合成濾材の概要

2022 年 3 月 1 日 | Jose M. Sentmanat、液体ろ過スペシャリスト、LLC 著

糸や織りのスタイルから排水や被覆範囲の考慮事項まで、多くの要因が合成濾材の性能に影響を与えます。

濾材という広い範囲には、織布濾布、織布および不織布濾材、フィルターフェルトなど、多くの合成濾材が存在します。 「合成」という用語には、ポリエチレン (PE)、ポリプロピレン (PP)、ポリエステル、ナイロンで作られた布素材に加え、サラン、ポリアミド、ノーメックス (難燃性メタアラミド)、ポリエーテル エーテル ケトンなどのその他の特殊素材が含まれます。 (PEEK)、フッ素樹脂、および特定の用途向けに特別に作られたその他の材料。 このような媒体のサブカテゴリには、金網フィルター媒体が含まれます。 これらはさまざまな金属で作られた金網で、最も一般的なのは 316 SS や 316-L SS などのステンレス鋼で作られた金網です。

もともと濾材の素材はシルク、コットン、ウールなどが使われていました。 これらの材料の有用性には限界があるため、1945 年頃に合成材料が導入されて以来、工業用濾過用途では合成材料がはるかに頻繁に使用されています。それ以来、急速な開発活動により、工業用濾過における合成繊維の適用範囲が広く拡大してきました。 濾材としては現在でも綿やウールが使用されていますが、この記事では合成濾材と金網のみを取り上げます。

図 1 に示すように、合成フィルター媒体には次のような一般的なタイプの繊維がいくつか使用されています。

図 1. 濾材に使用される繊維の種類は、濾材の最終性能に影響を与える可能性があります

モノ/マルチフィラメント、モノ/ステープル、マルチ/ステープルの組み合わせなど、組み合わせ素材も利用できることにも注意してください。

モノフィラメント繊維には、正確な生地開口部のための優れた直径制御、高い流量、低い圧力降下、比較的高い剛性と引張強度など、多くの利点があります。 これらの繊維の濾過メカニズムは表面粒子捕捉であり、優れた表面粒子放出を示します。 このメディアは洗浄が簡単で、液体の吸収も限られています。

マルチフィラメント繊維の場合、撚り糸により糸の直径が不均一になることが多く、孔径も不均一で測定が難しい場合があることに注意してください。 このタイプの媒体の濾過メカニズムには、表面および撚り合わせたストランド間での粒子の捕捉が含まれます。 マルチフィラメントメディアエレメントは、表面に粒子が適度に放出されますが、洗浄がやや困難です。 その利点には、優れた引張強度、柔軟性、柔軟性、耐疲労性が含まれます。 マルチフィラメント糸は液体を吸収する可能性があることにも注意してください。

紡糸されたフィラメント繊維は、繊維のサイズと密度がやや不均一であるという特徴があり、マルチフィラメント繊維と同様に、その孔径は不均一で測定が困難な場合があります。 紡糸されたフィラメント繊維媒体の濾過機構には、繊維構造内だけでなく表面での粒子捕捉も含まれます。 これらの媒体は確かに柔軟で柔軟ですが、表面粒子の放出が悪く、洗浄が困難です。 マルチフィラメント繊維と同様に、紡績されたフィラメント糸は液体を吸収する可能性があります。

繊維をより大きなフィルター媒体エレメントに織り込むために使用される方法は、性能パラメーターに大きな違いをもたらす可能性があります。 次のセクションでは、いくつかの織りスタイルについて説明します。 主要な織物のカテゴリで利用可能な細孔サイズを表 1 に示します。

四角い織り方。 この織り方は主に合成繊維やワイヤークロスで使用されます。 最も基本的な開織りスタイルで、単純な上下パターンを採用しています (図 2 および 3)。 大きな開口面積を持つ直線的な流路を提供します。 四角織りの主な利点としては、高い透過性、最小限の結合、簡単な洗浄、高い安定性が挙げられます。

タフタ織り。 この織りスタイルは通常、合成素材でのみ使用されます。 これは四角織りの一種で、2 本の小径の糸が縦糸方向に太い糸と交互に配置されます (図 4)。 「経糸」とは、布を織る際に布の長さに沿って伸びるワイヤーを指します。 このスタイルは表面が粗く、絹の脱皮布を模倣しています。

閉じたツイル織り。 この織りスタイルは合成素材で使用されます。 より密な織りパターンでは、たて糸が 3 回通過し、次に 1 つのよこ糸の下を通過します (図 5)。 この織りスタイルにより、優れた強度と耐久性が促進されます。 この織り方を採用したフィルター媒体は、空気透過性を制御するためにカレンダー加工することができます。 カレンダー加工は、圧力と熱を同時に加えて繊維を圧縮する繊維処理プロセスで、その結果、濾過品質が向上したより薄くてより緊密な生地が得られます。 図 6 に見られるように、カレンダー加工により、より緻密で密度の高い繊維が得られます。

オランダツイル織り。 この織りスタイルはワイヤークロスメディアで使用されます。 2 オーバー、2 アンダーのパターンにより、最高の粒子保持力を実現します。 このスタイルでは、縦糸はシュートワイヤー（生地の幅を横切るワイヤー）よりも重いです。

無地のリバースダッチ織り。 この織りスタイルは、合成繊維とワイヤークロスの両方のメディアで使用されます。 よこ糸に比べてたて糸の数が多くなります (図 7)。 たて糸の直径は一般によこ糸の直径の 3 分の 2 です。 この織りスタイルは高流量に対応でき、優れた縦方向の柔軟性、横方向の剛性、曲がりくねった流れを実現します。

平織りのリバースダッチ織りを採用した濾材は高流量に対応可能

オランダの平織り。 この織りスタイルは、高流量用途でワイヤークロス媒体とともに使用されます。 シュート ワイヤーはワープ ワイヤーよりも小さいです (図 8)。 この織りスタイルの利点は、媒体全体での圧力損失が低いことです。

二重織り。 合成メディアを使用した二重織りが使用されています。 これらは、モノフィラメントまたはモノマルチ織りの種類のものにすることができます。 二層織りでは、フィルター層（たとえば、閉じた綾織りフィルター）と支持層（たとえば、開いた正方形織り）が一緒に織られます。 この構成により、優れた強度と耐久性だけでなく、優れた濾過能力が得られます。 二層織物メディアにはさまざまな構造が利用可能です (図 9)。 図 10 に示すように、細い布地が強力な支持層上に織り込まれているため、布地の細孔が穴あき金属支持体に対して「目隠し」される傾向があります。モノフィラメント構成では、粗いメッシュの底層を通る横方向の流れにより、流れが改善され、スループット (図 11)。

適切な濾材を選択する際に考慮される主な性能問題は、粒子捕捉効率、処理能力、洗浄性、ケーキ放出性、耐熱性、耐薬品性です。 表 2 に、いくつかの一般的な合成材料の温度と耐薬品性に​​関する情報を示します。

粒子捕捉効率。 特定のプロジェクトではコストが高すぎて実現できない可能性があるため、100% の粒子捕捉効率は多くの場合必要ではないことに注意することが重要です。 さらに、生地の細孔サイズは、捕集目的と必ずしも正確に一致する必要はありません (ケーキ濾過など)。

スループット容量。スループット容量を考慮する場合、図 12 に示すように、同じ細孔サイズの媒体でも異なるスループットを示す可能性があることを理解する必要があります。最終的に容量を設定するのは媒体のオープンエリアです。

洗浄性とケーキリリース性。 これらの考慮事項は、布がどの程度よく洗浄できるか、および濾布を洗浄するときに濾過ケーキがどの程度よく放出されるかを説明します。 これらの要素は両方とも、メディアのライフサイクルの有効性を予測するのに役立ちます。

図 12. スループット容量は細孔サイズではなく、媒体の開口面積によって決まります。

この金属フィルター リーフには、ハニカム スタイルの排水サポートが装備されています。

濾材とその下の表面の間に排水サポートを提供することも考慮する必要があります。 濾布媒体の場合、場合によっては、粗いオープン媒体タイプからなる排水サポートを提供すると、流量が 20% も増加する可能性があることが判明しています。 排水サポートは、粗い糸またはフィラメントで作られたオープンスクエア織り、またはハニカムとして知られているもののいずれかです。 排水部材は布を金属支持体から分離し、布の下で側方の流れを可能にするため、より多くの流れを生み出します。 織金網の場合、排水部材は通常、８×８メッシュなどのより目の粗い正方形のメッシュである。 図 13 は、ハニカム支持体を備えた金属フィルター リーフと、支持体を示すために開いた合成布カバーを示しています。 図 14 は、排水メッシュを備えた 5 層フィルターリーフ構造を示しています。

フィルター クロス カバーは最初にフィルター リーフに取り付けるときに縫い付けられますが、交換用フィルター クロス カバーにはベルクロ クロージャーまたはジッパーが付属しているため、現場での取り付けが容易になり、フィルター リーフを販売店に送る必要がある場合がある縫製の必要がなくなります。裁縫のお店。 布製のカバーを付けたフィルターの葉を床の上で引きずらないように常に注意する必要があります。 生地が破れたり破れたりします。 また、使用者は布を傷つける可能性があるので、覆われた葉を鋭利な表面にぶつけないよう注意する必要があります。 布地に磨耗、破れ、穴がないか定期的に検査してください。 このような損傷は、間違いなくフィルターの性能に影響を与えます。 良い予防策は、布製カバーの角や、バッグの摩擦や磨耗が起こりやすい部分に補強パッチを付けることです。 ■

メアリー・ペイジ・ベイリー編集

著者は、この記事の執筆に関して Sefar Americas Inc. (ニューヨーク州バッファロー) および Filter-All, Inc./Sewn Weld Industries Inc. (テキサス州マグノリア) の貴重な貢献に感謝します。

Jose M. Sentmanat は、Liquid Filtration Specialist, LLC (私書箱 1064、Conroe、TX 77305-1064; ウェブサイト; www.filterconsultant.com; 電子メール: [email protected]; 電話: 936-756-5362) の社長です。 Sentmanat は、食品飲料、製薬、消費者、化学、石油化学の分野における多数のプロセス関連産業向けのアプリケーション エンジニアリング、ろ過装置のサイジング、選択において 50 年以上の経験を持っています。 Sentmanat は、いくつかの出版物、参考文献、操作マニュアルを執筆しており、世界中で多数のセミナーや短期コースを開催しています。