چاپ شده در مجله جولا (نشریه تخصصی انجمن علمی دانشکده مهندسی نساجی دانشگاه امیر کبیر)
سه بخش از این مقاله پیش از این در سایت منتشر شده‌است. بخش پایانی را در ادامه می‌خوانید.
فیلتراسیون هوا
فیلترهای هوا برای فیلتر کردن و جداسازی دامنه وسیعی از آلودگی‌ها از هوا شامل قارچ‌ها، گازها، گردوغبار و بوها طراحی شده اند. فیلترهای مشخصی برای نیازهای متفاوت موجود هستند، زیرا یک فیلتر قابلیت جداسازی تمام ذرات را ندارد. فیلترها از الیاف، نخ‌ها و ساختارها ترکیبات مرتبط متنوعی ساخته شده اند. برای مثال، پارچه‌هایی نظیر بافت توری الیافی مانند پلی‌استر و فلزاتی مانند استیل ضدزنگ در این فیلترها استفاده می‌شوند. در مواقعی واکنش‌های الکتریکی و شیمیایی درون فیلتر به جذب و جداسازی عوامل مضر از هوا کمک میکنند. بنابراین فهم شیمیایی در طراحی این فیلترها یک مزیت به حساب می‌آید. بازدهی فیلتر توسط عوامل مختلفی تعیین می‌شود: اندازه الیاف فیلتر، چگالی خطی الیاف و سرعت هوای عبور کننده از فیلتر.
فیلترهای هوا به صورت گسترده در سیستم‌های گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع (HVAC) خانگی و تجاری استفاده می‌شوند. فیلتر هوا دارای ذرات ریز با بازدهی بالا (HEPA) یک نمونه از فیلترهای مورد مصرف در سیستم های HVAC است. فیلتر HEPA عمدتا برای جداسازی ذرات ریز مانند ذرات آلرژی زا و محرک‌های معمول دیگر از هوا استفاده می‌شود. صنعت خودرو از فیلترهای هوا بطور گسترده در خودروها برای بالا بردن بهداشت موتور استفاده میکند.
بعضی از وسایل خانگی و صنعتی از فیلترهای هوای داخلی برای افزایش کیفیت هوا استفاده میکنند. استفاده از هوای تمیز در ماشین آلات نیز خود تضمین کننده‌ی عمر طولانی‌تر آن است.
فیلتراسیون مایع
فیلتراسیون مایع دارای بازار پیشرفته تری نسبت به فیلتراسیون هوا است زیرا استفاده از مدیای فیلتر در کاربردهای بازاری متنوع و درحال افزایش دائم را پوشش می‌دهد. بسیاری از منابع معدنی قبل از صادرات تحت چندین مرحله فرآیندهای مختلف قرار می‌گیرند. بسیاری از این فرآیندها نیاز به آب زدایی از محصول یا یک نوع از فیلتراسیون مایع با استفاده از انواع مختلف فیلتراسیون در روش‌های فیلتراسیون سطحی و عمقی دارند.
فیلتراسیون مایع را میتوان به فیلتراسیون سیالات آبی و هیدروکربنی تقسیم بندی کرد. یک کاربرد وسیع دیگر فیلتراسیون مایع نیز به فیلتراسیون موتورها اختصاص دارد که شامل فیلتراسیون هوا و مایع است، و یک بخش تخصصی که بحث درباره آن از حوصله این مقاله خارج است. در فیلتراسیون آب عمدتا از منسوجات بی‌بافت و کامپوزیت بی‌بافت‌ها استفاده می‌شود، اگرچه در بعضی مصارف خاص مانند اکثر فیلترهای کیسه ای تنها امکان استفاده از منسوجات بافته‌شده برای فیلتراسیون امکان‌پذیر است.
یکی از بیشترین مصارف منسوجات بی بافت بعنوان فیلترهای مایع، فیلترهای کارتریج است. فیلترهای کارتریج بعنوان فیلترهای جلادهنده در کاربردهای صنعتی، درکاربردهایی که نیاز به خلوص بسیار بالا است، یا در مواقعی که نیاز به بازدهی بسیار بالا است می‌توانند استفاده شوند.
سخن نهایی
با توجه به مطالبی که در این مقاله ذکر شده‌است می توان گفت صنعت فیلتراسیون یکی از پیشرفته‌ترین و جهانی‌ترین صنایعی است که انواع منسوجات و به خصوص منسوجات بی بافت.کاربرد بسیار وسیعی در آن دارند. با توجه به این نکته نیاز به افزایش دانش در این زمینه برای متخصصین نساجی و الیاف یک امر ضروری به حساب می‌آید. متأسفانه به دلیل عدم اهمیت به این حوزه در کشور ما جایگاه ما از نظر تولید و صادرات انواع فیلترها در جهان و منطقه جایگاه مناسبی نبوده و سهم عظیمی از فیلترهای مصرفی در کشور ما محصولات وارداتی هستند. امید می‌رود با افزایش دانش و آگاهی رسانی در زمینه اهمیت دانش نساجی و الیاف در طراحی و کاربرد فیلترها بتوان به ارتقای جایگاه کشورمان در این حوزه کمک کنیم.
چاپ شده در مجله جولا (نشریه تخصصی انجمن علمی دانشکده مهندسی نساجی دانشگاه امیر کبیر)
دو بخش از این مقاله پیش از این در سایت منتشر شده‌است. بخش چهارم و پایانی شنبه آینده منتشر خواهد شد.
آمار
صنعت فیلتراسیون از هر دو منسوج بافته و بی بافت استفاده میکند. در این مقاله به بررسی آمار منسوجات بی‌بافت که توسط انجمن بی‌بافت‌های صنعتی آمریکا (INDA) به دست آمده است پرداخته می‌شود. طبق این آمار، این سازمان در سال ۲۰۰۹ صنعت فیلتراسیون با سرعت ٪۸٫۲ درحال رشد بوده. این سازمان رشد سریع این صنعت را در سال‌های آینده پیش بینی کرده است که سبب می‌شود سرعت رشد آن از بخش‌های دیگر منسوجات بی بافت (به استثناء دستمال‌های بهداشتی) پیشی بگیرد.
آمارهای استفاده از منسوجات در صنعت فیلتراسیون توسط کمپانی‌های مختلف ارائه می‌شوند که با وجود اختلاف در آمار این شرکت‌ها، همه آن‌ها رشد قابل توجهی در استفاده از منسوجات در فیلتراسیون را در سال‌های آینده پیش‌بینی میکنند. یک گزارش توسط دیوید ریگبی از David Rigby Associates در سال ۲۰۰۰ فیلتراسیون را مهمترین بخش منسوجات صنعتی معرفی کرده است. با توجه به این نکته که مقدار تولید منسوجات صنعتی مورد استفاده در فیلتراسیون در آن سال ۸۶۰٬۰۰۰ تن به ارزش تقریبی ۷٫۲ میلیارد دلار آمریکا بوده است.
بخش‌های مختلف فیلتراسیون توسط منسوجات
- فیلتراسیون کارتریج شامل یک فیلتر کارتریج متخلخل است که عمدتا از پلی پروپیلن یا سرامیک ساخته شده است. این نوع فیلتر توانایی جذب ذرات موجود در مایعی که از آن عبور میکند را دارد. فیلتراسیون کارتریج یک روش آسان فیلتراسیون است، ولی برای مایعات دارای آلودگی بسیار بالا مناسب نبوده و باقیمانده آلودگی‌ها که نهایتاً سبب تعویض فیلتر می‌شود مشکل اصلی این فیلترها هستند.
- جداکننده های سانتریفیوژی که فیلترهای سانتریفیوژی یا جداکننده های چرخانه هم نامیده می شوند. از چرخانه استفاده میکنند که در آن‌ها موادی مانند مایعات، گازها و جامدات امتزاج‌ناپذیر در اثر گردش سریع از سیال آلوده شده جدا می‌شوند. ورودی سیال تحت فشار که آلودگی‌ها باید از آن پاک شود سبب گردش چرخانه‌ها می‌شود.
- فیلتراسیون شیمیایی آلودگی‌ها را توسط یک ماده شیمیایی مانند کربن فعال موجود در فیلتر از بین می‌برد. فیلتراسیون شیمیایی در فیلتراسیون گازها بسیار معمول است.
- فیلتراسیون الکترواستاتیک یک فرآیند فیلترینگ است که شامل مدیای دارای بار الکتریکی بوده که از میدان الکتریکی برای فیلترکردن مواد و جداکردن ذرات به کوچکی ۰٫۰۱ میکرومتر استفاده می کند. با عبور مواد از مدیای دارای بار ذرات مشخصی جذب مدیا می‌شوند.
- فیلتراسیون مایع شامل جداکردن ذرات از مایع که بعنوان فیلتراسیون مایع-جامد شناخته می شود یا جداسازی مایعات از گازها که بعنوان فیلتراسیون گاز-مایع شناخته می‌شود است.
- فیلتراسیون غشایی شامل استفاده از یک غشا بعنوان مدیای فیلتر است که به موادی مانند هوا یا آب اجازه عبور می‌دهد در حالی که از عبور ذرات مواد دیگر جلوگیری میکند. فیلترهای غشایی، کوچک و خودکار هستند و برای کاربردهایی مانند تصفیه خون در هنگام دیالیز، جداسازی باکتری‌ها و بوها و نمک زدایی آب استفاده می‌شوند.
- نانوفیلتراسیون یک نوع فیلتراسیون غشایی است که برای جداسازی ذرات بسیار کوچک استفاده می شود. تاثیرگذاری نانوفیلتراسیون بین اسمز معکوس و فراپالایش است.
- فیلتراسیون روغن برای جداسازی ذرات و آلودگی هایی که از عملکرد قطعات جلوگیری میکند ضروری است. فیلتراسیون روغن درصنایع خودرو و کشاورزی و همچنین صنایعی که از روغن موتور هیدرولیک و روغن‌های دیگراستفاده میکنند بسیار رایج است.
- فیلترهای فشاری به غیراز فیلترهای فشار غلتک روتاری، ماشین های نیمه پیوسته هستند که جمع آوری سیال فیلتر شده به نوع عملکرد فیلتر بستگی دارد (مانند سرعت ثابت جریان، فشارثابت یا هردو یا افزایش فشار و کاهش سرعت جریان). فیلتراسیون فشاری یک فرآیند ناپیوسته است و به یک مخزن فشار شکن در مسیر جریان ورودی قبل از فیلتر و یک جمع‌کننده غیر پیوسته برای جمع‌آوری کیک بعد از فیلتر نیاز دارد.
- اسمز معکوس یک نوع روش فیلتراسیون است که درآن آب تحت فشار از یک غشاء عبور داده می شود و از عبور ناخالصی‌ها توسط فیلتر جلوگیری می شود. ناخالصی‌های فیلتر شده شامل سدیم، فسفر، آلومینیم، قلع و فلوئوراید است.
- فیلتراسیون آب شامل خالص سازی آب آشامیدنی است. فاضلاب نیز برای جداسازی ذرات اضافه فیلتر می‌شود.
- فیلتراسیون تر/خشک یک فرآیند فیلتراسیون زیستی است که شامل قرارگیری مدیای فیلتر در معرض هوا برای تسهیل نیتریفیکاسیون است. فیلترهای تر/خشک عموما در آکواریوم‌ها استفاده می‌شوند.
- فراپالایش(Ultrafiltration) یک نوع از فیلتراسیون غشایی است که ذرات با اندازه ۰٫۱ تا ۰٫۰۰۲ را جدا میکند. مواد فیلتر شده باکتری‌ها و ویروس‌ها را شامل می‌شود.
چاپ شده در مجله جولا (نشریه تخصصی انجمن علمی دانشکده مهندسی نساجی دانشگاه امیر کبیر)
بخش نخست این مقاله پیش از این در سایت منتشر شد. بخش بعدی شنبه آینده منتشر خواهد شد.
نقش منسوجات در فیلتراسیون
منسوجات مورد استفاده در فیلترها می‌توانند بی بافت، منسوج بافته تاری-پودی یا حلقوی باشند. فیلترهای که به صورت خرده فروشی عرضه می‌شوند، درصد کمی از تمام فیلترهای مورد استفاده را شامل می‌شوند و از این نوع فیلترها میتوان به محصولاتی نظیر فیلترهای آب خانگی، فیلترهای جاروبرقی، فیلترهای اتومبیل و غیره اشاره کرد
قسمت اعظم فیلترهای تولید شده در بخش صنعتی و تجاری مورد استفاده قرار می‌گیرند. وسعت دامنه استفاده از فیلترها تقریباً به اندازه تمامی موارد مصرفی موجود در صنایع مختلف است. از این رو پلیمرهای جدید به محض تجاری شدن در راستای بهبود بازدهی و تاثیر فیلتراسیون مورد استفاده قرار می‌گیرند.
با رشد تکنولوژی‌ها و مصارف فیلتراسیون و جداسازی نیاز به مدیای فیلتر پیچیده‌تر و تخصصی‌تر نیز بیشتر می‌شود. با افزایش این پیچیدگی و تخصص نیاز به آموزش بیشتر در زمینه الیاف مختلف، پلیمرها، نخ‌ها، منسوجات بی بافت و بافته شده مختلف برای استفاده در صنایع فیلتراسیون ایجاد می‌شود.
محرک‌های تقاضا
محرک‌های تقاضا برای بازار فیلتراسیون در مقایسه با مصارف سنتی منسوجات مانند بازار پوشاک که تنها محرک آن نوع انتخاب مشتری بوده است، بسیار هوشیارانه‌تر است. برای مثال فیلتراسیون هوا، یک بازار صنعتی است که محرک‌های آن موارد زیر است:
- ملاحظات محیط‌زیستی و سلامت
- مقررات محیط کار و ساختمان‌ها
- توافقات محیط کار بین کارفرما و اتحادیه
- امنیت و سلامت شغلی
- ترس از بازرس‌های قضایی، مراکز بیمه و حقوق‌دان‌ها
در ادامه مثال‌های دیگری درباره تاثیر این محرک‌ها آورده می‌شود:
۱-معادن ذغال
یک مثال بارز در استرالیا، فیلتراسیون در معادن ذغال است. امروزه سرطان‌زا بودن ذرات دیزل اثبات شده است، بنابراین فیلتراسیون برای ایجاد هوای تمیز و شرایط کاری در معادن ذغال ضروری است. براین اساس استفاده از این فیلترها در تمامی تجهیزاتی که در محیط‌های بسته با سوخت دیزل کار میکنند، اجباری شده است. گزارش شده است که فیلترهای مورد استفاده در کامیون‌هایی که در معادن تردد میکنند، بدون درنظرگرفتن مقدار استفاده از وسیله باید هرروز تعویض شوند. فیلتر باید دارای محافظ اضافه باشد و در دمای کمتر از ˚۹۶۰ غیرقابل‌اشتعال باشد و بتواند شرایط انفجاری در معادن ذغال سنگ را تحمل کرده، ذرات خطرناک دارای اندازه کمتر از ۰٫۳ میکرون را جذب کنند. تصویر زیر، مثال‌هایی از فیلترهای مورد استفاده در چنین مصارفی را نشان می‌دهند.
براساس موارد مذکور، انتخاب لیف و ساختار فیلتر در کارایی فیلتر بسیار پراهمیت است. یک شرکت در ملبورن، تخمین زده است که سالانه ۷ میلیون متر فیلتر تنها برای مصرف در معادن لازم است
۲-سازمان نساجی و پوشاک اروپا (Euratex)
در ژوئن سال ۲۰۰۹، ارائه‌ای توسط دیک هندریکس رییس شورای قانونگذاری یوراتکس در کنفرانس Techtextil جایگاه‌های آینده تکنولوژی اروپا درزمینه منسوجات و پوشاک را بیان کرد. این استراتژی شامل توسعه شرکت‌های صنعتی و انجمن‌های تحقیق و آموزش مربوط به آن‌ها، نمایندگان بخش‌های صنعتی و علمی و مقامات عمومی بود. در اصل این استراتژی، یک قرارداد مهم برای بخش‌های مهم مربوط به منسوجات و الیاف برای اطمینان از ایجاد صنعت رقابتی به نفع رشد اقتصادی شغلی و توسعه پایدار در اروپا است.
در یک اقدام جامع برای حفظ صنعت فیلتراسیون در اروپا، مسئولان اروپایی یک خط مشی تکنولوژی به نام کلینتک (Cleantec) را ایجاد کردند. دلیل این امر این بود که انجمن اروپا وظیفه ای برای تمیز خالص و سالم نگهداشتن هوا و آب برای انجمن‌های اروپایی برای خود قائل بود. هندریکس درباره این وظیفه می‌گوید که چنین فرآیندی نمی‌تواند برای کشورهای دیگر تخصیص داده شود. بنابر این معاهده، سیاست‌های آینده دولت از ادامه این صنعت در اروپا اطمینان حاصل خواهد کرد.
طراحی محصول و نیازهای استاندارد امنیتی برای محصولات خاص و امنیت محیط زیستی و شغلی و قانونگذاری سلامت برای تاثیرات فرآیندها بر محیط زیست و کارگران، سبب گشته است که دامنه وسیعی از مقررات برای این محصولات تنظیم شوند. این مقررات در اروپا وضع شده‌اند و بنابراین منطقی است که دانش و محصولات مرتبط با فیلتراسیون نیز در اروپا ایجاد شود.
منسوجات و فیلتراسیون
چاپ شده در مجله جولا (نشریه تخصصی انجمن علمی دانشکده مهندسی نساجی دانشگاه امیر کبیر)
بخش‌های بعدی این مقاله بزودی در سایت شرکت صنعتی لادن قزوین منتشر خواهد شد.
امروزه منسوجات صنعتی برای جداسازی و خالص سازی محصولات صنعتی و برای تمیز کردن هوا، گازها، فاضلاب‌ها و هزاران کاربرد فیلتراسیون و جداسازی دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرند. استفاده ازمنسوجات برای فیلتراسیون و جداسازی با افزایش تقاضاهای صنعتی و محیط زیستی بعنوان یک بازار درحال پیشرفت شناخته می‌شود.
منسوجاتی که در فیلتراسیون مورد استفاده قرار می‌گیرند «مدیای فیلتر» یا به صورت ساده‌تر بعنوان مدیا شناخته می‌شوند.
صنعت فیلتراسیون صنعتی گسترده، جهانی، پیشرفته، متنوع و پرسوداست. دو حوزه ی مجزای فیلتراسیون را می توان به صورت زیر دسته بندی کرد:
- جداسازی جامدات ازمایعات
- جداسازی جامدات موجود در گازها
این صنعت، یک صنعت با تکنولوژی پیشرفته محسوب می‌شود که همانند شرکت‌های فرآوری غذا، حجم وسیعی از محصول، مستقیما از تولیدکننده به مصرف کننده نهایی منتقل می‌شود. فیلترها، همچنین ممکن است بعنوان قسمتی از زنجیره تامین نیز باشند. برای مثال در تولید آلومینیم، بوکسیت ابتدا استخراج می‌شود و سپس توسط چندین مرحله فیلتراسیون مایع (تر)، به آلومین خالص سازی می‌شود. آلومین سپس به واحد تصفیه منتقل می‌شود و در آنجا به آلومینیم تبدیل می‌شود که خود این فرآیند نیز نیازمند فیلتراسیون بیشتر است که عموما بعنوان فیلتراسیون خشک دسته بندی می‌شوند.
علم تراوایی پارچه یا جریان‌های عبور کننده از پارچه، دانشی است که بسته به خروجی موردنظر و مشخصات جامداتی که باید فیلتر شوند، برای ایجاد مشخصات خاص در یک پارچه لازم است. برای اهداف تجاری و محیط زیستی، لازم است که جریان‌ها (هوا یا مایع) در مدیا حداکثر باشند و در عین حال حداقل مقدار ذرات از مدیای فیلتر توانایی عبورکردن را داشته باشند. عوامل دیگری نیز مانند عدم انسداد فیلتر در زمان فیلتراسیون و همچنین توانایی جداکردن ذرات از فیلتر یا تمیز کردن فیلتر نیز بسیار اهمیت دارند.
تئوری‌های فیلتراسیون عموما برگرفته از قوانین علم مکانیک سیالات هستند و تئوری‌ها و روابط مختلفی برای محاسبه‌ی مقدار بازدهی فیلترها تا به امروز گسترش پیداکرده‌اند. یکی از عوامل مهم در فیلتراسیون اندازه بیشترین ذرات نفوذ کننده است که به اختصار به آن MPPS: Most penetrating particle size میگویند وباسرعت ذرات و اندازه ذرات در ارتباط است. عموما در فیلتراسیون، جداسازی ذرات با محدوده ابعاد ۰٫۴ تا ۰٫۰۴ میکرون بسیار مشکل است و عموما پیشرفت طراحی فیلترها و سعی بر مدل کردن رفتار متقابل سیالات و فیلترها در راستای رفع این مشکل است.
مدیای فیلتر در اکثر موارد برای ایجاد “کیک” که یک مدیای فیلتر بسیار موثراست. استفاده می‌شود. کیک در اصل تجمع ذرات بر سطح فیلتر است که این توده ی ذرات ایجاد شده در سطح.خود بعنوان یک فیلتر عمل میکنند. از دیگر مزایای تشکیل کیک توانایی جداکردن راحت کیک و تمیز کردن فیلتر است. در بسیاری از صنایع کیک ایجاد شده بعد از جداسازی بعنوان یک ماده ارزشمند قابل استفاده در کاربردهای دیگر است.لازم است که یک کیک تا حد ممکن سریع ایجاد شود زیرا تا زمان تشکیل کیک فرآیند فیلتراسیون مؤثر نخواهد بود و محصول باید دوباره تحت فیلتراسیون مجدد قرار گیرد که مستلزم زمان و هزینه اضافی است.
انتخاب لیف و ساختار منسوج در کارآیی فیلتر و قابلیت‌های عملکردی آن در مقابل یک مخلوط معین، بسیار مهم است و مشخصات فیلتر باید کاملا شناخته و فهمیده شود تا بتوان مشکلات فیلتراسیون را به حداقل رساند. شرایط شیمیایی.حرارتی و فشارهای مختلف که در انواع کاربردهای فیلتراسیون و جداسازی دخیل هستند، تاثیر زیادی برروی نوع پلیمر مواد پایه ی مورد استفاده دارند. با درنظر گرفتن این شرایط دانش دقیقی از مشخصات و عملکرد پلیمرهای مختلف و همچنین قابلیت‌های عملکردی مدیا باید فهمیده و در نظر گرفته شود. جامداتی که فیلتر یا جدا می‌شوند نیز تاثیر بسزایی برروی ساختار پارچه یا منسوج مورد استفاده دارند.انواع تجهیزات فیلتر نیز برروی انتخاب مدیا موثر است. براساس مطلب گفته شده دانشی دقیق از الیاف و منسوجات برای جداسازی جامدات از مایعات و گازها ضروری است.
