Развитието на съвременната индустрия поставя все по-високи изисквания към средата за експериментиране, изследвания и производство. Основният начин за постигане на това изискване е широкото използване на въздушни филтри в чистите климатични системи. Сред тях HEPA и ULPA филтрите са последната защита за прахови частици, влизащи в чистото помещение. Тяхната производителност е пряко свързана с нивото на чистота в помещението, което от своя страна влияе върху качеството на процеса и продукта. Следователно е важно да се проведат експериментални изследвания на филтрите. Съпротивлението и филтрационната производителност на двата филтъра бяха сравнени при различни скорости на вятъра чрез измерване на ефективността на филтриране на филтъра от стъклени влакна и PTFE филтъра за PAO частици с размер 0,3 μm, 0,5 μm и 1,0 μm. Резултатите показват, че скоростта на вятъра е много важен фактор, влияещ върху ефективността на филтриране на HEPA въздушните филтри. Колкото по-висока е скоростта на вятъра, толкова по-ниска е ефективността на филтриране и ефектът е по-очевиден при PTFE филтрите.
Ключови думи:HEPA въздушен филтър; Съпротивление; филтрираща ефективност; PTFE филтърна хартия; филтърна хартия от стъклени влакна; филтър от стъклени влакна.
CLC номер: X964 Идентификационен код на документа: A
С непрекъснатото развитие на науката и технологиите, производството и модернизацията на съвременните промишлени продукти стават все по-взискателни към чистотата на въздуха в помещенията. По-специално, микроелектрониката, медицината, химическата, биологичната, хранително-вкусовата и други индустрии изискват миниатюризация. Прецизността, високата чистота, високото качество и високата надеждност на вътрешната среда поставят все по-високи изисквания към производителността на HEPA въздушния филтър, така че как да се произведе HEPA филтър, който да отговаря на потребителското търсене, се е превърнало в спешна нужда на производителите. Един от решените проблеми [1-2]. Добре известно е, че съпротивлението и ефективността на филтриране на филтъра са два важни показателя за оценка на филтъра. Тази статия се опитва да анализира ефективността на филтриране и съпротивлението на HEPA въздушния филтър от различни филтърни материали чрез експерименти [3], както и различните структури на един и същ филтърен материал. Ефективността на филтриране и съпротивлението на филтъра предоставят теоретична основа за производителя на филтри.
1 Анализ на метода на изпитване
Съществуват много методи за откриване на HEPA въздушни филтри и различните страни имат различни стандарти. През 1956 г. Военната комисия на САЩ разработва USMIL-STD282, стандарт за тестване на HEPA въздушни филтри, и метода DOP за тестване на ефективността. През 1965 г. е установен британският стандарт BS3928 и за откриване на ефективност е използван методът с натриев пламък. През 1973 г. Европейската вентилационна асоциация разработва стандарта Eurovent 4/4, който следва метода за откриване на натриев пламък. По-късно Американското дружество за екологични тестове и наука за ефективността на филтрите съставя серия от подобни стандарти за препоръчителни методи за тестване, всички използващи метода за броене на DOP с калипер. През 1999 г. Европа установява стандарта BSEN1822, който използва най-прозрачния размер на частиците (MPPS) за откриване на ефективността на филтриране [4]. Стандартът за откриване на Китай приема метода с натриев пламък. Системата за откриване на производителността на HEPA въздушния филтър, използвана в този експеримент, е разработена въз основа на стандарта US 52.2. Методът за откриване използва метод за броене с калипер, а аерозолът използва PAO частици.
1. 1 основен инструмент
Този експеримент използва два брояча на частици, които са прости, удобни, бързи и интуитивни в сравнение с друго оборудване за тестване на концентрацията на частици [5]. Горните предимства на брояча на частици го правят постепенно да измести други методи и да се превърне в основен метод за тестване на концентрацията на частици. Те могат да броят както броя на частиците, така и разпределението на размера на частиците (т.е. да преброяват), което е основното оборудване на този експеримент. Дебитът на пробата е 28,6 LPM, а вакуумната помпа без въглеводороди се характеризира с нисък шум и стабилна работа. Ако е инсталирана опция, могат да се измерват температурата и влажността, както и скоростта на вятъра, и да се тества филтърът.
Системата за детекция използва аерозоли, използващи PAO частици като прах, който трябва да бъде филтриран. Използваме аерозолни генератори (аерозолни генератори) от модела TDA-5B, произведен в Съединените щати. Диапазонът на разпространение е 500 – 65000 cfm (1 cfm = 28,6 LPM), а концентрацията е 100 μg/L, 6500 cfm; 10 μg/L, 65000 cfm.
1. 2 чисти помещения
За да се подобри точността на експеримента, лабораторията с 10 000-метров капацитет е проектирана и декорирана съгласно американския федерален стандарт 209C. Използва се подово покритие, което се характеризира с предимствата на терацо, устойчивост на износване, добро уплътнение, гъвкавост и сложна конструкция. Материалът е епоксиден лак, а стената е изработена от сглобен сайдинг за чисти помещения. Помещението е оборудвано с 220v, 2×40w пречиствателни лампи и е разположено според изискванията за осветление и полево оборудване. Чистото помещение има 4 горни отвора за изход на въздух и 4 отвора за връщане на въздух. Помещението за въздушен душ е проектирано за еднократно сензорно управление. Времето за въздушен душ е 0-100s, а скоростта на вятъра на всяка регулируема дюза за циркулиращ обем на въздуха е по-голяма или равна на 20ms. Тъй като площта на чистото помещение е <50m2, а персоналът е <5 души, е осигурен безопасен изход за чистото помещение. Избраният HEPA филтър е GB01×4, обемът на въздуха е 1000m3/h, а ефективността на филтриране е по-голяма или равна на 0.5μm и 99.995%.
1. 3 експериментални проби
Моделите на филтъра от стъклени влакна са: 610 (Д) × 610 (В) × 150 (Ш) мм, тип преграда, 75 гънки, размер 610 (Д) × 610 (В) × 90 (Ш) мм, с 200 гънки, размер на PTFE филтър 480 (Д) × 480 (В) × 70 (Ш) мм, без преграда, със 100 гънки.
2 Основни принципа
Основният принцип на тестовия стенд е, че вентилаторът се вдухва във въздуха. Тъй като HEPA/UEPA е оборудван и с HEPA въздушен филтър, може да се счита, че въздухът е пречистен, преди да достигне тествания HEPA/UEPA. Устройството отделя PAO частици в тръбопровода, за да образува желаната концентрация на прахосъдържащ газ и използва лазерен брояч на частици, за да определи концентрацията на частиците. След това прахосъдържащият газ преминава през тествания HEPA/UEPA и концентрацията на прахови частици във въздуха, филтриран от HEPA/UEPA, също се измерва с помощта на лазерен брояч на частици, като се сравнява концентрацията на прах във въздуха преди и след филтъра, като по този начин се определя производителността на HEPA/UEPA филтъра. Освен това, отворите за вземане на проби са разположени съответно преди и след филтъра, а съпротивлението на всяка скорост на вятъра се тества с помощта на наклонен микроманометър.
Сравнение на производителността на 3 филтърни съпротивления
Характеристиката на съпротивлението на HEPA филтъра е една от важните му характеристики. С цел да се отговори на нуждите на хората, характеристиките на съпротивлението са свързани с разходите за употреба, като съпротивлението е малко, консумацията на енергия е малка и разходите са спестени. Следователно, характеристиките на съпротивлението на филтъра се превръщат в проблем. Това е един от важните показатели.
Според експерименталните данни от измерванията е получена връзката между средната скорост на вятъра на двата различни структурни филтъра от стъклени влакна и PTFE филтъра и разликата в налягането във филтъра.Връзката е показана на Фигура 2:
От експерименталните данни може да се види, че с увеличаване на скоростта на вятъра, съпротивлението на филтъра се увеличава линейно от ниско към високо, а двете прави линии на двата филтъра от стъклени влакна практически съвпадат. Лесно е да се види, че когато скоростта на филтрационния вятър е 1 m/s, съпротивлението на филтъра от стъклени влакна е около четири пъти по-голямо от това на PTFE филтъра.
Знаейки площта на филтъра, може да се изведе връзката между скоростта на повърхността и разликата в налягането на филтъра:
От експерименталните данни може да се види, че с увеличаване на скоростта на вятъра, съпротивлението на филтъра се увеличава линейно от ниско към високо, а двете прави линии на двата филтъра от стъклени влакна практически съвпадат. Лесно е да се види, че когато скоростта на филтрационния вятър е 1 m/s, съпротивлението на филтъра от стъклени влакна е около четири пъти по-голямо от това на PTFE филтъра.
Знаейки площта на филтъра, може да се изведе връзката между скоростта на повърхността и разликата в налягането на филтъра:
Поради разликата между повърхностната скорост на двата вида филтърни филтри и разликата в налягането на филтъра на двата филтърни хартия, съпротивлението на филтъра със спецификация 610×610×90 мм при същата повърхностна скорост е по-високо от спецификацията 610×. Съпротивлението на филтъра 610 x 150 мм.
Ясно е обаче, че при една и съща скорост на повърхността, съпротивлението на филтъра от стъклени влакна е по-високо от съпротивлението на PTFE. Това показва, че PTFE превъзхожда филтъра от стъклени влакна по отношение на съпротивлението. За да се разберат по-добре характеристиките на филтъра от стъклени влакна и съпротивлението на PTFE, бяха проведени допълнителни експерименти. Директно изследване на съпротивлението на двете филтърни хартии при промяна на скоростта на вятъра във филтъра, експерименталните резултати са показани по-долу:
Това допълнително потвърждава предишното заключение, че съпротивлението на филтърната хартия от стъклени влакна е по-високо от това на PTFE при същата скорост на вятъра [6].
Сравнение на производителността на 4 филтъра
Съгласно експерименталните условия, може да се измери ефективността на филтриране на филтъра за частици с размер на частиците 0,3 μm, 0,5 μm и 1,0 μm при различни скорости на вятъра и се получава следната диаграма:
Очевидно е, че ефективността на филтриране на двата филтъра от стъклени влакна за частици с размер 1,0 μm при различни скорости на вятъра е 100%, а ефективността на филтриране на частици с размер 0,3 μm и 0,5 μm намалява с увеличаване на скоростта на вятъра. Вижда се, че ефективността на филтриране на филтъра за големи частици е по-висока от тази за малки частици, а ефективността на филтриране на филтъра с размери 610×610×150 mm е по-добра от тази на филтъра със спецификация 610×610×90 mm.
Използвайки същия метод, е получена графика, показваща връзката между ефективността на филтриране на PTFE филтъра 480×480×70 mm като функция на скоростта на вятъра:
Сравнявайки Фиг. 5 и Фиг. 6, филтрационният ефект на стъкления филтър за частици 0,3 μm и 0,5 μm е по-добър, особено по отношение на контрастния ефект на прах от 0,3 μm. Филтриращият ефект на трите частици върху частици от 1 μm е 100%.
За да се сравни по-интуитивно филтрационната ефективност на филтъра от стъклени влакна и филтърния материал от PTFE, тестовете за ефективност на филтъра бяха проведени директно върху двата филтърни листа и беше получена следната диаграма:
Горната диаграма е получена чрез измерване на филтрационния ефект на PTFE и стъклена филтърна хартия върху частици с размер 0,3 μm при различни скорости на вятъра [7-8]. Очевидно е, че ефективността на филтриране на PTFE филтърната хартия е по-ниска от тази на стъклена филтърна хартия.
Като се имат предвид свойствата на съпротивление и филтрационните свойства на филтърния материал, лесно е да се види, че PTFE филтърният материал е по-подходящ за изработка на груби или sub-HEPA филтри, а филтърният материал от стъклени влакна е по-подходящ за изработка на HEPA или ultra-HEPA филтри.
5 Заключение
Перспективите за различни приложения на филтрите са изследвани чрез сравняване на съпротивителните свойства и филтрационните свойства на PTFE филтрите с филтрите от стъклени влакна. От експеримента можем да направим заключението, че скоростта на вятъра е много важен фактор, влияещ върху филтрационния ефект на HEPA въздушния филтър. Колкото по-висока е скоростта на вятъра, толкова по-ниска е ефективността на филтриране, толкова по-очевиден е ефектът върху PTFE филтъра и като цяло PTFE филтърът има по-нисък филтрационен ефект от филтъра от фибростъкло, но съпротивлението му е по-ниско от това на филтъра от стъклени влакна. Следователно, PTFE филтърният материал е по-подходящ за направата на едри или субвисоко ефективни филтри, а филтърният материал от стъклени влакна е по-подходящ за производството на ефективни или ултра ефективни филтри. HEPA филтърът от стъклени влакна със спецификация 610×610×150 мм е по-евтин от HEPA филтъра от стъклени влакна 610×610×90 мм, а филтрационната ефективност е по-добра от HEPA филтъра от стъклени влакна 610×610×90 мм. В момента цената на чистия PTFE филтърен материал е по-висока от тази на стъклените влакна. Въпреки това, в сравнение със стъклените влакна, PTFE има по-добра температурна устойчивост, устойчивост на корозия и хидролиза. Следователно, при производството на филтър трябва да се вземат предвид различни фактори. Съчетайте техническите характеристики и икономическите характеристики.
Референции:
[1] Лиу Лайхонг, Уанг Шихонг. Разработване и приложение на въздушни филтри [J]•Филтриране и разделяне, 2000, 10(4): 8-10.
[2] Въздушен филтър CN Davis [M], превод от Huang Riguang. Пекин: Atomic Energy Press, 1979.
[3] GB/T6165-1985 метод за изпитване на производителността на високоефективен въздушен филтър, пропускливост и съпротивление [M]. Национално бюро по стандартизация, 1985 г.
[4] Син Сонгнян. Метод за откриване и практическо приложение на високоефективен въздушен филтър [J]• Биозащитно оборудване за предотвратяване на епидемии, 2005, 26(1): 29-31.
[5] Хохрайнер. По-нататъшни разработки на брояча на частици
размерител PCS-2000стъклени влакна [J]•Филтър Journal ofAerosolScience, 2000,31(1): 771-772.
[6]Е. Weingartner, P. Haller, H. Burtscher и др. Налягане
DropAcrossFiberFilters[J]•Aerosol Science, 1996, 27(1): 639-640.
[7] Майкъл Дж. М. и Клайд Ор. Филтрация - принципи и практики [M].
Ню Йорк: MarcelDekkerInc, 1987 г.•
[8] Джан Гуоцюан. Механика на аерозолите – теоретична основа на отстраняването и пречистването на прах [M] • Пекин: China Environmental Science Press, 1987.
Време на публикуване: 06 януари 2019 г.