金屬絲網(wǎng)過濾器詳細說明

金屬絲網(wǎng)過濾器是一種新型的多孔功能材料，?它具有理想均勻的孔徑分布和優(yōu)異的流體滲透性能，?強度高、能較好地承受熱應力及沖擊、可進行機械加工、焊接、清洗再生，?尤其適用于高潔凈度、高安全性的凈化系統(tǒng)。目前，?以剛性燒結(jié)金屬絲網(wǎng)材料為核心的凈化分離技術(shù)與設備的開發(fā)應用，?已被列入“九五”重點科技成果推廣項目。分析過濾器性能的影響因素，?對于降低過濾成本、優(yōu)化過濾器的設計、延長過濾器的壽命均有指導意義。
１?金屬絲網(wǎng)過濾機理
金屬絲網(wǎng)的過濾過程主要包括以下?４?個階段［１］：
（１）過濾起始階段，?雜質(zhì)顆粒隨流體經(jīng)過絲網(wǎng)介質(zhì)時沉積于潔凈絲網(wǎng)表面，?此時主要靠攔截和擴散機理。此時還沒有形成連續(xù)的顆粒層，?壓降損失較小。
（２）?過濾中間階段，?逐漸形成連續(xù)的過濾層，?即濾餅。此時過濾孔徑縮小，?粉塵的攔截沉積作用大幅提高，?過濾效率急劇升高，?壓差迅速升高。
（３）過濾穩(wěn)定階段，?此階段主要靠濾餅的過濾篩分作用，?絲網(wǎng)起著形成濾餅和支撐加強作用，?這時的過濾機理主要為篩分。這時的壓差變化緩慢，?相對中間階段近似不變。
（４）?過濾反吹階段，?隨著濾餅的不斷增厚，?需要進行在線清洗，?實現(xiàn)過濾器的循環(huán)再生。此時除塵效率略有下降，?至此完成一個過濾周期。
金屬絲網(wǎng)過濾器的性能評估包括三個方面，?即過濾效率、壓降和殘余壓降。過濾效率為過濾器出口與過濾器入口的雜質(zhì)量之比。壓降是由于絲網(wǎng)表面的顆粒沉積產(chǎn)生的，?壓降達到預先設定的大值時，?過濾器需要清洗再生。殘余壓降是由于過濾和再生循環(huán)之后過濾介質(zhì)內(nèi)一些沉積的顆粒無法移除干凈而產(chǎn)生的。
過濾效率高說明顆粒被攔截的比例大，?所得流體純度高。但單純追求過濾效率，?會對過濾器的壽命產(chǎn)生負面影響。壓降高導致過濾運行成本高。清洗再生效果不理想會導致殘余壓降升高，?當升高至某極限時過濾過程由于壓力損失過高以及循環(huán)時間過短而變得不經(jīng)濟，?此時需要更換過濾介質(zhì)。這種情況需要盡量避免。圖?１?為典型的壓降與殘余壓降變化曲線。

２?過濾效率的影響因素
金屬絲網(wǎng)的過濾效率可用下式計算：

其中，?Ｎｄｏｗｎ?為過濾器出口的雜質(zhì)顆粒數(shù)目；?Ｎｕｐ?為過濾器入口的雜質(zhì)顆粒數(shù)目。
過濾效率主要與過濾介質(zhì)的結(jié)構(gòu)有關，?即雜質(zhì)粒徑與過濾介質(zhì)孔徑之比［２］。同時還包括過濾介質(zhì)的孔隙率。粒徑與孔徑之比越大，?雜質(zhì)被攔截的幾率也越大，過濾器出口的雜質(zhì)數(shù)量越低，?過濾效率越高。很重要的一點是，?單獨考慮粒徑或孔徑并不能表征過濾效率。此外，?孔隙率增加時，?雜質(zhì)透過絲網(wǎng)的幾率也增加，?過濾效率相應較高。
此外，?過濾效率隨著過濾循環(huán)次數(shù)的增加而升高這是因為，?過濾器在清洗再生過程結(jié)束之后，?其表面仍殘留有部分未被清洗干凈的顆粒，?這些顆粒在之后的過濾過程中，?起到新的過濾介質(zhì)的作用［３］。
３?壓降的影響因素
整個過濾介質(zhì)的壓降由?３?部分組成：?流體在純流體區(qū)的壓降、在絲網(wǎng)介質(zhì)中的壓降以及在濾餅中的壓降。流體區(qū)的壓降變化很小，?相對與其他兩項壓降損失相比所占比例小；?絲網(wǎng)介質(zhì)中的壓降符合達西定律：

其中，?△Ｐ?為多孔介質(zhì)內(nèi)的總壓降，?δ為多孔介質(zhì)的厚度，?ｕ?為多孔介質(zhì)內(nèi)的平均速度，?μ為流體粘度，?ｋ為過濾介質(zhì)滲透率。隨著濾餅的不斷形成，?除了濾餅厚度增長外，?孔隙率不斷減小，?共同的作用結(jié)果使壓降快速升高。壓降的影響因素具體分析如下：
３．１?過濾速度
隨著過濾流速的增加，?壓降增加的速度也逐漸加快。這是由于提高流速在過濾初始濾餅形成階段，?會有更多的顆粒堵塞濾芯的孔隙，?直到濾餅形成時壓降已經(jīng)很高了。所以提高過濾速度要以壓降的急劇升高為代價。
文獻［４］指出：?常溫下，?濾速對燒結(jié)金屬絲網(wǎng)過濾效率的影響不大，?隨著濾速的增加，?燒結(jié)金屬絲網(wǎng)過濾效率略有提高。因此，?適合于在高濾速下工作，?濾速的增加不會帶來過濾效率的降低。
３．２?流體濃度
在同一流速下，?流體濃度越大，?壓差升高得越快。因為濃度的提高，?在相同的過濾速度下，?顆粒堵塞孔隙的幾率越大，?造成過濾壓差增加變快。
３．３?流體溫度
文獻［５］指出，?對于金屬過濾器，?壓降與過濾流體的溫度有關。溫度高時，?由于熱脹冷縮，?導致孔徑增大，?壓降降低。
３．４?顆粒粒徑
對于粒徑越小的顆粒，?壓降增長得越快。因為固體顆粒粒徑越小，?越容易進入過濾介質(zhì)內(nèi)部，?堵塞濾芯內(nèi)的孔隙，?過濾通道減小，?導致過濾壓降升高。相反，?粒徑較大的顆粒，?越容易在濾芯表面形成架橋，?而阻止小顆粒進入介質(zhì)內(nèi)部形成絕對的堵塞。壓差增加得比較緩慢，?有利于過濾過程的進行。
３．５?濾餅的可壓縮性
對于不可壓縮濾餅，?壓降在過濾初始階段增加的比較快，?之后隨著濾餅厚度的增加而線性增加。這是因為金屬絲網(wǎng)在過濾初始的濾餅形成階段，?由于顆粒直接堵塞濾芯內(nèi)部的孔隙，?而導致壓差增長很快。在濾餅形成后，?壓差的增長主要是由于濾餅的不斷增厚而導致的，?所以增長速度變緩。
對于可壓縮濾餅，?壓降則呈指數(shù)增加，?并很快達到大允許壓降，?而且循環(huán)周期非常短，?過濾器壽命也短。
４?殘余壓降的影響因素
殘余壓降是由于過濾器再生之后，?殘留在過濾介質(zhì)內(nèi)部深處無法徹底清除的雜質(zhì)顆粒引起的。濾餅的可壓縮性是殘余壓降的主要影響因素，?此外還包括大允許壓降、過濾速度等。
４．１?濾餅的可壓縮性
可壓縮濾餅的過濾行為比不可壓縮濾餅要復雜得多。對于不可壓縮濾餅，?殘余壓降一般保持在一個較低值，?且在循環(huán)過程中基本恒定。而對于可壓縮濾餅，?由于粒子間的作用力相對較小，?幾個過濾再生循環(huán)之后，殘余壓降升高非常快。
文獻［６］中利用圖?２?分析了殘余壓降的變化機理。其中，?過濾介質(zhì)被分為兩層，?Ｌａｙｅｒ?Ｉ?和?Ｌａｙｅｒ?ＩＩ。Ｌａｙｅｒ?Ｉ代表過濾介質(zhì)的上部區(qū)域，?該區(qū)域內(nèi)的雜質(zhì)顆粒能被完全清除。Ｌａｙｅｒ?ＩＩ?代表過濾介質(zhì)的下部區(qū)域，?該區(qū)域內(nèi)的雜質(zhì)顆粒不能被清除，?即?Ｌａｙｅｒ?ＩＩ?層內(nèi)的顆粒將增加過濾器的殘余壓降。
?????過濾初始階段，ＬａｙｅｒＩ內(nèi)為空，粒子可滲透Ｌａｙｅｒ而進入ＬａｙｅｒＩＩ，并被攔截在ＬａｙｅｒＩＩ的上半部分，如圖?２?所示的灰色區(qū)域。若濾餅層足以承受壓力，?即濾餅為不可壓縮性的，?粒子將在?Ｌａｙｅｒ?Ｉ?層內(nèi)被捕捉，?并被清除干凈。若濾餅為可壓縮性的，?則越來越多的粒子將進入更深的區(qū)域?Ｌａｙｅｒ?ＩＩ，?此時殘余壓降將增加得非常快。
進一步分析指出，?濾餅的壓縮性取決于壓縮應力△Ｐｋ?與可承受應力?ｆ?之比，?并可通過其比值預測殘余壓降的變化。
４．２?大允許壓降△Ｐｍａｘ
過濾過程結(jié)束之后，?過濾器需要再生時的壓降即為大允許壓降△Ｐｍａｘ。大允許壓降較高時，?過濾時間相對較長，?形成的濾餅更厚。