Filtrace stlačeného vzduchu je klíčovým procesem v mnoha odvětvích, kde se požaduje čistý a suchý vzduch. Přesně takový vzduch je nezbytný v průmyslových aplikacích, jako je farmaceutický průmysl, výroba potravin a nápojů, nemocniční sektor a elektronický průmysl. Všechny tyto oblasti spoléhají na stlačený vzduch bez přítomnosti nečistot.

Kvalita stlačeného vzduchu je relativní a může se výrazně lišit v závislosti na konkrétním použití. Nečistoty v stlačeném vzduchu mohou mít různou podobu – pevné částice, kapalné aerosoly nebo plynné složky. Z toho vyplývá, že výběr filtrů musí odpovídat požadavkům na kvalitu vzduchu pro danou aplikaci, aby se předešlo poruchám nebo snížení produktivity. Kritickou roli hraje odolnost materiálu filtrů, především když je ve vzduchu přítomna nebezpečná kontaminace, jako je prach z insekticidů, bakterie, viry, určité kovové sloučeniny (např. deriváty beryllia nebo lithia) nebo radioaktivní látky.

Z hlediska znečištění se může stlačený vzduch limitně obsahovat až 250 mg/m^3 prachu, 85 g/m^3 vodní páry a 15 mg/m^3 oleje, což je pro mnoho aplikací neakceptovatelné. Olej v stlačeném vzduchu se obvykle vyskytuje ve formě kondenzovaných kapalných kapek v aerosolové formě a ve formě vypařených olejových par.

Kapalné kapičky v plyně nebo vzduchu mohou mít různý průměr, což vede k rozdělení aerosolů na dvě skupiny: sprej a mlhu. Sprej, tedy kapalné částice o průměru 10 mikronů a více, lze z stlačeného vzduchu odstranit relativně snadno pomocí různých mechanických separátorů. Naopak mlha, čili kapalné částice s průměrem menším než 10 mikronů, vyžaduje k odstranění z stlačeného vzduchu sofistikovanější filtrační systémy.

Významným faktorem, který ovlivňuje výběr a účinnost filtračních systémů, je jejich schopnost odstraňovat nejen pevné částice, ale i oleje a vodní páry. V tomto kontextu je důležité zmínit, že moderní filtrační technologie umožňují dosáhnout vysoké úrovně čistoty stlačeného vzduchu s minimálním dopadem na průtokové vlastnosti a energetickou náročnost systému.

Pro odstranění vodních a olejových aerosolů se často používají koalescentní filtry, které dokážou zachytit velmi malé kapalné kapičky a sloučit je do větších kapek, jež jsou následně odvedeny z filtračního média. Pro odstraňování pevných částic a mikroorganismů, jako jsou bakterie a viry, jsou nezbytné filtry s velmi jemnými póry, které zaručují vysokou úroveň filtrace.

Důležitým aspektem je také pravidelná údržba a výměna filtračních prvků, aby byla zajištěna konstantní kvalita stlačeného vzduchu a ochrana před korozí, abrazí a dalšími sekundárními poškozeními způsobenými kontaminanty. To vede k vyšší efektivitě, spolehlivosti a ekonomičnosti celého systému stlačeného vzduchu.

V praxi je tedy filtrace stlačeného vzduchu komplexním procesem, který vyžaduje pečlivý výběr filtračních technologií na základě specifických požadavků dané aplikace. Kombinací správně zvolených filtračních prvků a pravidelnou údržbou lze dosáhnout optimálního výkonu systému stlačeného vzduchu s ohledem na kvalitu, efektivitu a ekonomiku provozu.

Výběr filtru

Věda o filtraci stlačeného vzduchu

Věda za filtrace stlačeného vzduchu odhaluje složitost a význam správného zacházení s aerosoly a disperzními systémy v průmyslových aplikacích. Uvažujeme-li o mlze, kde je kapalná olejová fáze rozptýlena ve formě malých částic obklopených stlačeným vzduchem, stává se celý systém příkladem disperzního systému. Aerosoly jsou pak definovány jako kvazistabilní a kvazihomogenní systémy tvořené vzduchem a množstvím nerozpustných suspendovaných částic, které vytvářejí relativně stabilní a rozpoznatelný systém. Zatímco disperzní médium – stlačený vzduch – je jednoznačně specifikováno fyzikálními parametry jako tlak, teplota a chemické složení, úplný popis částic je složitější kvůli jejich různorodosti ve velikosti, tvaru a chemickém složení.

Při charakterizaci aerosolů v praxi se často setkáváme s potřebou omezit popis na určité charakteristiky, aby bylo možné definovat a vybrat parametry založené na četnosti výskytu částic v aglomerátu. Pro přesné určení disperzní fáze jsou důležité koncentrace a relativní frekvence výskytu částic, přičemž pro specifikaci průměru částic se využívá geometrický průměr, předpokládajíc se částice sférického tvaru.

Z hlediska separace částic ve vláknových filtrech předpokládá většina publikací, že částice oddělené ve vrstvách vláken nezpůsobují žádné strukturální změny, což znamená, že filtry jsou navrhovány na základě jejich nezatíženého stavu. Avšak pro efektivní hodnocení a optimální návrh filtrů je třeba zohlednit dynamickou fázi, která zahrnuje všechny změny v průběhu času v důsledku trvalého zatížení filtru, což nakonec vede ke ztrátě tlaku a snížení účinnosti separace.

V dynamické fázi se kladou otázky týkající se struktury filtru, avšak současný stav techniky nenabízí uspokojivé odpovědi na otázky, jaký je rozsah a intenzita zvyšování ztráty tlaku v kombinaci se snižováním účinnosti separace, předpokládaný vzájemný vliv ztráty tlaku a účinnosti separace, strukturální změny, chování při nasycení a regenerace filtru, či pravděpodobnost adheze částic.

Na vlákně probíhá separace částic ve stacionární fázi prostřednictvím dvou základních subfází: částice musí dosáhnout sféry vlivu povrchu vlákna a přilnout k tomuto povrchu. V dynamické separační fázi je třeba zkoumat filtrační systémy, což vede k dalším jevům, jako je aglomerace přilnavých částic na povrchu vlákna kvůli koalescenci, vzniku mostů a filmů kapaliny mezi vlákny a vytěsnění kapaliny z nasycené vrstvy vláken, čímž se vlákno opět stává dostupným pro zadržení částic/aerosolů.

Z tohoto pohledu je zřejmé, že pro návrh a údržbu efektivních filtračních systémů v průmyslových aplikacích je nezbytné hluboké porozumění jak stacionárním, tak dynamickým procesům filtrace. Důležité je také přizpůsobení materiálů a struktury filtrů specifickým potřebám aplikace, aby se optimalizovala účinnost separace a minimalizovaly provozní náklady. Vývoj a používání pokročilých analytických metod a modelování pro lepší předpověď chování filtrů pod různými provozními podmínkami jsou klíčové pro zlepšení výkonnosti a životnosti filtračních systémů.

Filtrační mechanismy ve filtraci stlačeného vzduchu

Filtrace ve stlačeném vzduchu zahrnuje odstranění pevných a kapalných částic, což je proces, na jehož základu stojí kombinace různých fyzikálních mechanismů, jež se liší v závislosti na typu a způsobu filtrace. Tyto mechanismy využívají:

– Brownův pohyb (mezi molekulární síly)
– Inerční síly
– Přímé zachycení/sítování
– Elektrostatické účinky

Když částice při průchodu kolem vlákna usadí, mohou být všechny výše popsané mechanismy účinné současně. Zajištění univerzálně platného matematického vztahu je velmi obtížné, a proto jsou dostupná pouze empirická řešení jednotlivých mechanismů, nebo jejich kombinací.

Rozsah Reynoldsůvých čísel, který je relevantní pro technologii filtrů, zahrnuje jak oblast viskózního proudění kolem válců (Re < 1), tak takzvanou přechodovou oblast (Re > 1-10^3), což znamená od 0.001 až po potenciální proudění (Re > 10^3). Důležitá oblast pro hloubkovou filtraci leží mezi menšími Reynoldsůvými čísly (Re < 1), kde proudění kolem válce v oblasti plíživého toku způsobuje, že rychlost v bezprostřední blízkosti vlákna je výrazně nižší než rychlost přibližujícího se proudu ve nezasažené oblasti vlákna. To platí jak pro kapalinu, tak pro unášené částice.

Je třeba dodat, že rychlost dopadu částice na povrch vlákna závisí na místě dopadu a tím na hranici nerušené proudové zóny vně válce, čímž prochází řadou rychlostí. To způsobuje, že efektivní rychlost dopadu je ve skutečnosti pouze zlomek přibližující se rychlosti a rovnoměrně se zvyšuje s rostoucí vzdáleností od bodu kontaktu.

Proces separace je zde vysvětlen ideálním způsobem, představující kruhový válec, který je obklopen proudem kolmým na jeho osu. Separace částic na povrchu válce je důsledkem dvou neustále probíhajících jevů během filtračního efektu:

– Přenos částic na povrch válce.
– Přilnutí těchto částic na povrch válce.

Podstatné přenosové efekty jsou založeny na inerčních silách, sedimentaci, Brownově pohybu nebo elektrických silách. Aby mohla částice přilnout k vláknu, jsou nutné čtyři podmínky:

– Pružná energie po dopadu musí být menší nebo nejvýše rovna adhezní energii, která umožňuje zadržení.
– Nesmí dojít k rozpadu nebo rozprášení aerosolu.
– Tlakové síly plynu působící na oddělené částice nesmí být silnější než adhezní síly.
– Částice, které již byly uloženy, nesmí být opět uvolněny dopadem následujících aerosolů.

Přidávám, že efektivita filtru se dále zvyšuje vhodným výběrem materiálu filtru a jeho povrchovou úpravou, což může zvýšit adhezi částic k vláknu nebo zlepšit separační vlastnosti. Materiály s vyšší povrchovou energií jsou obvykle účinnější při zachytávání částic díky lepším adhezním vlastnostem. Kromě toho, optimalizace geometrie vláken a hustoty balení může značně ovlivnit celkovou účinnost filtru tím, že zvyšuje pravděpodobnost zachycení částic díky lepšímu rozložení proudových linií a zvýšení průřezové plochy pro filtraci.

Brownův pohyb, známý také jako difuze, je náhodný pohyb aerosolů ve proudění plynu, který je způsoben srážkami aerosolů s atomy plynu na molekulární úrovni. Například částice o průměru 1 mikron má 15krát větší energii pohybu ve srovnání s částicí o průměru 5 mikronů. To v praxi znamená, že čím menší je částice, tím vyšší je pravděpodobnost, že dojde ke srážce s vláknem filtračního prvku a tudíž bude odfiltrována.

Filtrační prvky, které využívají Brownův pohyb, dosahují v praxi lepší filtrační výkonnosti, pokud jde o nejmenší separovatelné velikosti částic. Pro separaci částic menších než 0,3 mikronu jsou vyráběny filtrační prvky, které odfiltrují více než 99,99 % všech částic. Olej je skladován v hloubce vlákna, kapalné částice se slévají do kapek, které tečou jako souvislý kapalný film podél vláken k nejnižšímu bodu filtru. Vhodné rychlosti plynu brání tomu, aby oddělené kapalné částice následovaly průtok vzduchu a byly znovu unášeny. Díky Brownovu pohybu aerosolové částice nesledují proudové linie plynů kolem vlákna. Odchylují se od zóny těchto proudových linek směrem k povrchu vlákna, kde jsou ukládány. Účinek Brownova pohybu roste s klesající velikostí částice a s tím se zvyšuje difuzní separace menších částic.

Difuzní efekt usazování částic se vztahuje zejména na částice menší než 1 mikron. Je způsoben jejich pohybem. V důsledku toho se některé částice při kontaktu s vláknem přilepí. Vytvořený koncentrační gradient způsobuje difuzní tok směrem k povrchu vlákna. Tento efekt závisí hlavně na velikosti částice Dt a rychlosti toku plynu wo. Vliv teploty rovněž ovlivňuje dynamickou viskozitu vzduchu. U malých a velmi malých aerosolových částic je difuzní koeficient funkcí střední volné dráhy molekul vzduchu, která je nepřímo úměrná tlaku vzduchu.

Inerční efekty
Částice větší než přibližně 0,3 mikronu jsou kvůli své inerci nuceny nesledovat vzdušný proud v loži vláken. Tyto částice jsou vlákny zachyceny a odfiltrovány. Pro filtrace s oddělovací kapacitou do 0,3 mikronu jsou dostatečné filtrační systémy, které působí na základě inerčního efektu. Při obcházení vlákna proudem plynu proudová linie plynu obchází vlákno v křivce a těžká částice je svou inercí při vyšších rychlostech nucena pokračovat přímočaře, takže za příznivých podmínek může narazit na vlákno. Tento efekt je úměrný druhé mocnině velikosti částice a rychlosti toku. Vliv teploty se odráží ve viskozitě plynu.

Přímé zachycení/sítování
Částice mohou sledovat proudovou linii stlačeného vzduchu a stále být zachyceny bez inerčního efektu, pokud proudění probíhá blízko vlákna. Pokud například částice o průměru 1 mikron proudí v proudění vzduchu kolem vlákna ve vzdálenosti <0,5 mikronu, tato částice se vlákna dotkne a tudíž bude odfiltrována z proudění vzduchu. Při difuzní separaci se předpokládá, že aerosolové částice jsou prostě body hmoty bez rozměru obalu. Pokud však zvážíme, že částice jsou sférou s určitým průměrem Dt, musí být zohledněn další mechanismus, blokovací efekt. Částice je zachycena, pokud se přiblíží k vláknu tak, že vzdálenost je rovna nebo menší než polovina jejího průměru 0,5 Dt. Efekt je tedy úměrný velikosti částice Dt.

Elektrostatický efekt
Oddělovací účinek na vláknu uvnitř filtru se liší od separační účinnosti vlákna považovaného izolovaně. Vlákna v hlubokém loži vždy mají vyšší separační účinnost než jediné vlákno. Filtrační účinnost uvnitř hlubokého lože je funkcí porozity filtru, tj. balicího koeficientu. Průměrná rychlost toku je vyšší a v důsledku v

livu sousedních vláken dochází ke změnám v rozložení rychlosti kolem jednotlivých vláken. Relativní poloha jednotlivých vláken vůči sobě v loži je náhodná. Proudění plynu tímto ložem vláken způsobuje trvalé odchýlení proudu plynu. Nepřetržité tření kapaliny na hraniční vrstvě této povrchové plochy vlákna vybuduje na povrchu vlákna elektrostatický náboj. Nejmenší částice až do 0,01 mm mohou být zachyceny díky elektrostatickému efektu.

Separační systémy

Separátory a filtry jsou základními prvky systému stlačeného vzduchu. Otázka tedy není, proč filtrovat, ale jak správně filtrovat. Současné separační a filtrační systémy používané pro čištění stlačeného vzduchu se dělí do čtyř hlavních skupin:

• Gravitační separace • (předfiltrace) • Koalescence • Adsorpce Následuje stručný přehled těchto mechanismů, detailnější vysvětlení je uvedeno v dalších oddílech.

Gravitační separace

Úkolem gravitační separace je směrovat kapky tak, aby se pohybovaly relativně vůči stlačenému vzduchu a shromažďovaly se na pevném povrchu, odkud mohou být následně odvedeny.

Separace (Předfiltrace)

Během mechanické separace je kontaminovaný vzduch vedena přes několik vrstev filtračního papíru složeného z mikrovláken, která zachycují aerosoly na vláknech.

Koalescence

(Definice – spojit se a vytvořit jednu hmotu) Jemné olejové a vodní aerosoly se shromažďují v mikrovláknovém filtračním médiu filtračního prvku a aglomerují (koaleskují), aby vytvořily stále větší kapky, které klesají dovnitř filtrační nádoby a jsou následně odváděny. Tento proces se nazývá koalescence.

Adsorpce

V závislosti na požadavcích může být stlačený vzduch nebo plyn v dalším procesu oddělen také od plynných nečistot procházením přes vrstvu aktivního uhlí nebo jiného adsorpčního materiálu. Aktivní uhlí adsorbuje molekuly plynu, které by mohly způsobovat zápach, chuť nebo následnou kondenzaci zpět do kapalné fáze. Obecně platí, že existují dva typy prvků aktivního uhlíkového filtru, které se odlišují konstrukcí a formou, jakou aktivní uhlí přijímá. První typ je impregnovaný papír nebo jiný substrát, který může být vinutý nebo skládaný, druhý typ je založen na granulárním uhlí ve formě hlubokého lože. Obě mají schopnost odstraňování zápachu, ale při výběru těchto typů je třeba dávat pozor na úvahy o životnosti ve vztahu k poklesu tlaku.

Filtrace disperzních systémů představuje klíčový separační proces, při kterém dochází k oddělení dispergované složky od fluidního disperzního média pomocí filtračního zařízení. Stlačený vzduch zde hraje zásadní roli, neboť umožňuje proudění kapaliny přes filtr. V závislosti na struktuře porézních látek lze filtry rozdělit na vláknité filtry, pórovité filtry a granulární filtry. Vláknitý filtr se skládá z relativně tenké vrstvy vláken, která jsou přibližně stejné tloušťky a jsou rozmístěna kolmo k směru proudění plynu v přibližně stejných vzdálenostech od sebe. Pórovitý filtr může být například membránový filtr, zatímco granulární filtr se skládá ze sféricky tvarovaných filtračních prvků neboli granulí.

Efektivní hodnocení filtračního výkonu je možné provést pouze tehdy, jsou-li jako kritéria použity charakteristické hodnoty filtrace. Mezi nejdůležitější charakteristiky patří účinnost separace, ztráta tlaku a koeficient pronikání. Účinnost separace a ztráta tlaku jsou funkčně vzájemně závislé podle vztahu E = f (delta p). Pro účinnost filtrace je klíčové vybrat filtry, které kombinují maximální separační potenciál s minimální ztrátou tlaku a kde tyto dva parametry zůstávají během životnosti služby konstantní, tj. se časem nemění.

Účinnost separace
Pro popis separace se definuje stupeň účinnosti separace E jako poměr množství částic zachycených filtrem k množství částic vstupujících do filtru za jednotku času. Tento výraz je někdy nesprávně označován jako stupeň efektivity filtru. Nicméně stupeň efektivity skutečně představuje vztah mezi přínosem a vynaloženými zdroji a k filtraci se tedy nevztahuje.

Ztráta tlaku
Ztráta tlaku, delta p = p1 – p2, která nastává za filtrem, je po účinnosti separace druhým nejdůležitějším základním parametrem filtru. Ztráta tlaku je přímo úměrná rychlosti průtoku plynu filtrem. Pokud je známa delta p pro určitou rychlost, lze ji bez obtíží přepočítat pro jakoukoliv jinou rychlost. Ztráta tlaku delta p je také úměrná tloušťce filtrační vrstvy. Při použití vícevrstvého filtru je celková ztráta tlaku dána součtem částečných ztrát tlaku na jednotlivých vrstvách. Navíc delta p závisí na hodnotě koeficientu hustoty balení, který se zvyšuje s klesající vzdáleností mezi vlákny filtru. Nakonec delta p vždy závisí na teplotě průcházejícího plynu, protože viskozita plynu se s teplotou zvyšuje.

Koeficient pronikání
Koeficient pronikání pF udává vztah koncentrace aerosolových částic před filtrem a za filtrem.

Koeficient kvality filtru
Vzhledem k tomu, že kvalita filtru je určena ztrátou tlaku a účinností filtrace, byl zaveden koeficient kvality filtru Kv, který představuje vztah mezi negativním logaritmem koeficientu pronikání pF a ztrátou tlaku delta p760. Tato hodnota představuje materiálovou konstantu pro určitý filtrační materiál a závisí na rychlosti průtoku plynu filtrem wo, průměru vlákna Df, porozitě a dalších hodnotách. Tloušťka filtrační vrstvy však na tuto materiálovou konstantu nemá vliv a je určena experimentálně.

Je důležité zdůraznit, že při návrhu a výběru filtračních systémů je klíčové nejen zvážit tyto základní parametry, ale také pochopit vliv materiálu filtru, konstrukčních vlastností a provozních podmínek na celkovou účinnost a životnost filtru. Optimální výběr a správné používání filtrů mohou výrazně zlepšit kvalitu vzduchu, snížit energetickou náročnost systému a prodloužit životnost zařízení. Kromě teoretických aspektů je nezbytné provádět pravidelnou údržbu a monitorovat stav filtrů, aby bylo možné včas identifikovat potřebu jejich výměny nebo čištění, což zajišťuje dlouhodobou efektivitu a spolehlivost filtračního systému.

Klasifikace filtrů

Filtrace je zásadním procesem pro odstranění nežádoucích látek ze stlačeného vzduchu. Při tomto procesu dochází k vyčištění vzduchu od prachu a mlhy na sací straně kompresoru, zatímco na tlakové straně se používají filtry k odstranění prachu, nečistot, usazenin, kapalin a částic mlhy. Filtry dosahují separační účinnosti až 100 % pro částice o velikosti přibližně do 1 mikronu. Aby se zabránilo přetížení těchto jemných filtrů hrubými částicemi, jsou před jemné filtry instalovány mechanické separátory hrubých nečistot.

V oblasti filtrace se rozlišují dva základní typy filtrů:

1. Povrchové filtry využívají primárně efekt síťování nebo prosévání jako separační mechanismus. Nečistoty, pokud jsou větší než specifikované póry, jsou odděleny na povrchu filtračního materiálu a během životnosti filtru tvoří filtrní koláč. Tento jev má za následek, že i menší částice než je účinná šířka pórů mohou být do určité míry odstraněny. Vzhledem k tomu, že se nečistoty ukládají hlavně na povrchu, je možná jednoduchá regenerace filtrů tohoto typu.

2. Hloubkové filtry pracují na principu vláknitých lůžek skládajících se z labyrintu nejjemnějších jednotlivých vláken, kde neexistují specifické velikosti pórů. Takové filtrační materiály neplní pouze funkci síta, které zadržuje částice odpovídající velikosti pórů, ale také oddělují nečistoty, které jsou výrazně menší než struktura labyrintu vláken. Za toto oddělení jsou zodpovědné kombinace několika separačních mechanismů:
– Přímý náraz
– Elektrický náboj
– Difuze
– Efekt síta nebo obrazovky
– Přilnutí prostřednictvím van der Waalsových sil

Při návrhu systému filtrace je třeba zohlednit nejen typ a velikost částic, které je potřeba odstranit, ale také celkovou kvalitu požadovaného stlačeného vzduchu pro danou aplikaci. Pro aplikace vyžadující velmi čistý stlačený vzduch, jako jsou potravinářský průmysl, farmaceutický průmysl nebo vysokotechnologická výroba, je často nutné kombinovat více stupňů filtrace, aby se dosáhlo požadované úrovně čistoty. Tato kombinace může zahrnovat hrubé předfiltry pro odstranění větších částic a kondenzátu, následované jemnými a ultra jemnými filtry pro odstranění mikroskopických částic a aerosolů.

Efektivní údržba filtračních systémů, včetně pravidelné výměny filtračních prvků a kontrola celkového stavu systému, je klíčová pro udržení optimálního výkonu a prodloužení životnosti zařízení. Integrace systémů pro monitorování kvality vzduchu může dále pomoci včas identifikovat potřebu údržby a zajistit, že filtrační systém bude nadále efektivně chránit kritické procesy a vybavení.

Povrchové filtry

Povrchové filtry, známé také jako sítkové filtrační prvky, provádějí separaci částic na povrchu orientovaném vůči směru toku vzduchu. V ideálním případě jsou povrchové filtrační prvky vybaveny úzkou distribucí velikosti pórů, přičemž póry jsou rozmístěny přesně a rovnoměrně od sebe. Částice větší než velikost pórů jsou zadrženy na povrchu a nedovoluje jim projít. Účinnost separace a míra pronikání závisí na velikosti pórů, přičemž povrch působí jako síto, které zabraňuje průchodu pevných částic dispergovaných v aerosolu díky svým otvorům. To znamená, že průměry tokových kanálů jsou menší než průměry oddělovaných pevných částic, takže povrchový filtr propouští pouze disperzní médium.

V důsledku těchto charakteristik obvykle použití povrchového filtru vede k velmi vysoké ztrátě tlaku, která může být udržena v tolerovatelných mezích pouze snížením rychlosti toku. Povrchová filtrace není významná, pokud jde o separaci kapalných částic. Jako materiál filtračních prvků se používají tenkostěnné sintrované nebo celulózové acetátové trubky impregnované a skládané do hvězdicového vzoru.

Tyto povrchové filtrační prvky jsou schopny dosáhnout filtračního efektu pouze tehdy, pokud jsou oddělované látky přítomny ve formě pevných částic nebo kapek. Sušení pomocí takových filtračních prvků, tedy odstranění vodní páry ze stlačeného vzduchu, není možné.

Kompletní filtry obvykle sestávají z dvoudílného tělesa, ve kterém je filtrační prvek a jeho těsnící O-kroužek upevněn pomocí upevňovacího zařízení. Preferovaným způsobem montáže je upevnění pomocí spojovací tyče, protože pouze tímto způsobem lze zaručit pozitivní a pevné umístění filtračního prvku. Částice a kapky kondenzátu odstraněné filtračním prvkem spadnou gravitačně do sběrné komory pro kondenzát. Po dosažení maximální výšky naplnění je kondenzát automaticky vypuštěn drenáží.

Filtrační prvky umístěné uvnitř filtračního tělesa jsou zásadně uspořádány tak, aby proudění bylo zvenčí dovnitř. Obrácený směr toku by vedl k hromadění oddělených částic uvnitř prvku a tím k degradaci efektivní filtrační plochy akumulací pevných částic.

Je důležité podotknout, že pro zajištění optimální funkčnosti a dlouhodobé udržitelnosti povrchových filtrů je zásadní pravidelná kontrola a údržba. To zahrnuje nejen pravidelnou výměnu filtračních prvků, ale také monitorování tlakových ztrát a stavu těsnění. Vhodně navržený a správně udržovaný filtrační systém může významně přispět k ochraně zařízení a zajištění kvality stlačeného vzduchu pro specifické aplikace.

Hloubkové filtry

Hloubkové filtrační prvky se obecně skládají z vrstvy vláken různé tloušťky, která tvoří porézní strukturu. Tyto prvky jsou navrženy tak, aby individuální vlákna byla propletena v náhodném vzoru, vytvářejícím labyrintovité průchody mezi vlákny, které nemají jednotnou ani měřitelnou velikost. Interní tokové kanály obsahují průměry, které v některých případech představují mnohem hrubší síť než průměry částic, jež mají být z disperzního systému odstraněny. Separace probíhá po celé cestě, kterou aerosol prochází hloubkovým filtračním prvkem.

Filtrace pomocí hloubkových filtračních prvků je založena na principu náhodného usazování částic pod vlivem různých kumulativních fyzikálních efektů. Hloubkové filtrační prvky oddělují částice v lůžku vláken blízko povrchu filtračního prvku, přičemž směr toku je zevnitř ven. Tyto filtry se primárně používají k filtraci vodní a olejové kondenzační fáze ze stlačeného vzduchu.

Během toku zevnitř ven se mokrá fáze usazuje na materiálu filtračního prvku. Akumulace malých částic, které vedou ke vzniku větších kapek, způsobuje, že tyto kapky odtékají do sběrné komory pro kondenzát díky směru plynného toku zevnitř ven a působením gravitace.

Usazování na povrchu vlákna probíhá hlavně prostřednictvím povrchových sil. Vzhledem k tomu, že tyto síly jsou relativně malé, je nutné dbát na to, aby se usazené částice znovu neoddělily a nebyly znovu vtahovány do plynného proudu. Tento požadavek je nejlépe splněn při nízké rychlosti toku. Pro dosažení vysoké separační účinnosti je nutná velká povrchová plocha na jednotku objemu, která je specifikována jako m²/m³. Čistěná kapalina proniká do filtrační struktury, pevné složky určené k odstranění jsou zachyceny v nejhlubších vrstvách filtru. S rostoucím znečištěním omezuje odpor toku průtok plynu, takže diferenciální tlak v prvku narůstá.

Při filtraci kapalných částic dochází k jejich aglomeraci, tvoří se větší kapky, které opouštějí filtrační strukturu. Pevné látky zachycené ve filtračním médiu nelze odstranit a jsou trvale zadrženy.

Díky vláknitému labyrintu a velké kapacitě ukládání s tím spojené dosahují tyto filtrační prvky poměrně dlouhé životnosti až do nasycení, poté jsou tyto prvky vyměněny. Materiály pro takové hloubkové filtrační prvky zahrnují plasty, kovová nebo skleněná vlákna, stejně jako tkané nebo navinuté systémy. Plisované filtrační prvky nabízejí velkou povrchovou plochu, ačkoliv efektivní hloubka prvku je redukována na několik milimetrů.

Je důležité zdůraznit, že pro zajištění dlouhodobé funkčnosti a účinnosti hloubkových filtrů je klíčová pravidelná kontrola a údržba. To zahrnuje monitorování diferenciálního tlaku a včasnou výměnu filtračních prvků, aby se předešlo snížení výkonu filtru a zajištění stálé kvality čištěného vzduchu.

Separátory

Mlhou rozumíme disperzi kapaliny v nosném plynu, konkrétně se jedná o drobné kapénky rozptýlené ve vzduchu s různými průměry, přičemž jejich velikost obvykle přesahuje 1 mikron. Tyto kapénky se ve stlačeném vzduchu objevují především kondenzací vodních a olejových par. Velikost těchto kapének je klíčová pro účinnost jejich odstranění. Například, rychlost usazování kapének o průměru 0,1 mm je 24 m/s, zatímco u kapének s průměrem 0,001 mm je to pouze 0,003 m/s. To znamená, že čím menší kapénka, tím pomaleji se usazuje ve vzduchu v klidu.

Pro pohyb těchto kapének je nutné aplikovat značné síly, které se dosahují změnou směru proudění vzduchu, čímž na kapénky působí silné setrvačné síly. To znamená, že rychlost kapének je přímo úměrná působící síle. Například desetinásobek hmotnosti kapénky zvýší jejich rychlost desetkrát oproti původní rychlosti usazování. Tato vysoká zrychlení, potřebná pro oddělení kapének od stlačeného vzduchu, lze dosáhnout například prudkou změnou směru rychle proudícího vzduchu, což způsobí, že větší kapénky budou vyvrženy ven a odděleny.

Pro dosažení optimální čistoty stlačeného vzduchu v závislosti na jeho použití se volí odpovídající separátor. Mezi nejčastěji používané mechanické separátory patří cyklonové separátory, impaktní separátory, separátory se spinálním efektem a síťové filtry. Cyklonové separátory, například, využívají extrémně vysoké radiální zrychlení k vytvoření rotujícího vzduchového proudu, který odděluje částice díky vysoké centrifugální síle. Jejich účinnost dosahuje až 98-99 %, avšak s vyššími ztrátami stlačeného vzduchu. Na druhou stranu, impaktní separátory jsou vhodné pro oddělení velmi jemných kapének a vyžadují pravidelné čištění kvůli tendenci k ucpávání.

Spinální separátory a síťové filtry představují další metody, přičemž síťové filtry, ačkoli v poslední době jejich používání upadá, dosahují separační účinnosti až 99,9 % pro kapénky o velikosti 6-20 mikronů. Je důležité poznamenat, že účinnost separace se může výrazně lišit v závislosti na velikosti kapének, což znamená, že pro dosažení požadované čistoty vzduchu je nutné pečlivě vybrat typ separátoru na základě specifických potřeb aplikace.

Z tohoto důvodu je zásadní nejen správný výběr separátoru, ale také jeho správná instalace a pravidelná údržba. Například u cyklonových separátorů je klíčové zajistit, aby byla kondenzátní nádoba pravidelně vyprazdňována a aby byl separátor správně dimensionován pro danou aplikaci, což minimalizuje riziko ztráty tlaku a zajišťuje vysokou účinnost separace. Také je důležité zvážit environmentální faktory, jako je vlhkost a teplota vzduchu, které mohou výrazně ovlivnit výkon separačního systému. Vzhledem k těmto proměnným je doporučeno konzultovat s odborníky na stlačený vzduch, aby se zajistila optimální konfigurace systému pro konkrétní potřeby.

Komprese atmosférického plynu: Krokem k optimálnímu pneumatickému zařízení Nečistoty v atmosféře mohou poškozovat systémy komprese plynu, způsobují abrazi a oxidační poškození komponentů. Standard ISO 8573-1 určuje kategorii čistoty pro rozličné aplikace, reprezentované třemi hodnotami. Jako ilustrace pro pracovní plyn je specifikována čistotní kategorie 4-4-5. Toto třísložkové číslo symbolizuje tři doporučené čistotní kategorie v tomto pořadí: kategorie pevných částic, kategorie vodního obsahu (rosný bod) a kategorie olejových složek.

Metodiky testování filtrů

Výrobci čisticích prvků specifikují standardy pro testování jejich produktů. Standard ISO 12500 uvádí unifikované testovací metody pro filtry komprimovaného plynu. Tento standard identifikuje klíčové proměnné vstupního oleje a velikostní distribuce částic.

• Standard ISO 12500-1 specifikuje testy koalesčních filtrů pro separaci aerosolů.
• ISO 12500-2 popisuje adsorpci olejových výparů pro adsorpční filtrační prvky.
• ISO 12500-3 specifikuje velikostní distribuci částic pro čisticí prvky.
• ISO 8573-1 určuje čistotu plynu na základě koncentrace reziduálních složek v komprimovaném plynu.

Návody k výměně filtračních patron: Změňte patronu alespoň jednou ročně nebo při dosažení tlaku 350 mbar. Pro skupinu A každých 6 měsíců. Při selekci filtru věnujte pozornost typu ukazatele, který indikuje nutnost výměny patrony. Tento ukazatel upozorňuje na nadměrnou zátěž patrony. Nezanedbávejte správný výběr kondenzačního odvodu.

Základní faktory při výběru filtračního modulu:

• Maximální operační specifikace: tlak a termika.
• Kapacitní nároky: různé designy filtrů jsou určeny pro variabilní průtokové rychlosti.
• Materiálová charakteristika filtru v kontextu operačních podmínek:
  • Ocelové komponenty jsou ideální pro minimální servisní zásahy.
  • V agresivním okolí (jako je oxidace) preferujeme filtry z hliníka, nerezových slitin nebo niklových slitin.
  • Pro potravinový a farmakologický sektor nabízíme specifické filtry.
• Typ spojení s pneumatickým systémem: Rozhodnutí mezi závitovým a přírubovým spojením závisí na pozici v systému.

Vysoce specializované filtry se od standardních odlišují přídavným připojením pro sledování tlaku a možností propuštění z horního či dolního segmentu pomocí závitového spojení. Jsou klíčové v speciálních podmínkách, jako jsou potravinové, chemické a lékařské obory, pivovarství, biotechnologický sektor nebo zdravotnická zařízení. Vydrží teploty až do 150 °C a některé lze dezinfikovat.

Dezinfikované nerezové filtry projdou zvláštním DOP testem, zahrnujícím kontrolu hermetičnosti pomocí olejového rozprašovače. Tato metoda ověřuje, že filtr je nepropustný. Také splňují standardy FDA pro kontakt s potravinami podle sekce 21 CFR.

Doplňky pro industriální filtrační zařízení Indikace zanesení filtrační patrony. V každém kompresním systému je nutné řešit pokles tlaku – způsobený každým komponentem, dehydrátorem, ale rovněž filtrem. Blokovaný filtr logicky snižuje tlak více než čistý, a proto je esenciální sledovat, jestli filtrační moduly nejsou zanesené, a rutinně je vyměňovat. Monitorování zjednodušuje indikační zařízení zanesení.

Indikátor zatížení vzduchového filtračního modulu: Stav filtrační patrony je diagnostikován rozdílem vstupního a výstupního tlaku v filtru, tj. jak velký tlakový gradient filtr indukuje. Červená a zelená oblast jsou označeny na měřící skále manometru. Patrona by měla být vyměněna, když se ukazatel manometru dostane do červené oblasti.

Kondenzační odtok Pro efektivní odstraňování kondenzátu můžeme využít specifikovaný kondenzační odvaděč. Ruční dekompresní zařízení je řízeno rotačním pinem a může být připojeno k filtru nebo tlakové nádobě. Autonomní odtok kondenzátu pracuje tak, že když plovák vzplane, otevře se ventil. Toto řešení zajišťuje, že neunikne stlačený vzduch, což je energeticky úsporné.

Plynulý provoz Aby byl komprimovaný plyn optimální a abyste mohli spolehnout na konzistentní provoz, je nutné provádět preventivní údržbu. Výměna filtrů je základem, ale nezapomínejte také kontrolovat systém na přítomnost kondenzátu, abrazi a rzi. V kombinaci s pravidelným testováním můžete zajistit maximální účinnost vašeho zařízení.

• Co je to filtrace stlačeného vzduchu?
• Jaké nečistoty se při filtraci odstraňují?
• Jaký je rozdíl mezi předfiltrem a jemným filtrem?
• Proč je odlučovač vody klíčovou součástí systému?
• Které filtrační technologie jsou nejúčinnější?
• Je při filtraci důležité aktivní uhlí?
• Jak vybrat správný filtr pro kompresor?
• Co je to třída čistoty stlačeného vzduchu?
• Jaké jsou výhody úpravy stlačeného vzduchu?
• Kde najdete nejlepší filtry na trhu?

Co je to filtrace stlačeného vzduchu?

Filtrace stlačeného vzduchu je proces odstraňování nečistot ze vzduchu stlačovaného kompresorem. Zajišťuje vyšší kvalitu stlačeného vzduchu, což se projeví v lepším výkonu a delší životnosti pneumatických zařízení.

Jaké nečistoty se při filtraci odstraňují?

Při stlačování vzduchu se odstraňuje velké množství olejového kondenzátu, prachových částic, vlhkosti a dalších nečistot. V závislosti na třídě čistoty vzduchu, které má být dosaženo, se používají různé stupně filtrace.

Jaký je rozdíl mezi předfiltrem a jemným filtrem?

Předfiltr je první stupeň předfiltrace. Jeho hlavním úkolem je odstranit větší částice, jako je prach nebo olej. Jemný filtr je naproti tomu určen k odstranění jemnějších nečistot, které by mohly poškodit součásti systému.

Proč je odlučovač vody klíčovou součástí systému?

Odlučovač vody funguje na principu rozdílu tlaků, což umožňuje oddělit vodu od stlačeného vzduchu. To je nezbytné pro předcházení problémům s korozí a vlhkostí v síti stlačeného vzduchu.

Které filtrační technologie jsou nejúčinnější?

Výběr filtrační technologie závisí na potřebách daného systému stlačeného vzduchu. Za nejúčinnější jsou však v současné době považovány technologie využívající filtrační materiál s vysokou filtrační účinností.

Je aktivní uhlí důležité při filtraci?

Ano, filtry stlačeného vzduchu s aktivním uhlím se používají k odstraňování pachů a olejových par. Aktivní uhlí má jedinečnou adsorpční schopnost, díky níž je ideální pro čištění stlačeného vzduchu.

Jak si mám vybrat správný filtr pro svůj kompresor?

Výběr správného filtru stlačeného vzduchu závisí na řadě faktorů, jako je výkon kompresoru, typ nečistot a očekávaná kvalita stlačeného vzduchu. V úvahu je třeba vzít také průtok vzduchu a třídy čistoty.

Jaké jsou třídy čistoty stlačeného vzduchu?

Třídy čistoty určují množství a typ znečišťujících látek přítomných ve stlačeném vzduchu. To pomáhá určit, které filtry jsou potřebné k dosažení požadované úrovně čistoty.

Jaké jsou výhody úpravy stlačeného vzduchu?

Úprava vzduchu pomocí filtrace stlačeného vzduchu umožňuje:

– Prodloužit životnost zařízení poháněných stlačeným vzduchem.

– Zlepšit kvalitu konečného produktu.

– Snížení provozních a servisních nákladů.

Kde najdete nejlepší filtry na trhu?

Na trhu jsou k dispozici různé typy kompresorových filtrů, ale je vhodné hledat výrobky od renomovaných výrobců. U mnoha profesionálních firem najdete široký výběr vysoce kvalitních filtrů, které splňují všechny vaše požadavky.

Shrnutí: Kompresory s kompresorem jsou vybaveny speciálními funkcemi, které jsou vhodné pro použití v domácnosti:

– Filtrace stlačeného vzduchu je klíčovým prvkem při přípravě čistého vzduchu pro průmyslové aplikace.

– V závislosti na třídě čistoty se používají různé typy filtrů.

– Aktivní uhlí je důležité při odstraňování pachů a olejových par.

– Výběr správného filtru závisí na řadě faktorů, včetně výkonu kompresoru a typu znečišťující látky.

– Dobrá filtrace se promítá do lepšího výkonu zařízení a nižších provozních nákladů.

ČASTO KLADENÉ OTÁZKY O FILTRACI STLAČENÉHO VZDUCHU

Otázka: Co je to filtrace stlačeného vzduchu?

Odpověď: Filtrace stlačeného vzduchu je proces odstraňování pevných částic, kapalin a nečistot ze vzduchu, který je stlačován a používán v různých aplikacích.

Otázka: Jaké jsou nejdůležitější pojmy související s filtrací stlačeného vzduchu?

Odpověď: Nejdůležitější pojmy související s filtrací stlačeného vzduchu jsou: filtr, stlačený vzduch, filtr stlačeného vzduchu, jemný filtr, filtrace stlačeného vzduchu, filtrace, částice, kazeta, uhlíkové filtry, sušička, separátor, předfiltr, aktivní uhlí.

Otázka: Jaké jsou výhody filtrace stlačeného vzduchu?

Odpověď: Filtrace stlačeného vzduchu přináší mnoho výhod, například odstranění částic a nečistot, zvýšení účinnosti a životnosti zařízení, ochranu před poruchami, zlepšení kvality vyráběné kapaliny a ochranu životního prostředí.

Otázka: Jak funguje filtr stlačeného vzduchu?

Odpověď: Filtr stlačeného vzduchu funguje tak, že stlačený vzduch prochází filtračním prvkem, který zachycuje pevné částice, kapaliny a nečistoty, a čistý vzduch je vypouštěn ven.

Otázka: Jaké jsou různé typy filtrů stlačeného vzduchu?

Odpověď: Existuje mnoho různých typů filtrů stlačeného vzduchu, například uhlíkové filtry, vícestupňové filtry stlačeného vzduchu, předfiltry, koalescenční filtry, sušiče, odlučovače oleje a vody.

Otázka: Jak vybrat správný filtr stlačeného vzduchu?

Odpověď: Pro výběr správného filtru stlačeného vzduchu je třeba vzít v úvahu průtok stlačeného vzduchu, typ a množství nečistot, které chcete odstranit, a požadavky daného vzduchového systému.

Otázka: Jaké jsou výhody použití filtrů stlačeného vzduchu v různých aplikacích?

Odpověď: Použití filtrů stlačeného vzduchu v různých aplikacích přináší mnoho výhod, například prodloužení životnosti zařízení, snížení počtu poruch, zlepšení kvality výrobků, ochranu životního prostředí a udržení vysoké účinnosti filtrace.

Otázka: Jaké faktory je třeba zohlednit při výběru filtrů stlačeného vzduchu?

Odpověď: Při výběru filtrů stlačeného vzduchu je třeba vzít v úvahu faktory, jako je průtok vzduchu, typ znečišťující látky, požadavky na proces, rozpočet a specifické požadavky na čistotu vzduchu.

Otázka: Jak se liší uhlíkové filtry od jiných filtrů stlačeného vzduchu?

Odpověď: Uhlíkové filtry jsou speciálním typem filtrů stlačeného vzduchu, které jsou účinné při odstraňování pachů, těkavých látek a plynů. Obsahují kazetu s aktivním uhlím, která tyto látky pohlcuje.

Otázka: Jaké jsou nejdůležitější kroky v procesu filtrace stlačeného vzduchu?

Odpověď: Nejdůležitějšími kroky v procesu filtrace stlačeného vzduchu jsou: předfiltrace, která odstraňuje větší částice a nečistoty, jemná filtrace, která odstraňuje menší částice a jemné nečistoty, sušení vzduchu, které odstraňuje vlhkost, a konečná filtrace, která zajišťuje konečnou čistotu vzduchu.