Rozwój nowoczesnego przemysłu postawił coraz większe wymagania środowisku eksperymentów, badań i produkcji. Głównym sposobem na spełnienie tego wymogu jest szerokie stosowanie filtrów powietrza w czystych systemach klimatyzacyjnych. Wśród nich filtry HEPA i ULPA stanowią ostatnią ochronę przed cząsteczkami pyłu przedostającymi się do czystego pomieszczenia. Ich wydajność jest bezpośrednio związana z poziomem czystego pomieszczenia, co z kolei wpływa na jakość procesu i produktu. Dlatego też sensowne jest przeprowadzenie badań eksperymentalnych nad filtrem. Wydajność oporu i wydajność filtracji dwóch filtrów porównano przy różnych prędkościach wiatru, mierząc wydajność filtracji filtra z włókna szklanego i filtra PTFE dla cząstek PAO o wielkości 0,3 μm, 0,5 μm, 1,0 μm. Wyniki pokazują, że prędkość wiatru jest bardzo ważnym czynnikiem wpływającym na wydajność filtracji filtrów powietrza HEPA. Im wyższa prędkość wiatru, tym niższa wydajność filtracji, a efekt jest bardziej widoczny w przypadku filtrów PTFE.
Słowa kluczowe:Filtr powietrza HEPA; wydajność oporu; wydajność filtracji; papier filtracyjny PTFE; papier filtracyjny z włókna szklanego; filtr z włókna szklanego.
Numer CLC: X964 Kod identyfikacyjny dokumentu: A
Wraz z ciągłym rozwojem nauki i technologii, produkcja i modernizacja nowoczesnych produktów przemysłowych stają się coraz bardziej wymagające pod względem czystości powietrza w pomieszczeniach. W szczególności mikroelektronika, medycyna, chemia, biologia, przetwórstwo żywności i inne gałęzie przemysłu wymagają miniaturyzacji. Precyzja, wysoka czystość, wysoka jakość i wysoka niezawodność środowiska wewnętrznego, które stawiają coraz wyższe wymagania dotyczące wydajności filtra powietrza HEPA, więc jak produkować filtr HEPA, aby sprostać zapotrzebowaniu konsumentów, stało się pilną potrzebą producentów. Jeden z rozwiązanych problemów [1-2]. Dobrze wiadomo, że wydajność oporu i wydajność filtracji filtra to dwa ważne wskaźniki oceny filtra. W niniejszym artykule podjęto próbę analizy wydajności filtracji i wydajności oporu filtra powietrza HEPA różnych materiałów filtracyjnych za pomocą eksperymentów [3] i różnych struktur tego samego materiału filtracyjnego. Właściwości filtracji i oporu filtra stanowią podstawę teoretyczną dla producenta filtra.
1 Analiza metody testowej
Istnieje wiele metod wykrywania filtrów powietrza HEPA, a różne kraje mają różne standardy. W 1956 r. US Military Commission opracowała USMIL-STD282, standard testowania filtrów powietrza HEPA, oraz metodę DOP do testowania wydajności. W 1965 r. ustanowiono brytyjską normę BS3928, a do wykrywania wydajności zastosowano metodę płomienia sodowego. W 1973 r. European Ventilation Association opracowało normę Eurovent 4/4, która była zgodna z metodą wykrywania płomienia sodowego. Później American Society for Environmental Testing and Filter Efficiency Science opracowało szereg podobnych norm dla zalecanych metod testowania, wszystkie wykorzystujące metodę liczenia suwmiarką DOP. W 1999 r. Europa ustanowiła normę BSEN1822, która wykorzystuje najbardziej transparentny rozmiar cząstek (MPPS) do wykrywania wydajności filtracji [4]. Norma wykrywania w Chinach przyjmuje metodę płomienia sodowego. System wykrywania wydajności filtra powietrza HEPA używany w tym eksperymencie został opracowany na podstawie normy US 52.2. Metoda wykrywania wykorzystuje metodę liczenia za pomocą suwmiarki, a aerozol wykorzystuje cząsteczki PAO.
1. 1 główny instrument
W tym eksperymencie wykorzystano dwa liczniki cząstek, które są proste, wygodne, szybkie i intuicyjne w porównaniu z innymi urządzeniami do testowania stężenia cząstek [5]. Powyższe zalety licznika cząstek sprawiają, że stopniowo zastępuje on inne metody i staje się główną metodą testowania stężenia cząstek. Mogą one zliczać zarówno liczbę cząstek, jak i rozkład wielkości cząstek (tj. zliczanie), co jest podstawowym wyposażeniem tego eksperymentu. Szybkość przepływu próbki wynosi 28,6 LPM, a bezwęglowa pompa próżniowa charakteryzuje się niskim poziomem hałasu i stabilną pracą. Jeśli opcja jest zainstalowana, można zmierzyć temperaturę i wilgotność, a także prędkość wiatru i przetestować filtr.
System detekcji wykorzystuje aerozole wykorzystujące cząsteczki PAO jako pył do filtrowania. Używamy generatorów aerozolu (generacje aerozolu) modelu TDA-5B wyprodukowanych w Stanach Zjednoczonych. Zakres występowania wynosi 500 – 65000 cfm (1 cfm = 28,6 LPM), a stężenie wynosi 100 μg/L, 6500 cfm; 10 μg/L, 65000 cfm.
1. 2 czyste pomieszczenie
Aby zwiększyć dokładność eksperymentu, laboratorium o poziomie 10 000 zostało zaprojektowane i udekorowane zgodnie z amerykańską normą federalną 209C. Zastosowano powłokę podłogową, która charakteryzuje się zaletami lastryko, odpornością na zużycie, dobrym uszczelnieniem, elastycznością i skomplikowaną konstrukcją. Materiałem jest lakier epoksydowy, a ściana wykonana jest z zamontowanego sidingu czystego pomieszczenia. Pomieszczenie jest wyposażone w 220 V, 2 x 40 W, 6 lamp oczyszczających i rozmieszczone zgodnie z wymaganiami oświetlenia i sprzętu terenowego. Czyste pomieszczenie ma 4 górne wyloty powietrza i 4 porty powrotne powietrza. Pomieszczenie z prysznicem powietrznym jest zaprojektowane do pojedynczego zwykłego sterowania dotykowego. Czas prysznica powietrznego wynosi 0-100 s, a prędkość wiatru dowolnej regulowanej dyszy obiegowej objętości powietrza jest większa lub równa 20 ms. Ponieważ powierzchnia czystego pomieszczenia wynosi <50 m2, a personel składa się z <5 osób, zapewniono bezpieczne wyjście z czystego pomieszczenia. Wybrano filtr HEPA GB01×4, objętość powietrza wynosi 1000 m3/h, a skuteczność filtracji jest większa lub równa 0,5 μm i 99,995%.
1. 3 próbki eksperymentalne
Modele filtra z włókna szklanego to: 610 (dł.) × 610 (wys.) × 150 (szer.) mm, typ przegrody, 75 zmarszczek, rozmiar 610 (dł.) × 610 (wys.) × 90 (szer.) mm, z 200 plisami, rozmiar filtra PTFE 480 (dł.) × 480 (wys.) × 70 (szer.) mm, bez przegrody, z 100 zmarszczkami.
2 Podstawowe zasady
Podstawową zasadą działania stanowiska testowego jest to, że wentylator jest wdmuchiwany do powietrza. Ponieważ HEPA/UEPA jest również wyposażony w filtr powietrza HEPA, można uznać, że powietrze stało się czyste przed dotarciem do testowanego HEPA/UEPA. Urządzenie emituje cząsteczki PAO do rurociągu, aby utworzyć pożądane stężenie gazu zawierającego pył i używa licznika cząstek laserowych do określenia stężenia cząstek. Następnie gaz zawierający pył przepływa przez testowany HEPA/UEPA, a stężenie cząstek pyłu w powietrzu filtrowanym przez HEPA/UEPA jest również mierzone za pomocą licznika cząstek laserowych, a stężenie pyłu w powietrzu przed i za filtrem jest porównywane, co pozwala określić wydajność filtra HEPA/UEPA. Ponadto otwory próbkujące są odpowiednio rozmieszczone przed i za filtrem, a opór każdej prędkości wiatru jest testowany za pomocą mikrociśnieniomierza pochylenia.
Porównanie wydajności 3 filtrów
Charakterystyka oporu HEPA jest jedną z ważnych cech HEPA. W oparciu o założenie spełnienia zapotrzebowania na wydajność ludzi, charakterystyka oporu jest związana z kosztami użytkowania, opór jest mały, zużycie energii jest małe, a koszt jest oszczędzony. Dlatego wydajność oporu filtra stała się przedmiotem zainteresowania. Jednym z ważnych wskaźników.
Na podstawie danych z pomiarów eksperymentalnych wyznaczono zależność pomiędzy średnią prędkością wiatru dwóch różnych filtrów strukturalnych: włókna szklanego i filtra PTFE, a różnicą ciśnień na filtrze.Zależność tę ilustruje rysunek 2:
Z danych eksperymentalnych wynika, że wraz ze wzrostem prędkości wiatru opór filtra wzrasta liniowo od niskiego do wysokiego, a dwie proste linie dwóch filtrów z włókna szklanego zasadniczo się pokrywają. Łatwo zauważyć, że gdy prędkość wiatru filtrującego wynosi 1 m/s, opór filtra z włókna szklanego jest około czterokrotnie większy niż filtra PTFE.
Znając powierzchnię filtra, można wyprowadzić zależność pomiędzy prędkością obrotową powierzchni a różnicą ciśnień na filtrze:
Z danych eksperymentalnych wynika, że wraz ze wzrostem prędkości wiatru opór filtra wzrasta liniowo od niskiego do wysokiego, a dwie proste linie dwóch filtrów z włókna szklanego zasadniczo się pokrywają. Łatwo zauważyć, że gdy prędkość wiatru filtrującego wynosi 1 m/s, opór filtra z włókna szklanego jest około cztery razy większy od oporu filtra PTFE.
Znając powierzchnię filtra, można wyprowadzić zależność pomiędzy prędkością obrotową powierzchni a różnicą ciśnień na filtrze:
Ze względu na różnicę prędkości powierzchniowej dwóch rodzajów filtrów i różnicę ciśnień filtracyjnych dwóch papierów filtracyjnych, opór filtra o specyfikacji 610×610×90mm przy tej samej prędkości powierzchniowej jest wyższy niż specyfikacja 610×. Opór filtra 610 x 150mm.
Jednakże jest jasne, że przy tej samej prędkości powierzchniowej, opór filtra z włókna szklanego jest wyższy niż opór PTFE. Pokazuje to, że PTFE jest lepszy od filtra z włókna szklanego pod względem wydajności oporu. Aby lepiej zrozumieć charakterystykę filtra z włókna szklanego i oporu PTFE, przeprowadzono dalsze eksperymenty. Bezpośrednio badając opór dwóch papierów filtracyjnych, gdy zmienia się prędkość wiatru filtra, wyniki eksperymentów przedstawiono poniżej:
Potwierdza to wcześniejszy wniosek, że opór papieru filtracyjnego z włókna szklanego jest wyższy niż PTFE przy tej samej prędkości wiatru [6].
Porównanie wydajności filtrów 4 filtrów
Na podstawie warunków eksperymentalnych można zmierzyć wydajność filtracji filtra dla cząstek o wielkości 0,3 μm, 0,5 μm i 1,0 μm przy różnych prędkościach wiatru, a następnie uzyskać następujący wykres:
Oczywiste jest, że wydajność filtracji dwóch filtrów z włókna szklanego dla cząstek 1,0 μm przy różnych prędkościach wiatru wynosi 100%, a wydajność filtracji cząstek 0,3 μm i 0,5 μm maleje wraz ze wzrostem prędkości wiatru. Można zauważyć, że wydajność filtracji filtra dla dużych cząstek jest wyższa niż dla małych cząstek, a wydajność filtracji filtra 610×610×150 mm jest lepsza niż filtra o specyfikacji 610×610×90 mm.
Stosując tę samą metodę, uzyskano wykres pokazujący zależność pomiędzy wydajnością filtracji filtra PTFE o wymiarach 480×480×70 mm a prędkością wiatru:
Porównując rys. 5 i rys. 6, efekt filtracji filtra szklanego z cząsteczkami 0,3 μm, 0,5 μm jest lepszy, zwłaszcza w przypadku efektu kontrastu pyłu 0,3 μm. Efekt filtracji trzech cząsteczek na cząsteczki 1 μm wynosił 100%.
Aby bardziej intuicyjnie porównać wydajność filtracji filtra z włókna szklanego i materiału filtracyjnego PTFE, testy wydajności filtra przeprowadzono bezpośrednio na dwóch papierach filtracyjnych, uzyskując następujący wykres:
Powyższy wykres uzyskano poprzez pomiar efektu filtracji papieru filtracyjnego z PTFE i włókna szklanego na cząstki o wielkości 0,3 μm przy różnych prędkościach wiatru [7-8]. Oczywiste jest, że wydajność filtracji papieru filtracyjnego z PTFE jest niższa niż papieru filtracyjnego z włókna szklanego.
Biorąc pod uwagę właściwości wytrzymałościowe i filtracyjne materiału filtracyjnego, łatwo zauważyć, że materiał filtracyjny PTFE jest bardziej odpowiedni do produkcji filtrów grubych lub filtrów sub-HEPA, a materiał filtracyjny z włókna szklanego jest bardziej odpowiedni do produkcji filtrów HEPA lub ultra-HEPA.
5. Wnioski
Perspektywy różnych zastosowań filtrów są badane poprzez porównanie właściwości oporowych i właściwości filtracyjnych filtrów PTFE z filtrami z włókna szklanego. Z eksperymentu możemy wyciągnąć wniosek, że prędkość wiatru jest bardzo ważnym czynnikiem wpływającym na efekt filtracji filtra powietrza HEPA. Im wyższa prędkość wiatru, tym niższa wydajność filtracji, tym bardziej oczywisty jest wpływ na filtr PTFE i ogólnie Filtr PTFE ma niższy efekt filtracji niż filtr z włókna szklanego, ale jego opór jest niższy niż filtra z włókna szklanego. Dlatego materiał filtra PTFE jest bardziej odpowiedni do produkcji filtra o grubej lub niskiej wydajności, a materiał filtra z włókna szklanego jest bardziej odpowiedni do produkcji. Filtr wydajny lub ultra wydajny. Filtr HEPA z włókna szklanego o specyfikacji 610×610×150 mm jest niższy niż filtr HEPA z włókna szklanego o wymiarach 610×610×90 mm, a wydajność filtracji jest lepsza niż filtr HEPA z włókna szklanego o wymiarach 610×610×90 mm. Obecnie cena czystego materiału filtracyjnego PTFE jest wyższa niż włókna szklanego. Jednak w porównaniu z włóknem szklanym PTFE ma lepszą odporność na temperaturę, korozję i hydrolizę niż włókno szklane. Dlatego też przy produkcji filtra należy wziąć pod uwagę różne czynniki. Połącz wydajność techniczną i ekonomiczną.
Odnośniki:
[1]Liu Laihong, Wang Shihong. Rozwój i zastosowanie filtrów powietrza [J]•Filtrowanie i separacja, 2000, 10(4): 8-10.
[2] Filtr powietrza CN Davis [M], tłumaczenie Huang Riguang. Pekin: Atomic Energy Press, 1979.
[3] GB/T6165-1985 metoda badania wydajności filtra powietrza o wysokiej wydajności, przepuszczalność i rezystancja [M]. National Bureau of Standards, 1985.
[4]Xing Songnian. Metoda wykrywania i praktyczne zastosowanie wysokowydajnego filtra powietrza[J]•Bioprotective Epidemic Prevention Equipment, 2005, 26(1): 29-31.
[5]Hochrainer. Dalszy rozwój licznika cząstek
sizerPCS-2000włókno szklane [J]•Filtr Journal of AerosolScience, 2000,31(1): 771-772.
[6]E. Weingartner, P. Haller, H. Burtscher i in. Ciśnienie
Filtry DropAcrossFiber[J]•Aerosol Science, 1996, 27(1): 639-640.
[7]Michael JM i Clyde Orr. Filtracja – zasady i praktyka[M].
Nowy Jork: MarcelDekkerInc, 1987 •
[8] Zhang Guoquan. Mechanika aerozolu – teoretyczne podstawy usuwania i oczyszczania pyłu [M] • Pekin: China Environmental Science Press, 1987.
Czas publikacji: 06-01-2019