String-wound and meltblown cartridges: an in-depth analysis of structure, performance and application

Abstrakt

 Im Bereich der industriellen Filtration werden gewickelte und schmelzgeblasene Patronen als die beiden gängigen Filterelemente aufgrund ihrer unterschiedlichen Leistungseigenschaften häufig in unterschiedlichen Szenarien eingesetzt. In diesem Dokument wird eine vergleichende Analyse in 8 Dimensionen durchgeführt, wie z. B. Strukturdesign, Filtermechanismus, Leistungsparameter, Kosteneffizienz usw. In Kombination mit maßgeblichen Daten und Branchenbeispielen werden die wesentlichen Unterschiede zwischen den beiden und die Auswahllogik systematisch herausgearbeitet, um eine Auswahlreferenz für die Branchen Wasseraufbereitung, chemische Industrie sowie Lebensmittel und Getränke bereitzustellen.

1. Wesentliche Unterschiede in der konstruktiven Gestaltung

1.1 Saitengewickelter Tonabnehmer: Gradientendichte der Präzisionswicklung

Der Schnur -gewickelte Patrone nimmt das poröse Skelett (Polypropylen oder Edelstahl) als Kern, und dann werden die Textilfasern (z. B. Polypropylen, entfettete Baumwollfäden) nach einem bestimmten Verfahren einzeln verdreht, um eine Wabenstruktur zu bilden, die außen dünn und innen dicht ist. Die Filtrationspräzision wird durch die Dicke der Saite und die Wicklungsdichte gesteuert. Beispielsweise kann bei Verwendung einer 0,1 mm starken Faser mit Hochspannungswicklung der Porenraum der Außenschicht bis zu 50 μm, und die innere Schicht kann reduziert werden auf 1 μm, um eine progressive Filtration zu realisieren.

1.2 Meltblown-Kartusche: Gradientenstapelung geschmolzener Fasern

Meltblown-Kartusche verwendet Polypropylen (PP)-Partikel, die bei hoher Temperatur geschmolzen und dann in ultrafeine Fasern gesprüht werden (1-5μm im Durchmesser) und bilden durch zufälliges Stapeln eine dreidimensionale mikroporöse Struktur. Seine Dichteverteilung ist außen locker und innen dicht, so ist beispielsweise der äußere Faserspalt 20μm kann die innere Schicht auf 0 komprimiert werden.5μm, geeignet zum Abfangen von Partikeln im Submikronbereich.

Strukturvergleichstabelle   

2. Vergleich von Filtermechanismen und Effizienzen

2.1 Gewickelte Filterpatrone: Tiefenabfangung und hohe Durchflussraten

Die Zeichenfolge  gewickelte Patrone realisiert die “Tiefenfiltration” durch die Gradientenänderung der Faserzwischenräume. “Tiefenfiltration”. Experimente zeigen, dass seine Abfangrate von Partikeln über 10μm kann 95% erreichen, aber die Effizienz sinkt auf 70%, wenn es um 1μm Partikel. Sein Vorteil liegt im geringen Druckabfall (0,02-0,1 MPa) und der hohen Durchflussrate (10"-Kartuschenverarbeitungskapazität bis zu 2,5 m³/h), was für die Vorbehandlung oder Szenarien mit hohem Durchfluss geeignet ist.

2.2 Meltblown-Kartusche: Oberflächenadsorption und hochpräzise Abscheidung

Die Meltblown-Kartusche basiert auf einem dichten Netzwerk aus ultrafeinen Fasern und funktioniert über einen dualen Mechanismus aus Oberflächenabfangung und Tiefenadsorption. Die Daten zeigen, dass die Retentionsrate von 1μm-Partikel liegen bei über 99 % und der Druckabfall ist hoch (0,1–0,3 MPa), was für eine Feinfiltration am Ende geeignet ist. In der Pharmaindustrie beispielsweise gewährleisten Meltblown-Kartuschen eine bakterielle Rückhalterate von 99,99 % für Injektionswasser.

3. Vergleich der wichtigsten Leistungsparameter

3.1 Filtrationsgenauigkeit und Schmutzaufnahmekapazität

• Saitengewickelte Patrone : Genauigkeitsbereich 1-100μm, Schmutzaufnahmekapazität bis zu 200g/m² (nehmen 10μm-Patrone als Beispiel).
• Meltblown-Kartusche : Präzisionsbereich 0,5-50μm, Schmutzaufnahmekapazität bis zu 500g/m² (2,5-mal höher als bei Saitenumwicklung mit gleicher Präzision).

3.2 Chemische Verträglichkeit und Temperaturbeständigkeit

4. Anschaffungskosten und Austauschhäufigkeit

4.1 Anschaffungskosten und Austauschhäufigkeit

• Saitengewickelte Tonabnehmer kosten 50–100 US-Dollar pro Stück und haben eine Lebensdauer von 3–6 Monaten.
• Meltblown-Kartuschen kosten 80–150 US-Dollar pro Einheit und haben eine Lebensdauer von 2–4 Monaten.
  Abschluss : Unter den gleichen Arbeitsbedingungen sind die jährlichen Kosten für die Verwendung einer stranggewickelten Patrone 30 % niedriger als die einer Meltblown-Patrone.

4.2 Vergleich der Wartungskosten

Aufgrund der hohen Präzision verstopfen Meltblown-Kartuschen leicht und müssen mit einem Rückspülsystem ausgestattet werden, was die Geräteinvestition um 15–20 % erhöht.

5. Typische Anwendungen von Saitenspulen-Tonabnehmern

1. Essen & Getränk : Grobfiltration von Fruchtsaft (Entfernung >50μm Zellstofffasern);
2. Petrochemische Industrie : Vorfilterung des Hydrauliköls (Kapazität >10M³/H);
3. Städtische Wasserversorgung : Abfangen von Rostpartikeln in der Rohrleitung (Kosten <0,1 RMB/Tonne).

5.2 Kernbereiche der Meltblown-Kartusche

1. Pharmazeutika : Injektionsendfiltration (GMP-konform);
2. Elektronik : Reinstwasseraufbereitung (Widerstand>18Mω-cm);
3. Entsalzung : Umkehrosmose-Membran-Vorschutz (verlängert die Lebensdauer der Membran um das 3-fache).

6. Auswahlentscheidungsbaum

Erstellen Sie das Auswahlmodell nach den drei Elementen Durchflussrate, Präzision und Kosten:

wenn Präzision gefragt ist>10μM → Wählen Sie ein Tonabnehmersystem mit Saitenwicklung (Kostenpriorität) elif Nachfragepräzision 1-10μm und Durchflussrate<5M³/H → Wählen Sie Meltblown-Kartusche (Effizienzpriorität) sonst → Kombination (gewickelte Vorfiltration + Meltblown-Feinfiltration)

7. Maßgebliche Fälle und Branchenempfehlungen

1. Ein Umweltschutz : Einsatz einer gewickelten Patrone zur Behandlung von rosthaltigem Kühlwasser in einer Ölraffinerie im Nordwesten Chinas, wodurch jährliche Wartungskosten in Höhe von 1,2 Millionen RMB eingespart werden;
2. Ein Wasseraufbereitungsunternehmen : Konfiguration eines Meltblown-Kartuschensystems für eine Marken-Mineralwasseranlage, die Trübung wurde von 5 NTU auf 0,1 NTU reduziert;
3. Akademische Forschung : Williams et al. (2021) bestätigte, dass die Meltblown-Kartusche zur Hochtemperatur-Ölfiltration verwendet werden kann, was die effektivste Methode zur Filterung von Hochtemperaturöl ist. Kartuschenstabilität bei der Hochtemperatur-Ölfiltration.

8. Zukünftige Technologietrends

1. Verbundfilterelement : Saitenwicklung + Meltblown-Mehrschichtstruktur;
2. Intelligente Überwachung : Eingebettet in Drucksensoren, um in Echtzeit vor Verstopfungen zu warnen.

Zusammenfassung

Der wesentliche Unterschied zwischen String-Wound- und Meltblown-Patronen liegt im Kompromiss der   Präzisions-Flusskosten-Dreieck . Aufgrund ihrer Wirtschaftlichkeit und hohen Durchflussrate sind gewickelte Filterkerzen die bevorzugte Wahl für die Vorbehandlung, während Meltblown-Filterkerzen aufgrund ihrer hohen Präzision die Kernkomponente der Endfiltration darstellen. Die industrielle Auswahl muss mit den spezifischen Arbeitsbedingungen kombiniert werden. Bei Bedarf kann eine Kombination von Lösungen verwendet werden, um die Leistung zu maximieren. Durch die Entwicklung neuer Materialien und intelligenter Technologien werden die Leistungsgrenzen beider weiter erweitert, um die Effizienz und Präzision der Filterindustrie zu steigern.