壓縮空氣過濾器原理與效率比較

壓縮空氣過濾器原理與效率比較
一、空氣過濾原理
空氣過濾的目的是過濾掉含有灰塵、油等雜質(zhì)的空氣，保護(hù)設(shè)備安全，讓機(jī)械設(shè)備使用壽命更長。過濾器的過濾原理有：擴(kuò)散效應(yīng)、攔截效應(yīng)、慣性效應(yīng)、篩效應(yīng)、靜電效應(yīng)，通常是以上一種或幾種組合使用。
擴(kuò)散效應(yīng)：小于1um的灰塵粒子不隨氣流運(yùn)動，而是因空氣分子的撞擊做無規(guī)則運(yùn)動，稱為“布朗擴(kuò)散運(yùn)動”。如果撞在過濾器纖維上就被捕獲。粒子越小，擴(kuò)散運(yùn)動越劇烈，撞擊纖維的機(jī)會越多，過濾效果越好。
攔截效應(yīng)：(一般粒徑在1μm以上)小而輕的灰塵粒子隨氣流而運(yùn)動，當(dāng)繞過纖維時，離纖維表面太近的灰塵就會被攔截下來。
慣性效應(yīng)：較大的灰塵粒子在氣流中做慣性運(yùn)動。當(dāng)氣流繞過纖維時，慣性大的粒子來不及繞過而直接撞到纖維上。灰塵越大，慣性力越強(qiáng)，撞擊纖維的可能性越大，過濾效果越好。
篩效應(yīng)：灰塵直徑如果大于纖維之間的間隙，就會被攔住。一般來說，灰塵直徑遠(yuǎn)小于纖維間隙，也就是說，篩效應(yīng)很少發(fā)生。

靜電效應(yīng)。過濾器纖維和空氣塵粒由于多種原因可能帶上靜電，塵粒會吸引到纖維上。

二、空氣過濾的方式
壓縮空氣中的污染物主要有兩種，一種是被吸入壓縮機(jī)的大氣污染物，其中80％直徑在2μm以下；另一種是壓縮機(jī)的帶出物，呈煙霧狀態(tài)，消散開來便成為0.01～0.8μm的氣溶膠?？諝鈨艋姆绞胶芏喾N，大多為物理方式，其核心部件——空氣過濾網(wǎng)，目前市場上因品牌不同、生產(chǎn)廠商不同，過濾器也從幾百元到上萬元不等。高效率空氣微粒子過濾網(wǎng)，即High-Efficiency Particulate Air，簡稱HEPA。符合HEPA標(biāo)準(zhǔn)的過濾器的用途非常廣，該濾網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)由美國能源部設(shè)定，對粒徑在0.3μm的粒子，過濾效果約為DOP99.97%以上，通常使用的高效濾網(wǎng)可達(dá)到99.99%的攔截效率。HEPA過濾網(wǎng)有完整的分級，根據(jù)使用范圍不同還可分為醫(yī)用等相關(guān)分級。HEPA過濾等級如下表：

高效空氣過濾網(wǎng)按單次濾凈率計算，標(biāo)準(zhǔn)HEPA濾網(wǎng)能過濾空氣中小至0.3微米的微粒，濾凈率至少達(dá)99.97%，被廣泛應(yīng)用于空氣品質(zhì)要求嚴(yán)格的醫(yī)院、實驗室及精密儀器生產(chǎn)車間等場所。單次濾凈率指在濾網(wǎng)吸入空氣到排出新鮮空氣的單次過程里，通過對比空氣微粒數(shù)量的變化來確定濾網(wǎng)的濾凈能力。

三、如何提升過濾效率？
影響過濾效率的幾個因素：穿過濾料的氣流低、濾料面積大、濾料中含有數(shù)量多的細(xì)纖維、靜電電子密度。
濾料與效率關(guān)系：濾料中含有粗細(xì)不等的纖維，濾料中的細(xì)纖維起主要過濾作用，纖維間隙遠(yuǎn)比要過濾的灰塵大，過濾器是深層過濾。
濾料與使用壽命的關(guān)系：蓬松的濾料比密實的濾料能容納的灰塵多，因此使用壽命長；濾料中少量的粗纖維就是為了提高蓬松度和強(qiáng)度。
過濾器結(jié)構(gòu)與阻力的關(guān)系：幾種不同的過濾效應(yīng)同時起作用；過濾器效率隨粒徑不同而變化，效率低點的稱為MPPS（易穿透粒徑），它隨濾料種類、過濾風(fēng)速而變化。好的過濾器——纖維細(xì)、蓬松、濾料面積大！
四、壓縮空氣過濾器選用
根據(jù)壓縮空氣過濾器按濾材的結(jié)構(gòu)形式可分為“深度”過濾器、“網(wǎng)孔”過濾器或深度、網(wǎng)孔結(jié)合型過濾器。
纏繞型濾芯。這種濾芯目前應(yīng)用多，使用廣泛，一般不考慮反向吹洗和重復(fù)使用，基本上為一次報廢性濾芯。主要材質(zhì)為人造絲、尼龍絲、聚丙烯纖維、玻璃纖維等，價格便宜。該形式屬于深層過濾，因此含塵量較大，但過濾精度不甚高，國外產(chǎn)品可除掉0.8μm以上粒子，國內(nèi)為1μm。

無紡布濾芯。這種濾芯主要是用乙烯基纖維素、聚丙烯、聚四氟乙烯的多孔薄膜與補(bǔ)強(qiáng)材料加工為圓筒型濾芯。目前市場上所售過濾器多為這種濾芯的組合體，如醋酸纖維素和硝酸纖維素以及兩種混合材料組成的微孔過濾器，不宜受稀酸、稀堿及無極性液體的腐蝕，但使用溫度不得高于75℃。

聚四氟乙烯濾芯是用純泰氟隆制造的，適用于有機(jī)溶劑、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿，其本身在化學(xué)上也是惰性的，使用溫度在-100～260℃時是穩(wěn)定的。聚氯乙烯濾芯強(qiáng)度高、韌性強(qiáng)，耐中等強(qiáng)度的酸堿，使用溫度不宜高于65℃，否則會軟化，且有毒，故在食品、制藥行業(yè)應(yīng)用上要持慎重態(tài)度。這種濾材的濾芯，無論是液體、氣體，都可除掉大于0.5μm的微塵顆粒，工作壓力一般為0.8～1.0MPa。這種濾芯的一個很大優(yōu)點是，當(dāng)氣體透過時，過濾元件往往會帶靜電荷，這種靜電能夠阻止因懸浮的微小粒子侵入孔道深處而堵塞過濾元件，使粉塵呈松散狀態(tài)沉積于過濾元件表面，易于排掉和清洗。
中空纖維組合濾芯是微孔分布比普通濾膜密集，在每平方厘米過濾面積中的微孔數(shù)量多。普通膜式濾器具有大的微孔尺寸為0.3μm，而中空纖維為0.1μm。中空纖維的使用壽命較長、過濾的安全性、具有較好的透水性能，可用來作為氣體干燥，排除氣體中水分。缺點是加工復(fù)雜，自身在中空狀態(tài)下承受連續(xù)流動時，會使得中空纖維膜破裂，從而導(dǎo)致濾器失效。
粉末冶金多孔濾材是用粉末冶金工藝制得的多孔金屬或多孔合金，具有普通多孔料體因多孔而具備的過濾特性，具有金屬的全部性能，是當(dāng)前過濾材料中的一大類。特點是具有優(yōu)良的透過性能，適用于過濾、流體的均勻分布與滲透裝置等。當(dāng)用于氣體分離時分離效果好，而用于儀器、儀表可以比較精確的控制流體的流動，如大家熟悉的離心式壓縮機(jī)油路系統(tǒng)采用40μm不銹鋼粉末冶金濾材代替以前的金屬網(wǎng)濾材，能有效地防止了固體微粒的侵入，離心機(jī)軸承的壽命可以提高到10～20年，濾效為篩網(wǎng)濾器的3倍以上。比表面積大，作熱交換材料時，可提高熱交換效果，能夠吸收能量，故可作為干燥器排氣的消音、防震和緩沖材料，保持有一定的金屬與合金特性，如導(dǎo)熱、導(dǎo)電、焊接加工等，具有一定的強(qiáng)度和韌性，故可在高壓條件下工作。
多孔陶瓷及其它濾材。多孔陶瓷是在國外出現(xiàn)較早，同時耐壓較高的一種濾材，近年在應(yīng)用上又呈上升的趨勢。使用效果根據(jù)使用條件的不同也很不一致，國內(nèi)產(chǎn)品的使用壽命短為6～8個月，因此為確?？煽啃?，多采用兩級，而且在高壓場合應(yīng)用較多。國外（如美國帕克）過濾器殼體為316L不銹鋼，內(nèi)壁粗糙度僅為0.8μm，承壓高可達(dá)3000lbf/in2(1lbf/in2=6.8948×103MPa)。
五、空氣過濾器應(yīng)具有以下特征
良好的空氣過濾器應(yīng)具有那些性能：過濾效率高，能夠有效過濾掉空氣中的塵埃、花粉等污染物，提供清潔氣源；大面積的空氣過濾器采用多層次的過濾設(shè)計，增大過濾面積，能有效捕捉空氣中的污染物；長壽命，空氣過濾器采用高質(zhì)量的材料制造，能夠經(jīng)久耐用，減少更換次數(shù)和維護(hù)成本；低阻力，在自然吸氣狀態(tài)下保持較低的氣流阻力；安全性，空氣過濾器采用無毒、無害的材料制造，不會產(chǎn)生有害物質(zhì)釋放，對人體和環(huán)境無害；易于安裝和更換，空氣過濾器設(shè)計簡單、安裝方便，更換過濾器也較為容易。
總之，各種濾材在各種不同的部門和場合都有具體使用，至于哪一種濾材比較理想，要綜合氣體壓力、流量、溫度、氣體潔凈度的要求程度，以及使用條件等諸多因素，進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較再確定，不能一概而論。隨著我國引進(jìn)國外設(shè)備、技術(shù)，經(jīng)過消化吸收，轉(zhuǎn)化為我們自己的東西，相信不久將會有更多的國內(nèi)知名品牌涌現(xiàn)，為壓縮空氣的潔凈技術(shù)提供方便和優(yōu)越的條件支持。