Промышленные воздушные фильтры: насколько чистой может быть чистота?

Ричард Фарниш, CEng MIMechE, технический директор Центра технологий обработки сыпучих материалов Вольфсона, Гринвичский университет | 03 марта 2023 г.

Воздушные фильтры, которые используются в устройствах одноразового использования (например, в транспортных средствах или HEPA), имеют довольно простое эксплуатационное требование: улавливать частицы и предотвращать их прорыв при определенном пороговом значении частиц. Напротив, на большинстве промышленных предприятий фильтры должны не только улавливать частицы до заданного размера, но также быть частью интегрированного процесса, который требует удаления захваченного материала и возврата фильтра к приемлемому состоянию. «чистое» (т.е. низкий перепад давления) состояние. Разумеется, ожидается, что такая цикличность улавливания и удаления будет продолжаться с минимальным ухудшением эффективности улавливания или продолжительности жизненного цикла фильтра.

Системы очистки обратной струей широко применяются во многих производителях фильтрующего оборудования и могут служить эффективным средством удаления частиц из фильтрующего материала. Однако качество предлагаемого оборудования и применяемая методология контроля могут существенно различаться – и в большинстве случаев это прямо пропорционально бюджету, выделенному на выполнение задачи. Следствием этого является то, что эффективность очистки и потребление энергии (в виде потребления сжатого воздуха) для таких систем также существенно различаются.

В основу многих конструкций установок заложена номинальная минимальная скорость потока воздуха, которая в сочетании со знанием объема обрабатываемого воздуха служит для определения необходимого общего количества фильтров. В этом отношении требуемая площадь поверхности часто достигается за счет использования гофрированных картриджей, компактность которых позволяет минимизировать размеры корпуса фильтра. Обычно на многих предприятиях используются импульсные системы с обратной струей, обеспечивающие механизм удаления частиц, с помощью которого можно достичь «чистого» состояния фильтра. Опять же, можно обнаружить, что планировка и детальный дизайн значительно различаются по техническому качеству. Выбор пульсового давления также обычно основан на «эмпирических правилах», которые можно легко обойти на рабочем уровне, если эффективность очистки считается недостаточной.

Однако, как и во многих аспектах работы с сыпучими материалами, регулярно встречается ошибочное предположение, что если какое-то давление воздуха хорошее, то должно быть и большее улучшение. Способность гофрированного фильтрующего картриджа (по сути, жесткой конструкции) к очистке не такая же, как у носочного фильтра (гибкой конструкции). В последнем случае расширение и быстрое замедление в ответ на импульс, действующий внутрь больного, являются механизмами отделения частиц. Очевидно, что это невозможно при использовании структурно жесткого складчатого фильтра, и в этом отношении газовый импульс можно рассматривать как средство, с помощью которого воздух/энергия может быть введена на внутреннюю поверхность складчатой ​​конструкции. Следствием этого является то, что вытеснение частиц можно рассматривать как кратковременную/высокоэнергетическую продувку газа (т.е. вытягивание или выдувание частиц из лабиринта внутренних пустот и каналов фильтра). В этом отношении логично, что через фильтрующий материал можно добиться ограниченного потока воздуха (концепция, которая подтвердилась в недавнем исследовании). В этом отношении можно ожидать, что оптимальное мгновенное состояние давления, локальное для внутренней части фильтра, будет таким, что для данной конструкции фильтра увеличение давления за пределами критического диапазона давлений будет приносить незначительный или вообще не приносить пользы от очистки в обмен на увеличение энергии, потребляемой в фильтр. процесс.

В заключение отметим, что наука и технология систем фильтрации твердых частиц по-прежнему являются развивающимся аспектом применения передового опыта в сфере обработки сыпучих материалов в промышленности. Хотя многие системы работают должным образом и не вызывают ненужных проблем, существует также большое количество систем, которые работают неэффективно и требуют регулярного вмешательства. Можно утверждать, что за «инжинирингом стоимости», приводящим к установке маржинальных систем, во многом стоит ошибочное представление о том, что фильтрационные установки не влияют напрямую на эффективность или размер прибыли.