压缩空气过滤器原理与效率比较

压缩空气过滤器原理与效率比较
一、空气过滤原理
空气过滤的目的是过滤掉含有灰尘、油等杂质的空气，保护设备安全，让机械设备使用寿命更长。过滤器的过滤原理有：扩散效应、拦截效应、惯性效应、筛效应、静电效应，通常是以上一种或几种组合使用。
扩散效应：小于1um的灰尘粒子不随气流运动，而是因空气分子的撞击做无规则运动，称为“布朗扩散运动”。如果撞在过滤器纤维上就被捕获。粒子越小，扩散运动越剧烈，撞击纤维的机会越多，过滤效果越好。
拦截效应：(一般粒径在1μm以上)小而轻的灰尘粒子随气流而运动，当绕过纤维时，离纤维表面太近的灰尘就会被拦截下来。
惯性效应：较大的灰尘粒子在气流中做惯性运动。当气流绕过纤维时，惯性大的粒子来不及绕过而直接撞到纤维上。灰尘越大，惯性力越强，撞击纤维的可能性越大，过滤效果越好。
筛效应：灰尘直径如果大于纤维之间的间隙，就会被拦住。一般来说，灰尘直径远小于纤维间隙，也就是说，筛效应很少发生。

静电效应。过滤器纤维和空气尘粒由于多种原因可能带上静电，尘粒会吸引到纤维上。

二、空气过滤的方式
压缩空气中的污染物主要有两种，一种是被吸入压缩机的大气污染物，其中80％直径在2μm以下；另一种是压缩机的带出物，呈烟雾状态，消散开来便成为0.01～0.8μm的气溶胶。空气净化的方式很多种，大多为物理方式，其核心部件——空气过滤网，目前市场上因品牌不同、生产厂商不同，过滤器也从几百元到上万元不等。高效率空气微粒子过滤网，即High-Efficiency Particulate Air，简称HEPA。符合HEPA标准的过滤器的用途非常广，该滤网的标准由美国能源部设定，对粒径在0.3μm的粒子，过滤效果约为DOP99.97%以上，通常使用的高效滤网可达到99.99%的拦截效率。HEPA过滤网有完整的分级，根据使用范围不同还可分为医用等相关分级。HEPA过滤等级如下表：

高效空气过滤网按单次滤净率计算，标准HEPA滤网能过滤空气中小至0.3微米的微粒，滤净率至少达99.97%，被广泛应用于空气品质要求严格的医院、实验室及精密仪器生产车间等场所。单次滤净率指在滤网吸入空气到排出新鲜空气的单次过程里，通过对比空气微粒数量的变化来确定滤网的滤净能力。

三、如何提升过滤效率？
影响过滤效率的几个因素：穿过滤料的气流低、滤料面积大、滤料中含有数量多的细纤维、静电电子密度。
滤料与效率关系：滤料中含有粗细不等的纤维，滤料中的细纤维起主要过滤作用，纤维间隙远比要过滤的灰尘大，过滤器是深层过滤。
滤料与使用寿命的关系：蓬松的滤料比密实的滤料能容纳的灰尘多，因此使用寿命长；滤料中少量的粗纤维就是为了提高蓬松度和强度。
过滤器结构与阻力的关系：几种不同的过滤效应同时起作用；过滤器效率随粒径不同而变化，效率低点的称为MPPS（易穿透粒径），它随滤料种类、过滤风速而变化。好的过滤器——纤维细、蓬松、滤料面积大！
四、压缩空气过滤器选用
根据压缩空气过滤器按滤材的结构形式可分为“深度”过滤器、“网孔”过滤器或深度、网孔结合型过滤器。
缠绕型滤芯。这种滤芯目前应用多，使用广泛，一般不考虑反向吹洗和重复使用，基本上为一次报废性滤芯。主要材质为人造丝、尼龙丝、聚丙烯纤维、玻璃纤维等，价格便宜。该形式属于深层过滤，因此含尘量较大，但过滤精度不甚高，国外产品可除掉0.8μm以上粒子，国内为1μm。

无纺布滤芯。这种滤芯主要是用乙烯基纤维素、聚丙烯、聚四氟乙烯的多孔薄膜与补强材料加工为圆筒型滤芯。目前市场上所售过滤器多为这种滤芯的组合体，如醋酸纤维素和硝酸纤维素以及两种混合材料组成的微孔过滤器，不宜受稀酸、稀碱及无极性液体的腐蚀，但使用温度不得高于75℃。

聚四氟乙烯滤芯是用纯泰氟隆制造的，适用于有机溶剂、强酸、强碱，其本身在化学上也是惰性的，使用温度在-100～260℃时是稳定的。聚氯乙烯滤芯强度高、韧性强，耐中等强度的酸碱，使用温度不宜高于65℃，否则会软化，且有毒，故在食品、制药行业应用上要持慎重态度。这种滤材的滤芯，无论是液体、气体，都可除掉大于0.5μm的微尘颗粒，工作压力一般为0.8～1.0MPa。这种滤芯的一个很大优点是，当气体透过时，过滤元件往往会带静电荷，这种静电能够阻止因悬浮的微小粒子侵入孔道深处而堵塞过滤元件，使粉尘呈松散状态沉积于过滤元件表面，易于排掉和清洗。
中空纤维组合滤芯是微孔分布比普通滤膜密集，在每平方厘米过滤面积中的微孔数量多。普通膜式滤器具有大的微孔尺寸为0.3μm，而中空纤维为0.1μm。中空纤维的使用寿命较长、过滤的安全性、具有较好的透水性能，可用来作为气体干燥，排除气体中水分。缺点是加工复杂，自身在中空状态下承受连续流动时，会使得中空纤维膜破裂，从而导致滤器失效。
粉末冶金多孔滤材是用粉末冶金工艺制得的多孔金属或多孔合金，具有普通多孔料体因多孔而具备的过滤特性，具有金属的全部性能，是当前过滤材料中的一大类。特点是具有优良的透过性能，适用于过滤、流体的均匀分布与渗透装置等。当用于气体分离时分离效果好，而用于仪器、仪表可以比较精确的控制流体的流动，如大家熟悉的离心式压缩机油路系统采用40μm不锈钢粉末冶金滤材代替以前的金属网滤材，能有效地防止了固体微粒的侵入，离心机轴承的寿命可以提高到10～20年，滤效为筛网滤器的3倍以上。比表面积大，作热交换材料时，可提高热交换效果，能够吸收能量，故可作为干燥器排气的消音、防震和缓冲材料，保持有一定的金属与合金特性，如导热、导电、焊接加工等，具有一定的强度和韧性，故可在高压条件下工作。
多孔陶瓷及其它滤材。多孔陶瓷是在国外出现较早，同时耐压较高的一种滤材，近年在应用上又呈上升的趋势。使用效果根据使用条件的不同也很不一致，国内产品的使用寿命短为6～8个月，因此为确保可靠性，多采用两级，而且在高压场合应用较多。国外（如美国帕克）过滤器壳体为316L不锈钢，内壁粗糙度仅为0.8μm，承压高可达3000lbf/in2(1lbf/in2=6.8948×103MPa)。
五、空气过滤器应具有以下特征
良好的空气过滤器应具有那些性能：过滤效率高，能够有效过滤掉空气中的尘埃、花粉等污染物，提供清洁气源；大面积的空气过滤器采用多层次的过滤设计，增大过滤面积，能有效捕捉空气中的污染物；长寿命，空气过滤器采用高质量的材料制造，能够经久耐用，减少更换次数和维护成本；低阻力，在自然吸气状态下保持较低的气流阻力；安全性，空气过滤器采用无毒、无害的材料制造，不会产生有害物质释放，对人体和环境无害；易于安装和更换，空气过滤器设计简单、安装方便，更换过滤器也较为容易。
总之，各种滤材在各种不同的部门和场合都有具体使用，至于哪一种滤材比较理想，要综合气体压力、流量、温度、气体洁净度的要求程度，以及使用条件等诸多因素，进行技术、经济比较再确定，不能一概而论。随着我国引进国外设备、技术，经过消化吸收，转化为我们自己的东西，相信不久将会有更多的国内知名品牌涌现，为压缩空气的洁净技术提供方便和优越的条件支持。