Filtry koalescencyjne

Filtry koalescencyjne znajdują szerokie zastosowanie w procesach oczyszczania gazu ziemnego, sprężonego powietrza oraz innych mediów w przemyśle chemicznym, petrochemicznym, górnictwie ropy i gazu, przepompowniach i magazynach gazu ziemnego.

W zależności od wymaganego stopnia filtracji filtry koalescencyjne występują jako zgrubne lub dokładne. Cząsteczki zanieczyszczeń znajdujące się w sprężonym powietrzu są wyłapywane i zatrzymywane na wkładzie. Im większa ilość zanieczyszczeń stałych zostaje zatrzymana, tym mniejsza jest zdolność filtra do dalszego ich przechwytywania oraz tym większy jest spadek ciśnienia generowany przez filtr.

Filtrami koalescencyjnymi są również  demistery i filtroseparatory. Demistery to przemysłowe urządzenia, które zawracają krople cieczy o szerokim spektrum rozmiarów przenoszone przez strumień gazu lub pary. Zasada działania demisterów polega na mechanicznym zatrzymaniu cząsteczek zanieczyszczeń na przegrodzie filtracyjnej. Przegroda ta może być wykonana z metalu, materiału syntetycznego lub włókna.

Filtroseparatory służą do usuwania śladowych ilości cieczy ze strumienia gazu. Charakteryzują się bardzo dużą wydajnością oczyszczania gazu.

Firma ChemTech wykonuje próby integralności wkładów filtracyjnych na etapie produkcyjnym metodą aerozolowa 0,3 µm. Próby takie możemy również wykonać na wkładach zużytych lub w trakcie ich eksploatacji. Poniższe zdjęcia pokazują wkład zużyty wykazujący rozległe zniszczenie materiału filtracyjnego po okresie wieloletniej pracy. Przyczyną zniszczenia mógł być zbyt długi okres ich eksploatacji i związana z tym degradacja lub być może od początku wkład nie był integralny.

Poniższe zdjęcia przedstawiają wkład z instalacji w kopalni gazu ziemnego dostarczony przez firmę konkurencyjną:

Koalescery ciecz-ciecz

Koalescery używane są również do rozdziału układów dyspersyjnych i stanowią ważny element procesu w wielu gałęziach przemysłu.

Istnieje wiele rodzajów układów dyspersyjnych:

• Mieszanina  – układ ciało stałe/ ciało stałe
• Błoto – układ ciało stałe/ciecz
• Zawiesina – układ ciecz/ciało stałe
• Emulsja  – układ ciecz/ciecz
• Piana – układ ciecz/gaz
• Aerozol – układ gaz/ciecz
• Mgła – układ gaz/ciecz

Układy dyspersyjne ciecz-ciecz mogą powstawać w trakcie ważnego procesu np. podczas ekstrakcji ciecz/ciecz aby otrzymać jak największą siłę wiążącą powierzchnie faz, która powoduje intensyfikację wymiany masy i ciepła. Układy dyspersyjne tworzą się również w środowisku naturalnym, takie jak piany, emulsje. Niezwykle ważnym etapem w przemyśle produkcyjnym jest separacja układów dyspersyjnych. Przykładowymi urządzeniami, które przeprowadzają efektywną separację są wirówki, separatory grawitacyjne z wkładem ułatwiającym koalescencję lub bez, separatory elektrostatyczne oraz koalescery.

Filtry koalescencyjne ciecz-ciecz używane są między innymi do rozdziału emulsji.

Emulsje można podzielić na:

• O/W  – fazą rozproszoną jest faza organiczna (najczęściej olej), a fazą ciagłą woda, np. mleko
• W/O – fazą rozproszoną jest woda, a fazą ciągłą faza organiczna, np. masło
• O/W/O lub W/O/W – emulsje wielokrotne

Emulsje nie są naturalnie stabilne. Proces emulsyfikacji zachodzi w obecności mieszaniny oleju i wody oraz substancji czynnej – surfaktanta, który rozpuszcza się częściowo w obydwu fazach.

Jest wiele sposobów powstawania emusji.

Wszystkie te mechanizmy są oparte na trzech głównych procesach:

• Po powstaniu krople oleju ulegają deformacji i rozpadają się na mniejsze krople
• Substancja powierzchniowo czynna czyli surfaktant, czy inaczej emulsyfikator adsorbuje się na nowo powstałych kroplach
• Krople łączą się ze sobą na nowo przez co uzyskujemy stabilną lub mniej stabilną emulsję (w zależności od warunków procesu)

Koalescer wytwarzany jest najczęściej z plecionej, drucianej lub włóknistej siatki. Efektywny rozdział układu dyspersyjnego odbywa się aż do 1μm rozmiaru kropel fazy rozproszonej. Koalescery umożliwiają bardzo szybką i wydajną separację mieszaniny ciecz-ciecz używając efektu koalescencji. Procesem koalescencji nazywamy łączenie się kilku cząstek fazy rozproszonej w jedną, większą, dzięki czemu zmniejsza się stopień dyspersji układu, a co za tym idzie rozdział mieszaniny na dwie odrębne fazy ciekłe.

W przypadku emulsji, koalescer wytworzony jest z warstw bardzo drobnych włókien zalewanych od wewnątrz do zewnątrz.

Dostępne rodzaje:

Pleciona, druciana siatka

• Dostępne materiały: metal, tworzywo sztuczne, włókno materiałowe
• porowatość 94% – 98%
• kształt – okrągły lub prostokątny

Pleciona, druciana siatka o większej gęstości

• Dostępne materiały: metal, tworzywo sztuczne, włókno materiałowe
• Porowatość 80%-93%
• Niewielki spadek ciśnienia
• Średnica drutu/włókna 0,05mm-0,40mm

Upakowana, sprasowana, pleciona druciana siatka

• Dostępne materiały: metal, tworzywo sztuczne, włókno materiałowe
• Mechanicznie ciśnienie stabilne
• Możliwe przemywanie w kierunku wstecznym
• Średnica drutu/włókna 0,01mm-0,28 mm
• Standardowe wymiary: Ø 60/ 100 z elementami o długości aż do 1250mm

 
Filtr koalescencyjny z bardzo drobnych włókien

• Wielkość oczek od 1 do 30 um
• Problem wzrostu zanieczyszczeń oraz ciśnienia kompensowany jest wolniejszym natężeniem przepływu i oczyszczaniem wstępnym
• Niski spadek ciśnienia
• Standardowe wymiary: Ø 60/ 120 / 150 z elementami o długości aż do 1000mm