i. díl definice filtrace, filtračnífiles.jakub-hruza.webnode.cz/200000188-a925aaa211... · 1.5...

38
FILTRACE I. díl Definice filtrace, filtrační vlastnosti, druhy filtrů (součást předmětu Aplikace nanomateriálů) Autor: Jakub Hrůza

Upload: others

Post on 22-Feb-2020

9 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: I. díl Definice filtrace, filtračnífiles.jakub-hruza.webnode.cz/200000188-a925aaa211... · 1.5 Pulzně čištěné hadicové filtry (pulse – jet filters, bag filters) • Princip

FILTRACE

I. díl

Definice filtrace, filtrační

vlastnosti, druhy filtrů (součást předmětu Aplikace nanomateriálů)

Autor: Jakub Hrůza

Page 2: I. díl Definice filtrace, filtračnífiles.jakub-hruza.webnode.cz/200000188-a925aaa211... · 1.5 Pulzně čištěné hadicové filtry (pulse – jet filters, bag filters) • Princip

1. Definice

Filtrace je proces oddělování rozptýlených částic z disperzního prostředí

pomocí porézního média (v našem případě vlákenného útvaru). Disperzní

prostředí může být plynné (vzduch), nebo kapalné (voda, olej, palivo…).

Částice mohou být pevné, nebo kapalné (aerosol).

Upstream

Náletová

strana

Downstream

Strana za filtrem

Filter

Filtr

Channel wall

Stěny kanálu

Dispersed

particles

Rozptýlené

částice

Dispersing

fluid

Disperzní

prostředí

Particles deposited

inside the filter

Částice zachycené

uvnitř filtru

Filter

thickness

Tloušťka

filtru

Face of the filter with „filter cake“ of

deposited particles

Náletová plocha filtru s „filtračním

koláčem“ usazených částic

Page 3: I. díl Definice filtrace, filtračnífiles.jakub-hruza.webnode.cz/200000188-a925aaa211... · 1.5 Pulzně čištěné hadicové filtry (pulse – jet filters, bag filters) • Princip

2. Typy filtrace

1. Podle disperzního prostředí:

• Vzduchová filtrace; Gas (air) filtration

• Kapalinová filtrace; Liquid filtration

2. Podle velikosti filtrovaných částic:

• Hrubá filtrace; Macrofiltration 10-6 m < dp

• Mikrofiltrace; Microfiltration 10-7 < dp < 10-6

• Ultrafiltrace; Ultrafiltration 10-8 < dp < 10-7

• Nanofiltrace; Nanofiltration 10-9 < dp < 10-8

• Reverzní osmóza; Reverse osmosis dp < 10-9

3. Podle způsobu filtrace:

• Plošná filtrace; Flat filtration; Filtrační mechanismy: sítový jev

• Hloubková filtrace; Depth filtration; Filtrační mechanismy: přímý

záchyt, setrvačné usazení, difuzní záchyt, elektrostatický záchyt

Page 4: I. díl Definice filtrace, filtračnífiles.jakub-hruza.webnode.cz/200000188-a925aaa211... · 1.5 Pulzně čištěné hadicové filtry (pulse – jet filters, bag filters) • Princip

2.1 Air / liquid filtration (vzdušná / kapalinová filtrace)

Hlavní rozdíl je ve viskozitě disperzního prostředí a tím i v uplatněných

filtračních mechanismech.

Kapalinová filtrace: Více se uplatňuje plošný způsob filtrace, zejména

sítový efekt. Ostatní mechanismy filtrace jsou potlačeny z důvodu

velkých sil daných proudící kapalinou. K jejich uplatnění dochází

při snížení rychlosti toku, nebo v místech turbulencí. Aplikace:

filtrace paliva, oleje, ostatních kapalin (brzdná kapalina,

hydraulika…). Vyšší jsou nároky na mechanickou odolnost

filtračního materiálu.

Filtrace vzduchu: Mohou být uplatněny oba základní způsoby filtrace v

závislosti na filtračních parametrech (zejména velikost částic a

rychlost jejich pohybu). Aplikace: Kabinový filtr, vzduchový filtr v

motoru, filtr spalin…

Page 5: I. díl Definice filtrace, filtračnífiles.jakub-hruza.webnode.cz/200000188-a925aaa211... · 1.5 Pulzně čištěné hadicové filtry (pulse – jet filters, bag filters) • Princip

2.2 Velikosti běžně se vyskytujících částic

Page 6: I. díl Definice filtrace, filtračnífiles.jakub-hruza.webnode.cz/200000188-a925aaa211... · 1.5 Pulzně čištěné hadicové filtry (pulse – jet filters, bag filters) • Princip

2.3 Surface filtration (povrchová filtrace)

• Podstatou je, že částice jsou zachytávány na povrchu filtru a vytvářejí tzv.

Filtrační koláč (důležité zejména pro čistitelné filtry).

• Uplatňuje se filtrační mechanismus zvaný „sítový jev“. Jeho postatou je,

že dochází k zachycení všech částic větších, než jsou prostory mezi

vlákny (póry).

• Při znalosti velikosti zachytávaných částic lze odhadnout, které částice

budou zachyceny se 100 %-ní účinností.

• Problém je způsob, jak definovat velikost póru a fakt, že při filtraci se

velikost póru mění.

• Typické filtrační materiály, kde se uplatňuje sítový jef: Spunbond,

Tkanina, kde velikost póru lze nastavovat dostavou, případně zátěrem

Vpichovaná textilie opatřená zátěrem, natavená, nebo lisovaná za tepla

Jiný typ netkané textilie lisované za tepla

Směr toku

Řez tkaným fitrem Zachycené

částice

Page 7: I. díl Definice filtrace, filtračnífiles.jakub-hruza.webnode.cz/200000188-a925aaa211... · 1.5 Pulzně čištěné hadicové filtry (pulse – jet filters, bag filters) • Princip

2.4 Depth filtration (hloubková filtrace) •Hloubkový filtr je schopen zachytit i částice řádově menší, než je

velikost mezivlákenných pórů.

•Částice jsou zachyceny na povrchu vlákna pomocí mezipovrchových

sil mezi vláknem a částicí.

•Mechanismy filtrace jsou: přímý záchyt, setrvačné usazení, difuzní

záchyt, elektrostatický záchyt

•Hlavní používané materiály jsou: meltblown, vpichované textilie,

spunlace, objemné netkané textilie pojené chemicky, nebo termicky…

Směr toku

Textilní filtr vyjádřený

jako válce kolmo k toku

částic Zachycené

částice

Page 8: I. díl Definice filtrace, filtračnífiles.jakub-hruza.webnode.cz/200000188-a925aaa211... · 1.5 Pulzně čištěné hadicové filtry (pulse – jet filters, bag filters) • Princip

1. Typy filtrů podle tvaru:

Page 9: I. díl Definice filtrace, filtračnífiles.jakub-hruza.webnode.cz/200000188-a925aaa211... · 1.5 Pulzně čištěné hadicové filtry (pulse – jet filters, bag filters) • Princip

1.1 Ploché filtry – flat filters:

- Nejjednodušší varianta (pouze filtrační rouno umístěné do nosného rámu. Mohou

být opatřeny zpevňující mřížkou.

- Podle technologie a typu filtrace se dělí na:

1.Tenké určené pro povrchovou filtraci. Technologie výroby: tkaniny,

pleteniny, spunbond, spunbond-meltblown (SM).

2.Objemné určené pro hloubkovou filtraci. Technologie výroby: Termicky

nebo chemicky pojené objemné netkané textilie, vpichované textilie,

objemný meltblown …

- Použití:

Levné filtry pro jednoduché aplikace. Digestoře, hrubé předfiltry klimatizací a

ventilačních systémů, vysavače, ochrana různých přístrojů….

a) bulk filter b) thin filter

Polluted

air

Clean

air

Filter Supportin

g grid

Page 10: I. díl Definice filtrace, filtračnífiles.jakub-hruza.webnode.cz/200000188-a925aaa211... · 1.5 Pulzně čištěné hadicové filtry (pulse – jet filters, bag filters) • Princip

Příklady plochých filtrů:

Page 11: I. díl Definice filtrace, filtračnífiles.jakub-hruza.webnode.cz/200000188-a925aaa211... · 1.5 Pulzně čištěné hadicové filtry (pulse – jet filters, bag filters) • Princip

1.2 Skládané filtry – pleated filters:

- Vhodné pro vysoce účinné filtry, kdy filtrační materiál má vysokou účinnost,

ale i vysoký tlakový spád. Proces skládání vede k výraznému zmenšení

tlakového spádu a mírnému zvýšení efektivity filtrace.

- Je možné skládat pouze materiály tuhostí podobné papíru – nevýhoda. Jedná se

o lisované netkané textilie, nebo naplavované vrstvy ze syntetických vláken,

případně skleněných mikrovláken.

- Je nutné umístit filtrační materiál do neprodyšného rámu s tloušťkou 1 – 4 cm –

vyšší cena, vyšší nároky na prostor pro filtr.

- Použití: Kabinové filtry, vzduchové filtry motoru, polomasky, HEPA filtry

(high efficient particulate air filters) tříd E a H pro čištění vzduchu ventilací,

klimatizací….

Polluted

air

Clean

air

Rigid

frame

Filter

Air flow

direction

Filter

thickness

Page 12: I. díl Definice filtrace, filtračnífiles.jakub-hruza.webnode.cz/200000188-a925aaa211... · 1.5 Pulzně čištěné hadicové filtry (pulse – jet filters, bag filters) • Princip

Příklady skládaných filtrů,

Examples of pleated filters:

Page 13: I. díl Definice filtrace, filtračnífiles.jakub-hruza.webnode.cz/200000188-a925aaa211... · 1.5 Pulzně čištěné hadicové filtry (pulse – jet filters, bag filters) • Princip

1.3 Kapsové filtry -pocket filters:

-Princip i výhody podobné jako u skládaných filtrů, tloušťka filtru je ale

srovnatelná s ostatními rozměry.

-Výhodou je možnost zpracovat jakýkoliv textilní materiál (nemusí být tuhý)

-Nevýhodou jsou rozměry a cena – z filtračního materiálu se nejprve šijí kapsy,

které jsou následně ručně vkládány do rámů.

-Lze kombinovat kapsové a skládané filtry – maximalizace filtrační plochy.

-Použití: Filtry tříd F pro ventilace a klimatizace.

Polluted air

Clean

air

Filter

Page 14: I. díl Definice filtrace, filtračnífiles.jakub-hruza.webnode.cz/200000188-a925aaa211... · 1.5 Pulzně čištěné hadicové filtry (pulse – jet filters, bag filters) • Princip

Kombinace kapsového a skládaného filtru:

Maximální filtrační plocha při přiměřených rozměrech. Využití:

kabinové filtry

Polluted air

Filter Clean air

Page 15: I. díl Definice filtrace, filtračnífiles.jakub-hruza.webnode.cz/200000188-a925aaa211... · 1.5 Pulzně čištěné hadicové filtry (pulse – jet filters, bag filters) • Princip

1.4 Patronové filtry (cartridge filters)

• Popis: Plochá (tenká i objemná), nebo skládaná filtrační vrstva

navinutá na perforované dutince.

• Výhodou je velká filtrační plocha při malých rozměrech filtru a

samotěsnící schopnost filtrační vrstvy.

• Použití: Kabinové filtry, vzduchové filtry motoru, palivové filtry,

olejové filtry… Výhodné zejména pro kapalinovou filtraci.

Container

Variants of cartridge

filter cross-section

Flat (bulky)

filter

Pleated filter Filter

Perforated

tube

Polluted air

Clean air

Page 16: I. díl Definice filtrace, filtračnífiles.jakub-hruza.webnode.cz/200000188-a925aaa211... · 1.5 Pulzně čištěné hadicové filtry (pulse – jet filters, bag filters) • Princip

Speciální typ patronového filtru: Kónický filtr (Conical filter) • Výhoda: Díky speciálnímu tvaru malý rozměr, velký povrch, menší

zakřivení proudnic při průtoku. Vhodné pro rychle proudící tekutinu –

palivo.

• Použití: Olejové a palivové filtry.

Filter container

Polluted air

Filter

Flow direction

Cleaned air

Page 17: I. díl Definice filtrace, filtračnífiles.jakub-hruza.webnode.cz/200000188-a925aaa211... · 1.5 Pulzně čištěné hadicové filtry (pulse – jet filters, bag filters) • Princip

Příklady patronových filtrů:

Page 18: I. díl Definice filtrace, filtračnífiles.jakub-hruza.webnode.cz/200000188-a925aaa211... · 1.5 Pulzně čištěné hadicové filtry (pulse – jet filters, bag filters) • Princip

1.5 Pulzně čištěné hadicové filtry (pulse – jet filters, bag filters)

• Princip podobný jako u patronových filtrů, délka několik metrů, počet

několik stovek – určeno pro průmyslovou filtraci.

• Filtr je čistitelný zpětným pulzem, uvolněný filtrační koláč padá do

výsypky.

• Pulz je spuštěn po překroční kritického tlakového spádu filtru 1-2 kPa,

velikost pulzu je 0,5 – 1 Mpa, doba trvání 0,1 - 100 sec.

• Striktně povrchová filtrace, částice musí být zachyceny na povrchu.

• Velké nároky na odolnost vůči namáhání termickému, chemickému a

mechanickému.

• Aplikace: spalovny, cementárny, elektrárny, vápenky….

Inlet of

polluted air

Filters

Back pulse of

pressed air

Output of captured

particles

Outlet of clean air

Page 19: I. díl Definice filtrace, filtračnífiles.jakub-hruza.webnode.cz/200000188-a925aaa211... · 1.5 Pulzně čištěné hadicové filtry (pulse – jet filters, bag filters) • Princip

Příklady hadicových filtrů

Hadice

Podpůrné

mříže

Page 20: I. díl Definice filtrace, filtračnífiles.jakub-hruza.webnode.cz/200000188-a925aaa211... · 1.5 Pulzně čištěné hadicové filtry (pulse – jet filters, bag filters) • Princip

1.6 Bubnové filtry (Drum filters)

• Jedná se o velký patronový filtr s možností průběžného čištění

• Proud vzduchu, nebo kapaliny prochází stěnou bubnu pokrytou

filtračním materiálem zvenčí dovnitř, nebo naopak (dle konstrukce).

• Buben pomalu rotuje a filtrační koláč uchycený na povrchu bubnu je

seškrábnut a odsát statickým sběračem.

• Nutnost povrchové filtrace.

• Aplikace: hrubá průmyslová filtrace vody, nebo silně znečištěného

vzduchu.

Page 21: I. díl Definice filtrace, filtračnífiles.jakub-hruza.webnode.cz/200000188-a925aaa211... · 1.5 Pulzně čištěné hadicové filtry (pulse – jet filters, bag filters) • Princip
Page 22: I. díl Definice filtrace, filtračnífiles.jakub-hruza.webnode.cz/200000188-a925aaa211... · 1.5 Pulzně čištěné hadicové filtry (pulse – jet filters, bag filters) • Princip

1.7 Diskové filtry (disc filters)

• Filtr ve tvaru dutého disku.

• Částice jsou zachyceny na povrchu disku a průběžně seškrabávány

jeho rotací, čistá kapalin je odváděna středem hřídele.

• Pouze povrchová filtrace.

• Aplikace: Čištění vody

Page 23: I. díl Definice filtrace, filtračnífiles.jakub-hruza.webnode.cz/200000188-a925aaa211... · 1.5 Pulzně čištěné hadicové filtry (pulse – jet filters, bag filters) • Princip

3. TEORIE FILTRACE

Vstupní parametry

• Parametry filtru

• Parametry

disperzního

prostředí

• Parametry procesu

filtrace

Vlastnosti filtru

• Efektivita,

Efficiency

• Tlakový spád,

Pressure drop

• Životnost,

Lifetime

• Odolnost vůči

prostředí, Resistivity

against environment

• Ostatní (velikost

póru, prodyšnost…)

Mechanismy filtrace

• Přímý záchyt,

Direct interception

• Setrvačné usazení,

Inertial deposition

• Difuzní záchyt,

Diffusion deposition

• Elektrostatický záchyt,

Electrostatic deposition

• Sítový jev,

Sieve effect

Popisuje vztah mezi vstupními parametry, které buď můžeme nastavit, nebo

je alespoň můžeme změřit a výslednými vlastnostmi, které chceme získat.

To můžeme

nastavit,

nebo změřit

To

potřebujeme

znát

To

chceme

získat

Page 24: I. díl Definice filtrace, filtračnífiles.jakub-hruza.webnode.cz/200000188-a925aaa211... · 1.5 Pulzně čištěné hadicové filtry (pulse – jet filters, bag filters) • Princip

1) Efektivita filtrace, Filter efficiency

Je to množství zachycených částic vztažené na celkové množství

částic nalétávající na filtr.

3.1 Filtrační vlastnosti (Filtration properties):

100.12

1

G

GE

G1 je množství částic nezachycených

filtrem, G2 je množství částic nalétávající

na filtr.

Výraz G1/G2 se nazývá průnik filtru

Efektivita se mění v průběhu procesu filtrace v důsledku zanášení

filtru částicemi (viz. kapitola 3.1.1 „Nestacionární filtrace“)

Page 25: I. díl Definice filtrace, filtračnífiles.jakub-hruza.webnode.cz/200000188-a925aaa211... · 1.5 Pulzně čištěné hadicové filtry (pulse – jet filters, bag filters) • Princip

2) Tlakový spád, Pressure drop

Vyjadřuje odpor filtru vůči toku disperzního prostředí. Je opakem prodyšnosti

filtru. Cílem je najít filtr s velkou efektivitou a nízkým tlakovým spádem.

Výpočet:

p = p1 - p2, kde p1 je tlakový spád před filtrem a p2 za filtrem.

Tlakový spád se mění v průběhu procesu filtrace v důsledku zanášení filtru

zachycenými částicemi. Jeho růstem je obvykle dána životnost filtru – buď naroste

do hodnoty, kdy již není možné požadovaný objem disperzního prostředí

transportovat skrz filtr, nebo dojde k poškození filtru, případně poklesu efektivity

(případně k něčemu tak hroznému, že si to ani nechci představit, natož popsat).

3) Životnost filtru, Filter lifetime

Vyjadřuje délku použitelnosti filtru, může být vyjádřena jako množství částic,

které je filtr schopen zachytit, než dojde k nárůstu tlakového spádu na

definovanou (kritickou) mez. Životnost je určena rychlostí zanášení filtru a

koncentrací částic před filtrem.

Na základě normy EN 799 je definována jako „Dust holding capacity“:

J = Es.mp kde Es je střední hodnota efektivity a mp je

množství částic nanesených na filtr do chvíle, kdy dosáhne hodnotu 250,

respektive 450 Pa. Ze znalosti koncentrace částic lze odhadnout i čas života filtru.

Page 26: I. díl Definice filtrace, filtračnífiles.jakub-hruza.webnode.cz/200000188-a925aaa211... · 1.5 Pulzně čištěné hadicové filtry (pulse – jet filters, bag filters) • Princip

4) Prodyšnost, Propustnost, Permeability

Je to schopnost porézního materiálu transportovat dané množství disperzního

prostředí daným průřezem. Vyjadřuje se různě (pozor! s různými jednotkami)

podle míry zjednodušení.

1) Prodyšnost (tedy propustnost pouze pro vzduch) podle mezinárodních norem

(například EDANA 140.1) je definován rovnicí:

kde k1 je prodyšnost (l/dm2/min), Q je průtok disp. prosředí

(l/min) a A je plocha průřezu filtru.

Permeabilita je měřena při tlakovém spádu 196 Pa ( případně 98,1 Pa nebo jiné) a

nelze správně porovnávat prodyšnosti měřené při různých tlakových spádech.

2) Na základě D´Arcyho zákona je propustnost (zde již obecně pro plyn i

tekutiny) definována dle rovnice:

kde k2 je koeficient propustnosti (permeabilita) (m/Pa/sec) a

p je tlakový spád (Pa).

3) Na základě D´Arcyho zákona lze propustnost definovat se započítáním

viskozity a tloušťky filtru dle vztahu:

kde k3 je koeficient propustnosti (m2), je dynamická

viskozita (Pa.sec), a h (m) je tloušťka filtru.

A

Qk 1

pA

Qk

.

2

pA

hQk

.

..3

Page 27: I. díl Definice filtrace, filtračnífiles.jakub-hruza.webnode.cz/200000188-a925aaa211... · 1.5 Pulzně čištěné hadicové filtry (pulse – jet filters, bag filters) • Princip

4. Podle modelu Hagen-Dupuit-D´Arcy´s lze propustnost definovat vztahem:

Kde k4 je koeficient propustnosti a C je koeficient nelinearity.

Tento model je vhodný pro výpočet propustnosti viskozních tekutin, kde je vztah

mezi tlakovým spádem a průtokem disperzního prostředí nelineární. Míru

nelinearity vyjadřuje koeficient C.

Propustnost filtru s více vrstvami

Máme – li filtr složený z více vrstev a známe-li propustnost k2 jednotlivých vrstev,

pak pro jednoduchý D´Arcyho zákon lze odvodit vztah mezi propustností

jednotlivých vrstev a celkovou propustností. Při předpokladu konstantního průtoku

platí:

,

kde pi and k2i jsou tlakové spády a koeficienty propustnosti jednotlivých vrstev

2

3

...

..

.Q

A

hCQ

AK

hp

i

it pp i itotal KK 11

11

Page 28: I. díl Definice filtrace, filtračnífiles.jakub-hruza.webnode.cz/200000188-a925aaa211... · 1.5 Pulzně čištěné hadicové filtry (pulse – jet filters, bag filters) • Princip

5) Porozita a velikost póru, Porosity and pore size

Porozita je definována jako procento objemu vlákenného materiálu nezaplněného

vlákny.

Důležitější je určení velikosti pórů, která nicméně závisí na definici póru a na

metodě hodnocení jejich velikosti. Pro filtrační aplikace je vhodné definovat

pór jako kruhový (respektive kulový v prostoru) průmět do mezivlákenného

prostoru.

Testovací metody:

1. Obrazová analýza 2D obrazu – přímá metoda. Lze definovat různý tvar póru,

nelze však aplikovat pro obraz 3D struktury.

2. Prosévání definovaných částic skrz textilii. Limitováno velikostí částic do

desetin milimetru, pak jejich prosévání omezuje adheze k vláknům.

3. Průnik tekutiny skrz testovanou textilii. Sleduje se vztah mezi povrchovým

napětím (mezi kapalinou a textilií) a tlakem, kterým je tekutina vytlačována z

textilie (nebo naopak vtlačována)

a) Smáčivá tekutina je vytlačována ven – Bublinková metoda, Bubble point

test (lze měřit i velikost pórů menších, než mikrometr).

b) Nesmáčivá tekutina je vtlačována dovnitř – Mercury porosimetry

Page 29: I. díl Definice filtrace, filtračnífiles.jakub-hruza.webnode.cz/200000188-a925aaa211... · 1.5 Pulzně čištěné hadicové filtry (pulse – jet filters, bag filters) • Princip

Bublinková metoda, Bubble point method:

Umožňuje zjišťovat velikost největšího, případně průměrného póru v textilii.

Vlákenný útvar (u kterého předpokládáme kruhový tvar pórů) je z jedné strany

smočen tenkou vrstvou smáčivé kapaliny. Síla, kterou kapalina proniká pórem je

daná velikostí povrchového napětí a obvodu póru (gravitační sílu lze zanedbat). Z

druhé strany vlákenného útvaru působíme tlakem vzduchu, který se snaží kapalinu z

textilie vytěsnit. Síla je daná tlakem a plochou póru. Z rovnováhy síly dané

povrchovým napětím a síly dané tlakem vytlačujícím kapalinu z póru lze vypočítat

jeho velikost. D je průměr póru, povrchové napětí kapaliny, p působící tlak

vzduchu a Apore plocha kruhového póru.

D

F = . . D

Fp = p . Apore

textile

Wetting

agent

bubble

Page 30: I. díl Definice filtrace, filtračnífiles.jakub-hruza.webnode.cz/200000188-a925aaa211... · 1.5 Pulzně čištěné hadicové filtry (pulse – jet filters, bag filters) • Princip

• Z praktického hlediska je nejjednodušší zjistit velikost největšího póru v textilii,

neboť to je místo, kde při postupném zvyšování tlaku dojde nejdříve k vytlačení

kapaliny z póru – objeví se první bublinka vzduchu.

• Z uvedené rovnosti sil lze snadno odvodit vzorec pro výpočet velikosti

maximálního póru (schválně jej neuvádím, podívejte se na předchozí obrázek a

odvoďte).

• Předpoklad kruhového tvaru póru odpovídá reálné aplikaci, neboť tvar bublinek

je kruhový a také tvar filtrovaných částic je vhodné aproximovat koulí,

respektive kruhem pro 2D projekci.

• Tuto metodu lze upravit i pro zjištění velikosti průměrného póru. Budeme-li

zvyšovat tlak, bude vlákenným útvarem pronikat více vzduchových bublinek.

Dokážeme-li zjistit průtok prošlého vzduchu a vytvořit graf závislosti průtoku

na působícím tlaku, pak porovnáním grafů pro suchý a smočený vlákenný útvar

získáme hodnotu tlaku pro výpočet velikosti průměrného póru.

Kruhový průmět do

prostoru mezi vlákny

– definice póru z

hlediska filtračního

Page 31: I. díl Definice filtrace, filtračnífiles.jakub-hruza.webnode.cz/200000188-a925aaa211... · 1.5 Pulzně čištěné hadicové filtry (pulse – jet filters, bag filters) • Princip

3.1.1 Změna filtračních vlastností

Stacionární a nestacionární filtrace - Statinary and nonstacionary filtration

Filtrační vlastnosti se mění v průběhu filtrace. Zachycené částice se stávají součástí

struktury filtru a tím přinášejí změnu tlakového spádu i efektivity záchytu. Tento

jev můžeme zanedbat pouze v okamžiku počátku filtračního procesu a v tom

případě nazýváme filtrační proces jako „stacionární“. To může být výhodné

například při hodnocení efektivity, která je na počátku nejnižší a z hlediska

filtrace je vhodné znát „nejhorší možné“ vlastnosti. Pokud uvažujeme vliv

zachytávaných částic na změnu vlastností filtru, nazýváme filtrační proces jako

„nestacionární“[Pich, 1964]. Procesy, které mohou probíhat v rámci

nestacionarity filtrace jsou:

1.Ucpávání filtru - Filter clogging: částice ucpávají póry stávajíce se filtrem.

• Růst tlakového spádu a efektivity filtrace

2.Uvolnění zachycených částic - Particle disengagement

• Pokles efektivity a tlakového spádu

3.Kapilární jevy - Capillary phenomena: při filtraci kapalin

• Stékání kapek dohromady - flushing of drops

• Formování kapalných filmů v místě překryvu vláken, transport kapaliny

• Kondenzace vody - condensation of water

4.Ztráta elektrického náboje - Loss of electric charge

• Snížení efektivity filtru - decrease of filter efficiency

5.Protržení filtru - Filter destruction

Page 32: I. díl Definice filtrace, filtračnífiles.jakub-hruza.webnode.cz/200000188-a925aaa211... · 1.5 Pulzně čištěné hadicové filtry (pulse – jet filters, bag filters) • Princip

3.1.2 Testovací metody filtračních vlastností:

Testované vlastnosti jsou: efektivita, dílčí efektivita pro jednotlivé velikosti částic,

tlakový spád, vztah mezi průtokem a tlakovým spádem, životnost….

Jednotlivé metody se liší typem filtrovaných částic (velikostí, disperzitou

velikosti, koncentrací…), parametry procesu (teplota, rychlost…) a způsobem

detekce částic. Následující dělení metod vychází z typu částic.

1) Syntetický prach - Synthetic dust

Jedná se o částice prachu na bázi křemíku, většinou polydisperzní. Parametry

velikosti odpovídají prachu v okolí Arizonských silnic. Velikost částic se pohybuje

od 0,2 do 10 m. Do směsi prachu mohou být přidány i organické látky (saze,

krátká celulozová vlákna…). Množství zachycených částic je detekováno vážením

prachu před a za filtrem. Použití pro hrubé filtry třídy G, částečně jemné filtry

třídy F a předfiltry. Toto měření je vhodné pro sledování průběhu procesu filtrace a

životnosti filtru.

Používané normy: EN 779 [EN 779, 200], ASHRAE 52,2 [ASHRAE 52], etc...

2) Atmosférický prach - Athmospheric dust spot efficiency

Jednalo se o částice prachu ve vzduchu použité pro starší verzi normy EN 779.

Pomocí počítače velikosti a množství částic byly detekovány před a za filtrem.

Nyní je místo těchto částic používán aerosol DEHS se stabilnější kvalitou.

[Gustavsson, 1999] .

Page 33: I. díl Definice filtrace, filtračnífiles.jakub-hruza.webnode.cz/200000188-a925aaa211... · 1.5 Pulzně čištěné hadicové filtry (pulse – jet filters, bag filters) • Princip

3) Olejové aerosoly - Oil aerosols (DEHS, DOP, paraffin oil)

Jedná se o částice olejů produkovaných rozprašováním. Nejznámější jsou:

dioctylphtalate (DOP), diethylhexylsebacate (DEHS) a parafinový olej. Tyto

částice se rozdělují na studené a horké. Je – li olej rozprašován a sušen za studena

(pomocí trysky Laskin), pak rozsah velikostí částic je širší (polydisperzní

aerosol). Je – li olej rozprašován a sušen za tepla, vznikají částice

monodisperzního aerosolu (0,1 – 0,3 m). Množství a velikost částic je

zjišťováno pomocí laserového počítače, nebo spektrofotometricky. S vyjímkou

parafinového oleje lze zjistit efektivitu určité velikosti částic. Částice nejsou

citlivé na elektrostatický náboj, což je výhodné z hlediska detektce nejhorších

možných vlastností. Pro měření HEPA a ULPA filtru jsou používány počáteční

hodnoty měření.

4) NaCl aerosol

Jedná se o částice NaCl rozprášené (aerosol) a vysušené (při testu se tedy nejedná

o aerosol). Tyto polydisperzní částice mají střední velikost 0, 65 m, rozsah 0,02

- 2 hytu se zjišťuje spektrofotometricky. Tato metoda je vhodná pro testování

respirátorů a rychlý test jemných filtrů a HEPA filtrů. Použité normy: BS 4400

[BS 4400, 1969], EN 143 [EN 143, 2000], etc...

5) Test metylenovou modří - Methylen blue test

Není používán.

Page 34: I. díl Definice filtrace, filtračnífiles.jakub-hruza.webnode.cz/200000188-a925aaa211... · 1.5 Pulzně čištěné hadicové filtry (pulse – jet filters, bag filters) • Princip

Shrnutí všech metod: method Test standard

name

particle substance particle

diameter

(m)

particle

preparation

particle

detection

ANSI/AHAM

Arizona roads dust 0,5 - 3 aerosol

generator

aerodynamic

sorter

ASHRAE

EN

CAN

72% fine dust

23% molocco black

5% cotton linters

-

synthetic

dust

ISO

SAE

Testing dust 2 – 125

10 - 40

injector

weighting

method

athmospheric

dust

ASHRAE

CAN

Athmospheric dust Cca. 0,3 straight from

air

opacitometer

(light opacity)

0,3

0,2 – 0,3

evaporation,

condensation

ASTM

ASME/ANSI

IES

MIL-STD

UL

DOP test;

di-octylphtalate

0,3 – 2 Laskin

nozzle

0,1 – 0,3 evaporation,

condensation

EN DEHS aerosol

diethylhexylsebacate

0,2 – 3

Laskin

nozzle

optical particle

counter,

spectrofotometer

oil aerosol

EN

BS

Paraffin oil;

CP27 DAB7 0,40,26 evaporation,

condensation

photometer of

the light

diffusion

aerosol NaCl BS

EUROVENT

EN

NF

NaCl particles 0,02-2

median

0,6

dispersion,

drying

spectrofotometer

Methylene

Blue test

BS

Methylen blue

particles

- dispersion of

water

solution

blue spot size

Page 35: I. díl Definice filtrace, filtračnífiles.jakub-hruza.webnode.cz/200000188-a925aaa211... · 1.5 Pulzně čištěné hadicové filtry (pulse – jet filters, bag filters) • Princip

3.2 Parametry filtrace

Parametry filtrace se dělí do tří skupin:

1. Parametry filtračního materiálu

2. Parametry filtrovaných částic

3. Parametry filtračního procesu

Page 36: I. díl Definice filtrace, filtračnífiles.jakub-hruza.webnode.cz/200000188-a925aaa211... · 1.5 Pulzně čištěné hadicové filtry (pulse – jet filters, bag filters) • Princip

3.2.1 Parametry filtračního materiálu:

•Činná plocha filtru

•Tloušťka filtru

•Hustota a plošná hmotnost filtru

•Hmotová stejnoměrnost filtru

•Parametry materiálu filtru

•Mezipovrchové síly mezi materiálem a filtrovanou částicí

•Elektrické vlastnosti, schopnost udržet náboj

•Mechanické charakteristiky (pevnost, tažnost, modul…)

•Odolnost vůči působení chemikálií, tepla, vlhka…..

•Parametry vláken

•Průměr vláken, jemnost vláken

•Tvar průřezu vláken

•Preparace na povrchu vláken

•Mechanické vlastnosti vláken (pevnost, tažnost…)

•Struktura filtru

•Orientace vláken

•Gradient hustoty

Page 37: I. díl Definice filtrace, filtračnífiles.jakub-hruza.webnode.cz/200000188-a925aaa211... · 1.5 Pulzně čištěné hadicové filtry (pulse – jet filters, bag filters) • Princip

3.2.2 Parametry filtrovaných částic

•Velikost částic - Particle size

•Distribuce velikosti částic - Distribution of particle size

•Koncentrace částic - Concentration of particles

•Tvar a povrch částic - Shape and surface of particles

•Hustota materiálu částic - Particle density

•Elektrické vlastnosti částic - Electrical properties

3.2.3 Parametry filtračního procesu

•Náletová rychlost částic - Face velocity

•Viskozita disperzního prostředí - Viscosity of the flow

•Teplota, tlak, vlhkost - Temperature, pressure, humidity

Page 38: I. díl Definice filtrace, filtračnífiles.jakub-hruza.webnode.cz/200000188-a925aaa211... · 1.5 Pulzně čištěné hadicové filtry (pulse – jet filters, bag filters) • Princip

Konec první části