Mūsdienu rūpniecības attīstība ir izvirzījusi arvien lielākas prasības eksperimentu, pētniecības un ražošanas videi. Galvenais veids, kā sasniegt šo prasību, ir plaši izmantot gaisa filtrus tīrās gaisa kondicionēšanas sistēmās. Starp tiem HEPA un ULPA filtri ir pēdējais aizsardzības līdzeklis pret putekļu daļiņām, kas nonāk tīrtelpā. To veiktspēja ir tieši saistīta ar tīrtelpas līmeni, kas savukārt ietekmē procesa un produkta kvalitāti. Tāpēc ir lietderīgi veikt eksperimentālus pētījumus par filtriem. Abu filtru pretestības veiktspēja un filtrācijas veiktspēja tika salīdzināta pie dažādiem vēja ātrumiem, izmērot stikla šķiedras filtra un PTFE filtra filtrācijas efektivitāti 0,3 μm, 0,5 μm, 1,0 μm PAO daļiņām. Rezultāti liecina, ka vēja ātrums ir ļoti svarīgs faktors, kas ietekmē HEPA gaisa filtru filtrācijas efektivitāti. Jo lielāks vēja ātrums, jo zemāka filtrācijas efektivitāte, un efekts ir izteiktāks PTFE filtriem.
Atslēgvārdi:HEPA gaisa filtrs; pretestības veiktspēja; filtrācijas veiktspēja; PTFE filtrpapīrs; stikla šķiedras filtrpapīrs; stikla šķiedras filtrs.
CLC numurs: X964 Dokumenta identifikācijas kods: A
Līdz ar zinātnes un tehnoloģiju nepārtrauktu attīstību mūsdienu rūpniecības produktu ražošanā un modernizēšanā arvien pieaug prasības attiecībā uz iekštelpu gaisa tīrību. Jo īpaši mikroelektronikas, medicīnas, ķīmijas, bioloģiskās, pārtikas pārstrādes un citās nozarēs ir nepieciešama miniaturizācija. Precīza, augsta tīrība, augsta kvalitāte un augsta uzticamība iekštelpu vidē izvirza arvien augstākas prasības HEPA gaisa filtru veiktspējai, tāpēc HEPA filtru izgatavošana, lai apmierinātu patērētāju pieprasījumu, ir kļuvusi par steidzamu ražotāju vajadzību. Viena no problēmām ir atrisināta [1-2]. Ir labi zināms, ka filtra pretestības veiktspēja un filtrācijas efektivitāte ir divi svarīgi rādītāji filtra novērtēšanai. Šajā rakstā tiek mēģināts analizēt dažādu filtra materiālu HEPA gaisa filtra filtrācijas veiktspēju un pretestības veiktspēju, veicot eksperimentus [3], kā arī izmantojot viena un tā paša filtra materiāla dažādās struktūras. Filtra filtrācijas veiktspēja un pretestības īpašības sniedz teorētisku pamatu filtra ražotājam.
1. Testa metodes analīze
HEPA gaisa filtru noteikšanai ir daudz metožu, un dažādām valstīm ir atšķirīgi standarti. 1956. gadā ASV Militārā komisija izstrādāja USMIL-STD282, HEPA gaisa filtru testa standartu, un DOP metodi efektivitātes pārbaudei. 1965. gadā tika izveidots Lielbritānijas standarts BS3928, un efektivitātes noteikšanai tika izmantota nātrija liesmas metode. 1973. gadā Eiropas Ventilācijas asociācija izstrādāja Eurovent 4/4 standartu, kas sekoja nātrija liesmas noteikšanas metodei. Vēlāk Amerikas Vides testēšanas un filtru efektivitātes zinātnes biedrība apkopoja līdzīgu standartu sēriju ieteicamajām testēšanas metodēm, visās izmantojot DOP suporta skaitīšanas metodi. 1999. gadā Eiropa izveidoja BSEN1822 standartu, kas filtrācijas efektivitātes noteikšanai izmanto caurspīdīgāko daļiņu izmēru (MPPS) [4]. Ķīnas noteikšanas standarts izmanto nātrija liesmas metodi. Šajā eksperimentā izmantotā HEPA gaisa filtru veiktspējas noteikšanas sistēma ir izstrādāta, pamatojoties uz ASV 52.2 standartu. Noteikšanas metode izmanto suporta skaitīšanas metodi, un aerosols izmanto PAO daļiņas.
1. 1 galvenais instruments
Šajā eksperimentā tiek izmantoti divi daļiņu skaitītāji, kas ir vienkārši, ērti, ātri un intuitīvi, salīdzinot ar citām daļiņu koncentrācijas testēšanas iekārtām [5]. Iepriekš minētās daļiņu skaitītāja priekšrocības ļauj tam pakāpeniski aizstāt citas metodes un kļūt par galveno daļiņu koncentrācijas testēšanas metodi. Tie var saskaitīt gan daļiņu skaitu, gan daļiņu izmēru sadalījumu (t. i., skaitīšanas skaitu), kas ir šī eksperimenta galvenā iekārta. Paraugu ņemšanas plūsmas ātrums ir 28,6 l/min, un tā bezoglekļa vakuumsūknim ir zems trokšņa līmenis un stabila veiktspēja. Ja ir uzstādīta šī opcija, var izmērīt temperatūru un mitrumu, kā arī vēja ātrumu un pārbaudīt filtru.
Detekcijas sistēma izmanto aerosolus, kuros filtrējamās putekļu daļiņas ir PAO daļiņas. Mēs izmantojam Amerikas Savienotajās Valstīs ražotā TDA-5B modeļa aerosola ģeneratorus (aerosola ģenerēšanas ierīces). Sastopamības diapazons ir no 500 līdz 65 000 cfm (1 cfm = 28,6 LPM), un koncentrācija ir 100 μg/l, 6500 cfm; 10 μg/l, 65 000 cfm.
1. 2 tīras istabas
Lai uzlabotu eksperimenta precizitāti, 10 000 līmeņu laboratorija tika projektēta un iekārtota saskaņā ar ASV federālo standartu 209C. Tiek izmantota grīdas pārklājuma, ko raksturo teraco priekšrocības, nodilumizturība, labs blīvējums, elastība un sarežģīta konstrukcija. Materiāls ir epoksīda laka, un siena ir izgatavota no salikta tīrās telpas apšuvuma. Telpa ir aprīkota ar 220 V, 2 × 40 W attīrīšanas lampām, un tā ir izvietota atbilstoši apgaismojuma un lauka aprīkojuma prasībām. Tīrajai telpai ir 4 gaisa izplūdes atveres augšpusē un 4 gaisa atgriešanas porti. Gaisa dušas telpa ir paredzēta vienai parastai skārienvadībai. Gaisa dušas laiks ir 0–100 s, un jebkuras regulējamas cirkulējošā gaisa tilpuma sprauslas vēja ātrums ir lielāks vai vienāds ar 20 ms. Tā kā tīrās telpas platība ir <50 m2 un personāls ir <5 cilvēki, tīrajai telpai ir paredzēta droša izeja. Izvēlētais HEPA filtrs ir GB01×4, gaisa tilpums ir 1000 m3/h, un filtrācijas efektivitāte ir lielāka vai vienāda ar 0,5 μm un 99,995%.
1. 3 eksperimentālie paraugi
Stikla šķiedras filtra modeļi ir: 610 (G) × 610 (A) × 150 (P) mm, deflektora tipa, 75 krokas, izmērs 610 (G) × 610 (A) × 90 (P) mm, ar 200 krokām, PTFE filtra izmērs 480 (G) × 480 (A) × 70 (P) mm, bez deflektora tipa, ar 100 krokām.
2 Pamatprincipi
Testa stenda pamatprincips ir tāds, ka ventilators tiek iepūsts gaisā. Tā kā HEPA/UEPA filtrs ir aprīkots arī ar HEPA gaisa filtru, var uzskatīt, ka gaiss ir kļuvis par tīru gaisu, pirms tas sasniedz testējamo HEPA/UEPA. Ierīce izvada PAO daļiņas cauruļvadā, veidojot vēlamo putekļus saturošas gāzes koncentrāciju, un izmanto lāzera daļiņu skaitītāju, lai noteiktu daļiņu koncentrāciju. Pēc tam putekļus saturošā gāze plūst caur testējamo HEPA/UEPA, un putekļu daļiņu koncentrācija gaisā, ko filtrē HEPA/UEPA, tiek mērīta, izmantojot lāzera daļiņu skaitītāju, un tiek salīdzināta putekļu koncentrācija gaisā pirms un pēc filtra, tādējādi nosakot HEPA/UEPA filtra veiktspēju. Turklāt paraugu ņemšanas atveres ir attiecīgi izvietotas pirms un pēc filtra, un katra vēja ātruma pretestība tiek pārbaudīta, izmantojot slīpuma mikro spiediena mērītāju.
3 filtru pretestības veiktspējas salīdzinājums
HEPA filtra pretestības raksturlielums ir viena no svarīgākajām HEPA filtra īpašībām. Saskaņā ar priekšnoteikumu apmierināt cilvēku pieprasījuma efektivitāti, pretestības raksturlielumi ir saistīti ar lietošanas izmaksām, maza pretestība, mazs enerģijas patēriņš un izmaksu ietaupījums. Tāpēc filtra pretestības veiktspēja ir kļuvusi par bažām. Viens no svarīgākajiem rādītājiem.
Saskaņā ar eksperimentālo mērījumu datiem tiek iegūta saistība starp divu dažādu strukturālo filtru – stikla šķiedras un PTFE filtra – vidējo vēja ātrumu un filtra spiediena starpību.Attiecības ir parādītas 2. attēlā:
No eksperimentālajiem datiem var redzēt, ka, palielinoties vēja ātrumam, filtra pretestība lineāri palielinās no zema līdz augstam, un abu stikla šķiedras filtru taisnās līnijas praktiski sakrīt. Ir viegli redzēt, ka, ja filtrācijas vēja ātrums ir 1 m/s, stikla šķiedras filtra pretestība ir aptuveni četras reizes lielāka nekā PTFE filtram.
Zinot filtra laukumu, var aprēķināt sakarību starp virsmas ātrumu un filtra spiediena starpību:
No eksperimentālajiem datiem var redzēt, ka, palielinoties vēja ātrumam, filtra pretestība lineāri palielinās no zema līdz augstam, un abu stikla šķiedras filtru taisnās līnijas praktiski sakrīt. Ir viegli redzēt, ka, ja filtrācijas vēja ātrums ir 1 m/s, stikla šķiedras filtra pretestība ir aptuveni četras reizes lielāka nekā PTFE filtram.
Zinot filtra laukumu, var aprēķināt sakarību starp virsmas ātrumu un filtra spiediena starpību:
Sakarā ar atšķirību starp abu veidu filtru virsmas ātrumu un abu filtrpapīru filtra spiediena starpību, filtra ar specifikāciju 610 × 610 × 90 mm pretestība pie tāda paša virsmas ātruma ir augstāka nekā 610 × specifikācijas filtram. 610 x 150 mm filtra pretestība.
Tomēr ir skaidrs, ka pie vienāda virsmas ātruma stikla šķiedras filtra pretestība ir augstāka nekā PTFE pretestība. Tas parāda, ka PTFE pretestības veiktspējas ziņā ir pārāka par stikla šķiedras filtru. Lai labāk izprastu stikla šķiedras filtra un PTFE pretestības raksturlielumus, tika veikti turpmāki eksperimenti. Lai tieši pētītu abu filtrpapīru pretestību, mainoties filtra vēja ātrumam, eksperimentālie rezultāti ir parādīti zemāk:
Tas vēl vairāk apstiprina iepriekšējo secinājumu, ka stikla šķiedras filtrpapīra pretestība ir augstāka nekā PTFE filtrpapīram pie tāda paša vēja ātruma [6].
4 filtru filtru veiktspējas salīdzinājums
Saskaņā ar eksperimentālajiem apstākļiem var izmērīt filtra filtrācijas efektivitāti daļiņām ar daļiņu izmēru 0,3 μm, 0,5 μm un 1,0 μm pie dažādiem vēja ātrumiem, un tiek iegūta šāda diagramma:
Acīmredzot divu stikla šķiedras filtru filtrācijas efektivitāte 1,0 μm daļiņām pie dažādiem vēja ātrumiem ir 100%, un 0,3 μm un 0,5 μm daļiņu filtrācijas efektivitāte samazinās, palielinoties vēja ātrumam. Var redzēt, ka filtra filtrācijas efektivitāte lielām daļiņām ir augstāka nekā mazām daļiņām, un 610 × 610 × 150 mm filtra filtrācijas veiktspēja ir pārāka par 610 × 610 × 90 mm specifikācijas filtru.
Izmantojot to pašu metodi, iegūst grafiku, kas parāda 480 × 480 × 70 mm PTFE filtra filtrācijas efektivitātes saistību ar vēja ātrumu:
Salīdzinot 5. un 6. attēlu, 0,3 μm, 0,5 μm daļiņu stikla filtra filtrācijas efekts ir labāks, īpaši 0,3 μm putekļu kontrasta efektam. Trīs daļiņu filtrācijas efekts uz 1 μm daļiņām bija 100%.
Lai intuitīvāk salīdzinātu stikla šķiedras filtra un PTFE filtra materiāla filtrācijas veiktspēju, filtra veiktspējas testi tika veikti tieši uz abiem filtrpapīriem, un tika iegūta šāda diagramma:
Iepriekš redzamā diagramma ir iegūta, izmērot PTFE un stikla šķiedras filtrpapīra filtrācijas efektu uz 0,3 μm daļiņām dažādos vēja ātrumos [7–8]. Ir acīmredzams, ka PTFE filtrpapīra filtrācijas efektivitāte ir zemāka nekā stikla šķiedras filtrpapīram.
Ņemot vērā filtra materiāla pretestības īpašības un filtrācijas īpašības, ir viegli redzēt, ka PTFE filtra materiāls ir piemērotāks rupjo vai sub-HEPA filtru izgatavošanai, bet stikla šķiedras filtra materiāls ir piemērotāks HEPA vai ultra-HEPA filtru izgatavošanai.
5 Secinājums
Salīdzinot PTFE filtru pretestības īpašības un filtrācijas īpašības ar stikla šķiedras filtriem, tiek pētītas dažādu filtru pielietojumu perspektīvas. No eksperimenta var secināt, ka vēja ātrums ir ļoti svarīgs faktors, kas ietekmē HEPA gaisa filtra filtrācijas efektu. Jo lielāks vēja ātrums, jo zemāka filtrācijas efektivitāte, jo acīmredzamāka ir ietekme uz PTFE filtru, un kopumā PTFE filtram ir zemāka filtrācijas efektivitāte nekā stikla šķiedras filtram, taču tā pretestība ir zemāka nekā stikla šķiedras filtram. Tāpēc PTFE filtra materiāls ir piemērotāks rupjas vai zemas efektivitātes filtra izgatavošanai, un stikla šķiedras filtra materiāls ir piemērotāks efektīva vai īpaši efektīva filtra ražošanai. Stikla šķiedras HEPA filtrs ar specifikāciju 610 × 610 × 150 mm ir zemāks nekā 610 × 610 × 90 mm stikla šķiedras HEPA filtrs, un filtrācijas veiktspēja ir labāka nekā 610 × 610 × 90 mm stikla šķiedras HEPA filtram. Pašlaik tīra PTFE filtra materiāla cena ir augstāka nekā stikla šķiedras cena. Tomēr, salīdzinot ar stikla šķiedru, PTFE ir labāka temperatūras izturība, izturība pret koroziju un hidrolīzi nekā stikla šķiedrai, tāpēc, ražojot filtru, jāņem vērā dažādi faktori. Apvienojiet tehniskos un ekonomiskos rādītājus.
Atsauces:
[1] Liu Laihongs, Vans Šihongs. Gaisa filtru izstrāde un pielietojums [J]•Filtrēšana un atdalīšana, 2000, 10(4): 8.–10.
[2] CN Davis gaisa filtrs [M], tulkojis Huang Riguang. Pekina: Atomic Energy Press, 1979.
[3] GB/T6165-1985 augstas efektivitātes gaisa filtra veiktspējas testa metode, caurlaidība un pretestība [M]. Nacionālais standartu birojs, 1985.
[4]Sjins Songnjans. Augstas efektivitātes gaisa filtra noteikšanas metode un praktisks pielietojums [J]•Bioprotektīvs epidēmiju novēršanas aprīkojums, 2005, 26(1): 29–31.
[5] Hohrainers. Daļiņu skaitītāja tālāka attīstība.
SizerPCS-2000 stikla šķiedra [J]•Filter Journal ofAerosolScience, 2000, 31(1): 771–772.
[6]E. Weingartner, P. Haller, H. Burtscher uc Spiediens
DropAcrossFiberFilters [J]•Aerosol Science, 1996, 27(1): 639–640.
[7]Maikls Dž. M. un Klaids Ors. Filtrēšana — principi un prakse [M].
Ņujorka: MarcelDekkerInc, 1987•
[8] Džans Guoquans. Aerosolu mehānika – putekļu noņemšanas un attīrīšanas teorētiskais pamatojums [M] • Pekina: China Environmental Science Press, 1987.
Publicēšanas laiks: 2019. gada 6. janvāris