تُستخدم مرشحات الأمان أساسًا لإزالة الجسيمات الصغيرة من السوائل (مثل المواد الصلبة العالقة، والغرويات، والكائنات الدقيقة)، وذلك لحماية المعدات اللاحقة (مثل أغشية التناضح العكسي وراتنجات التبادل الأيوني). يتطلب تصميمها واختيارها أخذ عوامل متعددة في الاعتبار، مثل خصائص السائل، ودقة الترشيح، ومعدل التدفق، وفقدان الضغط، وتوافق المواد. وفيما يلي الخطوات الأساسية والنقاط الرئيسية للتصميم والحساب:

أولاً: خطوات التصميم
1. توضيح متطلبات الترشيح
وسيلة الترشيح: سائل (ماء، زيت، محاليل كيميائية).
الملوثات المستهدفة: نوع الجسيمات (مثل الرمل، الصدأ، الكائنات الدقيقة)، نطاق حجم الجسيمات، التركيز.
دقة الترشيح: عادةً ما تتراوح بين 1 إلى 100 ميكرومتر (غالبًا 1 ميكرومتر، 5 ميكرومتر، 10 ميكرومتر)، ويتم تحديدها وفقًا لمتطلبات المعدات اللاحقة.
متطلبات معدل التدفق: الحد الأقصى/الأدنى لمعدل التدفق (م³/ساعة أو لتر/دقيقة). ظروف التشغيل: درجة الحرارة، الضغط (الضغط التشغيلي والحد الأقصى المسموح به)، قيمة الأس الهيدروجيني، وتوافق المواد الكيميائية.

2. اختيار نوع الفلتر
مرشح الخرطوشة: مناسب للحالات عالية الدقة ومنخفضة التدفق (مثل المعالجة الأولية للتناضح العكسي).
مرشح الكيس: مناسب لمعدلات تدفق عالية ودقة متوسطة (10–100 ميكرومتر).
مرشح الشمعة: مناسب للمواد ذات اللزوجة العالية أو المحتوى المرتفع من المواد الصلبة.
المرشح ذاتي التنظيف: مناسب للحالات التي تتطلب درجة عالية من الأتمتة وتقليل الصيانة.

3. اختيار المواد
عنصر الترشيح: بولي بروبيلين (PP)، بولي تترافلوروإيثيلين (PTFE)، نايلون، معدن متكلس.

مادة الغلاف: الفولاذ المقاوم للصدأ (304/316L)، الفولاذ الكربوني (مع بطانة مقاومة للتآكل)، بولي بروبيلين/بولي كلوريد الفينيل غير المكلور (مقاوم للتآكل).

4. تحديد معايير عنصر المرشح
مساحة الترشيح: تحدد قدرة احتجاز الأوساخ وفقدان الضغط، ويتم حسابها بناءً على معدل التدفق.
طول عنصر الترشيح: الأطوال القياسية هي 10 بوصات، 20 بوصة، 30 بوصة، 40 بوصة.
نوع الوصل: نوع المشبك، النوع الملولب، النوع ذو الحافة.

II. صيغ الحساب والاختيار الرئيسية
1. حساب مساحة الترشيح
A: إجمالي مساحة الترشيح (م²)؛;
Q: معدل التدفق (م³/ساعة)؛;
V: سرعة الترشيح لوسائط الترشيح (م/ساعة)، عادةً ما تكون بين 0.1 إلى 0.3 م³/(م²·ساعة) (تُضبط وفقًا لنوع وسائط الترشيح).;
η: معدل استخدام عنصر الترشيح (عادةً ما يتراوح بين 0.8 و0.9).

2. حساب عدد عناصر الترشيح

3. تقدير فقد الضغط
▲P: فقد الضغط الأولي (باسكال)؛;
μ: لزوجة السائل (باسكال ثانية)؛;
L: سمك عنصر المرشح (متر)؛;
K: معامل النفاذية لمادة الترشيح (م²، يتطلب بيانات تجريبية أو من الشركة المصنعة). ملاحظة: سيزداد فقد الضغط الفعلي مع تراكم الملوثات؛ لذا ينبغي احتساب هامش أمان يتراوح بين 1.5 إلى 2 ضعف.

4. حساب سعة احتفاظ الأوساخ

C: سعة الاحتواء على الملوثات (غرام)؛;
ρ: كثافة الملوثات (غرام/م³)؛;
V: حجم عنصر الترشيح (م³)؛ ηc: مسامية عنصر الترشيح (مقدمة من الشركة المصنعة، مثل 60%~90%).

ثالثاً: النقاط الرئيسية في الاختيار
مطابقة دقة الترشيح: متطلبات المعدات اللاحقة: على سبيل المثال، تتطلب أنظمة التناضح العكسي دقة أقل من 5 ميكرومتر. التوزيع الفعلي للجسيمات: يتم اختيار مستوى الدقة المناسب من خلال اختبار عداد الجسيمات.
توازن معدل التدفق وفقد الضغط: قد يؤدي زيادة معدل التدفق إلى ارتفاع مفرط في فقد الضغط أو تقليل عمر عنصر الترشيح. يجب اختيار عدد ومساحة عناصر الترشيح بناءً على حدود ضغط النظام.
التحقق من التوافق الكيميائي: يجب أن تكون مواد الترشيح ومواد الختم مقاومة لتآكل الوسائط (يرجى الرجوع إلى جدول التوافق الكيميائي).
الصيانة وتحسين التكلفة: تواتر استبدال عناصر الترشيح: في حالات التلوث الشديد، يُفضل اختيار عناصر ترشيح ذات سعة كبيرة أو تصميمات ذاتية التنظيف. الكفاءة الاقتصادية: مقارنة التكاليف طويلة الأمد لعناصر الترشيح القابلة للاستهلاك والقابلة للغسل.

رابعاً: الاحتياطات
الحماية المسبقة من الترشيح: يُنصح بتركيب مرشح خشن (مثل 100 ميكرومتر) قبل المرشح الأمني لتمديد عمر عنصر الترشيح.
التهوية والتصريف: ينبغي أن يأخذ تصميم الغلاف في الاعتبار وجود صمامات التهوية وصمامات التصريف لتجنب انسداد الهواء وتراكم الرواسب.
اختبارات التحقق: من خلال اختبار نقطة الفقاعات (للتحقق من سلامة عنصر الترشيح) واختبار معدل احتباس الجسيمات.
هامش الأمان: يُوصى بتوفير عدد إضافي من عناصر الترشيح يتراوح بين 10% و20% لمواجهة حالات التلوث المفاجئ أو تقلبات التدفق.