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线绕滤芯的结构特点及过滤原理分析
一、滤芯类型
液体过滤用滤芯种类繁多,主要可分为表面过滤型滤芯与深层过滤型滤芯两大类。
1. 表面过滤型滤芯
表面过滤型滤芯通过滤芯表面捕捉污染物,一旦表面被堵塞,滤芯即无法继续使用,因此使用寿命较短。尽管有人认为,可通过液体与压缩空气混合进行反冲洗来重复使用滤芯,但此方法难以彻底清洁滤芯。反冲洗时,冲洗液优先通过阻力较小的区域,导致局部通道畅通后,所有冲洗液均从这些通道流过,其他区域反而堵塞更严重,孔隙变小。若要彻底清洁滤芯,方法是采用超声波清洗,以纯净水为清洗液,但成本较高;也可采用化学溶解法,如污染物为酸溶性,则可用稀酸清洗,但需注意可能引起滤芯孔径腐蚀与扩大,清洗后需用纯净水冲洗干净并检验合格后方可继续使用。电镀液过滤中常用的滤芯,如早期的烧结型聚氯乙烯过滤棒,以及当前的聚丙烯熔喷滤芯、聚丙烯PP滤纸、纯木浆滤纸等,均属于表面过滤型滤芯。
2. 深层过滤型滤芯
滤芯清洗繁琐,提高滤芯纳污量、延长使用寿命可减少清洗频率,深层过滤型滤芯正是基于此设计。深层过滤型滤芯在过滤过程中,污染物在滤芯内部按颗粒大小分层截留,因此滤渣负荷能力高,使用寿命长,能长期维持标称过滤精度。其制作材料多样,适用于各种液体和气体过滤。电镀液过滤中常用的是全聚丙烯制成的线绕滤芯,俗称棉芯,具有压差小、流量大、过滤精度高、使用寿命长等优点,能在过滤过程中长期保持精度。
二、线绕滤芯结构特点
线绕滤芯制作时,将带绒毛的特制粗纱交叉卷绕在多孔骨架上,直至达到所需直径。粗纱在骨架上交叉卷绕,形成含有上千个菱形孔的过滤层。滤芯上靠近骨架处过滤层的菱形孔小,越往外,菱形孔越大,zui外层菱形孔zui大,菱形孔内外贯通形成通道。为增加液体在滤芯内的流程,菱形孔通道呈弯曲散射状,各层菱形孔依然相通,弯曲延长了通道,相当于增加了滤芯过滤层的厚度,提高了过滤效果,实现了深层过滤。纱线以一定参数缠绕,滤芯内部形成由表到里、由大变小的菱形弯曲过滤通道。滤芯zui内层菱形孔的大小是决定滤芯精度的关键,菱形孔越小,滤芯精度越高;菱形孔越大,滤芯精度越低。正规滤芯生产企业均有特定的滤芯精度与菱形孔数量对照表,不同通道数代表不同滤芯精度。例如,8通道精度为100μm,15通道精度为20μm,19通道精度为10μm。
三、线绕滤芯过滤特点
线绕滤芯的另一特性是能通过较大流量。每种过滤精度的线绕滤芯均有固定通道数目D,过滤精度确定后,通道数L根据滤芯长度增减。通道总数计算公式为:通道总数 = D×L×2。
以长为250mm的滤芯为例,若过滤精度为20μm,直径上通道数目为15个,长度纵向通道数目为51个,则该滤芯共有通道数为15×51×2 = 1530个,即1530个独立通道。若过滤流速为0.5m³/h(以清水为例),即8.3L/min,液体被分散流入1530个独立通道过滤,每个通道内流量实际下降为5.4ml/min。
若过滤精度为3μm,通道数目为27个,长度纵向通道数目为91个,则该滤芯共有通道数为27×91×2 = 4914个。对于3μm精度的滤芯,尽管过滤介质(纤维绒毛)更密实,但过滤通道增至4914个,通道内流量仅为1.7ml/min,此时流量可称为“虹吸流量”。
由此可见,线绕滤芯过滤时能以大流量通过滤芯,却以分散流量的结构方式,使滤芯在较小压差下仍能保持良好的过滤性能。这种结构形式的滤芯还有利于滤除液体中的胶状或凝胶性物质。线绕滤芯能以较大的滤孔过滤掉比孔径细小得多的颗粒,因此常被称作精密过滤元件。
四、线绕滤芯的选用
由于竞争激烈,多数滤芯厂家争相压缩成本,主要方法及不良影响如下:
简化绕线方式:虽提高生产效率,但造成滤芯过滤通道大量堵塞,形成盲孔(简化绕线方式会使表层菱形孔被下层纱线拦截,形成盲孔),使线绕滤芯退化成表面过滤型滤芯。
改变内、外径标准,减少滤芯厚度:虽节省纱线原料,但导致过滤层变薄,过滤通道缩短,过滤效果变差,稳定性降低。
使用劣等原料:虽降低成本,但造成滤芯腐蚀。
因此,在选择滤芯供应厂商时,应考察其是否有完备的滤芯质量管理机制,是否有能力确保滤芯质量。
选用线绕滤芯时应注意以下问题:
观察滤芯滤孔是否贯通:滤孔大量堵塞而成盲孔的滤芯已失去绕线滤芯的效果。
检查滤芯内、外径:看过滤层次是否已被缩减。
观察滤芯的纱线、骨架是否有腐蚀情况:腐蚀会弱化过滤效果,造成电镀溶液污染。
五、线绕滤芯的应用领域
线绕滤芯具有流量大、低压差、适用于低粘度介质、抗腐蚀性强等特点,因此广泛应用于大流量纯水系统的前置过滤、电厂钢厂的水污水及循环水处理、食品行业(如食用油、蔬菜油、糖浆、巧克力等浆液的过滤处理)、化学工业制剂处理(如电镀液药液、油漆、油料、涂料、机械用油、切削油、重油、燃油、高粘度树脂、油脂的过滤)、制药过滤等领域。
线绕滤芯的结构以防止纤维方式缠绕在骨架上,具有较高的过滤压力承受能力,同时不损失压力,使用寿命长。聚丙烯纤维无毒无害,加工工艺为热熔非胶粘,非常适用于食品饮料工业。矿泉水、糖浆、酒类、食用油、饮料用水、可乐饮料等产品的生产,以及纯水、有机溶剂、印制线路板、电镀等行业和医药卫生领域,均对线绕滤芯有很高的依赖性。线绕滤芯能有效除去液体中悬浮物、微粒等,流量大,压力损失小,滤渣负荷高,使用寿命长,能承受较高的过滤压力。根据被过滤液体的性质,滤芯有多种材质可供选择,确保滤芯与滤液有良好的相容性。
六、线绕滤芯的过滤原理
线绕滤芯过滤除依靠滤芯粗纱交叉重叠而成的孔径栅格拦截作用外,还包括通道壁上纤维的挂钩作用和颗粒在通道内的沉积作用。
1. 滤芯通道壁上纤维的挂钩作用
液体从滤芯外层流经窄长而弯曲的通道进入内层,通道壁上布满卷曲的纤维绒毛,能将液体中的颗粒钩住并滞留在通道内。
2. 颗粒在滤芯通道内的沉积作用
滤芯通道窄长而弯曲,液体以一定流速通过时会反复撞击通道壁,液体中的颗粒逐渐沉积在通道内,如同河水流经河道弯曲处时污泥沉积下来一样。
3. 过滤原理
待过滤液体由滤器进口压入,经滤芯自外向里透过滤层而被过滤成清澄液体,然后经出口排出。杂质被截留在滤芯的深层及表面,达到过滤目的。液体先由进口管进入过滤器壳体的下部,然后从外向内流过滤芯,较粗的颗粒立即沉淀下来,由排污阀放出,较小的颗粒被滤芯拦截。zui后洁净的液体经滤芯托盘汇集后,由出口管流出。待过滤液体流入线绕滤芯,然后分流于滤芯内部,经过过滤、破乳、水分子长大、聚结的过程,过滤后液体从出口流出,杂质截留在滤芯内,聚结的水珠沉降于沉淀槽中,通过放污阀排出。
4. 线绕滤芯保养
防止颗粒物质进入滤芯内部:使用除尘滤芯(如PP滤芯、线绕滤芯)时,要防止颗粒物质进入滤芯内部,堵塞或卡住系统内部。
定期维护和保养:使用一段时间后,要对滤芯进行维护和保养。
定期清洗:滤芯经过长时间使用后,系统中会沉积大量杂质或其他污染物,需进行清洗以发挥滤芯的zui大作用。
保持滤纸湿润:要保证滤纸始终处于湿润状态,不能出现干燥情况,以延长使用时间并保证过滤精度。
纤维式过滤法保养:通过纤维式过滤法,粉尘容易进入除尘滤芯中的储尘器中,再经过反吹剥落滤筒上的粘性物质,不会影响滤筒过滤效果,也能更好保护环境,zui大程度上延长其使用时间。
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