---

Об эффективности фильтрования

Решая конкретные задачи фильтрации или задачи адекватной замены ранее установленных фильтролементов с известными характеристиками, технологи довольно часто заняты поиском соответствующих фильтров. Недостатка в предложениях, как правило, нет: фирмы-производители фильтрационного оборудования исправно заботятся о том, чтобы вовремя напомнить о своём существовании и известить потребителя о возросшем ассортименте своей продукции

Казалось бы, чего проще: для того, чтобы выбрать из стопки каталогов фильтроэлементы соответствующего форм-фактора и требуемой производительности не нужно быть семи пядей во лбу. Но в процессе работы с каталогами некоторые замечают что характеристика, показывающая, какого размера частицы задерживаются фильтром, называется по-разному. Например, мне встречалось 17 вариантов её названия. Тут невольно возникают вопросы: «Как это понимать?» и «Что с этим делать?»

Одни из терминов имеют большее хождение среди автотранспортных фирм (средняя тонкость отсева, номинальная тонкость отсева) другие чаще применяются теми, кто занимается фильтрацией воздуха (степень очистки). Широко используются такие термины, как номинальное отделение и абсолютное отделение, а есть и экзотические - которые используются только одним производителем (толщина фильтрации). Есть производители, которые одновременно используют несколько терминов, при этом одни из них сообщают, в каких случаях используется каждый термин, а другие считают это излишним.

Кто нам скажет, как величины, носящие разные наименования соотносятся между собой? Ведь и давление можно измерять в барах, в Паскалях, а можно в миллиметрах водного столба или ртутного столба, в конце концов, в psi… Но всем известно, как одну величину перевести в другую. А как соотносятся абсолютное отделение фирмы "Pall" и "средний размер поры" «Технофильтра»?

В принципе, потребителю на интуитивном уровне понятно, что чем меньше цифра, стоящая после названия этого параметра, тем фильтрат должен быть чище, но как эти цифры определяются? Ведь если производители не могут добиться единообразия даже в названии одной характеристики фильтров, надо ли ожидать единообразия в методах её определения?

Те технологи, которым некогда заниматься нюансами терминологии, для себя решают, что все эти названия обозначают одно и то же, и перестают думать на эту тему.

Но принятое допущение ошибочно. И это не единственная возможность для самообмана.

Причинами негативного результата применения, казалось бы, безошибочно выбранных фильтрующих элементов могут быть:

• неправильно понятая маркировка производителя;
• отсутствие информации об изменении характеристик фильтров в зависимости от режимов эксплуатации;
• отсутствие информации об изменении характеристик фильтров в процессе эксплуатации.

К сожалению, информация, предоставляемая каталогами фирм-производителей не всегда полна. А технологи на производстве, в силу загруженности, не имеют возможности досконально разобраться со всеми тонкостями процесса фильтрации.

Начнем с маркировки. О названии параметра было уже сказано выше.

А каким образом определяются те цифры, которые обозначают размер задерживаемых частиц? Эта характеристика самым тесным образом связана с другим, не менее важным параметром ? вероятностью задержания фильтром частиц определенного размера.

Зависимость вероятности задержания фильтром латексных сферических частиц от их размера при определенном (определяемом методикой) перепаде давления (или производительности фильтрации) при фильтрации воды выглядит, чаще всего, следующим образом:

Разброс характеристик, считываемых по кривым разного цвета, соответствует разбросу параметров разных партий фильтров одного производителя, маркированных одним номиналом при фильтрации суспензии латексных частиц в дистиллированной воде, температура которой 20 град. Цельсия, при производительности фильтрации 250 л/час (высота фильтра 10").

Фильтр, характеристика которого изображена на рис.1, разными производителями может быть маркирован на 3, 4, 5 и на 10 мкм.

Фильтрующие элементы от разных производителей, маркированные одной цифрой, характеризующей качество очистки, могут иметь значительный разброс по реальным параметрам.

Разночтение терминов весьма удобно для производителей, выпускающих фильтры низкого качества, поскольку позволяет им безнаказанно завышать потребительские свойства продукции. Потребитель, приобретая фильтр, ожидает, что маркировка произведена по результатам измерения по стандартной методике. Но надежды его не всегда оправданы. И лишь после приобретения и использования фильтра он убеждается в своей ошибке.

Стандартизация наименований характеристик, правил маркировки фильтров, методик испытания давно уже стала насущной необходимостью и, безусловно, будет произведена в ближайшем будущем. Как будут эти характеристики называться, по каким методикам будет производиться тестирование, - это определят сами производители фильтров и фильтрующих материалов (хотя потребителей это тоже интересует). Безусловно, должны тестироваться и импортные фильтрующие элементы и рядом с принятой в этих фирмах маркировкой - стоять параметры, полученные в результате испытания по унифицированным тестам (помните фотопленку с обозначением светочувствительности по DIN и ГОСТ?).

Это было бы не только удобно потребителям, но и выгодно производителям качественных фильтров, фильтрующих элементов и материалов.

Но как будто бы мало нам этой напасти, так ещё фильтрующие элементы, произведенные одной фирмой и маркированные одной цифрой, также могут иметь разброс по реальным параметрам. Думаете, мы преувеличиваем? Рассмотрим, в качестве примера, два фильтрующих мембранных патронных элемента всемирно известной фирмы (мембрана - асимметричный полисульфон) PFT 0.2-10-US-M3 и VZS E 020-10-M3, маркированные на 0,2 мкм. Попробуем заменить один элемент другим. При замене первого элемента на второй, второй элемент покажет существенно меньший ресурс. А при замене второго элемента на первый, качество фильтрата не будет соответствовать требованиям стерильности, предъявляемым потребителем.

В технической документации указана, вероятность задержания частиц 0,2 мкм первым элементом 75%, а второго - 99,99%. С вероятностью 99,9% первый элемент задерживает частицы размером 0,45 мкм.

Всё это кажется удивительным, или, по крайней мере, странным, но поверьте нашему опыту: наша фирма производит «пробные фильтрации» и мы знаем, о чем говорим.

В условиях, когда контрольная фильтрация напитков перед розливом становится стандартом "de facto", успешный выбор фильтрационного оборудования является одним из условий повышения конкурентоспособности продукции на рынке.

Каковы же ориентиры в этом море (правда, пока ещё довольно мелком) фильтров?

Выбирая фильтрующие элементы, следует учитывать, что реальные их характеристики могут существенно отличаться от того, что Вам нужно, но не потому, что производители что?то там "напортачили", а потому что режим эксплуатации фильтров отличается от режимов, при которых снимались характеристики, указанные в каталогах.

Как правило (но не всегда), характеристики фильтров, предназначенных для фильтрации жидких сред, указываются по дистиллированной воде при температуре 20°С; характеристики фильтров, предназначенных для фильтрации газов, указываются по воздуху в "нормальных" нм3/час.

Следует ожидать, что вероятности задержания частиц (эффективность очистки) в реальных условиях будет ниже, если:

• температура фильтруемой среды выше той, при которой производились испытания фильтроэлементов (уменьшение эффективности очистки будет тем более существенным, чем больше коэффициент температурного расширения материала, из которого изготовлен фильтроэлемент);
• производительность фильтрации выше той, при которой производились испытания фильтроэлементов;
• вязкость фильтруемой среды выше вязкости среды, используемой при испытании (при сохранении производительности фильтрации);
• механическая прочность частиц дисперсной фазы меньше прочности латексных частиц, которые были использованы при испытании;
• материал, из которого изготовлен фильтроэлемент, смачивается фильтруемой жидкостью лучше, чем жидкостью, используемой при испытании;
• природа и концентрация электролитов, присутствующих в фильтруемой жидкости, таковы, что уменьшают задержание частиц по механизму адсорбции на материале фильтра.

Явление уменьшения эффективности задержания используют при подборе условий регенерации фильтроэлементов.

Всё это, конечно, интересно, но что делать, когда сталкиваешься с подобными вопросами не в статье, а в действительности? Что бы я, как технолог, хотел увидеть на этикетке фильтра (или в каталоге) в идеале?

• Назначение фильтра (для очистки газов, водных растворов или органических растворителей).
• Информацию по ограничению использования (технического, хозяйственно-бытового, в пищевой промышленности, для производства мед. препаратов и т.п.), т.е. о сертификатах.
• Размер частиц, которые фильтр способен задерживать с вероятностью 90-95% для глубинных и -99,9(9)% для мембранных фильтров. Эти характеристики должны называться по-разному, но термины должны быть едиными для разных сфер применения. Если фильтр предназначен для фильтрации разных сред, то должны быть приведены размеры удерживаемых частиц для каждой среды.
• Рекомендуемую производительность фильтрации (производительность фильтрации, при которой снимались параметры, указанные в п.3).
• Максимально допустимый перепад давления (должен измеряться не на новом, а на уже на забитом фильтре при производительности, указанной в п.4). Этот параметр должен характеризовать не гидравлическое сопротивление фильтра, как это делают сейчас, а перепад давления, при котором вероятность задержания частицы (указанного в п.3 размера) становится меньше требуемой.
• Характеристики гидравлического сопротивления неиспользованного фильтра
  a. перепад давления при рекомендуемой производительности фильтрации;
  b. производительность фильтрации при определенном (допустим, 0,05 МПа) перепаде давления.
• Перечень материалов, из которых изготовлен фильтр.

Температурный диапазон, при котором допустимо использование фильтра.

Одни из фильтров более чувствительны к температуре фильтруемой среды, другие - к перепаду давления, для третьих же более критичным будет наличие электролитов в фильтруемой жидкости. Одни из фильтроэлементов позволяют использовать их после многократной регенерации, а другие - одноразового использования.

Понятно, что элементы с жесткой матрицей (керамика, металл, полимерные материалы) имеют более широкий диапазон рабочих давлений, но, как правило, одновременно и существенно большей ценой (до 10 раз), чем элементы с мягкой матрицей. А из элементов с жесткой матрицей элементы из полимерных материалов дешевле элементов из керамики и металлов.

В любом случае выбор фильтроэлементов - это процесс анализа массива данных, который, помимо технических характеристик, включает и экономические: стоимость фильтроэлементов (расходных материалов), стоимость (и трудоемкость) регенерации фильтроэлементов и, конечно же, стоимость оборудования, используемого для фильтрации.

И вот, наконец, тяжкий труд выбора фильтроэлементов закончен. Но фильтроэлемент ? это только часть фильтра. Как известно, фильтроэлементы должны быть установлены в фильтродержатели.

Выбирая установку фильтрации, следует отдавать предпочтение:

• Установкам каскадной фильтрации, поскольку на стадии предварительной фильтрации можно будет использовать более дешевые фильтры. Это существенно увеличит ресурс более дорогих фильтров, используемых на последней стадии, и тем самым уменьшит себестоимость фильтрата. В общем случае, чем больше каскадов фильтров имеет установка, тем лучше, но при этом, соответственно увеличиваются стоимость установки фильтрации и объём «восстановимого брака». Практика показывает, что в большинстве случаев вполне достаточно двухкаскадной системы.
• Установкам фильтрации, уже имеющим в своём составе насос. Эксплуатация фильтра без насоса приводит к существенному снижению его (фильтра) ресурса. Баланс производительности фильтров и производительности насоса -- залог оптимального сочетания ресурса фильтра и высокого качества фильтрата.
• Установкам фильтрации с автоматикой, способствующей поддержанию стабильного режима работы фильтров. Отсутствие гидравлических ударов при включении и выключении насоса ? гарантия стабильности качества фильтрата.

Наличие гигиенического сертификата на установку, безусловно, должно быть обязательным (Вы ведь не хотите заниматься сертификацией сами?).

Хорошие установки имеют средства КИП, которые позволяют оценить степень выработки ресурса фильтра.

Учитывая сказанное выше о выборе фильтроэлементов, Вы не сильно ошибетесь, определяя количество устанавливаемых 10"-вых фильтроэлементов из расчета 1 элемент - 150-300 л/час. (Если, конечно, Вас интересует, в первую очередь, не отчётность об установке фильтра, а качество фильтрата).

Хочется также отметить, что при выборе установки фильтрации и фильтроэлементов всё-таки будет весьма полезным проконсультироваться со специалистами на предмет решения стоящей перед Вашим предприятием задачи. От них Вы сможете получить подробную дополнительную информацию об элементах и о специфике их применения. В любом случае выбор остаётся за Вами.

Ведущий инженер-технолог ЗАО "МЕТА" Агатицкий В.Г.

Обновлено: 26.12.2022

Полная версия