Filtracja przemysłowa

Filtracja przemysłowa powietrza polega na usuwaniu cząstek stałych, zanieczyszczeń i innych niepożądanych składników z powietrza w środowisku przemysłowym. Jest to kluczowy proces w wielu branżach, aby zapewnić jakość powietrza oraz bezpieczeństwo pracowników. W odróżnieniu od filtracji tzw. procesowej ten dział filtracji dotyczy sytuacji, gdy filtrowane medium (np. sprężone powietrze) nie ma bezpośredniego kontaktu z produktem, natomiast tutaj to filtrowane medium jest przeznaczone jedynie do zasilania elementów wykonawczych, zaworów  i np. napędów w instalacji.

Klasa filtracji odnosi się do zdolności filtra do separacji cząstek o określonym rozmiarze. Na przykład filtry HEPA są klasyfikowane do usuwania 99,97% cząstek o wielkości 0,3 mikrometra. Norma ISO 8573, oznaczająca daną klasę czystości w formie 3 cyfr (np. 2.4.2) i zawierająca wytyczne dotyczące klasyfikacji / jakości sprężonego powietrza, określa czystość gazu odnoszącą się do kolejno : zawartości resztkowej cząstek stałych, wody i oleju.

Filtr HEPA usuwa 99,97% cząstek o wielkości 0,3 μm, podczas gdy filtr ULPA usuwa co najmniej 99,999% cząstek o wielkości 0,12 μm.

Filtracja jest stosowana w wielu branżach, takich jak farmaceutyczna, spożywcza, elektroniczna, chemiczna, motoryzacyjna i wielu innych.  Praktycznie wszędzie tam, gdzie nośnikiem energii jest sprężone powietrze, ten typ filtrów (w połączeniu z osuszaniem) jest powszechnie stosowany jako podstawowa metoda zapewnienia właściwej jakości w instalacji.

Częstotliwość wymiany zależy od rodzaju filtra, stopnia zanieczyszczenia powietrza oraz wymagań konkretnego procesu. Należy regularnie monitorować filtry i wymieniać je zgodnie z zaleceniami producenta lub gdy zauważalne jest spadki efektywności. Zwykle producenci zalecają wymianę elementów filtracyjnych przynajmniej 1x/rok.

Mogą one obejmować naruszenie norm jakości powietrza, ekspozycję pracowników na szkodliwe substancje oraz korozję urządzeń w instalacji i potencjalne uszkodzenie sprzętu i produktów oraz obniżenie wydajności np. linii produkcyjnej.

Standardy te różnią się w zależności od kraju i branży. Wiele krajów opiera się na normach ISO lub lokalnych standardach jakości powietrza. Bazowym standardem jakości w państwach Unii Europejskiej jest norma ISO 8573.

To miara określająca, jak skutecznie filtr usuwa cząstki z powietrza. Wyrażana jest zwykle w procentach na podstawie obliczenia ilorazu pomierzonej podczas badań ilości cząstek obecnych przed- oraz za konkretnym filtrem,  przy uwzględnieniu właściwości (rozdzielczości) jego materiału filtracyjnego.

Do najczęściej używanych materiałów należą włókna szklane, poliestry, celuloza, węgiel aktywowany oraz różne mieszanki syntetyczne.

Tak, wysoka wilgotność może wpłynąć na skuteczność niektórych typów filtrów, zwłaszcza tych, które są biodegradowalne lub higroskopijne.

Najczęstsze metody to testy oparte na fizycznym zliczaniu przez miernik ilości cząstek stałych, testy przepuszczalności, spadku ciśnienia.

To technika używana do usuwania kropelek wody i oleju z powietrza. Materiał filtracyjny koalescencyjny wymusza zjawisko  zderzania się cząsteczek  wody/oleju wprowadzanych do filtra w postaci aerozolu, powodując ich łączenie i tworzenie większych kropli (przy przechodzeniu przez materiał filtracyjny), które są łatwiejsze do usunięcia (zwykle grawitacyjnie krople spływają do dolnej części obudowy filtra).

Zbyt wysoka prędkość może prowadzić do zmniejszenia skuteczności filtracji i potencjalnych uszkodzeń / utraty integralności materiału filtracyjnego.

Niektóre filtry są zaprojektowane do mycia i wielokrotnego użytku, ale większość wymaga wymiany po osiągnięciu maksymalnej pojemności zanieczyszczeń, zwykle niezbędna jest wymiana elementów filtracyjnych 1x /rok.

Może to prowadzić do niewystarczającej filtracji, szybszego zużycia filtra, większego oporu przepływu oraz (zależnie od zastosowania) potencjalnych problemów zdrowotnych dla pracowników.

Do najpopularniejszych technologii należą sensory ciśnienia, sensory przepływu, czujniki pyłu oraz manometry różnicowe.

Różnica ciśnień, często nazywana oporem przepływu, jest wskaźnikiem obciążenia filtra. Zbyt duża różnica wskazuje na zatkanie filtra lub jego nadmierne zużycie. Monitoring różnicy ciśnień jest kluczowy dla optymalnej eksploatacji filtrów.

Jest to rozmiar cząstki, który opisuje jej zachowanie podczas przepływu przez powietrze. Pomaga to w dobieraniu filtrów w celu skutecznego usunięcia określonych rozmiarów cząstek.

Grubsze materiały  mogą mieć większą pojemność zatrzymywania cząstek, ale mogą również powodować większy opór przepływu. Wybór typu zależy od wymagań danej aplikacji.

Filtracja powierzchniowa polega na zatrzymywaniu cząstek na powierzchni filtra, podczas gdy filtracja wgłębna zachodzi w całej objętości medium filtracyjnego, co pozwala na większą pojemność zatrzymywania zanieczyszczeń i skuteczniejszą separację.

Filtr o niskiej porowatości może skuteczniej usuwać mniejsze cząstki, ale również może prowadzić do szybszego zatkania i większego oporu przepływu.

Tak, wysoka temperatura może zmniejszyć zdolność adsorpcji węgla aktywnego, a wysoka wilgotność może prowadzić do szybszego nasycenia węgla, co wpływa na jego skuteczność w usuwaniu gazów. Filtry z elementami filtracyjnymi węglowymi instaluje się za filtrami wstępnymi, osuszaczem i filtrami  dokładnymi.

Niektóre techniki obejmują oczyszczanie w myjkach ultradźwiekowych, odwrócone przepływy powietrza, mycie chemiczne oraz termiczne regeneracje, w zależności od typu i zastosowania filtra.

Filtry wielowarstwowe mogą połączyć różne media filtracyjne, oferując bardziej wszechstronne usuwanie zanieczyszczeń, dłuższą żywotność i lepszą efektywność.

PSE jest miarą skuteczności filtracji w odniesieniu do różnych rozmiarów cząstek. Pokazuje, jak dobrze jeden kompletny filtr radzi sobie z usuwaniem cząstek o konkretnych rozmiarach.

Do głównych czynników należą: rodzaj i wielkość cząstek do usunięcia, wymagania dotyczące efektywności filtracji, temperatura i wilgotność środowiska, a także chemikalia obecne w powietrzu oraz ograniczenia dotyczące materiałów niedopuszczonych do stosowania w danej fabryce (np. w elektronice, lakiernictwie).