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机械捕捉过滤浅谈

作者:admin 来源:未知 时间:1637591104 点击:

[文章前言]:在微粒污染控制中,过滤器是全能的。我们过滤许多东西──洁净室空气、超纯水、工艺用化学药液和高纯气体。我们在真空清洁器的出口处安装过滤器,来过滤工业废水。 工艺过程通

  在微粒污染控制中,过滤器是全能的。我们过滤许多东西──洁净室空气、超纯水、工艺用化学药液和高纯气体。我们在真空清洁器的出口处安装过滤器,来过滤工业废水。

  工艺过程通常需要把液体中的微粒清除掉。当最终用户需要滤除空气传播的分子污染(AMC)时,这种机械装置不是真正的过滤,而是依靠化学吸收作用或物理吸收作用(吸附和吸收)。本文不讨论空气传播的分子污染(AMC)的清除问题。

  眼下,我们把流体定义为任何“流动”的气体和液体,我们也讨论纤维过滤器。与隔膜过滤器相反,在这里,过滤器媒介是由无数独立的纤维组成。过滤器从流体中清除微粒的能力是用效率或是渗透率来表示的:

  ● 效率(E)──在微粒大小和速度一定的情况下,过滤器所清除的那部分微粒(或百分数);

  ● 渗透率(P)──在微粒大小和速度一定的情况下,通过过滤器的那部分微粒(或百分数)。

  效率和渗透率与微粒的大小和流速有关。如果我们想比较两个不同过滤器的性能,我们必须规定一个共同的速度和微粒大小。

  机械过滤的机理是拦截、碰撞和扩散。在过滤过程中,哪一种过滤机理是主要的,这仅仅取决于系统的机械特性,包括微粒直径、微粒速度、过滤纤维的直径、纤维间隔和流体粘度。

  外面的空气中含有大量的大微粒,在过滤这些大微粒时,拦截和碰撞是通常使用的机制。而在工艺气体中,已经对其进行了全面的过滤,扩散是主要的清除机制。在液体中,只有拦截起作用,而碰撞、扩散几乎不起作用。

  在任何过滤器中,虽然某一种过滤机制可能占主导,但很有可能让这三种机制同时起作用,这要看过滤器的特性。

  我们来看看许多束流线)是怎样绕过过滤纤维(见横断面),以及微粒在穿梭中如何被过滤纤维捕获的。这些简化的图说明了基本的工作原理。

  筛分(图 2)实际上是拦截的一种特殊情况。筛分时,环绕着过滤纤维,微粒企图跟着流线方向流动,但由于微粒太大,被相邻的两根过滤纤维所挡住。

  这种现象类似于窗户上的苍蝇,它解释了在我们的家里为什么昆虫没能泛滥。很多人认为,在各种过滤机理中,筛分是最重的,实际上往往是最不重要的。

  在拦截(图 3)的情况下,微粒表面的一部分撞在过滤纤维上,并粘在上面。拦截过滤与微粒的大小和质量有关,所有其他因素都是一样的。

  较大的微粒更容易被拦截,因为它们的大小更接近于过滤纤维,所以很容易被俘获。因为大小和质量通常是有关系的,拦截对大质量的微粒起很大作用。但是,随着微粒质量的增加,碰撞所起的作用越来越大。

  在碰撞(图 4)中,正如我们所预料的那样,微粒跟随着流线的方向行进。但是,在纤维的周围,流线开始弯曲,由于惯性作用占了主导地位,微粒不能跟着流线的方向一起转弯。

  当流体分子跟着流线时,微粒碰撞并且黏附在纤维上。碰撞过滤既受微粒质量的影响,也要受微粒速度的影响。在碰撞的情况下:

  结果,大(重)微粒,或者那些速度高的微粒,通过碰撞的方式更容易把它们清除掉。小(轻)微粒,或那些速度低的微粒,通过碰撞的方式则很容易把它们拦截。当速度和质量减小时,扩散捕捉开始起作用。

  当过滤速度低的小微粒(质量小)时,扩散(图 5)通常是主要的机制。由于微粒小而轻,它们往往会跟随着流线移动。

  但同时,它与流体分子的碰撞往往使它们脱离流线,并且,从理论上讲,会到达过滤纤维上面,微粒的路径类似于布郎运动。

  因为微粒越小(越轻),它们也越容易由于分子的碰撞而移动,也越容易通过扩散而被俘获。在扩散的情况下:

  虽然在这些概念之后有着很多的科学道理,但是归根到底就是这三种俘获机制。正如前面所提到的那样,效率和渗透率是不同的,它们与微粒的大小和速度有关。

  在讨论过滤器时,人们常常问到的问题是:“这些过滤器会俘获我们遇到的微粒吗?”答案通常是:“视情况而定。 ”

  我们不能提供绝对的答案,但是可以给出统计的回答:所有微粒中某个尺寸的微粒有X%将被俘获,也就是我们的

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