Патронные фильтры: сравнение плиссированных и намотанных типов
Содержание статьи
Патронные фильтры представляют собой ключевой элемент современных систем фильтрации в промышленности и водоподготовке. Среди множества типов фильтрующих элементов особое место занимают плиссированные и намотанные патронные фильтры, каждый из которых имеет свои уникальные характеристики и области применения.
Основные понятия и классификация патронных фильтров
Патронные фильтры представляют собой цилиндрические элементы стандартного диаметра 70 мм с внутренним перфорированным корпусом. Стандартный фильтрационный патрон представляет собой цилиндр диаметром 70 мм с внутренним перфорированным полипропиленовым корпусом, вокруг которого расположены слои различных фильтрующих материалов. Внешний корпус обеспечивает механическую прочность во время фильтрации, промывки и стерилизации.
Классификация патронных фильтров по механизму удержания частиц включает несколько основных типов: мембранные (преобладает поверхностное удержание частиц), глубинные гофрированные (сочетание поверхностного и глубинного механизма), глубинные волоконные (удержание в объеме материала), сорбционно-фильтрующие (адсорбция) и сетчатые из нержавеющей стали (ситовый механизм). Современные требования регламентируются ГОСТ Р 71490-2024 "Фильтры очистки воздуха общего назначения".
Плиссированные патронные фильтры
Принцип работы и конструкция
Для увеличения поверхности фильтрования очень часто фильтрующую перегородку в патронных фильтрующих элементах делают гофрированной (плиссированной). Такие элементы называют гофрированными или плиссированными картриджами. При этом фильтрующей перегородкой служат нетканые листовые материалы из ацетата, нитрата целлюлозы или других специализированных материалов.
Расчет площади фильтрации
Технология гофрирования позволяет достигать увеличения площади фильтрующей поверхности фильтрующего элемента до 1 м² (для элемента высотой 250мм) при максимальном доступе жидкости (или газа) ко всей площади фильтрующего элемента.
Формула расчета эффективной площади:
Sэфф = Sгеом × Kплиссировки
где Sгеом - геометрическая площадь, Kплиссировки - коэффициент увеличения площади за счет гофрирования (обычно 4-6).
Преимущества плиссированных фильтров
Основные преимущества плиссированных патронных фильтров включают увеличенную площадь фильтрации, высокий ресурс и грязеемкость изделия. Картриджи предлагают поверхностную фильтрацию (плиссированные), что обеспечивает более точное удержание частиц определенного размера.
| Характеристика | Значение | Примечание |
|---|---|---|
| Площадь фильтрации | до 1,0 м² | для элемента высотой 250 мм |
| Тип фильтрации | Поверхностная | Высокая точность задержания |
| Грязеемкость | Высокая | За счет увеличенной площади |
| Эффективность | 90-99,99% | В зависимости от материала |
Намотанные патронные фильтры
Технология изготовления
Изготавливают глубинные фильтроэлементы для патронных фильтров из полипропилена. Основные мировые производители используют для этого метода аэродинамической экструзии микроволокна. В результате применения этой технологии образуется материал для фильтрации с высокой тонкостью очистки.
Пример технологического процесса
Производство намотанных картриджей включает следующие этапы:
1. Аэродинамическая экструзия полипропиленовых микроволокон
2. Формование волокнистой структуры переменной плотности
3. Намотка на перфорированный сердечник
4. Термическое закрепление структуры
Характеристики намотанных фильтров
Глубинную фильтрацию (намотанные и выдувные) обеспечивают картриджи из намотанных нитей различных материалов: хлопка, полипропилена, полиэстера, стекловолокна и нейлона. Картриджи глубинного типа намоточные серий ЭВП и SWS широко применяются в промышленности.
Сравнительная таблица характеристик
| Параметр | Плиссированные фильтры | Намотанные фильтры |
|---|---|---|
| Тип фильтрации | Поверхностная | Глубинная |
| Площадь фильтрации | Высокая (до 1 м²) | Ограниченная геометрией |
| Грязеемкость | Очень высокая | Средняя |
| Точность фильтрации | Абсолютная (>99,9%) | Номинальная (90-99%) |
| Регенерация | Ограниченная | Возможна обратная промывка |
| Материалы | Мембраны, нетканые материалы | Полипропилен, хлопок, полиэстер |
| Применение | Тонкая очистка, стерилизация | Предфильтрация, осветление |
| Срок службы | Длительный | Средний |
Области применения и выбор
Плиссированные фильтры в промышленности
Мембранные плиссированные картриджи применяются для стерилизующей фильтрации жидкостей и воздуха. Патронный фильтр предназначен для фильтрования соков, морсов, спиртов, настоев, сахарных и купажных сиропов. Применение необходимо для осветления, контрольного фильтрования и полировки готовой продукции.
Намотанные фильтры в водоподготовке
В подавляющем количестве случаев различные этапы фильтрования патронными фильтрами, включая предфильтрацию, осветление и полировку, могут проводиться с применением глубинных фильтроэлементов, имеющих более низкую стоимость.
Примеры применения в различных отраслях
Пищевая промышленность: фильтрация воды, пива, соков, алкогольных напитков
Фармацевтика: стерилизующая фильтрация растворов, контроль пирогенности
Химическая промышленность: очистка технологических жидкостей, растворителей
Водоподготовка: предочистка перед мембранными установками
Технологии производства и материалы
Современные технологии гофрирования
Впервые в России технология гофрирования при производстве патронных фильтрующих элементов была разработана и применена компанией «Технофильтр». Эта технология обеспечивает максимальный доступ жидкости ко всей площади фильтроэлемента, обеспечивая высокий ресурс и грязеемкость изделия.
Материалы для намотанных фильтров
Фирма SARTORIUS выпускает фильтроэлементы SARTOFINE и SARTOPURE, фирма PALL – PROFILE II. Популярны у потребителей фильтроэлементы, которые производит фирма CUNO, а также PURTREX и HURTREX II фирмы OSMONICS.
| Материал | Применение | Особенности |
|---|---|---|
| Полипропилен | Универсальное | Химическая стойкость |
| Хлопок | Пищевая промышленность | Натуральный материал |
| Полиэстер | Высокие температуры до 150°C | Повышенная термостойкость |
| Стекловолокно | Агрессивные среды | Химическая инертность |
| Нейлон | Специальные применения | Механическая прочность |
Экономическая эффективность эксплуатации
Анализ эксплуатационных затрат
Экономическая эффективность применения разных типов фильтров зависит от загрязненности фильтруемой среды, грязеемкости фильтра и, соответственно, частоты и трудоемкости обслуживания.
Расчет грязеемкости фильтра
При расчете грязеемкости стандартно принимаем максимальную толщину слоя загрязнений t = 0,5 см. Таким образом, упрощенно считаем грязеемкость по формуле: G = Sобщ ∙ t ∙ ρ
где:
G - грязеемкость (кг)
Sобщ - общая площадь фильтрации (м²)
t - толщина слоя загрязнений (м)
ρ - плотность загрязнений (кг/м³)
Факторы, влияющие на выбор
К основным преимуществам патронного фильтра относятся более тонкое фильтрование, высокая химическая чистота используемых материалов, небольшой вес, герметичность. Все это позволяет снизить потери продукта во время фильтрования, повысить уровень санитарных условий в производственных помещениях.
Критерии выбора оптимального решения
Технические параметры
При выборе между плиссированными и намотанными фильтрами необходимо учитывать требуемую степень очистки, производительность системы, характеристики фильтруемой среды и экономические факторы.
- Для тонкой очистки и стерилизации выбирайте плиссированные фильтры
- Для предфильтрации и осветления подходят намотанные фильтры
- При высокой загрязненности среды предпочтительны плиссированные типы
- Для экономии эксплуатационных расходов рассмотрите намотанные варианты
Практические рекомендации
При выборе типа картриджей не стоит выбирать только по производительности и селективности, следует учитывать их специфические характеристики. Важно также рассматривать возможность регенерации, совместимость с фильтруемой средой и требования к качеству очистки.
Часто задаваемые вопросы
Для питьевой воды рекомендуются плиссированные фильтры с мембранными элементами, обеспечивающие высокую степень очистки от бактерий, вирусов и микрочастиц. Намотанные фильтры лучше использовать на стадии предочистки для удаления крупных механических примесей.
Срок службы зависит от типа фильтра и условий эксплуатации. Плиссированные фильтры обычно служат 3-6 месяцев, намотанные - 1-3 месяца. Замена производится при достижении максимального перепада давления или снижении качества фильтрации.
Поверхностная фильтрация (плиссированные фильтры) задерживает частицы на поверхности мембраны, обеспечивая точное разделение по размеру. Глубинная фильтрация (намотанные фильтры) улавливает частицы в объеме фильтрующего материала, что обеспечивает большую грязеемкость.
Намотанные фильтры допускают ограниченную регенерацию обратной промывкой. Плиссированные мембранные фильтры обычно одноразовые, хотя некоторые типы можно промывать специальными растворами. Эффективность после регенерации снижается.
Для агрессивных химических сред рекомендуются фильтры из стекловолокна, PTFE или специальных полимеров. Полипропиленовые фильтры подходят для большинства водных сред, но могут разрушаться в присутствии сильных кислот или растворителей.
Площадь фильтрации рассчитывается исходя из требуемой производительности, вязкости жидкости и допустимого перепада давления. Для плиссированных фильтров эффективная площадь в 4-6 раз больше геометрической за счет гофрирования.
Да, температура существенно влияет на работу фильтров. Полипропиленовые элементы работают до 95°C (размягчение при 140°C), полиэстерные - до 150°C. При повышенных температурах снижается механическая прочность и может измениться размер пор, что влияет на качество фильтрации.
Абсолютная степень фильтрации означает, что 99,9% частиц определенного размера будут задержаны (характерно для плиссированных мембранных фильтров). Номинальная степень - это средний размер пор, при котором задерживается 90-99% частиц (типично для намотанных фильтров).
Основные параметры контроля: перепад давления на фильтре, качество фильтрата и производительность. Увеличение перепада давления сигнализирует о засорении фильтра. Снижение качества очистки указывает на необходимость замены элемента.
Основные ошибки: выбор только по цене без учета эксплуатационных расходов, неправильная оценка загрязненности среды, игнорирование химической совместимости материалов, неучет температурных условий и недооценка необходимой производительности системы.
Отказ от ответственности: Данная статья носит ознакомительный характер и не является руководством к действию. Перед выбором и установкой фильтрационного оборудования рекомендуется консультация со специалистами.
Источники информации: НПП Технофильтр, REINBERG, Альтаир, Стронг-Фильтр, Filtertechnik, ГОСТ Р 71490-2024, SARTORIUS AG, PALL Corporation, материалы технических конференций по фильтрации 2024-2025 гг.
