Filtrēšanai ir izšķiroša nozīme dažādos rūpnieciskos lietojumos, palīdzot atdalīt daļiņas no šķidrumiem (šķidrumiem un gāzēm), izmantojot caurlaidīgu vidi. Ja daļiņas aizņem ievērojamu šķidruma daļu, šo procesu var saukt par "izkliedētu cieto vielu savākšanu". Tomēr, ja daļiņas veido ļoti mazu frakciju (0,01% vai mazāk), process ir pazīstams kā "šķidruma attīrīšana".
Lielākajā daļā filtrēšanas sistēmufiltritiek izmantoti, lai noņemtu daļiņas, kuru izmērs ir no dažiem mikroniem līdz vairāk nekā 40 mikroniem. Mazākā daļiņa, kas redzama ar neapbruņotu aci, ir aptuveni 40 mikronu diametrā. Viens mikrons (µm) ir vienāds ar 1/1000 milimetru jeb 0,000039 collām. Filtri, kas spēj uztvert tik mazas daļiņas, ir būtiski lietojumos, kuros nepieciešami augstas-tīrības šķidrumi vai gāzes.
Filtrēšanas mehānismi
Suspendētas cietās vielas tiek atdalītas no šķidrumiem, izmantojot trīs primāros mehānismus:inerciāla ietekme, difūzijas pārtveršana, untieša pārtveršana. Katra mehānisma nozīme un efektivitāte ir atkarīga no filtra veida un filtrējamā šķidruma īpašībām.
Inerciālā ietekme
Šķidruma plūsmās esošajām daļiņām ir gan masa, gan ātrums, radot impulsu. Šķidrumam plūstot un daļiņām izejot cauri filtra videi, šķidrums pārvietojas pa vismazākās pretestības ceļu un maina virzienu ap šķiedrām. Pateicoties to impulsam, daļiņas mēdz pārvietoties taisnā līnijā, atsitoties pret šķiedrām un tiek noņemtas. Lielākas daļiņas tiek vieglāk novirzītas no šķidruma ceļa, savukārt mazākas daļiņas var ciešāk sekot plūsmai. Gadījumos, kad blīvuma atšķirība starp daļiņām un šķidrumu ir minimāla, inerciālajai ietekmei ir mazāka ietekme.
Difūzijas pārtveršana
Ļoti mazām daļiņām, kurām ir minimāla masa,difūzijas pārtveršanakļūst par primāro noņemšanas metodi. Šajā procesā daļiņas saduras ar šķidruma molekulām, izraisot nejaušu kustību, kas pazīstama kāBrauna kustība. Tā kā daļiņas šīs kustības dēļ pārvietojas nejauši, tās novirzās no šķidruma plūsmas ceļa un palielina sadursmes ar filtra šķiedrām iespējamību. Šis mehānisms ir svarīgāks gāzu filtrēšanā, taču tam joprojām ir mazāka nozīme šķidruma filtrēšanā.
Tiešā pārtveršana
Ja ar inerciālo triecienu un difūzijas pārtveršanu nepietiek,tieša pārtveršanakļūst par ideālu mehānismu daļiņu noņemšanai. Izmantojot šo metodi, daļiņas, kas ir lielākas par filtra poru izmēru, tiek notvertas tieši ar filtra materiālu. Filtri parasti sastāv no daudzām šķiedrām, kas nosaka to atveru izmēru, caur kurām šķidrums iziet. Ja daļiņa ir lielāka par poru izmēru, filtrs to tieši aiztur, kā parādīts procesa diagrammā.
Šis mehānisms ir īpaši būtisks metāla sieta filtriem ar vienādu poru izmēru un mazu biezumu, kur daļiņas tiek noņemtas, tām ejot cauri. Tomēr pat filtri ar nevienmērīgiem poru izmēriem var būt tieša pārtveršana, ja filtra struktūra rada nevienmērīgu plūsmas ceļu.
Daļiņu izdalīšanās "Ietekmes" apstākļos
Noteiktas filtru konstrukcijas īpašos apstākļos var izraisīt daļiņu izdalīšanos. Piemēram, ja mīksta sieta filtrs savāc daļiņas zemā, vienmērīgā šķidruma plūsmā, šīs daļiņas var tikt izkustinātas un izdalītas lejup pa straumi, kad plūsmas ātrums palielinās. Izdalīšanos var pārbaudīt, strauji mainot plūsmas apstākļus un novērojot, vai daļiņas tiek atkārtoti ievadītas sistēmā. Lai novērstu šo problēmu, filtriem jābūt konstruētiem ar pietiekamu strukturālu integritāti, lai novērstu daļiņu izdalīšanos mainīga spiediena apstākļos.
Šķidrumu filtrēšanas efektivitātes uzlabošana
Ir vairākas metodes, kā uzlabot šķidruma filtru filtrēšanas efektivitāti, nodrošinot efektīvu daļiņu noņemšanu. Tie ietver:
Elektrostatiskie nokrišņi
Daudzām daļiņām ir negatīvs lādiņš, savukārt filtra materiāli parasti ir arī uzlādēti. Mijiedarbība starp lādiņiem uz daļiņām un filtra virsmu var būtiski uzlabot daļiņu uztveršanas efektivitāti. Tas ir pazīstams kāelektrostatiskie nokrišņi. Kad filtra materiāls ir uzlādēts (parasti negatīvi), tas piesaista pretēji lādētas daļiņas, palīdzot tās noņemt. Šis process uzlabo daļiņu pārtveršanu, jo īpaši attiecībā uz smalkajām daļiņām, kas citādi varētu iziet cauri filtram.
Flokulācija
Īpaši smalkām daļiņām,flokulācijavar izmantot, lai šīs daļiņas apkopotu lielākās kopās, kuras ir vieglāk filtrēt. Šajā procesā šķidrumam tiek pievienoti polimēru elektrolīti-garas molekulārās ķēdes ar daudziem pozitīviem un negatīviem lādētiem joniem{2}}. Šie elektrolīti palīdz daļiņām agregēt, palielinot to izmēru un ļaujot vieglāk noņemt. Pareiza sajaukšana un maisīšana ir būtiska, lai nodrošinātu daļiņu aglomerāciju, nesadalot flokulēto masu.
Filtru palīglīdzekļi
Pievienojot nelielu daudzumufiltru palīglīdzekļivar arī atvieglot sīko daļiņu noņemšanu. Kopējie filtru palīglīdzekļi ietverdiatomīta zeme, perlīts, ogleklis un celuloze. Šie materiāli uzlabo filtra kūkas porainību un caurlaidību, padarot to efektīvāku smalko daļiņu uztveršanā. Filtru palīglīdzekļus bieži izmanto iepriekšējos procesos vai pirms-pārklāšanas, kur tie palīdz veidot filtra kūku, kas uzlabo filtrēšanas sistēmas veiktspēju.
No ūdens attīrīšanas līdz pārtikas ražošanai un farmācijai, filtrēšana ir būtisks process visās nozarēs. Kā vadošais Ķīnas uzņēmums, kas daudzus gadus ir bijis cieši iesaistīts filtrēšanas nozarē,Hanžikansir apguvis progresīvu filtrēšanas tehnoloģiju un aizrautīgi rūpējas par profesionālu filtrēšanas risinājumu nodrošināšanu. Izprotot dažādus mehānismus,{1}}piemēram, inerciālo triecienu, difūzijas pārtveršanu un tiešu pārtveršanu,{2}}inženieri var izstrādāt efektīvākus filtrus, kas pielāgoti konkrētām lietojumprogrammām. Turklāt filtrēšanas uzlabošana ar tādām metodēm kā elektrostatiskā izgulsnēšana, flokulācija un filtrēšanas palīglīdzekļi var ievērojami uzlabot daļiņu noņemšanas efektivitāti, nodrošinot tīrākus un tīrākus šķidrumus rūpnieciskai lietošanai.
Ieviešot pareizās filtrēšanas metodes un tehnoloģijas, uzņēmumi var ne tikai uzlabot produktu kvalitāti, bet arī veicināt ilgtspējīgāku praksi, efektīvi pārvaldot resursus un samazinot atkritumus.