معیارهایی که هنگام انتخاب فناوری فیلتراسیون کیسه‌ای باید در نظر گرفته شود (قسمت دوم)

در قسمت اول این سری مقالات مدیای فیلتر فناوری فیلتراسیون کیسه‌ای (bag filtration) مدرن و معیارهای مربوطه برای انتخاب اجزای یک سیستم فیلتراسیون کیسه‌ای معرفی شد. در ادامه خلاصه‌ای از نکات کلیدی ارائه شده است:

• مشخصات و اندازه ذرات یا جامداتی که باید حذف شوند (مطلق در مقابل اسمی)

هنگام تمیز کردن یک مایع، تنها برخی از آلاینده‌ها ممکن است نیاز به حذف داشته باشند، اما برخی دیگر که ضروری نیستند یا ارزشمند هستند، می‌توانند یا باید در سیال فیلتر شده باقی بمانند. فیلتری که تمام ذرات با اندازه مشخص را تحت شرایط آزمایشی کاملاً تعریف شده حذف می‌کند، یک فیلتر «مطلق» (absolute) است، در حالی که فیلتری که از درصد نامشخصی از ذرات جامد بیشتر از اندازه منافذ اعلام شده جلوگیری می‌کند، که معمولاً در میکرومتر (یا میکرون) بیان می‌شود، یک فیلتر «اسمی» (nominal) است. تصمیم‌گیری بین فیلتر اسمی و فیلتر مطلق یکی از مهمترین معیارهایی است که باید به آن توجه کرد. فیلتر اسمی بدتر از فیلتر مطلق نیست. نکته کلیدی این است که فیلترهایی انتخاب شوند که بهترین عملکرد را در یک کاربرد مشخص بدون قرار دادن فیلترهای ریزتر از حد مورد نیاز دارند. این معمولاً با آزمایش در محل انجام می‌شود.

• شرایط فرآیند (نرخ جریان، فشار، دما)

پس از انتخاب نوع فیلتر، نرخ جریان مورد نیاز تعداد کیسه‌های فیلتر مورد نیاز را مشخص می‌کند. بسته به شرایط فرآیند، مقدار کیسه‌های فیلتر را می‌توان افزایش داد. برای مثال، در یک فرآیند دسته‌ای، ممکن است برای جلوگیری از وقفه در تعویض کیسه‌های فیلتر، کیسه‌های فیلتر بیشتری در نظر گرفته شود. عوامل دیگر می‌توانند ماهیت ارگونومیک (ergonomic) یا محدودیت‌های ابعادی یا ارتفاع باشند.

• انواع مدیای فیلتر

سه نوع مدیای رایج فیلتر عبارتند از: نمدهای سوزن‌زنی شده (needlefelts)، مش‌های مونوفیلامنت بافته شده (woven monofilament meshes) و مدیای ملت بلون (meltblown media). هر فناوری ویژگی‌های فیلتراسیون خاصی را ارائه می‌دهد که آنها را به انتخابی بهینه برای طیف خاصی از کاربردها، نوع ذرات حذف شده و مایع در حال فیلتر تبدیل می‌کند.

• ملاحظات برای انتخاب محفظه (housing) فیلتر

دو الگوی اصلی جریان محفظه فیلتر وجود دارد – ورودی بالا یا ورودی جانبی. نسخه‌های ورودی بالا معمولا ترجیح داده می‌شوند زیرا دارای حلقه آب‌بندی کیسه فیلتر هستند که مستقیماً توسط درب پیچ فشرده شده است که آب‌بندی را بهبود می‌بخشد و بای پس (bypass) احتمالی را حذف می‌کند.

راه‌هایی برای بهبود فرآیندهای فیلتراسیون

یکی از چالش‌های کلیدی در تعیین اندازه و انتخاب مدیای فیلتر، یافتن نوع فیلتری است که بیشترین نزدیکی را به دوره نگهداری بهینه داشته باشد. در صنعت، انواع مختلفی از فیلترهای کیسه‌ای موجود است که قابلیت بازده نگهداری ذرات یکسانی را دارند اما سطوح ظرفیت متفاوتی دارند. همه این فیلترهای کیسه‌ای همچنین می‌توانند در یک محفظه فیلتر استفاده شوند، اگرچه برخی ممکن است به ابزار یا سبدهای پشتیبانی اضافی نیاز داشته باشند.

ظرفیت بهینه فیلتر کیسه‌ای را می‌توان زمانی انتخاب کرد که سیستم فیلتر به روز رسانی شود یا ظرفیت آن نیز به راحتی در برنامه‌های در حال اجرا ارتقا یابد. افزایش ظرفیت و عمر فیلتر کیسه‌ای، دوره‌های نگهداری را کاهش می‌دهد، تلفات محصول را کاهش می‌دهد و در هزینه دفع صرفه‌جویی می‌کند. حتی زمانی که فیلتر کیسه‌ای گران‌تر است، انتخاب بهینه می‌تواند این هزینه اضافی را با صرفه‌جویی در هزینه فرآیند جبران کند.

۴ روش مختلف برای افزایش ظرفیت وجود دارد:

• افزودن کیسه‌های فیلتر بیشتر یا بزرگتر (روش سنتی)
• استفاده از مدیای فیلتر با ظرفیت بالاتر
• افزایش سطح فیلتراسیون در فیلتر موجود
• فیلتراسیون چند مرحله‌ای (پیش‌فیلتر/فیلتر نهایی) با اندازه‌های مختلف منافذ

روش سنتی

سنتی‌ترین روش برای افزایش ظرفیت، افزایش تعداد یا اندازه فیلترها است. این کار را می‌توان با نصب یک فیلتر اضافی یا تعویض محفظه فیلتر کیسه‌ای با یک محفظه بزرگتر به دست آورد. با این حال، این یک گزینه پرهزینه است که نیاز به سرمایه‌گذاری، توقف فرآیند و فضای اضافی در دسترس دارد. با این حال، روش‌های هوشمندانه‌تری برای مقابله با این مشکل وجود دارد. بر اساس راه حل، راه‌هایی برای افزایش ظرفیت با ضریب ۲، ۵ یا حتی تا ۱۰ در مقایسه با مدیاهای نمد سوزنی استاندارد پایه وجود دارد. دو معیار وجود دارد که در اینجا نقش خواهد داشت. یکی ظرفیت مدیا مورد استفاده و دیگری سطحی که در یک فیلتر واحد قرار می‌گیرد.

“با پیشرفت‌های جدید در مواد و فناوری، فیلترهای کیسه‌ای روز به روز محبوب‌تر می‌شوند – حتی در کاربردهای بسیار پیچیده. فیلترهای کیسه‌ای با داشتن سطوح فیلتر «اسمی» تا «مطلق» می‌توانند جایگزین‌های معتبری در بسیاری از کاربردهای سختگیرانه باشند.”

مدیا با ظرفیت بالاتر

به جای افزودن فیلترهای اضافی، گزینه استفاده از مدیا با ظرفیت بالاتر وجود دارد. همانطور که پیشتر آموختیم نمد سوزنی استاندارد یک مدیای عمقی (depth) است. در اینجا، آلاینده در بین الیاف مدیا به دام افتاده و حجم خالی داخل آن مدیا را پر می‌کند. ضخامت مدیاهای نمد سوزنی استاندارد (پلی پروپیلن یا پلی استر) معمولاً بین ۲ تا ۳ میلی متر (۰۸/۰ تا ۱۲/۰ اینچ) است. مدیاهای با ظرفیت بالا که اغلب آن‌ها مدیاهای با عمر طولانی نامیده می‌شوند، در دسترس هستند. آنها دارای راندمان حذف یکسانی هستند، ذرات با اندازه یکسان را خارج می‌کنند، اما حداقل دو برابر ضخامت دارند و بیش از دو برابر حجم خالی دارند. از این رو، در صورت بارگیری بهینه، افزایش ظرفیت تا ۲ تا ۳ برابر قابل انتظار است. یکی دیگر از مزایای استفاده از فیلترهای ضخیم‌تر، افزایش قابلیت نگهداری مواد ژلاتینی یا تغییر شکل پذیر است. فیلتر کیسه‌ای جدا از ضخامت مدیا، از نظر ظاهری مشابه است.

افزایش سطح فیلتراسیون

راه دیگر برای افزایش ظرفیت این است که سطح فیلتر را داخل همان فیلتر کیسه‌ای اضافه شود. طرح‌های مختلفی را می‌توان پیدا کرد و هر کدام مزایا و محدودیت‌های خاص خود را دارند.

افزایش سطح فیلتراسیون، سرعت مایع را از طریق مدیا فیلتر کاهش می‌دهد. همچنین ارتباط مستقیمی بین سرعت عبور از فیلتر و قابلیت بارگذاری بهینه حجم خالی در عمق مدیا وجود دارد. نظریه‌ای وجود دارد که می گوید وقتی سطح فیلتراسیون را دو برابر می‌کنید، می‌توانید ظرفیت را با ضریب ۲ تا ۴ افزایش دهید. دستاوردهای بالاتر بیشتر به کاربردهایی مربوط می‌شود که در آن ساختار کیکی از ذرات بلوری با اندازه یکسان به طور مداوم تشکیل می‌شود. همیشه اینطور نیست و در واقعیت، افزایش ظرفیت جایی در وسط خواهد بود. با این حال، آنچه درست است این است که همیشه یک افزایش اضافی بالاتر از افزایش محض سطح وجود خواهد داشت.

دو روش متداول برای افزایش سطح داخل فیلتر کیسه‌ای وجود دارد. یک طرح دارای شکل بیرونی معمولی است، اما همچنین دارای یک استوانه داخلی اضافی با قطر کمتر است که در داخل استوانه بیرونی معکوس شده است. هر دو در پایین توسط یک فلنج ساده به هم متصل می‌شوند. سطح فیلتراسیون را می‌توان تا ۶۵٪ افزایش داد. به عنوان یک مزیت اضافی و بسیار مهم این است که حجم داخلی فیلتر کیسه‌ای تا ۷۵ درصد کاهش می‌یابد. این حجمی است که استفاده نمی‌شود و می‌تواند توسط مایع فیلتر نشده جذب شود که وقتی فیلتر به سختی تخلیه می‌شود از بین می‌رود.

دومین و معمولی‌ترین راه برای افزایش سطح داخل فیلتر، فرآیند چین‌دار کردن است (شکل ۱). با این حال، باید تعادل مناسب بین سطح و عمق رسانه پیدا شود. هنگامی که فیلتراسیون کیسه‌ای استفاده می‌شود یک عامل دیگر نقش مهمی ایفا می‌کند. این جهت جریان است. یک فیلتر کارتریج با جریانی از بیرون به داخل کار می‌کند. با این حال، در ساختار دایره‌ای چین‌دار، مایع فیلتر نشده به جایی می‌رسد که چین‌ها به خوبی باز هستند. سیال فیلتر شده، چین‌ها را در جایی که متراکم و فشرده هستند ترک می‌کند – در اینجا هیچ ذره‌‌ای تجمع نمی‌یابد. با این حال، در مفهوم فیلتر کیسه‌ای، این راه دیگری است. بنابراین بسیار مهم است که فیلتر طوری طراحی شود که مایع و ذرات بتوانند از ساختار چین در داخل عبور کرده و در داخل محیط فیلتر به دام بیفتند. استفاده مناسب از لایه‌های جداسازی و زهکشی می‌تواند در اینجا کمک کند.