در فرایندهای صنعتی، به ویژه در صنایعی همچون نفت و گاز، پتروشیمی، نیروگاهی، معدنی، غذایی و دارویی، سیستمهای فیلتراسیون بخش جداییناپذیر از کنترل کیفیت و محافظت از تجهیزات حساس محسوب میشوند. یکی از چالشهای رایج در این سیستمها، افزایش هزینههای نگهداری و تعویض مکرر فیلترهای یکبار مصرف است. از اینرو، توجه به راهکارهای پایدار و مقرونبهصرفه، زمینهساز رشد چشمگیر استفاده از فیلترهای قابل تمیز شدن (Cleanable Filters) شده است .این نوع فیلترها به گونهای طراحی شدهاند که پس از اشباع از آلودگی، بتوان آنها را با استفاده از روشهایی مانند تمیزکاری های مکانیکی یا فیزیکی و تمیزکاری شیمیایی بازیابی کرده و مجدداً در خط تولید استفاده کرد. این فرایندها نهتنها هزینههای خرید فیلتر جدید را کاهش میدهد، بلکه به کاهش پسماند صنعتی و افزایش چرخه عمر تجهیزات فیلتراسیون کمک میکند . با این وجود بسته به نوع فیلتر، نوع آلاینده، شرایط عملیاتی و ساختار فیزیکی فیلتر، روشهای مختلفی برای شستوشو و تمیز نمودن فیلترها وجود دارد. از مهمترین این روشها میتوان به شستوشوی معکوس یا بکواش (Backwashing)، تمیزکاری پالس جت (Pulse-Jet Cleaning)، شستوشوی با موادشیمیایی (Chemical Cleaning)، شستوشوی اولتراسونیک (Ultrasonic Cleaning) و شستوشوی با حرارت یا سوزاندن (Thermal Cleaning) اشاره کرد. در ادامه، برخی از این روشها به تفصیل مورد بررسی قرار میگیرند.در ادامه برخی از روشهای کاربردی تمیز نمودن فیلتر ها شرح داده شده است.
Pulse-Jet Self-Cleaning Filter در واقع سیستمی است که در آن فیلترها به طور پیوسته یا دورهای با استفاده از یک پالس هوای فشرده از درون، تمیز میشوند. این پالس، آلودگی و گردوغبار انباشتهشده روی سطح فیلتر را بهطور ناگهانی جدا کرده و باعث حفظ عملکرد فیلتراسیون و افزایش عمر فیلتر میشود.در این روش، هوای فشرده با فشار بالا و بهصورت لحظهای (پالس) در جهت عکس جریان اصلی به داخل فیلتر تزریق میشود. این ضربه باعث شکستن و جدا شدن آلودگیهای سطحی میشود. رایجترین فیلترهایی که با این سیستمها تجهیز میشوند، شامل فیلترهای کیسهای (Bag Filters) و فیلترهای کارتریجی (Cartridge Filters) هستند که در صنایع نیروگاهی، سیمان، فولاد، شیمیایی، آسفالت، دارویی، غذایی و سیستمهای تهویه صنعتی کاربرد گستردهای دارند. این فیلترها دارای ساختار مقاوم بوده و از مدیاهایی ساخته میشوند که بتوانند در برابر فشار لحظهای پالسهای هوای فشرده مقاومت کرده و عملکرد فیلتراسیون را حفظ کنند. مزیت اصلی این روش این است که بدون نیاز به جداسازی فیلتر، عملیات شستوشو انجام میشود و سیستم میتواند بهصورت مداوم در حال کار باقی بماند. از جمله مزایای دیگر بسیار مهم این روش تمیزکاری میتوان به موارد ذیل اشاره نمود :(در شکل ۱ شماتیکی از نحوه عملکرد سیستم پالس جت نشان داده شده است. )
در سیستمهای فیلتراسیون صنعتی که از روش پالس جت استفاده میشود، این نکته را باید مد نظر قرار داد که تجمع گرد و غبار بر روی سطح فیلتر (کیک فیلتراسیون) در ابتدا باعث بهبود راندمان جذب ذرات میشود، اما به مرور افت فشار سیستم را افزایش میدهد. در شرایطی که بار آلودگی بسیار بالا است. این افت فشار میتواند بهسرعت به مقادیر بحرانی برسد. به همین دلیل، به عنوان مثال برای فیلتر های کیسه ای، کیسههای فیلتر باید به صورت دورهای با هوای فشرده تمیز شوند. در این روش، یک پالس کوتاه (در حدود ۵۰ تا ۱۵۰ میلیثانیه) از هوای فشرده با فشار ۳ تا ۷ بار بهصورت معکوس به داخل فیلتر دمیده میشود تا کیک گرد و غبار از سطح فیلتر جدا گردد. این فرایند بدون توقف فیلتراسیون انجام شده و باعث بازگشت فیلتر به وضعیت عملکردی مطلوب میشود. با گذر زمان، علاوه بر افت فشار ناشی از کیک، افت فشار باقیمانده ناشی از رسوب دائمی ذرات نیز افزایش مییابد، اما نهایتاً سیستم به یک حالت پایدار از نظر اختلاف فشار میرسد.
در رابطه با فیلترهای کارتریجی با راندمان بالا که در فیلتراسیون هوای توربین کاربرد دارند. بارگذاری سطحی آلاینده امکان حذف آسان گرد و غباری را که با پالسهای معکوس هوا جمع شده است، فراهم میکند افت فشار در هر فیلتر به طور مداوم کنترل میشود. هنگامی که افت فشار به سطح خاصی رسید، فیلتر با پالسهای هوا تمیز میشود. فشار پالسهای هوا از psig 80-100 (۵.۵ تا ۶.۹ بار) متغیر است. پالس جت معمولا برای مدت زمانی بین ۱۰۰ تا ۲۰۰ میلیثانیه رخ میدهد. برای جلوگیری از ایجاد اختلال در جریان و محدود کردن نیاز به هوای فشرده، سیستم معمولاً فقط ۱۰ درصد از المنت ها را در یک زمان معین پالس میدهد. با این نوع تمیز کردن، میتوان فیلتر را به حالت اولیه بازگرداند.
همان گونه که قبلا مطرح شد در سیستمهای فیلتراسیون صنعتی از نوع پالس جت، تمیزکاری المنتهای فیلتر (نظیر کیسهای یا کارتریجی) از طریق تزریق سریع و کوتاهمدت هوای فشرده انجام میشود که باعث جدا شدن ذرات از سطح فیلتر میگردد. این فرایند به صورت دورهای یا بر اساس افت فشار (ΔP) بین دو طرف فیلتر انجام میشود. مهمترین پارامترهایی که در عملکرد این سیستم تأثیرگذارند شامل فشار هوای پالس، مدتزمان پالس ها، فاصله زمانی بین پالسها، حجم مخزن هوای فشرده و قطر نازلها هستند. انتخاب نادرست این پارامترها میتواند منجر به افت بازده فیلتر، افزایش مصرف انرژی، یا کاهش عمر مفید فیلتر شود.
برای بهینهسازی عملکرد سیستم پالس جت، باید پارامترهایی نظیر حد بالای افت فشار برای شروع تمیزکاری فیلتر که یه عوامل بسیاری وابسته است و حد پایین افت فشار برای توقف پالس بهدرستی تنظیم شوند. همچنین، تعداد ردیفهای فیلتر، ترتیب فعالسازی شیرهای پالس، زمان تاخیر بین ردیفها و وجود سنسورهای ΔP برای کنترل خودکار باید بهدقت طراحی شود. در سیستمهای پیشرفته، این فرایند توسط PLC یا کنترلرهای هوشمند مدیریت میشود که موجب صرفهجویی در مصرف هوا و افزایش بازده تمیزکاری میگردد. در نهایت، طراحی سیکل تمیزکاری باید بهگونهای باشد که بدون توقف فرایند اصلی، فیلتراسیون پیوسته و مؤثر انجام شود.
شکل ۲ روند تغییرات افت فشار در طول زمان را برای یک فیلتر خود تمیزشونده (Self-Cleaning Filter) نشان میدهد. در ابتدا، وقتی فیلتر تازه شروع به کار میکند، افت فشار بسیار کم و در حد اولیه است. سپس با گذشت زمان و تجمع ذرات معلق در سطح فیلتر، این افت فشار به تدریج افزایش مییابد. افزایش تدریجی افت فشار نشانهای از گرفتگی فیلتر است که باعث کاهش بازده سیستم فیلتراسیون میشود.هنگامی که افت فشار به حد آستانهای مشخص (مشخصشده با خط قرمز افقی) میرسد، سیستم تمیزکاری بهصورت خودکار وارد عمل میشود. این سیستم که به نام تمیزکاری ضربهای (pulse cleaning) شناخته میشود، با استفاده از یک پالس هوا یا مکانیزم دیگر، بخشی از ذرات جمعشده را از سطح فیلتر جدا میکند. در نتیجهی این عملیات، افت فشار ناگهان کاهش پیدا میکند، که در نمودار به صورت یک افت شدید در منحنی دیده میشود.
با این حال، بعد از هر چرخه تمیزکاری، مقدار افت فشار به صفر یا مقدار اولیه برنمیگردد. بهعبارتی، تمیزکاری هر بار بخشی از آلودگی را حذف میکند اما فیلتر به تدریج ظرفیت خود را از دست میدهد و افت فشار پایهی پس از هر چرخه نسبت به چرخههای قبلی بیشتر میشود. این موضوع نشان میدهد که کارایی تمیزکاری ضربهای محدود است و فیلتر به صورت کامل بازیابی نمیشود.
در نتیجه، اگرچه فیلتر به صورت خودکار تمیز میشود و عملکرد آن حفظ میشود، اما به مرور زمان میزان افت فشار پایه افزایش مییابد که میتواند نشاندهندهی نیاز به تمیزکاری عمیقتر یا تعویض فیلتر باشد. تحلیل چنین نموداری برای برنامهریزی نگهداری سیستمهای فیلتراسیون بسیار مهم است، چرا که میتوان از روی الگوی افزایش افت فشار، زمان مناسب برای سرویس کامل فیلتر را پیشبینی کرد.
نکته مهمی که رابطه با فیلتر های خود تمیز شونده وجود دارد این است که تمیز کردن نباید به فیلتر آسیب برساند و در عین حال اجازه دهد فرایندهای فیلتراسیون با افت فشار ثابت و کمترین حد ممکن کار کنند. علاوه بر این، همچنین لازم است که لایه گرد و غبار تا حد معینی حفظ شود تا راندمان فیلتراسیون خوب تضمین شود و در موارد خاص، این امر به جذب گاز روی کیک گرد و غبار با خواص ویژه کمک میکند. علاوه بر این، انرژی مورد استفاده در مصرف هوای فشرده (به دلیل تمیز کردن پالسی) در مقایسه با کل هزینه عملیاتی نسبتاً کم است. مطالعات تجربی متعددی در مورد تمیز کردن جت پالس فیلترهای پارچهای انجام شده است و نشان داده است که مهمترین عامل برای جداسازی کیک، فشار پالسی تمیز کردن است. با این حال، عملکرد یک المنت فیلتر نامناسب را نمیتوان با افزایش شدت پالس بهبود بخشید زیرا منجر به آسیب مکانیکی به فیلتر و مدیای آن میشود و در نتیجه به عنوان مثال عمر کیسه های فیلتر کوتاهتر میشود.
به منظور انتخاب بهترین مدیا برای سیستم های پالس جت، لازم است شرایط فرایندی، مانند خواص غبار و الزامات عملکردی و میزان استحکام مدیا به دقت بررسی شوند. زمان طراحی و انتخاب مدیای مناسب باید چندین پارامتر در نظر گرفته شوند و همگی به یک تعادل موثر برسند ازجمله این پارامتر ها میتوان به بهترین سطح راندمان، حداقل افت فشار و استحکام و ظرافت الیاف یا دنیر (Denier) مورد نیاز اشاره نمود. یکی از مدیاهای متداول عمدتاً مدیاهای های پانچ سوزنی هستند. که در کیسهها و کارتریجهای فیلتر جت پالس ، مدیاهای فیلتر پانچ سوزنی باید خواص فیلتراسیون و رهاسازی سطحی را فراهم کنند تا کیک فیلتر به راحتی در عملیات پالس از محیط جدا شود. چندین عملیات تکمیلی ممکن برای بهبود این امر استفاده میشود. این عملیات شامل کلندرینگ (Calendering)، (Glazing) و سوزاندن (پرزسوزی) (Singeing) است. کلندرینگ عملیاتی است که با عبور دادن لایه فیلتر از میان مجموعهای از غلتکهای فشار قوی، سطوح شبکه را صاف میکند. Glazing لایه فیلتر را از میان مجموعهای از غلتکهای فشار قوی، گرم و با دمای بالا که با سرعتهای سطحی کمی متفاوت میچرخند، عبور میدهد. اثر آن مانند “اتو کردن” یک سطح شیشهای مانند لعابدار بر روی لایه است. سوزاندن نیز عملیاتی است که الیاف سطحی بیرون زده را میسوزاند.
فیلترهای شستوشوی معکوس یکی از اجزای کلیدی در سیستمهای تصفیه و فیلتراسیون صنعتی بهشمار میروند که برای حذف ذرات معلق و آلایندهها از سیالاتی مانند آب، روغن، سوخت و دیگر مایعات فرایندی طراحی شدهاند. عملکرد این فیلترها مبتنی بر جمعآوری ذرات آلاینده روی سطح یا داخل مدیای فیلتر در زمان فیلتراسیون است و پس از رسیدن به حد مجاز آلودگی، با اعمال جریان معکوس (Backflushing)، این ذرات از سطح فیلتر جدا شده و تخلیه میگردند. این ویژگی باعث میشود فیلتر بدون نیاز به توقف سیستم یا تعویض عناصر فیلترکننده، به صورت پیوسته و کارآمد فعالیت کند.
استفاده از سیستمهای بکواش بهویژه در صنایعی که با حجم بالای جریان و سطح بالای آلودگی مواجه هستند (مانند صنایع آب و فاضلاب، پتروشیمی، فولاد و غذا و دارو)، مزایای زیادی از جمله کاهش هزینههای نگهداری، افزایش عمر مفید فیلتر و کاهش نیاز به دخالت اپراتور دارد. این سیستمها بسته به نوع طراحی، میتوانند بهصورت دستی، نیمهاتوماتیک یا کاملاً اتوماتیک عمل کنند و قابلیت تنظیم دقیق زمان یا فشار شستوشو را دارند. انتخاب صحیح نوع فیلتر، طراحی مناسب مسیر شستوشو و کنترل دقیق فشار و دبی جریان معکوس، در عملکرد موفق این فیلترها نقش کلیدی ایفا میکنند.
در فرایند بکواش، جریان سیال یا گاز در جهت معکوس جریان نرمال فیلتراسیون از میان فیلتر عبور داده میشود. این جریان معکوس باعث میشود ذرات جمعشده بر روی فیلتر یا درون ساختار آن آزاد شده و شسته شوند. به این ترتیب، ساختار فیلتر احیا شده و عملکرد آن به حالت اولیه بازمیگردد، بدون نیاز به توقف کامل سیستم یا تعویض فیلتر. این روش نه تنها باعث افزایش عمر مفید فیلتر میشود، بلکه افت فشار سیستم را نیز کاهش داده و بازده کلی را افزایش میدهد.
یک سیستم بکواش معمولاً از اجزای زیر تشکیل میشود:
برای طراحی و راهاندازی مؤثر این سیستمها، باید به برخی نکات مهم توجه شود. فشار جریان بکواش باید بهگونهای باشد که توانایی جابهجایی ذرات از سطح و عمق فیلتر را داشته باشد همچنین، مدت زمان بکواش، فرکانس اجرای آن و کیفیت سیال مورد استفاده (ترجیحاً آب یا گاز تمیز) نیز از عوامل تعیینکننده در موفقیت سیستم هستند. سیستمهای بکواش کاربرد گستردهای دارند؛ از جمله در فیلترهای شنی و کربنی تصفیهخانههای شهری، فیلترهای فلزی مورد استفاده در صنایع گاز و نفت، ممبرانهای UF و MF در پیشتصفیه اسمز معکوس، و فیلترهای بهکاررفته در فرایندهای شیمیایی یا دارویی. در تمامی این موارد، استفاده از بکواش باعث کاهش وقفههای عملیاتی، بهبود کیفیت محصول نهایی و بهینهسازی عملکرد کلی سیستم فیلتراسیون میشود.در مجموع، سیستمهای بکواش به عنوان بخشی ضروری از طراحیهای مدرن فیلتراسیون در نظر گرفته میشوند و اجرای درست آنها نقش کلیدی در کاهش هزینهها، افزایش راندمان و پایداری سیستم دارد.
یکی از نمونههای سیتم های بکواش در فیلترهای (Slurry Oil) بهگونهای طراحی شده است که بدون نیاز به توقف جریان فرایند، عملیات پاکسازی المنت فیلتر را انجام دهد. در این سیستم، SO که حاوی ذرات جامد و آلودگیهای معلق است، وارد فیلترهایی با المانهای فلزی یا کندل میشود. ذرات روی سطح فیلتر جمع میشوند. با گذشت زمان، فشار افت (ΔP) افزایش یافته و سیستم بهصورت خودکار یا نیمهخودکار وارد فاز بکواش میشود.
طراحی سیکلی این سیستم، امکان بهرهبرداری مداوم از واحد را بدون نیاز به توقف کامل فرایند فراهم میسازد برای اطمینان از در دسترس بودن گاز برای فرایند شستشوی معکوس در هر زمان، شرکتها در طراحی خود یک مخزن ذخیره گاز در نظر میگیرند. به عنوان مثال نیتروژن یا گاز سوختی در سطح فشار از پیش تعیین شده بالاتر از فشار عملیاتی ذخیره میشود. در پایان چرخه فیلتر، هنگامی که افت فشار به حداکثر برنامهریزی شده خود رسیده است، ورودی کاهش مییابد در حالی که مخزن دیگر به تدریج به کار میافتد. هنگامی که فیلتر دیگر به طور کامل عملیاتی میشود، هر دو شیر فیلتراسیون (خروجی) بسته میشوند و شیر ورودی (تغذیه) مخزن بسته میشوند. متعاقباً اتصال بین مخزن ذخیره گاز باز میشود و فشاری از گاز روی مایع در سمت تمیز فیلتر ایجاد میشود، پس از آن شیر خروجی (تخلیه) با باز شدن سریع فعال میشود. این باعث میشود که گاز در حین فشار دادن مایع از طریق المنت فیلتر، منبسط شود. در نتیجه، کیک فیلتر در داخل عناصر فیلتر در طول کل لوله فیلتر جابجا میشود. سپس مایع فیلتر شده توسط گاز منبسط شده به عقب رانده میشود و جامدات و مایع انباشته شده را در عرض چند ثانیه به مخزن دریافت کننده شستشوی معکوس منتقل میکند. نمودار تغییرات فشار دیفرانسیل فیلترهای A و B و دبی جریان SO را در طول زمان برای سیستم فیلتراسیون شرکت Dahlman نشان میدهد. همانطور که مشاهده میشود، فشار دیفرانسیل بهصورت منظم و تکرارشونده افزایش مییابد و پس از انجام عملیات بکواش (Backwashing) به مقدار اولیه بازمیگردد. این رفتار نشاندهنده عملکرد پایدار و مؤثر سیستم پاکسازی معکوس با کمک گاز است، که نهتنها بهطور مؤثری ذرات را از سطح فیلتر حذف میکند، بلکه موجب حفظ افت فشار پایین در فیلترها نیز میشود. همچنین تغییرات نسبتاً پایدار دبی جریان (منحنی زرد) در بازه زمانی ۲۴۰ ساعته حاکی از ثبات فرایند تشکیل کیک و کارایی مناسب سیستم در شرایط عملیاتی واقعی است. این نمودار نشان میدهد که طراحی فرایند و استراتژی تمیزسازی نقش کلیدی در تضمین عملکرد پیوسته و بهینه فیلتراسیون دارد.
تمیز کردن فیلترها برای فرایند حذف آلایندهها از سیالات قبل از رها شدن آنها در فرایند پاییندستی ضروری است. استفاده از تمیز کردن اولتراسونیک میتواند با اطمینان از باقی نماندن هیچ ماده مضری، این فرایند را بهبود بخشد . عمدتا تمیز کردن اولتراسونیک از امواج فراصوت با فرکانس ۲۰ تا ۴۰ کیلوهرتز برای هم زدن مایع تمیزکننده یا حلال مناسب برای پاک کردن آلودگی های سختحذف استفاده میکند. تمیز کردن منظم اولتراسونیک عمر تجهیزات را افزایش میدهد و سرعت جریان و عملکرد را بهینه میکند. از جمله مزایای این روش میتوان به مواردی همچون پاکسازی عمیق منافذ ریز فیلتر که با ذرات ریز و چسبنده مسدود شده اند و با شستوشوی معمولی جدا نمیشوند، با اولتراسونیک به راحتی پاک میشوند اشاره نمود، همچنین از دیگر مزایا عدم آسیب فیزیکی به فیلتر، کاهش زمان شست و شو نسبت به روش های سنتی و صرفه جویی در مصرف اب و مواد شوینده می باشند.
تمیز کردن اولتراسونیک به طور موثر ذرات گرد وغبار و دیگر آلودگی ها حتی آلودگیهای میکروبی را از مکانهای صعبالعبور پاک میکند. تمیز کردن اولتراسونیک به دلیل ظرفیت بالای تمیزکنندگی آن با روشهای سنتی تمیز کردن بسیار متفاوت است. در این روش جسمی مانند فیلتر در مخزنی پر از محلول مایع یا حلال تمیزکننده غوطهور میشود و مبدل به برق وصل میشود. مبدل انرژی الکتریکی را به انرژی اولتراسونیک تبدیل میکند و امواج صوتی ایجاد میکند فیلترها به صورت غوطهور در معرض امواج صوتی با فرکانس بالا قرار میگیرند که محلول یا حلال تمیزکننده را بههم میریزند و باعث کاویتاسیون ( Cavitation ) مولکولهای محلول میشوند. در واقع حبابهای کاویتاسیون زمانی تشکیل میشوند که انرژی صوتی یک خلأ یا حفره ایجاد میکند. تعداد زیادی حباب کاویتاسیون کوچک تشکیل شده و در محلول تمیزکننده به دام میافتند. در این شرایط حبابهای ریز گازی که با ترکیدن خود، انرژی زیادی آزاد کرده و آلودگیها را از سطوح و منافذ ریز جدا میکنند.
فرکانس امواج اولتراسونیک تولید شده در هزاران سیکل در هر ثانیه اندازهگیری میشود. فرکانس ۱ هرتز تنها یک سیکل امواج صوتی در ثانیه خواهد داشت. به طور مشابه، ۲۰ هرتز ۲۰ سیکل و ۱۰۰ هرتز ۱۰۰ سیکل تمیز کردن خواهد بود. فرکانس یکی از معیارهای اصلی برای ایجاد اندازه مناسب حباب است که به تمیز کردن وسایل کمک میکند.
فرکانسهای اولتراسونیک بالاتر معمولاً حبابهای کوچکتری تولید میکنند که تمیز کردن و سابیدن ملایمتری را ارائه میدهند.
برعکس، فرکانسهای اولتراسونیک پایین منجر به حبابهای بزرگتری میشوند که تمیز کردن خشنتری را ارائه میدهند.
به طور متوسط، فرکانس ۴۰ کیلوهرتز برای تمیز کردن فیلترها یا سایر کاربردهای تمیز کردن اولتراسونیک کافی است. هرچه فرکانس پایینتر باشد، شدت تمیز کردن بیشتر است و برعکس.
زمان لازم برای تکمیل فرایند تمیز کردن اولتراسونیک به اندازه و تمیزی فیلتر یا جسم بستگی دارد، اما میانگین زمان تمیز کردن میتواند بین ۳ تا ۱۰ دقیقه باشد. زمان تمیز کردن را میتوان با استفاده از گرما کاهش داد زیرا محلولهای گرم شده، خاک و پیوندهای شیمیایی را سست میکنند و در نتیجه زمان تمیز کردن کاهش مییابد.
نکاتی که باید در خصوص تمیز کردن فیلترها به این روش باید مد نظر قرار گرفته شود این است که همه فیلترها مناسب اولتراسونیک نیستند. فیلترهای کاغذی، پلیپروپیلنی یا با چسب حساس ممکن است آسیب ببینند همچنین .انتخاب محلول شوینده مناسب با توجه به جنس و کاربرد فیلتر بسیار مهم است، دمای مایع نیز نباید بیش از حد بالا باشد (معمولاً بین ۴۰ تا ۶۰ درجه سانتیگراد) و به منظور اطمینان از عملکرد روش شستو شو بررسی آسیبهای احتمالی پس از چند دوره شستوشو توصیه میشود.
تمیزکاری شیمیایی فیلترها یکی از روشهای مؤثر برای بازیابی عملکرد و افزایش عمر مفید فیلترهایی است که در اثر تجمع آلودگیهای آلی، معدنی، چربیها، رسوبات و سایر ذرات غیرقابلحذف با روشهای مکانیکی دچار افت کارایی شدهاند. این فرایند با استفاده از محلولهای شیمیایی ویژهای انجام میشود که بسته به نوع آلودگی و جنس فیلتر، میتوانند شامل اسیدها، بازها، حلالها یا ترکیبات آنزیمی باشند. انتخاب صحیح ماده شیمیایی، دما، زمان تماس و رعایت اصول ایمنی، نقش کلیدی در موفقیتآمیز بودن این روش دارد و موجب حفظ ساختار فیلتر و بازگرداندن آن به شرایط عملکردی اولیه میشود.در واقع با توجه به اینکه برخی اوقات تمیزکاری فیزیکی برای حذف آلایندههای تجمع یافته روی فیلترها کافی نیست و بنابراین در این حالت بهترین روش استفاده از مواد شیمیایی است.
فیلترهای پلیمری و یا کندل فیلترها نمونه هایی از فیلترهایی هستند که به منظور استفاده دوباره از آن ها نیاز به شستوشوی شیمیایی است. تصفیه مرحله مهمی در فرایندهای تولید پلیمری است. هدف، دستیابی به تمیزترین محصول ممکن با حفظ هزینه کل پایین است. مدیاهای الیاف فلزی با توجه به نفوذپذیری بالای هوا، ظرفیت نگهداری آلودگی بالا، افت فشار کمتر و در نتیجه طول عمر بیشتری دارد. اما یکی از یکی از مزایای مهم فیلترهای کندل پلیمری این است که قابل استفاده مجدد هستند و در واقع پس از اشباع شدن فیلتر، امکان تمیز کردن آن وجود دارد. تمیزکردن این نوع فیلترها می تواند ترکیبی از فرایندهای شیمیایی و مکانیکی باشد که معمولاً به صورت ترکیبی استفاده میشوند.
اولین مرحله از فرایند تمیزکردن، حذف پلیمر یا آلایندههای اصلی به روشهای مختلفی همچون حمام حلال، پیرولیز و هیدرولیز است. که هر یک از آنها مزایای خاص خود را دارندو انتخاب روش مناسب و نوع ماده تمیزکننده به نوع پلیمر، جنس فیلتر و ماهیت آلایندهها بستگی دارد. روشهای رایج شامل حمامهای حلال، پیرولیز و هیدرولیز است که حمامهای حلال یا حل کردن پلیمر در یک حلال مناسب، اولین قدم رایج است، به خصوص اگر حلالیت پلیمر مشخص باشد. پیرولیز نیز به عنوان یک روش موثر شامل این روش شامل سوزاندن آلایندههای آلی در دماهای بالا است که برای کاربردهای دمای بالا مناسب است.
و در نهایت هیدرولیز که از روش از بخار و سایر مواد شیمیایی برای تجزیه پلیمر از طریق یک واکنش شیمیایی استفاده میکند. پس از حذف آلایندههای ناخالص، قطعات فیلتر هنوز نیاز به تمیز شدن دارند. آنها ابتدا تحت یک تمیزکاری شیمیایی (مواد سوزاننده و/یا اسیدها) قرار میگیرند، قبل از اینکه تحت یک تمیزکاری نهایی قرار گیرند، این یک تمیزکاری مکانیکی (بکفلاش) برای خلاص شدن از آخرین کثیفی/ افزودنی باقی مانده است.
تمیز کردن شیمیایی غشاها نیز به بهبود گرفتگی غشا و افزایش شار، گزینشپذیری و طول عمر آن کمک میکند. در طول تمیزکردن شیمیایی، واکنشی بین آلایندههای روی سطح غشا و عوامل شیمیایی رخ میدهد. عامل تمیزکننده یا با حذف رسوبات، غشا را تمیز میکند و در عین حال مورفولوژی رسوبات را تغییر میدهد یا شیمی سطح لایه رسوبشده را تغییر میدهد.
مواد شوینده شیمیایی را میتوان به هفت دسته زیر تقسیم کرد: مواد سوزاننده (مثلاً هیدروکسید سدیم)، قلیاها (مثلاً کربناتها، هیدروکسیدها، فسفاتها)، اسیدها (مثلاً اسید نیتریک، اسید سولفوریک، اسید فسفریک، اسید سیتریک، اسید اگزالیک)، آنزیمها (مثلاً پروتئازها و لیپازها)، سورفکتانتها (مثلاً آلکیل سولفات، سدیم دودسیل سولفات، ستریمونیوم بروماید)، مواد جداکننده (مثلاً اتیلن دی آمین تترا استیک اسید) و ضدعفونیکنندهها (مثلاً متابیسولفیت، سدیم هیپوکلریت، پراکسی استیک اسید، هیدروژن پراکسید، کلر و هیپوکلریت) علاوه بر این دستههای اصلی، ترکیبی از مواد شوینده مختلف یا ترکیبی با سایر مواد شوینده فیزیکی نیز معمولاً مورد استفاده قرار میگیرد.
نوع ماده شیمیایی مورد استفاده بر اساس ساختار غشاء و ماده رسوبکننده (یعنی پروتئینها، گلوکانها، رنگدانهها، مواد معدنی، آبگریزها، نشاسته، تاننها، پکتین و چربی) تعیین میشود. مواد شیمیایی باید ایمن، ارزان و قابل شستشو با آب باشند، همچنین باید بتوانند بیشتر مواد رسوبشده روی سطح را حل کنند و هنگام از بین بردن مواد رسوب کننده به سطح غشاء آسیب نرسانند علاوه بر انواع مواد شیمیایی، عوامل دیگری نیز بر راندمان تمیزکردن شیمیایی تأثیر میگذارند که شامل زمان تمیز کردن، غلظت، دمای تمیز کردن و غیره میشود.تمیز کردن شیمیایی ممکن است بر خواص فیزیکی و شیمیایی غشا تأثیر منفی بگذارد و باعث آسیب به سطح غشا و کاهش عملکرد گزینشپذیری شود.
اصلاح در فیلتر مدیا نقش بسیار مهمی در بهبود عملکرد تمیزکاری، بهویژه در سیستمهای پالس جت و بکواش دارد. زمانی که ذرات آلاینده روی سطح فیلتر جمع میشوند، ساختار سطحی فیلتر تعیین میکند که این ذرات تا چه حد به سطح میچسبند و چگونه در زمان اعمال فشار معکوس یا پالس از فیلتر جدا میشوند. اگر سطح فیلتر صاف، یکنواخت و غیرچسبنده باشد، ذرات بهراحتی جدا میشوند و نیاز به انرژی کمتری برای تمیزشدن وجود دارد.
در شکل ۳ تفاوت در فرایند آزادسازی کیک فیلتراسیون براغی دو مدیای فیلتر از جنس نشان داده است که در شکل A نشان داده شده است، با توجه به این که آلودگی قابل توجهی به محیط فیلتر نفوذ میکند پس از هر چرخه تمیزکردن، آن را در شرایط کثیفتری قرار میدهد. این امر از آلودگیهایی که هنوز روی سطح محیط پس از تمیز کردن وجود دارد، مشهود است. این امر منجر به افت فشار بیشتر و کاهش عمر فیلتر میشود. از سوی دیگر، شکل B نشان میدهد که اگر مدیای فیلتر به یک غشای ePTFE متصل شود، آلودگی به غشای سطحی نفوذ نمیکند. تمیز کردن آسانتر است و فیلتر دوام بیشتری دارد.
در زمان تمیزکردن فیلترها با استفاده از سیستم جت پالس (هوای فشرده)، یکی از مشکلات رایج این است که بخشی از گردوغباری که جدا میشود، دوباره روی فیلتر مینشیند و باعث کاهش اثربخشی تمیزکاری میشود. لیو و همکارانش در پژوهشی با عنوان “Inhibition of Dust Re-Deposition for Filter Cleaning Using a Multi-Pulsing Jet” نشان دادند، استفاده از الگوی چندپالسه برای پالسجت میتواند بهطور قابلتوجهی میزان بازنشست گردوغبار روی فیلتر را کاهش دهد. در این تحقیق تجربی، آنها دریافتند که با تقسیم یک پالس بلند به چند پالس کوتاه و زمانبندی مناسب بین آنها، میتوان فرایند تمیزکاری را مؤثرتر کرده و کارایی فیلتر را افزایش داد، بدون آنکه مصرف انرژی افزایش یابد.»
در این آزمایش، از یک فیلتر پلیسهدار که بهصورت عمودی در یک سیستم آزمایشی نصب شده بود، استفاده شد. آنها بررسی کردند که اگر بهجای یک پالس بلند، چند پالس کوتاه پشتسرهم به فیلتر دمیده شود، چه تغییری در عملکرد ایجاد میشود. نتیجه این بود که اگر فاصله بین پالسها خیلی کم باشد (مثلاً کمتر از ۰.۱۰ ثانیه)، تأثیر مشاهده نخواهد شد در صورتی که فاصله بین پالسها بیشتر از ۰.۱۵ ثانیه باشد، گردوغبار زمان بیشتری برای سقوط دارد و دوباره روی فیلتر نمینشیند.
در نهایت نتایج نشان داد در حالت عادی (تکپالسی)، حدود ۶۴ درصد گردوغبار دوباره روی فیلتر مینشیند. ولی در حالت چندپالسی (۵ پالس با فاصلههای مناسب)، این مقدار به ۲۴ درصد کاهش پیدا کرد. این یعنی بازده تمیزکاری بسیار بهتر شد. در واقع با همین مقدار هوای مصرفی، فقط با تغییر زمانبندی پالسها، کارایی فیلتر خیلی بیشتر شد. بنابراین استفاده از برنامه های زمان بندی و تنظیمات مناسب سیستمهای شستوشوی فیلتر میتوان تمیزکاری را به بهینهترین حالت انجام داد.
در این مطالعهSurase و همکاران به توسعه و ارزیابی یک فیلتر پالس خودتمیزشونده موازی (PACPF) با استفاده از روش یادگیری MISO-Apriori میپردازد. هدف اصلی، پیشبینی افت فشار در محفظهی فیلتر گاز توربین با استفاده از شرایط ورودی هوا بهعنوان متغیرهای توضیحی است. این روش امکان تنظیم خودکار زمانهای شستوشوی پالس را فراهم میکند، که باعث بهینهسازی عملکرد فیلتر و کاهش دفعات شستوشو میشود. محققین نشان دادند که برای فیلترهای توربین گاز در مواجهه با تغییر شرایط هوای ورودی، سیستم زمانبندی ثابت برای شستوشو ناکارآمد است و یادگیری مبتنی بر داده (data-driven) منجر به بهبود قابلتوجهی در کاهش افت فشار و مصرف انرژی میگردد .
در ادامه، نتایج نشان میدهد که مدل MISO-Apriori قادر است با دقت بالا افت فشار را پیشبینی کرده و شستوشو را دقیقاً زمانی اجرا کند که نیاز واقعی وجود دارد، نه بر پایه برنامهریزی ثابت. این رویکرد باعث صرفهجویی عملیاتی بهتر، کاهش استهلاک تجهیزات و افزایش عمر مفید فیلترها میشود. همچنین این مدل با بهکارگیری دادههای واقعی از شرایط محیطی و عملکرد توربین، یک روش تطبیقی و هوشمند برای سیستمهای فیلتراسیون صنعتی معرفی میکند که پتانسیل کاربرد گسترده در صنایع با تغییرپذیری شدید شرایط ورودی دارد .
در واقع فیلترهای قابل تمیز شدن مزایای متعددی برای صنایع به همراه دارند؛ از جمله کاهش هزینههای عملیاتی با حذف نیاز به تعویض مکرر فیلتر، کاهش تولید پسماندهای صنعتی، افزایش طول عمر تجهیزات فیلتراسیون و کاهش زمان توقف خطوط تولید. این فیلترها با طراحی مقاوم و قابلیت بازیابی، امکان استفاده مکرر را فراهم میسازند و در نتیجه انتخابی هوشمندانه برای فرایندهای حساس و مداوم بهشمار میآیند. با این حال، دستیابی به عملکرد بهینه این فیلترها مستلزم انتخاب روش صحیح تمیزکاری بر اساس نوع آلودگی، شرایط فرایند و جنس فیلتر است.. همچنین تعیین زمانبندی مناسب برای تمیزکاری، بر اساس افت فشار (ΔP) یا مدت زمان عملکرد، اهمیت زیادی دارد؛ زیرا تمیزکاری زودهنگام باعث اتلاف انرژی و تأثیر منفی بر عمر فیلتر و تأخیر در تمیزکاری موجب افت عملکرد فیلتراسیون و آسیب به تجهیزات خواهد شد.
مراجع
[۱] Wu, Q., Li, X., Xing, Z., Kuang, Q., Li, J., Huang, S., … & Wu, D. (2023). Inhibition of Dust Re-Deposition for Filter Cleaning Using a Multi-Pulsing Jet. Atmosphere, ۱۴(۷), ۱۱۷۳.
[۲] Hutten, I. M. (2007). Handbook of nonwoven filter media. Elsevier.
[۳] https://www.precgroup.com/ultrasonic-cleaning-of-filters/
[۴] Surase, R. S., Konijeti, R., & Chopade, R. P. (2024). Thermally efficient gas turbine with pressure drop-based automated filter cleaning and optimized fuel control system. Applied Thermal Engineering, ۲۴۲, ۱۲۲۳۸۵.
نویسنده: فروغ خلیلی
ذخیره پست 
