Различные типы промышленных картриджных фильтров

Промышленные картриджные фильтры удаляют взвешенные частицы из жидкостей до того, как они попадают в мембрану, насос, распылительную форсунку, теплообменник или готовый продукт. На полке они выглядят одинаково, но картридж, изготовленный методом экструзии с раздувом, с намотанной нитью, гофрированный или спеченный, может вести себя совершенно по-разному при контакте с реальной технологической жидкостью. Два картриджа с одинаковым номинальным размером фильтрации в микронах могут загрязняться, забиваться и пропускать жидкость совершенно по-разному. Для специалистов по закупкам и инженеров практический вопрос редко звучит так: “Какой тип лучше всего подходит?”. Скорее это будет: “Какая конструкция, фильтрующий материал, номинальная степень очистки и тип торцевых крышек подходят для данной жидкости, данной нагрузки загрязнений и данного корпуса?”. В данном руководстве описаны основные типы картриджей, их отличия, а также то, что необходимо уточнить у поставщика перед размещением заказа.

Как классифицируются промышленные картриджные фильтры?

Промышленные картриджные фильтры классифицируются по четырём независимым параметрам: конструкции (способу расположения фильтрующего материала), материалу фильтрующего элемента, степени очистки и характеристикам корпуса (длине, диаметру, торцевым крышкам и уплотнениям). Рассмотрение всех этих параметров в рамках одного решения часто приводит к ошибкам при составлении технических заданий.

Сравнение картриджей, изготовленных методом экструзии с раздувом, намотанных и гофрированных, от компании MMP Filter делает важное различие: «мелтблаун», «намотанный» и «гофрированный» — это типы конструкции, а не материалы. Полипропилен, полиэстер, нейлон, хлопок или стекловолокно — это материалы, из которых изготовлены фильтрующие элементы. Конструкция определяет, как эти материалы расположены, а их расположение в значительной степени определяет способность удерживать загрязнения, перепад давления и срок службы.

Наиболее полезное первоначальное деление — это разграничение между глубинной и поверхностной фильтрацией:

Глубинные фильтры (метод «melt blown», «string wound») улавливают частицы по всей толщине фильтрующего материала.
Поверхностные фильтры (большинство гофрированных картриджей) улавливают частицы преимущественно на поверхности фильтрующего материала, при этом гофрированная структура материала обеспечивает большую площадь фильтрации.
Гибриды (картриджи с гофрированной структурой) сочетают в себе толстый фильтрующий материал и гофрированную конструкцию.

Рекомендации по выбору от компании Dutch Filtration отмечает, что поверхностные фильтры, как правило, предпочтительнее, когда распределение частиц по размерам имеет узкий диапазон. Глубинные фильтры имеют меньшую площадь фильтрации, поэтому большинство из них не могут сравниться с гофрированными картриджами по пропускной способности.

Основные типы промышленных картриджных фильтров

Картриджи из материала, полученного методом мелтблаун

Картриджи, изготовленные методом экструзии расплава, производятся путем экструзии расплавленного полимера, чаще всего полипропилена, в виде тонких волокон, собираемых на вращающейся оправке. В результате получается структура с градиентной глубиной. Они подходят для удаления осадка, предварительной фильтрации перед обратным осмосом (RO) и общей очистки технологических жидкостей, в которых размер частиц варьируется. Их преимуществами являются низкая удельная стоимость и хорошая грязеудерживающая способность при фильтрации умеренно загрязнённых жидкостей. К их недостаткам относятся более низкая пропускная способность на один картридж по сравнению с гофрированными элементами, а также номинальные характеристики, значение которых может различаться у разных поставщиков.

Картриджи со струнной обмоткой

В картриджах со струнной обмоткой нить наматывается вокруг центрального сердечника по заданной схеме, образуя слои с постепенным изменением плотности. Обзор картриджей компании Pall Описывает их как глубинные фильтры, изготавливаемые из таких материалов, как хлопок, стекловолокно, полипропилен, полиэстер, нейлон и PPS. Сердечник, как правило, изготавливается из нержавеющей стали марки 304 или 316. Выбор нити и сердечника является основным фактором, определяющим технические характеристики: от них зависят химическая совместимость, температурная стойкость и способность выдерживать более крупные осадки или вязкие жидкости. Картриджи с нитяной обмоткой, как правило, рассматриваются как одноразовые предфильтры.

Плиссированные картриджи

В гофрированных картриджах листовой фильтрующий материал обернут вокруг опорного сердечника. Благодаря этому при том же диаметре корпуса обеспечивается гораздо большая площадь фильтрации, чем в случае обычной цилиндрической стенки. Прогноз компании Pall указывается, что гофрированные фильтры подходят для жидкостей с более узким распределением частиц по размерам, а также для применений, требующих высоких расходов при низком перепаде давления. Это наиболее разнообразная группа фильтров. Сложенный лист может представлять собой нетканый материал из полипропилена или полиэстера, либо мембрану, например из PES, PVDF, нейлона или PTFE. Степень удержания может быть номинальной или абсолютной, о чем говорится ниже.

Покупатели, желающие увидеть, как ассортимент плиссированных изделий сгруппирован по материалу, длине и типу края, могут ознакомиться с каталогом компании Lvyuan гофрированные фильтрующие картриджи для промышленной фильтрации жидкостей. Ассортимент включает изделия из полипропилена, PES, PVDF, PTFE, полиэстера, активированного углеродного волокна, а также форматы с высокой пропускной способностью. Также предлагается индивидуальная адаптация изделий под имеющиеся корпуса.

Картриджи с гофрированной структурой и высокой пропускной способностью

Компания Pall также описывает гибридный фильтр, сочетающий в себе глубинную и гофрированную структуру, изготовленный из плотного материала, полученного методом экструзии с раздувом, с конической структурой пор. Он призван объединить грязеудерживающую способность глубинных фильтров с пропускной способностью гофрированных. Картриджи большого диаметра с высокой пропускной способностью развивают ту же логику: большая площадь на одно гнездо в корпусе, меньшее количество картриджей и меньший корпус для заданного расхода. Компромисс заключается в том, что элементы с высокой пропускной способностью используют другие корпуса и уплотнения. Переход на них — это системное решение, а не просто замена картриджей.

Специализированные картриджи: активированный уголь и спеченные элементы

Картриджи с активированным углем устраняют растворённый хлор, органические вещества, привкус и запах, которые не удаляются картриджами с твёрдыми частицами. Элементы из спечённого металла или пористого пластика обладают высокой прочностью, часто поддаются очистке или обратной промывке и подходят для работы в условиях высоких температур, высокого давления или агрессивных сред, хотя их начальная стоимость, как правило, выше. Покупатели, как правило, выбирают их для конкретных технологических задач, а не в качестве универсальных предфильтров.

Сравнение распространенных типов патронов

Приведенная ниже таблица носит качественный характер. В ней описаны типичные тенденции, а не гарантированные показатели; характеристики отдельных продуктов могут варьироваться в зависимости от носителя, номинальной мощности и качества изготовления.

Тип картриджа	Режим фильтрации	Обычно подходит	Основные сильные стороны	Основные ограничения	Уточните у поставщика
Метод «мелтблаун»	Глубина	Осадок, предварительная фильтрация с обратным осмосом, смешанные фракции частиц	Низкая стоимость; хорошая нагрузка на умеренном слое отложений	Меньший расход на один картридж; критерии оценки могут различаться	Номинальная или абсолютная основа; класс «медиа»
Струнная обмотка	Глубина	Тяжёлые осадки, химические вещества, масла, вязкие жидкости	Широкий выбор нитей и сердечников; экономичность	Риск миграции волокон в некоторых конструкциях; как правило, одноразовые	Пряжа, материал сердечника, предельная температура
Плиссированный (нетканый материал)	Поверхностная или номинальная глубина	Предварительная фильтрация с более высокой пропускной способностью, более узкий диапазон размеров частиц	Большая площадь; меньший перепад давления	Может быстро забиваться при загрязненном корме	Медиа, основа для оценки, стиль завершения
Плиссированные (мембранные фильтрующие элементы)	Поверхность	Тонкая или доочистительная фильтрация, жидкости с высокими химическими требованиями	Фиксированный срок хранения; широкий выбор носителей	Более высокая стоимость; требует наличия очищающего предшествующего этапа	Тип мембраны, смачиваемость, данные испытаний
Гибрид с регулируемой глубиной складок	Глубина плюс площадь складок	Широкий диапазон размеров частиц при более высоком расходе	Высокая производительность при хорошей пропускной способности	Менее распространенные форматы	Совместимость с корпусами, данные о рейтингах
Активированный уголь	Адсорбция и улавливание твердых частиц	Хлор, летучие органические соединения (ЛОС), запах, цвет	Удаляет растворенные вещества	Предельная адсорбционная способность	Тип углерода, время контакта, концентрация твердых частиц
Спеченный металл или пластик	Фиксированная глубина	Нагрев, давление, агрессивные среды, многоразовое использование	Поддается очистке; обладает высокой механической прочностью	Более высокая первоначальная стоимость; требуется валидация процессов очистки	Класс пористости, метод очистки, класс материала

Как выбрать гофрированные фильтрующие материалы: PP, PES, PVDF, PTFE и нейлон

В семействе гофрированных фильтров выбор фильтрующего материала имеет большее значение, чем длина картриджа. Совместимость зависит от конкретной жидкости, температуры и чистящих химикатов. Рассматривайте приведенную ниже таблицу как ориентировочное руководство, а не как таблицу совместимости.

СМИ	Общая роль	Моменты, которые необходимо уточнить
Полипропилен (PP)	Общая водная предварительная фильтрация, предварительная очистка с помощью обратного осмоса (RO) и деионизации (DI), множество совместимых технологических жидкостей	Температура, воздействие растворителей и окислителей, расчетные условия
Полиэстер	Применение в условиях осадочных отложений и в общежидкостных средах, отличающихся по химическому составу от полипропилена (ПП)	Химический состав жидкости, температура, конструкция
Мембрана PES	Тонкая фильтрация, где требуется использование гидрофильной мембраны, например, в линиях по производству воды, продуктов питания или напитков	Документация по применению, требования к экстрагируемым веществам
PVDF-мембрана	Тонкая фильтрация агрессивных или химически сложных жидкостей	Точный класс мембраны, предельные значения температуры и давления
Мембрана из ПТФЭ	Очень агрессивные химические среды, газы или растворители	Гидрофобные свойства в водной среде; процедура смачивания
Нейлоновая мембрана	Отдельные технологические жидкости, для которых требуется гидрофильная мембрана	Совместимость с кислотами, окислителями и технологической жидкостью

«Люйюань» 30-дюймовый гофрированный фильтрующий картридж из полипропилена является примером конструкции, полностью изготовленной из полипропилена. В ней используются полипропиленовые фильтрующие элементы, сердечник, каркас и торцевые крышки для воды и совместимых технологических жидкостей; имеются торцевые соединения 222/Fin и опциональные 226/Fin. На странице продукта указано, что допустимый перепад давления снижается с повышением температуры. Поэтому указанное номинальное давление следует рассматривать как расчетное максимальное значение, а не как предел, действующий во всём диапазоне температур. Это правильная привычка при чтении технических характеристик любого картриджа.

Для более точного удержания или при работе с агрессивными жидкостями 5-дюймовый компактный гофрированный картридж из PVDF сочетает в себе PVDF-мембрану и полипропиленовые опорные элементы в корпусе укороченной конструкции. На изображении представлена версия с соединением типа «222/Flat» с двумя уплотнительными кольцами. На странице указано, что фактические номинальные значения, а также пределы температуры и давления зависят от конкретной PVDF-мембраны и конструкции изделия. Уточните эти значения в соответствии с выбранной спецификацией.

Покупатели, которые ещё не определились с выбором медиа, могут начать с настраиваемой платформы, такой как 10-дюймовый гофрированный картридж с возможностью выбора фильтрующего материала: PP, PES, PTFE, PVDF или нейлон. На этой странице содержится важная информация, которую стоит повторить: указанный широкий диапазон размеров в микронах характеризует серию продуктов, а не номинальные значения, доступные для каждого типа фильтрующего материала.

В чём заключается разница между номинальным и абсолютным рейтингом?

Номинальная эффективность означает, что картридж удаляет указанный производителем процент частиц, размер которых равен или превышает заданный. Абсолютная эффективность подразумевает гораздо более высокую и строго определённую эффективность удаления частиц данного размера. Руководство по картриджам компании «Cary» В нем отмечается, что картриджи с номинальной степенью очистки могут задерживать лишь около 75% при заявленном значении в микронах, тогда как картриджи с абсолютной степенью очистки часто достигают 99% и более. Также отмечается, что во многих системах фильтры с номинальной степенью очистки устанавливаются на входе, а фильтры с абсолютной степенью очистки — на выходе.

У этих терминов нет единого универсального определения. Понятие “номинальный размер 5 микрон” у одного поставщика может не совпадать с понятием того же термина у другого. При сравнении предложений уточняйте:

Процент эффективности при указанном размере в микронах.
Метод испытания и испытательная жидкость, использованная для его получения.
Является ли данное число значением, указанным в документах по выделению участка, или типичным значением.

Без этих данных две цены с одинаковым значением в микронах не являются сопоставимыми.

Всегда ли картридж с более мелкой сеткой и гофрированной структурой — лучший выбор?

Нет. Картридж с гофрированным фильтрующим элементом или с более мелким степенью очистки не всегда является более экономичным вариантом. Гофрированный фильтрующий материал обеспечивает большую площадь поверхности, но может быстро забиваться, если в подаваемом потоке присутствуют частицы различного размера или высокая концентрация загрязнений. В такой ситуации картридж с глубинной фильтрацией или установка картриджа с более крупными гофрами перед картриджем с более мелкими гофрами часто обеспечивают более длительный общий срок службы при меньшей стоимости фильтрации на кубический метр.

Правильным критерием сравнения является стоимость на единицу объема жидкости, обработанной до требуемого уровня чистоты. Это включает в себя стоимость картриджа, частоту его замены, затраты на рабочую силу, время простоя и утилизацию, а не только цену за единицу, указанную в коммерческом предложении. Многоступенчатая фильтрация, при которой грубая ступень улавливает основную часть твердых частиц, а тонкая или абсолютная ступень осуществляет доочистку, зачастую является более экономичной схемой. Однако следует учитывать, что многоступенчатость увеличивает количество корпусов, падение давления и сложность системы, поэтому она окупается в основном в тех случаях, когда нагрузка загрязнений значительна.

Частое забивание также является диагностическим признаком. Как Компания «Dutch Filtration» отмечает, что, если фильтр забивается раньше, чем ожидалось, это может свидетельствовать о проблеме в предшествующем технологическом процессе. В таком случае замена типа картриджа может скрыть истинную причину.

Длина, диаметр, торцевые заглушки и уплотнения

Прежде чем картридж сможет начать фильтрацию, он должен правильно устанавливаться в корпус. Проверьте соответствие этих соединительных элементов имеющемуся корпусу или чертежу:

Длина: Обычно используются длины 5, 10, 20, 30 и 40 дюймов. Корпуса на несколько картриджей вмещают несколько картриджей, поэтому уточните количество элементов.
Наружный диаметр: Списки Палла Картридж Profile Star диаметром 30 дюймов и внешним диаметром 2,75 дюйма, в то время как ассортимент гофрированных полиэстеровых картриджей Lvyuan охватывает диапазон от 2,5 до 4,5 дюймов. Не стоит полагать, что “стандартный” означает «идентичный».
Конечная конфигурация: Картриджи с двумя открытыми концами (DOE) герметизируются с обоих концов с помощью прокладок или переходников. Картриджи с одним открытым концом (SOE) герметизируются с одного конца с помощью уплотнительных колец, а с другого — закрыты. Типы 222 и 226 являются распространенными вариантами SOE с ребристыми или плоскими наконечниками. Путеводитель Кэри объясняет, что торцевые крышки ребер удерживаются в верхней фиксирующей пластине корпусов с несколькими картриджами, и что закрытая торцевая крышка позволяет картриджу типа DOE работать как картридж типа SOE.
Материал уплотнителя: Материал прокладки или уплотнительного кольца должен быть совместим с рабочей средой, температурой и чистящими средствами. Несовместимое уплотнение может выйти из строя раньше, чем сама рабочая среда, и привести к образованию байпаса.
Сердечник и опора: Сердечники из полипропилена, нержавеющей стали и других материалов отличаются по термостойкости и давлениестойкости.

Наличие образца картриджа, чертежа или номера модели корпуса позволяет снизить риск заказа несоответствующего интерфейса. Именно поэтому программы по поставке оригинального оборудования (OEM) и запасных частей часто начинаются с предоставления образца.

Распространенные ошибки в технических заданиях

Выбор исключительно по значению в микронах. На фактические эксплуатационные характеристики влияют такие факторы, как основа рейтинга, нагрузка загрязняющими веществами, перепад давления и химическая совместимость.
Ожидание, что картриджи для улавливания твердых частиц удалят растворенные загрязнения. Картриджи с гофрированным осадочным слоем не удаляют растворённый хлор, запах или химические вещества, если в их состав не входят материалы, специально предназначенные для этого.
Без учета снижения номинальных характеристик при повышении температуры. Допустимый перепад давления, как правило, уменьшается с ростом рабочей температуры.
Использование картриджа общего назначения в системах с регулируемым давлением. Для применения в пищевой, напиточной, фармацевтической отраслях, а также в сферах, требующих высокой чистоты, необходимы сертифицированные материалы, средства контроля производства и валидация. Не следует полагать, что обычный промышленный картридж соответствует этим требованиям.
Пропуск этапа предварительной обработки. Тонкий гофрированный патрон, установленный непосредственно за сильно забитой подачей, быстро забивается.

Что следует указать покупателям перед тем, как запросить ценовое предложение?

Точно составленный запрос предложений позволяет поставщику оценить как картридж, так и систему в целом, а не просто подобрать размер по каталогу. Укажите следующее:

Поле «Запрос предложений»	Почему это важно
Жидкость, вязкость и температура	Определяет совместимость носителя, уплотнителя и сердечника, а также их поведение при протекании
Тип загрязняющих веществ и приблизительный диапазон размеров	Определяет, что выбрать: глубинную или гофрированную модель, а также необходимость поэтапной установки
Номинальная степень очистки в микронах и основа для определения степени очистки	Определяет показатели удержания клиентов и эффективности, которые вам следует запрашивать
Расход, рабочее давление и перепад давления	Устанавливает количество картриджей, площадь и сигнал о необходимости замены
Модель корпуса, длина картриджа и наружный диаметр	Предотвращает проблемы с посадкой
Заглушки и уплотнительный материал	Предотвращает обход и выход из строя уплотнения
Объем, структура заказов и целевой рынок	Влияет на ценообразование, обсуждение минимального объема заказа (MOQ) и требования к документации
Требования к соблюдению норм или к документации	Необходимо заранее позаботиться о получении сертификатов на продукцию, предназначенную для контакта с пищевыми продуктами, фармацевтическую продукцию или другие виды сертификации
Образец или чертеж имеющегося картриджа	Ускоряет проверку совместимости при замене деталей или выполнении работ по оригинальному оборудованию (OEM)

Попросите поставщика в письменной форме указать минимальный объем заказа (MOQ), сроки поставки, данные испытаний и имеющуюся документацию в соответствии с вашей спецификацией. Запросите образец для проверки перед тем, как принять решение о серийном заказе.

Часто задаваемые вопросы

Каковы основные типы промышленных картриджных фильтров?

Основными типами являются картриджи, изготовленные методом экструзии с раздувом, с намотанными нитями, гофрированные, гибридные (с гофрированной глубинной фильтрацией), с активированным углем и спеченные. Картриджи, изготовленные методом экструзии с раздувом и с намотанными нитями, относятся к глубинным фильтрам, гофрированные картриджи — в основном к поверхностным фильтрам, а элементы с активированным углем и спеченные элементы предназначены для решения конкретных технологических задач.

В чём заключается разница между глубинными и гофрированными картриджными фильтрами?

Глубинные фильтры задерживают частицы по всей толщине фильтрующего материала и хорошо справляются с частицами разного размера. В гофрированных фильтрах фильтрующий материал складывается в складки, что обеспечивает большую площадь поверхности, меньший перепад давления и более высокую пропускную способность. Они подходят для более узких распределений частиц по размеру и более чистых исходных материалов.

Какой картридж выбрать: с номинальным или абсолютным номиналом?

Выбирайте картриджи с абсолютным номиналом в тех случаях, когда важна точность удержания загрязнений, например, при финальной очистке или защите мембран. Картриджи с номинальным номиналом часто используются в качестве более экономичных предварительных фильтров. Уточняйте процентную эффективность и методы испытаний, поскольку их определения могут различаться у разных поставщиков.

Что означают цифры 222 и 226 на картриджном фильтре?

Это типы торцевых соединений SOE, которые, как правило, определяются размерами уплотнительных колец, используемых для герметизации, и обычно имеют ребристый или плоский наконечник. Они должны соответствовать адаптеру корпуса, поэтому необходимо проверить их по чертежу или образцу.

Можно ли очищать и повторно использовать гофрированные фильтрующие картриджи?

Некоторые конструкции можно очищать, но многие из них являются одноразовыми. Возможность повторного использования зависит от типа среды, конструкции и характера загрязнений. Очистка может повлиять на степень удержания загрязнений или привести к повреждению картриджа, поэтому перед планированием повторного использования необходимо уточнить методы и ограничения у поставщика.

Какая информация необходима поставщику для составления предложения по картриджному фильтру?

Как минимум: жидкость, загрязняющее вещество, целевой размер частиц в микронах, расход, давление, температура, длина и наружный диаметр картриджа, торцевые крышки, материал уплотнений и их количество. Образец картриджа или чертеж позволяют поставщику проверить совместимость с корпусом.

Удаляет ли гофрированный картридж хлор или растворённые химические вещества?

Только в том случае, если в них используются адсорбирующие материалы, такие как активированное углеродное волокно. Стандартные гофрированные картриджи из полипропилена или полиэстера задерживают взвешенные частицы, но не удаляют растворённый хлор, запах или химические вещества.