Объяснение понятий «размер пор», «микронный рейтинг» и «степень фильтрации»

Фильтр с размером пор 10 микрон может не задерживать частицы размером 10 микрон.

Это предложение вызывает у людей беспокойство, и именно поэтому его нужно произнести, прежде чем кто-то составит запрос на предложение, утвердит чертеж поставщика или скажет начальнику производства, что новый картридж имеет “такие же технические характеристики”, что и старый. Один и тот же номер. Но совсем другая реальность.

Я сталкивался с этой ошибкой чаще, чем мне хотелось бы признать.

Покупатель запрашивает “5 мкм”. Поставщик А отправляет картридж с номинальным фильтром, изготовленный методом мелтблаун. Поставщик Б предлагает гофрированную мембрану с абсолютным номиналом. Поставщик С предлагает спеченный элемент из нержавеющей стали, классифицированный по результатам испытания на точку образования пузырьков. Все говорят “5 микрон”. Но на самом деле никто не имеет в виду одно и то же.

Непростая история.

Номинальный размер фильтра в микронах может показаться «чистым» показателем. Но это не так. Микрометр — это чистая единица измерения: 1 мкм равен одной миллионной части метра. Проблемы начинаются, когда эта единица измерения используется в качестве обещания эффективности, ведь теперь речь идет о методе испытаний, форме частиц, эффективности очистки, распределении размеров пор, скорости потока, перепаде давления, загрузке грязи и — давайте будем честными — о рекламных формулировках поставщиков, которые порой бывают слишком вольными.

Так что да, “микроновый рейтинг фильтра” имеет значение.

Но одного только рейтинга? Этого недостаточно.

Для покупателей, работающих с фильтрующие картриджи из спеченного металла, фильтрующие картриджи из спеченного пластика, картриджи для осадочных фильтров, изготовление фильтрующих картриджей на заказ, и выбор фильтрующего материала, это не просто академическое придирчивое размышление. Это влияет на загрязнение ниже по потоку, падение давления, валидацию, расчет мощности насосов, споры по поводу гарантии и те неприятные письма, которые начинаются со слов “ваш фильтр не прошел наши испытания”.”

Начнём с этого неприятного словечка: рейтинг

Но что же означает слово “рейтинг”?

Вот в чём весь секрет.

Номинальный размер фильтра — это не просто размер отверстия. Обычно это заявление о степени задержки частиц при определённых условиях испытаний. Иногда эти условия тщательно задокументированы. Иногда они скрыты во внутреннем стандарте поставщика. А иногда в рекламном проспекте просто указано “10 мкм”, и все только и надеются, что в лаборатории знают, что там на самом деле произошло.

Мне не нравится, когда в инженерии прибегают к молитве.

Фильтр можно оценивать по номинальной эффективности, абсолютной эффективности, коэффициенту бета, точке образования пузырьков, размеру пор при среднем расходе, испытанию с использованием шариков, испытанию с подсчётом частиц, корреляции воздухопроницаемости или какой-либо заводской классификации, которая ни в коем случае не должна была ускользнуть от внимания отдела контроля качества. Эти показатели не являются взаимозаменяемыми.

Запиши это на стене.

Номинальный показатель 10 мкм может означать, что фильтр удерживает 85% или 90% частиц размером 10 мкм и более. У другого поставщика этот показатель может составлять 95%. А у третьего он может вообще не указываться. Абсолютный номинальный размер 10 мкм может подразумевать гораздо более высокую степень удержания — в зависимости от метода испытаний и порогового значения эффективности. Результат измерения размера пор, полученный при испытании по методу «пузырьковой точки», может описывать размер самой крупной проходной поры, а не полную способность удерживать загрязненную технологическую жидкость.

Тот же номер.

Другое утверждение.

Размер пор и микронный рейтинг

Размер пор определяется структурой фильтрующего материала. Микронный рейтинг характеризует способность удерживать частицы.

Близкие родственники. Но не близнецы.

Пора — это отверстие или проход в фильтрующем материале. В спеченных фильтрах это “отверстие” редко представляет собой аккуратное круглое отверстие. Это извилистый путь через спрессованный порошок, волокна, сетку или частицы полимера. Внутри фильтрующего материала имеются сужения пор, полости, глухие карманы, соединенные каналы и неприглядные небольшие сужения, которые не видны с поверхности.

Между тем, номинальный размер в микронах — это заявление поставщика о том, частицы какого размера, как ожидается, будет задерживать фильтр.

Как и ожидалось.

Это слово имеет значение.

Стандарт ASTM F316 описывает методы испытаний для определения характеристик размера пор мембранных фильтров с максимальным размером пор от 0,1 до 15,0 мкм, включая понятия «точка пузырька» и «средний размер пор»: Метод определения размера пор по стандарту ASTM F316. Полезный метод. Ограниченная сфера применения. Это не универсальный «переводчик» для всех существующих в мире трубок из спеченного металла, картриджей из полипропилена, фильтров для осадка, изготовленных методом мелтблаун, и гофрированных мембран.

По моему опыту, именно в этом месте инженеры начинают лениться.

Они запрашивают “размер пор 5 микрон”, хотя на самом деле им нужен “абсолютный степень фильтрации 5 мкм при заданной эффективности в определённых условиях испытаний”. Это не одно и то же. Одно — это лишь приблизительное описание, а другое — скорее техническое требование.

Номинальная мощность фильтра: полезная информация, но обманчивая

Номинальная мощность — это приблизительное значение.

Не бесполезно.

Свободно.

Номинальный показатель эффективности фильтра обычно означает, что фильтр улавливает указанный процент частиц размером не менее заданного значения в микронах в условиях испытаний. Проблема заключается в том, что этот процент может варьироваться в зависимости от поставщика. Номинальный показатель 10 мкм у одной компании может соответствовать эффективности 85%. У другой — 90%. А у третьей — “поверьте нам”. Последний вариант — моя любимая история ужасов.

Номинальные фильтры широко используются для фильтрации осадков, предварительной фильтрации, удаления крупных частиц, очистки охлаждающей воды, общей промышленной воды, а также для защиты оборудования с низким уровнем риска. Они часто стоят дешевле. Имеют хорошую грязеудерживающую способность. С образованием фильтрационного слоя их удерживающая способность может повышаться.

Но это не резкие переходы.

Картридж для улавливания осадка с номинальным размером 5 мкм может пропускать некоторые частицы размером 5 мкм. Он также может легко пропускать частицы меньшего размера. При скачках расхода он может разгружаться. Может возникать канализация потока. В данных о перепаде давления в чистой воде он может выглядеть превосходно, а при работе с реальным технологическим осадком — крайне неудовлетворительно.

Я не против номинализма.

Я против притворства.

Используйте термин «номинальный», когда допустима частичная улавливание. Не используйте термин «номинальный», если для последующего оборудования, стерильного обслуживания, гидравлической чистоты, регенерации катализатора, медицинских изделий или валидации со стороны заказчика требуется строгий контроль улавливания.

Абсолютная степень очистки: более эффективная, но не волшебная

«Абсолютно» звучит надежнее.

Обычно это так.

Абсолютный степень очистки фильтра предназначена для описания высокой эффективности удержания частиц заданного размера. Во многих обсуждениях, касающихся промышленной фильтрации, этот показатель связывают с коэффициентом бета или испытаниями на пропуск загрязнений. В области гидравлической фильтрации стандарт ISO 16889 описывает многопроходное испытание эффективности фильтрации с непрерывным введением загрязняющих веществ для гидравлических фильтрующих элементов и определяет емкость по удержанию загрязняющих веществ, степень удаления твердых частиц и характеристики перепада давления: Испытание рабочих характеристик гидравлических фильтров по стандарту ISO 16889.

Это лучше, чем стихи из каталога.

Тем не менее, слово “абсолютный” не является гарантией. Спросите, какой порог эффективности используется. Спросите, о каком загрязнителе идет речь. Спросите, о какой жидкости идет речь. Спросите, применяется ли испытание к готовым картриджам или к образцам плоских фильтрующих материалов. Спросите, сохраняются ли указанные характеристики при пульсациях потока, изменениях вязкости и насыщении частицами.

Фильтр может показать абсолютные номинальные характеристики в одном испытательном контексте, но при этом оказаться неподходящим для вашего технологического процесса.

В контексте стерильной обработки FDA определяет фильтр стерилизационного класса как фильтр, который при надлежащей валидации удаляет все микроорганизмы из потока жидкости и обеспечивает получение стерильного оттока: Руководство FDA по стерильной фильтрации. Обратите внимание на выражение “надлежащим образом проверенные”. Именно эту часть люди пропускают, когда сводят разговор к цифре “0,22 микрона”.”

Неудачный ярлык.

Миф о 0,2 мкм

0,2 микрона — это как стена.

Не всегда так.

В фармацевтической и лабораторной фильтрации широко используются мембраны стерилизационного класса с размером пор 0,2 мкм или 0,22 мкм. Однако одного лишь этого показателя недостаточно для валидации технологического процесса. Необходимо также провести испытания на заражение микроорганизмами, проверку целостности, оценку совместимости, анализ адсорбционных свойств, исследование экстрагируемых и выщелачиваемых веществ, определение предельных значений давления, условия пропускания, а также валидацию с учетом специфики конкретного технологического процесса.

Очень низкий рейтинг.

Огромный объем бумажной работы.

И за пределами фармацевтической отрасли действует та же логика. Фильтр с размером ячейки 1 мкм может оказаться неэффективным для устранения загрязнения размером 1 мкм, если частицы представляют собой мягкие гелевые капсулы, удлиненные волокна, деформируемый биологический материал, агломераты или электростатически прилипающую пыль. Вентиляционный фильтр из спеченной бронзы с размером ячейки 50 мкм может идеально подходить для шумоподавления в пневматических системах, но совершенно не справляться с улавливанием мелкого порошка. Сито с размером ячейки 100 мкм может задерживать видимые куски, но пропускать мелкую пыль, образующую мутность, как будто она заплатила за проживание.

Числа микронов — это координаты.

Не стратегия.

Как определяется размер пор фильтра

Единого метода не существует.

Именно поэтому сравнение поставщиков зачастую оборачивается неприятностями.

Метод «пузырьковой точки» позволяет оценить размер самой большой связанной поровой полости путем смачивания фильтра и измерения давления, необходимого для вытеснения жидкости из порового канала. Испытание по методу среднего потока даёт более репрезентативную информацию о размере пор. Испытание с использованием шариков заключается в проталкивании частиц известного размера через фильтр. Многопроходное испытание измеряет эффективность удержания при различной нагрузке загрязнения. Микроскопия показывает структуру поверхности, но может не выявить внутренние сужения. Порозиметрия с введением ртути позволяет составить карту распределения размеров пор, хотя она не всегда позволяет предсказать фактическое удержание частиц.

Выберите неверный метод — и вы обретете ложную уверенность.

У фильтра из спеченного металла ограничивающее сужение может находиться внутри фильтрующего материала, а не на видимой поверхности. Картридж из полипропилена, полученного методом экструзии с раздувом, улавливает частицы за счет глубинного забивания, переплетения волокон, образования мостиков, образования налёта и извилистого потока — а не за счёт одного-единственного чистого пора. Мембрана ведёт себя иначе, чем трубка из спеченного порошка. Сетчатый фильтр ведёт себя иначе, чем и то, и другое.

Именно поэтому мне не нравятся запросы на предложение, в которых указано лишь “диапазон размеров пор 1–100 мкм”.”

Хорошо. На каком основании?

Если поставщик говорит “заводской стандарт”, уточните ещё раз.

Если они по-прежнему говорят о “заводском стандарте”, то учтите этот риск при расчете цены.

Показатель эффективности фильтрации — это вероятность ношения каски

Вот эта часть никому не нравится.

Характеристики фильтрации зачастую представляют собой утверждения о вероятности, замаскированные под конкретные величины. Реальная степень удержания зависит от формы частиц, их твердости, деформируемости, концентрации, скорости потока, импульсов давления, вязкости жидкости, структуры фильтрующего материала, степени загрязнения, герметичности байпаса, а также от того, устанавливал ли фильтр человек, у которого было плохое утро.

Круглые стеклянные бусины ведут себя определенным образом.

Волокна ведут себя иначе.

Мягкие капсулы — это обман.

Ржавчина разрушает мост.

Бактерии ведут себя не так, как испытательная пыль по стандарту ISO.

Нефтяной шлам — это целый маленький кошмар.

Поэтому, когда поставщик заявляет “абсолютная точность 5 мкм”, не спешите аплодировать. Спросите, какой набор частиц использовался при испытаниях. Спросите, каково бета-соотношение. Спросите, какова эффективность. Спросите, в чистом или загрязнённом состоянии. Спросите, для жидкости или газа. Спросите, относится ли этот показатель только к фильтрующему материалу или к готовому картриджу с уплотнениями, сварными швами, торцевыми крышками, гофрами, опорными сердечниками и всеми этими скучными местами возможного отказа.

Скучные вопросы помогают сэкономить деньги.

Сравнительная таблица: номинальный размер, абсолютный размер и размер пор

Как бы я сформулировал запрос предложений вместо этого

Не пишите так:

“Нужен фильтр на 10 микрон”.”

Это не техническое требование. Это просто пожелание с указанной единицей измерения.

Напишите что-нибудь, более похожее на:

“Фильтр должен обеспечивать абсолютное удержание частиц размером 10 мкм, минимальное значение β10(c) ≥ 200, проверенное в соответствии с ISO 16889 или документально подтвержденным эквивалентным методом, при указанных условиях расхода и состояния среды”.”

Или вот это:

“Номинальный размер ячейки фильтра для предварительной фильтрации осадка должен составлять 10 мкм, эффективность удаления заданной испытательной пыли — не менее 90%, а перепад давления на чистом фильтре — не более X бар при расходе Y л/мин с использованием воды температурой 20 °C”.”

Или, для индивидуальных заказов:

“Поставщик должен предоставить методику определения размера пор, данные о точке образования пузырьков (если применимо), данные о среднем расходе через поры (если применимо), методику проведения испытания на удержание, кривую ΔP в чистом состоянии, сертификат на материал, чертеж и информацию о прослеживаемости партии”.”

Намного лучше.

По-прежнему не идеально.

Но теперь у поставщика осталось меньше возможностей спрятаться.

Если вы собираетесь купить фильтровальные элементы, изготовленные по индивидуальному заказу методом спекания, укажите наружный диаметр (OD), внутренний диаметр (ID), длину, толщину стенки, тип соединения, марку сплава или полимера, рабочую температуру, рабочее давление, способ очистки и совместимость с рабочей средой. Указание размера в микронах без учета геометрии и условий эксплуатации — это все равно что заказать насос, сказав: “среднего размера, достаточно мощный”.”

Почему данные поставщиков не совпадают

Поставщик А указывает 5 мкм.

Поставщик B указывает 5 мкм.

Поставщик C указывает 3–5 мкм.

Отдел закупок считает, что они сопоставимы. Инженерный отдел понимает, что это не всегда так.

Один поставщик может использовать номинальные показатели. Другой — абсолютные показатели. Третий — максимальный размер пор, определенный методом «пузырьковой точки». Четвертый — корреляцию воздушного потока. Пятый может описывать размер частиц порошка до спекания, а не степень удержания готового фильтрующего материала. Да, я с этим сталкивался.

Самая большая ошибка — сравнивать номинальные и абсолютные величины, как будто они равны.

Фильтр с номинальным размером 5 мкм может пропускать больше проблемных частиц, чем фильтр с абсолютной степенью очистки 10 мкм, в зависимости от определения эффективности. Это звучит нелогично только в том случае, если рассматривать размер в микронах как единственный критерий.

Это не так.

Сравнение типов рейтингов. Эффективность. Коэффициент бета. Метод испытаний. Рабочая среда. Расход. Перепад давления. Температура. Испытание с использованием частиц. Готовая сборка по сравнению с образцом рабочей среды. Повторяемость результатов партии.

Вот это и есть настоящее сравнение.

А в остальном — это просто театральные трюки.

Номинальная толщина микрона и перепад давления: проблема, от которой не уйти никому

Чем мельче, тем обычно больше перепад давления.

Не всегда. Но достаточно часто, чтобы игнорировать этот факт означало нарушение принципов инженерного дела.

Фильтр из спеченной нержавеющей стали с размером пор 1 мкм, как правило, создает большее сопротивление потоку, чем аналогичный фильтр с размером пор 20 мкм, имеющий такую же геометрию и толщину фильтрующего материала. Картридж из полипропилена, изготовленный методом экструзии с раздувом, с более мелкими порами может быстро забиваться в загрязненной воде. Мембрана с более плотной структурой может потребовать большей площади поверхности или привести к снижению расхода. Узкий диапазон размеров пор может защитить оборудование, установленное ниже по потоку, но при этом создаст дополнительную нагрузку на насос.

Вот почему перепад давления в спеченном фильтре это следует рассматривать в одном контексте с номиналом в микронах.

Я замечал, как покупатели требуют “как можно более мелкого”, потому что считают, что чем мельче, тем лучше.

Нет.

«Лучше» значит «лучше».

Оптимальный выбор зависит от целевой частицы, расхода, допустимого перепада давления, степени загрязнения, межсервисного интервала, метода очистки, требований к валидации и стоимости отказа. Чрезмерная степень фильтрации может сократить срок службы картриджа, увеличить энергопотребление, вызвать срабатывание байпаса, привести к недостаточному питанию оборудования, расположенного ниже по потоку, и вызвать недовольство операторов данной конструкцией.

Иногда 25 мкм — это разумнее, чем 5 мкм.

Вот. Я это сказал.

Типичные диапазоны размеров пор в зависимости от типа фильтра

О чем следует поинтересоваться перед утверждением номинальной степенью очистки фильтра

Спрашивайте, как скептически настроенный покупатель.

Этот рейтинг — номинальный или абсолютный?

Какова эффективность удаления?

Что такое коэффициент бета, если он используется?

Какой метод испытаний выбрать?

Какой именно конкурс по частицам?

Какую жидкость?

Какая температура?

Какой расход?

Какой чистый перепад давления?

Тест проводится на носитель или на готовый картридж?

Диапазон размеров пор измеряется или определяется косвенно?

Может ли поставщик обеспечить отслеживаемость партий продукции?

Изменяется ли рейтинг после очистки, стерилизации, обработки в автоклаве, сварки, спекания, гофрирования или склеивания?

Слишком много вопросов?

Нет. Как раз достаточно.

Ведь как только фильтр выходит из строя, все вдруг начинают требовать этих ответов.

Часто задаваемые вопросы

Что такое номинальный размер поражения фильтра в микронах?

Номинальный размер частиц, удерживаемых фильтром, — это величина, выраженная в микрометрах, которая характеризует размер частиц, которые фильтр должен удерживать в определенных условиях испытаний; однако значение этого показателя зависит от того, является ли он номинальным, абсолютным, основанным на коэффициенте бета или полученным в результате испытания на определение размера пор.

Микрон — это реальная единица измерения. А вот заявленные характеристики — вот что следует подвергнуть сомнению. Всегда уточняйте, по какому методу проводились испытания, какова степень эффективности задержания и относится ли данное заявление к готовому фильтру.

В чём заключается разница между размером пор и номиналом в микронах?

Размер пор — это физический или расчетный размер отверстий внутри фильтрующего материала, тогда как номинальный размер в микронах — это заявленный размер удерживаемых частиц при определенных условиях испытаний; таким образом, размер пор характеризует структуру материала, а номинальный размер в микронах — эффективность фильтрации.

Эти показатели связаны между собой, но не являются идентичными. Диапазон размеров пор не позволяет автоматически определить эффективность удержания частиц в реальных технологических процессах.

Что такое номинальная мощность фильтра?

Номинальная эффективность фильтра — это показатель фильтрации, свидетельствующий о том, что фильтр удаляет указанный процент частиц размером не менее заданного значения в микронах при определённых условиях испытаний, однако он не гарантирует практически полного удержания частиц.

Номинальные показатели широко используются в системах очистки от осадка и предварительной фильтрации. Они полезны в тех случаях, когда допустимо частичное удаление загрязнений, но оказываются недостаточными, когда необходимо строго контролировать защиту последующих звеньев системы.

Что такое абсолютная степень очистки фильтра?

Абсолютный степень очистки фильтра — это показатель эффективности фильтрации с более высоким уровнем достоверности, указывающий на то, что фильтр удаляет практически все частицы размером не менее заданного значения в микронах в определённых условиях испытаний; этот показатель часто связывают с коэффициентом бета, испытаниями на проникновение загрязняющих веществ или подтверждёнными характеристиками удержания.

«Абсолютный» не означает «волшебный». Вам по-прежнему необходимо знать метод испытаний, уровень эффективности, состояние жидкости, а также то, относится ли данное утверждение к готовому картриджу.

В чём заключается разница между абсолютным и номинальным значением в микронах?

Сравнение абсолютного и номинального значения микронов заключается в сопоставлении высокой эффективности удержания частиц с частичным удержанием, причем абсолютное значение, как правило, отражает гораздо более строгие требования к удержанию, а номинальное значение — более низкий, определяемый поставщиком процент удаления частиц заданного размера.

Фильтр с абсолютной степенью очистки 10 мкм может превосходить фильтр с номинальной степенью очистки 5 мкм в зависимости от определения эффективности. Именно поэтому тип классификации имеет значение.

Как определяется размер пор фильтра?

Размер пор фильтра определяется с помощью таких методов, как определение точки выхода пузырьков, определение размера пор по среднему расходу, микроскопия, испытание с использованием шариков, пориметрия с введением ртути или определение характеристик фильтрующего материала по данным поставщика, в зависимости от типа фильтра, материала, диапазона размеров пор и требуемой точности.

В случае мембран широко применяются методы определения точки образования пузырьков по стандарту ASTM F316. Для глубинных фильтров и спеченных фильтрующих материалов данные об удержании частиц и проницаемости могут быть не менее важными.

Какой размер порастей фильтров для удержания осадка считается оптимальным?

Выбор оптимального значения номинальной величины фильтрации в микронах для осадочных фильтров зависит от степени загрязнения подаваемой воды, допустимых характеристик последующего оборудования, расхода, допустимого перепада давления и запланированного срока службы, однако наиболее распространенные номинальные значения для осадочных картриджей составляют 1 мкм, 5 мкм, 10 мкм, 20 мкм и 50 мкм.

Более мелкий фильтр не всегда лучше. Слишком мелкий фильтр может быстро забиться и привести к ограничению расхода, если площадь фильтрующего элемента или размер корпуса подобраны неправильно.

Какой размер пористости позволяет удалить бактерии?

Номинальный размер пор около 0,2 мкм или 0,22 мкм обычно ассоциируется со стерилизационной мембранной фильтрацией в условиях валидированных фармацевтических и лабораторных процессов, однако эффективность удаления бактерий зависит от валидации фильтра, состава тестовых микроорганизмов, испытаний на целостность, совместимости с жидкостями и средств контроля технологического процесса.

Не следует бездумно применять допущения, касающиеся стерильной фильтрации, к промышленным картриджам. Один лишь номинальный показатель не гарантирует надежность процесса.

Почему два фильтра с одинаковым номинальным размером пор, выраженным в микронах, работают по-разному?

Два фильтра с одинаковым номинальным размером частиц в микронах работают по-разному, поскольку поставщики могут использовать разные типы номинальных значений, методы испытаний, наборы тестовых частиц, структуры фильтрующих материалов, распределения пор, пороговые значения эффективности, расходы, пределы перепада давления и конструкции готовых картриджей.

Одно лишь указание размера в микронах без указания критериев оценки недостаточно для технического сравнения. Уточните коэффициент эффективности, коэффициент бета или метод испытаний.

Руководство по закупкам

Сообщите нам целевой размер частиц, требуемую эффективность очистки, тип жидкости, расход, допустимый перепад давления, рабочую температуру, предпочтительный материал, а также укажите, нужна ли вам номинальная или абсолютная фильтрация. Мы поможем вам определить подходящий микронный рейтинг фильтра, диапазон размеров пор и степень очистки, прежде чем запрос на предложение превратится в игру в угадывание для поставщиков.

Потому что “10 микрон” — это не техническое требование.

Это только начало одного из них.

Ознакомьтесь с архитектурами промышленных картриджей здесь:https://lvynfiltration.com/sintered-plastic-filter-cartridges%ef%bc%88application%ef%bc%89/