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纳米纤维滤筒与各种滤筒的比较

作者:广州新瑞环保     来源:www.xinruiep.com     发布时间:2018-05-07 14:17:54

纳米技术被广泛用于原子工程食品、抗衰老化妆品、防污服装、自洁窗玻璃、高性能高尔夫球杆和信息存储产品等多种产品。但对于处理散装固体的公司而言,纳米技术最令人兴奋和最有用的应用之一是在滤筒式除尘器中使用纳米纤维介质。当在这些除尘器滤筒中使用时,比人的头发直径小1,000倍的纤维的一个微观层可以转化为滤筒效率、可清洁性、滤筒寿命和能量使用方面的巨大优势。

典型的滤筒是在圆柱形框架上的褶皱织物(称为介质)的圆柱体。该滤筒有两个端盖,一个连接到除尘器的管板上,一个框架可容纳一个或多个滤筒。含尘(脏)空气进入除尘器并通过滤芯滤筒的介质,大部分灰尘留在滤筒外部(脏侧)并嵌入介质中,而干净的空气通过滤芯内部(清洁侧) 。清洁的空气被排放到大气中或回到工厂。脏空气中的灰尘积聚在介质表面和介质内,并定期清洁以确保滤筒能够除去空气中的灰尘。通常,这是通过与脏空气相反的自动定时压缩空气脉冲完成的。

纳米纤维滤筒

脉冲喷射清洁不能去除所有 的灰尘颗粒,尤其是那些嵌入介质中的灰尘颗粒。随着介质内部和内部积聚的灰尘,经过滤筒的空气阻力变得越来越大。试图通过介质的脏空气的压力变得更高,而滤筒清洁侧的空气仍然很低。随着此压差(称为压降)增加,必须使用更多压缩空气来清洁滤筒。最后,清洁变得越来越困难,直到滤筒必须被更换。

滤筒类型

目前用于滤筒的最常见类型的介质是纤维素,与合成纤维(称为混合纤维素)混合的纤维素和具有纳米纤维层(也称为纳米纤维滤筒)的纤维素。这些滤筒很受欢迎,因为它们都相对便宜。纳米纤维滤筒是纤维素最多的,而混合纤维素滤筒是真正的深度加载滤筒:它们由一个均匀介质层组成,可捕获介质中的大部分灰尘颗粒,而一些颗粒附着在介质表面并开始形成尘饼,滤筒最初只捕集较大的颗粒,但随着尘饼的积聚,它减少了介质的孔径并捕获较小的颗粒,从而导致更有效的过滤。当尘饼变得过厚时,压降过高,必须清洁滤筒。定时的空气脉冲清除灰尘表面,但不能 全清除介质中嵌入的所有灰尘。清洁后,过滤恢复,新的尘饼又慢慢形成。这个过程一直持续到过滤介质塞满灰尘,以至于无法再有效清理。然后滤筒必须更换。

相反,纳米纤维滤筒是一种表面加载滤筒:表面加载滤筒在纤维素介质(现称为基材)的顶部具有一层,该层提供薄且精细的表面孔, 该表面捕获大部分灰尘颗粒并让干净的空气通过介质。很少有颗粒迁移到基质中。这使得滤筒更容易清洁。

滤筒制造商已经认识到表面加载的好处,并设计了增加表面加载的方法。例如,目前市场上的一些纤维素或混合纤维素滤筒具有熔喷纤维的外层。熔喷纤维通过挤出熔融聚合物并用热的高速空气吹制而形成。纤维形成非常精细的网状物并施加到过滤介质表面。像纳米纤维层一样,熔喷层可提供更多的表面加载,因此滤筒更易于脉冲清洁。

专用滤筒,如PTFE和纺粘滤筒,也设计用于提供更多的表面加载,但这些滤筒仅用于约20%的粉尘收集应用,主要是那些具有极度粘性或凝聚性粉尘的应用。它们比纤维素、混合纤维素和纳米纤维滤筒的成本高出三倍,所以它们仅在应用有独特要求时才使用。

比较熔喷和纳米纤维表层

具有熔喷或纳米纤维表层的滤筒比深度加载啊滤筒更容易清洁,因为其细纤维网有助于保持表面加载。但由于纳米纤维的直径和纳米纤维表面层的薄,纳米纤维滤筒提供了几个优点。

纤维直径

熔喷纤维的直径约为10微米,如图1a所示。如图1b所示,纳米纤维的直径可以超过小100倍,从0.07到0.15微米不等。这些超薄纤维形成了一个永久性的网状表面,具有非常小的孔隙。

熔喷纤维层

图1a:熔喷纤维层

纳米纤维层

图1b:纳米纤维层

表面层厚度

如图2a所示,熔喷纤维层比纳米纤维层厚约100倍。由于纳米纤维在捕获均匀亚微米尘埃颗粒方面非常有效,因此只需要厚度约为0.1至0.5微米的非常薄的涂层,如图2b所示。相比之下,熔喷层约为50微米厚。这种增加的厚度转化为熔喷层内的深度加载,捕集在脉冲清洁期间非常难以移出的尘埃颗粒。

熔喷纤维表面层厚度

图2a:熔喷纤维表面层厚度

纳米纤维表面层

图2b:纳米纤维表面层

孔径分布

孔径分布是熔喷和纳米纤维层之间的另一个关键区别。在熔喷层中,不同尺寸的纤维缠绕并覆盖。这种缠结在整个层上形成直径达40微米的各种尺寸的孔。相反,纳米纤维层在滤筒表面上具有小得多且尺寸均匀的孔。这最大限度地减少了颗粒对基材的渗透。两个表面层都可以从脏空气中过滤掉亚微米颗粒,但纳米纤维层的细小均匀孔隙可以更有效地进行处理。

纳米纤维层的纤维较小,厚度减小,并且细小均匀的孔径合起来就成为一种更高效,更易于清洁的滤筒。表面加载纳米纤维层产生了一个尘埃块,在清洁过程中容易脉冲掉。由于灰尘并未嵌入介质基材中,纳米纤维滤筒在较低的压降下稳定,显着提高了其过滤效率并最大限度地延长滤筒寿命。

精细纳米纤维网提供特殊表面加

精细纳米纤维网提供特殊表面加载

让我们仔细看看纳米纤维滤筒在几个关键领域与其他滤筒的比较:清洁次数、排放量和过滤效率。 

清洁次数

脉冲清洗对于工厂来说是昂贵的,因为它使用压缩空气,这是工厂中最昂贵的设施之一。这就是为什么需要较少清洁的滤筒是最好的。

深度加载滤筒需要频繁的脉冲清洁,比纳米纤维滤筒多17倍。灰尘在深度加载滤筒的基体内形成,增加了压降,并且需要清洁系统更频繁地发出脉冲以恢复最佳(设计)压降。

具有熔喷层的滤筒比标准的深度滤筒需要少得多的清洁,但比纳米纤维滤筒多得多。例如,具有熔喷表面层的混合纤维素滤筒需要脉冲超过具有纳米纤维层的滤筒的八倍。熔喷层将经受更多的灰尘深度负荷,使得脉冲更难以除去灰尘并使滤筒难再达到可接受的压降。由于纳米纤维层可防止颗粒进入介质,因此滤筒清洁时间间隔更长,所需清洁脉冲更少。随着时间的推移,压缩空气使用量的减少大大降低了除尘器的运行成本。

另外,更少的脉冲可以减少滤筒的压力,延长纳米纤维滤筒的使用寿命。事实上,各种滤筒制造商实验室的测试表明,纳米纤维滤筒的使用寿命长达到标准纤维素和混合纤维素滤筒的两倍。寿命更长意味着更少的滤筒更换、更少的维护和更换滤筒的停机时间更少。

排放量

当喷吹滤筒时,绝大多数灰尘会积聚在除尘器的料斗中。然而,脉冲喷射清洗的不可避免的副产品是一小部分粉尘会释放到大气中。与纳米纤维滤筒相比,标准纤维素滤筒通常向大气中释放多于35倍的灰尘。具有熔喷表层的滤筒要好得多。尽管如此,它还是会比纳米纤维滤筒排放的粉尘多出2-4倍。纳米纤维滤筒不仅可从空气中去除较小的颗粒,而且还需要较少的清洁脉冲,因此总排放量较低。

过滤效率

理想的过滤介质在保持其渗透性的同时保持其过滤效率(也就是说,能够尽可能多地去除灰尘颗粒)。滤筒越透气或多孔,空气越容易通过滤筒,从而导致更低的压降。

在尽可能渗透的同时有效去除微观粒子的想法可能听起来像是矛盾的。历史上,滤筒制造商一直在努力实现这种平衡。一些通过去除最细微的尘埃颗粒使介质孔径变小以提高效率,但这导致更高的压降,这导致更频繁的脉冲清洁。添加熔喷层是另一种解决方案。熔喷层的较小孔径可提高过滤效率,但该层本身会增加介质的附加深度,限制气流并增加压降。相比之下,由于纳米纤维滤筒的表面层非常薄且精细,所以它可以为目前可用的任何滤筒提供最高的过滤效率。实际上,这种纳米纤维层完成所有工作,所以基材的目的主要是结构性的。基材可以是高度可渗透的,从而将非常低的压降与非常高的过滤效率完美结合。

此外,由于使用纳米纤维滤筒可以降低压降,因此除尘系统可以使用功率要求较低的较小风机,这也可以降低电力成本。

滤筒的过滤效率怎么衡量

 多年来,用于散装固体的除尘器滤筒的制造商已经通过颗粒重量来测量过滤效率。例如,评级为 “ 95%的1.0微米颗粒 ”去除灰尘样品中95%(按重量计)的1.0微米颗粒。最近,随着滤筒变得越来越高效,制造商已经开始使用最低效率报告值(MERV)评级。MERV评级由美国采暖、制冷和空调工程师协会(ASHRAE)制定,用于室内空气过滤系统中的滤筒,这些滤筒可从空气中除去极其微小的颗粒。MERV评级是基于粒子数量。该评级测量了一系列测试中新的即用型滤筒的最差情况性能,这些测试可确定在各种粉尘加载下滤筒从粉尘样品中去除的颗粒数量。MERV等级越高(1至20),滤筒在从空气中去除颗粒(尤其是非常小的颗粒)时越好。

MERV评级由独立实验室认证。并非所有的纳米纤维滤筒都具有相同的MERV等级。但是对于效率差异的想法,请考虑以下示例:一些纳米纤维滤筒具有MERV 15评级。这意味着该滤筒在捕获0.3微米至1.0微米的颗粒方面效率至少高达85%,在捕获1.0微米或更大的颗粒方面效率高达90%。一些具有熔喷表层的新型滤筒可能具有MERV 14等级(在捕获0.3至1.0微米颗粒时效率为75至84.9%,捕获1.0微米或更大颗粒时效率为90%)。相比之下,标准纤维素和混合纤维素滤筒可获得MERV 10的评级。

综上所述

虽然MERV评级是最准确的效率测量,但您不应单独选择MERV评级的滤筒。其他标准,包括清洁次数、压缩空气使用量、滤筒寿命、压降和排放量是滤筒性能和生命周期成本的重要决定因素。例如,具有熔喷层的滤筒可以实现高MERV等级,但在更高的压降下操作,具有更短的滤筒寿命,并且需要比纳米纤维滤筒更多的压缩空气和电力来操作。