходит внутри фильтра
Вероятный системный эффект
Распространенная ошибка при совершении покупок
Более мелкие поры
Осталось меньше крупных проходов
Чем выше коэффициент удержания, тем, как правило, выше чистое перепадение давления ΔP
Выбор наименьшего доступного номинала
Более высокая пористость
Для прохождения потока доступно больше свободного объема
Более высокая проницаемость и потенциальная грязеемкость
Если предположить, что удержание определяется исключительно пористостью
Более выраженная извитость
Жидкость проходит более длинные и сложные пути
Больше внутренних контактов, что может затруднить очистку
Игнорирование глубокого загрязнения
Более толстая стена из медиа-материалов
Поток проходит через материал с большей пористостью
Более высокая прочность и потенциальная глубина заглубления
Копирование размеров без проверки потока
Более высокая вязкость жидкости
Для поддержания потока требуется большее усилие
Более высокий перепад давления
Проверка с использованием воды при использовании масла в качестве рабочей жидкости
Более высокая скорость воздушного потока по поверхности
Через каждую единицу площади проходит больше жидкости
Более высокое ΔP и возможное проникновение частиц
Уменьшение площади фильтра для снижения затрат на корпус
Широкий диапазон размеров частиц
Мелкие частицы заполняют промежутки между крупными твердыми частицами
Более быстрое закупоривание пор или более плотный осадок
Указание только самой крупной частицы
Сжимаемые загрязняющие вещества
Торт сжимается по мере повышения давления
Быстрое и нелинейное увеличение ΔP
Ожидается простое обратное промывание
Липкие или маслянистые твердые вещества
Частицы прочно прилипают к внутренним поверхностям
Недостаточная регенерация и остаточное сопротивление
Предполагая, что каждый жесткий фильтр является многоразовым
Чрезмерное давление при очистке
Процесс извлечения торта становится агрессивным
Повреждение носителя или проникновение загрязняющих веществ
Считать более интенсивную уборку более качественной уборкой
Таблица имеет значение, поскольку фильтры выходят из строя как системы, а не как отдельные элементы.
Картридж может быть изготовлен из подходящего материала, но при этом оказаться слишком маленьким. Площадь поверхности может быть достаточной, но фильтрующий слой может сжиматься. Номинальный размер пористости в микронах может соответствовать требованиям, но эластомер уплотнения разбухает. Или фильтр отлично очищается растворителем — только вот технологический процесс не допускает наличия остатков растворителя.
В каждой спецификации есть несоответствие.
Потяни за это.
Три реальных примера, демонстрирующих, как на самом деле работают пористые фильтры
Пример 1: НАСА, лунный реголит и проблема с мелкими частицами
Это не типичное применение заводского фильтра. Именно поэтому оно и полезно.
В техническом документе NASA «Mini-ROXY» за 2023 год был рассмотрен пористый металлический катодный стакан, используемый в системе электролиза расплавленной соли, предназначенной для переработки лунного реголита. Пористая структура должна была обеспечивать обмен электролитом и перемещение ионов кислорода, одновременно удерживая твердый материал.
А потом пришли штрафы.
В статье была выявлена потенциальная потеря обработанных частиц реголита размером менее 10 мкм через пористую чашку катода. Эти просочившиеся частицы могут снизить выход материала, попасть в солевой электролит, накапливаться в ходе многократных циклов и изменять такие свойства, как проводимость или оптическая основность.
Предложенный ответ не заключался в том, чтобы “купить фильтр с более мелкой ячейкой”.”
Вместо этого исследователи комплексно рассмотрели такие факторы, как сортировка частиц по размеру на ранних этапах производства, размер пор катода, структуру пор, извилистость и общую пористость. В статье описываются потенциальные пороговые значения сортировки в 10–50 мкм диапазон, зависящий от конструкции катода.
А температура? Совсем не благосклонная.
На этапе отделения соли проводилась центрифугировка при скорости выше 700 °C, с использованием пористой, термостойкой и коррозионно-стойкой конструкции, которая пропускала бы расплавленную соль, удерживая при этом переработанный реголит. Наземные испытания проводились с использованием центрифуги, рассчитанной на более чем 800 °C и до 1 000 об/мин.
Прочитайте Технический документ NASA по проекту Mini-ROXY, и вывод становится очевидным: подготовка корма и проектирование пористых сред представляют собой одну проблему, а не два отдельных решения о закупках.
Пример 2: Накопление сажи на фильтре из спеченного металла
Сажа — это неприятный фильтрующий корм.
Он тонкий, однородный, подвижный и способен формировать слой, поведение которого резко меняется при нагревании. Исследование 2023 года, опубликованное в Наука и технологии в области контроля выбросов отслеживали отложение сажи и регенерацию внутри канала с поперечным потоком, содержащего спеченный металлический наполнитель.
Размер агломератов образовавшейся сажи составлял около 90 нм, с первичными частицами вокруг 20–40 нм. В ходе испытания использовался массовый расход сажи, равный 40 мг/ч. (Springer)
По мере увеличения нагрузки толщина измеренного слоя частиц увеличивалась:
6 мг сажи: около 68 мкм
12 мг сажи: около 135 мкм
18 мг сажи: около 200 мкм
Однако этот слой не вел себя как аккуратное, неподвижное покрытие. В процессе регенерации он окислялся, растрескивался, сжимался, отслаивался и вновь взвешивался.
Температура резко изменила исход события.
При конечной температуре регенерации, равной 480 °C, через два часа сажа осталась. В 600 °C, частицы были полностью окислены после 51 минута, сократив заявленное время регенерации на 55%. (Springer)
Этот полный текст исследования Springer это стоит прочитать, потому что в ней показано то, чего не может передать статичный технический паспорт продукта: фильтр представляет собой изменяющуюся механическую конструкцию, а не просто “грязь на фильтре”.”
Но не стоит слепо копировать значение 600 °C.
Различные химические свойства сажи, концентрация кислорода, состав сплава, толщина слоя наноса, скорость потока, содержание катализатора и скорость нагрева могут привести к разным результатам — или к повреждению картриджа.
Цифры нужно рассматривать в контексте.
Пример 3: Рекомендации Агентства по охране окружающей среды США (EPA) по обратной промывке с использованием давления
Пример с EPA не столь впечатляющий. Но, возможно, он окажется более полезным.
В своих рекомендациях по очистке воды на 2024 год агентство описывает метод улавливания взвешенных загрязняющих веществ на поверхности и рекомендует предприятиям использовать датчики давления при принятии решения о необходимости обратной промывки. (Агентство по охране окружающей среды США (EPA))
Почему это имеет значение?
Поскольку на многих предприятиях очистку фильтров по-прежнему проводят по привычке, в связи со сменой смен, по календарным интервалам или исходя из смутного ощущения, что “наверное, уже прошло достаточно времени”.”
Управление на основе давления реагирует на фактическое сопротивление.
Это позволяет сократить количество преждевременных промывок, но также помогает избежать запоздалой очистки — когда кек уже уплотнился, поток нарушился, а оператор в ответ на это повышает давление в насосе.
Скажу прямо: ждать, пока производственный персонал сам заметит, что фильтр загрязнён, — это не стратегия технического обслуживания.
Чем отличается принцип действия фильтра из спеченного металла?
С механической точки зрения принцип фильтрации остается прежним. Жидкость по-прежнему проходит через соединенные между собой поры. Частицы по-прежнему улавливаются за счет исключения, перехвата, удара, образования мостиков, адгезии и образования фильтрационного слоя.
Разница заключается в том, что эта структура способна выдержать.
A фильтрующий картридж из спеченного металла может быть принят во внимание, если в процессе присутствуют высокие температуры, воздействие пара, высокий перепад давления, абразивные твердые частицы, термическая регенерация, многократная продувка, вакуумные условия или агрессивные химические вещества, совместимые с выбранным сплавом. (lvyn)
Металлические носители могут предлагать:
Высокая жесткость конструкции
Стабильная геометрия под давлением
Сварная конструкция
Сопротивление переходу на новые носители информации
Совместимость с агрессивными чистящими средствами
Способность к повторной регенерации
Повышенная устойчивость к термоциклированию
Длительный срок службы при надлежащих условиях эксплуатации
Звучит просто потрясающе.
Это не так.
Очень мелкие металлические спеченные фильтрующие элементы могут создавать значительный чистый перепад давления (ΔP). На нержавеющей стали может возникать точечная коррозия или щелевая коррозия. Высокая температура может привести к окислению, ползучести или термической усталости. Сварные швы и торцевые фитинги могут выйти из строя раньше, чем пористая стенка. Хрупкий налет может отслоиться и перегрузить оборудование, расположенное ниже по потоку, после обратного удара.
И 316L — это не волшебное заклинание.
Важную роль играют сплав, присадочный материал для сварки, условия пассивации, концентрация хлоридов, температура, pH и зоны застоя.
Чем отличается принцип работы фильтра из спеченного пластика?
В спеченном пластике с помощью скрепленных полимерных частиц формируется такая же широкая сеть жестких извилистых пор.
Рабочая область изменяется.
Пластиковые носители обычно выбирают для:
Снижение веса компонентов
Устойчивость к отдельным химическим веществам
Экономичные нестандартные формы
Интегрированные полимерные соединения
Вентиляция и диффузия газа
Пневматическая система шумоподавления
Фильтрация воды и низкотемпературных жидкостей
Медицинские и лабораторные компоненты
Компактные узлы в оригинальной комплектации
Гидрофобные или гидрофильные свойства в зависимости от материала и способа обработки
Однако термин “пластик” слишком общий, чтобы быть полезным.
PE, PP, PTFE и нейлон отличаются по химической стойкости, смачиваемости, стабильности размеров, устойчивости к стерилизации, диапазону рабочих температур и механической прочности.
Вентиляционный фильтр из ПТФЭ и глубинный фильтр из ПЭ могут быть изделиями из спеченного полимера. С точки зрения принципа действия они являются отдаленными родственниками.
Подход «сначала материал» кажется слишком техническим. Иногда это неверный подход.
Может ли спеченный фильтр задерживать частицы, размер которых меньше размера его пор?
Да.
Но не превращайте этот ответ в маркетинговый слоган без данных испытаний.
Захват субпоров может происходить по следующим причинам:
Указанное значение размера пор представляет собой среднее значение, а не наименьшее сужение
Внутренние каналы сужаются после входа
Частицы соприкасаются со стенками пор
Инерция выталкивает плотные частицы из линий тока
Брауновское движение усиливает взаимодействие между мельчайшими аэрозольными частицами
Неправильной формы частицы механически заклиниваются
Несколько частиц перекрывают отверстие
Имеющиеся отстойники улавливают поступающий мелкий материал
Текстура торта становится более нежной благодаря более тонким эффективным прослойкам
Таким образом, структура размером 20 мкм может задерживать часть загрязнений размером 10 мкм. В определенных условиях испытаний она может задержать даже значительную их часть.
Это не подтверждает абсолютный номинальный размер 10 мкм.
Если эффективность не определена, то и обоснованных утверждений не будет.
Почему площадь фильтрации зачастую имеет большее значение, чем ожидают покупатели
Недорогой корпус фильтра зачастую обходится дорого с точки зрения эксплуатационных затрат.
Предположим, что один картридж обеспечивает лишь половину фактически необходимой площади фильтрующего материала. Скорость потока по поверхности увеличивается. Перепад давления при очистке (ΔP) возрастает. Частицы могут проникать глубже в стенку. Нагрузка на фильтрующий слой становится менее равномерной. Время работы сокращается. Частота очистки увеличивается.
После этого завод закупает дополнительные картриджи.
Неоднократно.
Увеличение площади фильтрующего материала позволяет снизить поверхностную скорость, уменьшить сопротивление очистке, увеличить вместимость фильтрующего слоя и продлить интервал между циклами регенерации. Хотя стоимость корпуса большего размера изначально может быть выше, общие эксплуатационные расходы могут снизиться.
Вот горькая правда: экономия за счет оптимизации закупок и экономия за счет оптимизации процессов не всегда идут рука об руку.
Почему вязкость может привести к неверному расчету фильтра
Данные анализов воды очень удобны.
Возможно, в вашей системе используется холодное масло.
Вязкость напрямую влияет на давление, необходимое для поддержания потока. Картридж, демонстрирующий приемлемый перепад давления (ΔP) при работе с водой комнатной температуры, может стать чрезмерно ограничивающим при использовании вязких смол, сиропов, смазочных материалов, концентрированных химических растворов или низкотемпературного топлива.
Кроме того, вязкость зависит от температуры.
Система может безупречно работать при температуре 60 °C, отключаться на ночь, а затем выдавать сигнал тревоги по перепаду давления при запуске в холодном состоянии — даже несмотря на то, что в фильтр не попали никакие дополнительные загрязнения.
Фильтр не забился внезапно.
Жидкость загустела.
Именно поэтому для проведения серьёзного испытания потока требуется либо реальная технологическая жидкость, либо тщательно подобранный заменитель, обладающий сопоставимыми показателями вязкости, плотности, смачиваемости и поверхностного натяжения.
“Фраза ”Проверено с водой» не должна ставить точку в дискуссии. Она должна положить начало новой дискуссии.
Как очищаются спеченные фильтры?
Очистка должна воздействовать на механизм загрязнения, не повреждая при этом фильтр.
Это звучит очевидно. Однако практика свидетельствует об обратном.
Обратный поток жидкости
Чистая жидкость проходит через элемент в направлении, противоположном обычному направлению фильтрации, счищая фильтрационный осадок с поверхности, расположенной выше по потоку.
Этот метод наиболее эффективен в тех случаях, когда загрязнение находится на поверхности, не прилипает прочно и не уплотнилось в порах материала.
Несильная обратная промывка может оказаться безрезультатной.
Чрезмерное давление может привести к повреждению узла, смещению опорных элементов или переносу загрязнений в другие части корпуса.
Обратный выброс газа
Сжатый газ импульсами направляется в обратном направлении через наполнитель с целью разрушения и удаления нагара.
Важное значение имеет импульсное давление. Не менее важны также объем приемника, скорость открытия клапана, геометрия сопла, температура газа, расстояние между элементами и давление, сохраняющееся на «грязной» стороне.
Один только показатель давления не отражает интенсивность очистки.
Ультразвуковая очистка
Ультразвуковая кавитация позволяет удалить материал с открытых поверхностей и из внутренних каналов. Часто она оказывается полезной при обработке небольших жестких деталей.
Но ультразвуковая очистка — это не волшебство.
Процедура может оказаться неэффективной в случае наличия припечённого полимера, прочно прилипшего оксида, затвердевшей смолы, глубоко забивающих абразивных отложений или загрязнений, скрытых в труднодоступных местах. Кроме того, при чрезмерно агрессивном применении процедура может привести к повреждению хрупких соединений или элементов, не имеющих опоры.
Химическая очистка
Кислоты, щелочи, растворители, моющие средства, окислители или хелатирующие вещества могут растворить или размягчить загрязнения.
Совместимость должна обеспечиваться для всей сборки:
Пористые среды
Сварные швы
Паяные соединения
Клеи
Заглушки
Уплотнения
Обработка поверхностей
Требования к чистоте на последующих этапах производства
Корпус из нержавеющей стали может выдерживать воздействие чистящего раствора, в то время как эластомерное уплотнение — нет.
Это всё равно считается провалом.
Термическая регенерация
Подходящие металлические фильтры иногда можно нагревать для окисления органических загрязнений.
Сначала ознакомьтесь с условиями депозита.
Неизвестные остатки могут выделять опасные газы, оставлять коррозионную золу, неожиданно воспламеняться, вступать в реакцию со сплавом, спекаться в более твердый налет или создавать температурные градиенты, приводящие к деформации патрона.
“Сжечь дочиста” — это не инженерная процедура.
Комбинированная очистка
В реальных процессах регенерации часто используется несколько этапов:
Обратный удар или обратная промывка
Химическая обработка
Ультразвуковое перемешивание
Промывка с высокой степенью очистки
Контролируемая сушка
Испытания на пропускную способность
Тестирование целостности
Чистая упаковка
Именно этот заключительный этап тестирования позволяет отличить настоящую регенерацию от косметической очистки.
Даже чистый фильтр может забиться.
Как понять, что уборка дала результат?
Сравните элемент с заданной базовой линией.
К числу полезных проверок могут относиться:
Расход при регулируемом перепаде давления
Перепад давления при регулируемом расходе
Испытание на пузырьковую точку или целостность пор
Визуальный осмотр под увеличением
Контроль размеров
Оценка выделения частиц
Анализ остатков загрязняющих веществ
Испытания эффективности фильтрации
Проверка сварных швов и уплотнений
Особенно показательным является восстановление чистого давления.
Предположим, что новый картридж создает перепад давления ΔP, равный 20 кПа, при заданном расходе. После технического обслуживания и очистки он создает перепад давления 26 кПа. Позже этот показатель возвращается к значению 34 кПа. Затем — 45 кПа.
Оно всё ещё течёт.
Однако внутренние заторы нарастают.
Возможность дальнейшего использования зависит от технологического запаса, требований к удержанию загрязнений, экономической целесообразности очистки и риска выброса загрязняющих веществ. В конечном итоге элемент превращается в постоянное устройство, вызывающее потерю давления, с установленным на нем фильтром.
Когда следует заменять спеченный фильтр?
Только не тогда, когда он выглядит старым.
Замените его, если невозможно восстановить подтвержденную производительность — либо если дальнейшее использование создает недопустимый риск для производственного процесса.
К типичным предупреждающим признакам относятся:
Очищенное ΔP по-прежнему превышает допустимый предел восстановления
Не удается обеспечить требуемый расход
Эффективность фильтрации снизилась
Неудача при испытании методом пузырьков или испытании на герметичность
Материал покрыт трещинами, деформирован, изношен или подвергся коррозии
На сварных швах или фитингах видны повреждения
Циклы очистки постепенно сокращаются
Невозможно подтвердить, что загрязнение было удалено
Требования к чистоте продукции ужесточились
Стоимость восстановления превышает стоимость замены
Фильтр может оставаться физически неповрежденным, но при этом быть непригодным к эксплуатации.
Это различие приобретает особую важность в таких областях, как производство медицинского оборудования, фармацевтических препаратов, продуктов питания и напитков, регенерация катализаторов, производство газов высокой чистоты, критически важные системы охлаждения, а также в любых технологических процессах, где загрязнение на последующих этапах влечет за собой значительные финансовые потери или угрозу безопасности.
Как правильно подобрать спеченный фильтр, не полагаясь на догадки
Не начинайте с фразы: “Нам нужен картридж с размером пор 10 микрон”.”
Начните с корма.
Определение жидкости
Штат:
Жидкость или газ
Химический состав
Концентрация
Вязкость
Плотность
Нормальная температура
Минимальная и максимальная температура
Рабочее давление
Возможные нарушения химического состава
Определение загрязняющего вещества
Включить:
Материал
Распределение частиц по размерам
Форма
Концентрация
Плотность
Твёрдость
Независимо от того, является ли он абразивным
Независимо от того, липкое ли это
Является ли он сжимаемым
Агломерируется ли он
Является ли это ценным и подлежит ли возврату
Одного числа D50 недостаточно.
Проблемы обычно возникают из-за мелких деталей.
Определите требуемый результат
Укажите:
Целевой диапазон размеров частиц
Требуемая эффективность
Максимально допустимое количество элементов в нисходящем направлении
Требование к ясности описания продукта
Допустимая потеря мощности при запуске
Является ли такой прорыв приемлемым
Применимый метод валидации
Определите гидравлические пределы
Укажите:
Нормальный поток
Пиковая скорость потока
Минимальный расход
Очистить цель ΔP
Терминал ΔP
Производительность насоса или компрессора
Полезная площадь фильтрации
Допустимая длительность цикла
Определите метод очистки
Укажите, каким будет элемент:
Одноразовый
С обратной промывкой
Газоимпульсный
Очищенное ультразвуком
Очищено химическим способом
Стерилизовано паром
Регенерированный термическим способом
Очистка за пределами объекта
Предлагаемый метод очистки может определять материал раньше, чем степень фильтрации.
Определить физический интерфейс
По возможности приложите чертежи:
Наружный диаметр
Внутренний диаметр
Длина
Толщина стенки
Тема
Фланец
Сварное соединение
Тип прокладки
Уплотнительная поверхность
Ориентация при установке
Освобождение жилья
Требуемые допуски
В случае нестандартной геометрии, разработки запасных частей, изготовления соединений по индивидуальному заказу или производства по чертежам, Программа по производству спеченных фильтров по схеме OEM/ODM Следует начинать с данных о процессе, а не с размытой фотографии рядом с линейкой. (lvyn)
Кроме того, перед тем как дать добро на повторное производство, закупщики должны проверить, что поставщик фильтрационный завод и испытательные мощности, включая контроль материалов, управление печами, проверку размеров, испытания на пропускную способность, проверку перепада давления и отслеживание партий. (lvyn)
Фотографии в оригинальном размере выглядят хорошо.
Методы тестирования лучше.
Часто задаваемые вопросы
Как работают спеченные фильтры?
Принцип действия спеченного фильтра заключается в пропускании жидкости или газа через жесткую структуру из спрессованных частиц и взаимосвязанных пор, где крупные загрязняющие частицы задерживаются на поверхности, а более мелкие — улавливаются путем перехвата, удара, адгезии, образования мостиков или глубинного улавливания внутри фильтрующего материала.
По мере продолжения загрузки улавливаемый материал сужает открытые проходы и может образовать поверхностный налет. Перепад давления растет до тех пор, пока картридж не подвергнется обратной промывке, пневматической очистке, химической регенерации, термической обработке или замене.
В чём заключается разница между поверхностной и глубинной фильтрацией?
При поверхностной фильтрации большая часть загрязнений задерживается на входной поверхности фильтра и постепенно образует удаляемый фильтрационный слой, тогда как при глубинной фильтрации частицы проникают в пористую стенку и задерживаются в извилистых каналах посредством перехвата, адгезии, образования мостиков, уплотнения или механического застревания.
В реальных условиях эксплуатации оба механизма могут проявляться в течение одного цикла. Поверхностное уплотнение, как правило, легче обратить вспять. Глубинное уплотнение может обеспечить дополнительную несущую способность, однако мелкий материал, застрявший в горловинах пор, зачастую удалить сложнее.
Соответствует ли размер пор спеченного фильтра его номинальному значению в микронах?
Размер пор спеченного фильтра характеризует измеренную или рассчитанную особенность его пористой структуры, тогда как его степень фильтрации в микронах описывает эффективность удержания частиц в указанных условиях испытаний; эти два показателя взаимосвязаны, но они не всегда совпадают и не являются взаимозаменяемыми.
Покупателям следует уточнить, является ли указанное значение номинальным, абсолютным, максимальным для пор или средним для пор, а также запросить информацию о тестовой жидкости, типе частиц, скорости потока, перепаде давления и измеренной эффективности.
Почему давление за спеченным фильтром увеличивается?
Падение давления увеличивается из-за того, что осаждающиеся частицы уменьшают площадь свободного сечения, сужают внутренние поры и образуют дополнительный слой нагара, создающий сопротивление потоку; увеличение вязкости, линейной скорости, толщины фильтрующего материала, концентрации загрязнений или сжимаемости нагара может привести к значительному ускорению этого процесса.
Постепенное увеличение часто свидетельствует о нормальной нагрузке. Резкий скачок может указывать на сбой в технологическом процессе, низкую температуру жидкости, наличие липких загрязнений, повреждение оборудования предварительной очистки, быстрое уплотнение осадка или сужение в другой части трубопровода.
Можно ли очищать и повторно использовать спеченные фильтры?
Многие спеченные фильтры можно очищать и использовать повторно, поскольку их связная пористая структура выдерживает обратный поток, обратную продувку газом, ультразвуковую обработку, воздействие совместимых химических веществ, пар или контролируемый нагрев; однако фактическая возможность повторного использования зависит от материала фильтрующего элемента, характера загрязнений, конструкции узла и процедуры очистки.
После очистки элемент необходимо проверить на соответствие утвержденным эталонным значениям расхода, перепада давления, герметичности, габаритных размеров или удерживающей способности. Внешний вид элемента не всегда свидетельствует о его исправной работе.
Является ли фильтр из спеченного металла лучше, чем фильтр из спеченного пластика?
Фильтр из спеченного металла, как правило, лучше подходит для работы при повышенных температурах, высоком перепаде давления, термической регенерации, в условиях воздействия абразивных твердых частиц и интенсивной механической очистки, тогда как фильтр из спеченного пластика может отличаться меньшим весом, экономичной индивидуальной геометрией, избранной химической стойкостью и более простой интеграцией в компактные оригинальные узлы.
Ни один из вариантов не является автоматически более предпочтительным. Решающими факторами должны быть химический состав жидкости, рабочая температура, давление, требуемое время удержания, метод очистки, условия стерилизации, геометрия, нормативная документация, объём производства и совокупная стоимость жизненного цикла.
Перестаньте выбирать фильтры, ориентируясь исключительно на номинальную степень очистки в микронах
Спеченный фильтр — это не просто пористая трубка плюс красивое круглое число.
Это система, работающая под давлением, в которой играют роль геометрия рабочей среды, реология жидкости, поведение загрязнений, активная площадь, структура осадка, энергия очистки, механические ограничения, а также тот неудобный вопрос, который никто не хочет задавать: что происходит, когда процесс перестает вести себя нормально?
