Η ανάπτυξη της σύγχρονης βιομηχανίας έχει θέσει αυξανόμενες απαιτήσεις στο περιβάλλον πειραματισμού, έρευνας και παραγωγής. Ο κύριος τρόπος για την επίτευξη αυτής της απαίτησης είναι η ευρεία χρήση φίλτρων αέρα σε καθαρά συστήματα κλιματισμού. Μεταξύ αυτών, τα φίλτρα HEPA και ULPA αποτελούν την τελευταία προστασία για τα σωματίδια σκόνης που εισέρχονται στον καθαρό χώρο. Η απόδοσή τους σχετίζεται άμεσα με το επίπεδο του καθαρού χώρου, το οποίο με τη σειρά του επηρεάζει την ποιότητα της διαδικασίας και του προϊόντος. Επομένως, είναι σημαντικό να διεξαχθεί πειραματική έρευνα στο φίλτρο. Η απόδοση αντίστασης και η απόδοση φιλτραρίσματος των δύο φίλτρων συγκρίθηκαν σε διαφορετικές ταχύτητες ανέμου μετρώντας την απόδοση φιλτραρίσματος του φίλτρου από υαλοβάμβακα και του φίλτρου PTFE για σωματίδια PAO 0,3 μm, 0,5 μm, 1,0 μm. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η ταχύτητα του ανέμου είναι ένας πολύ σημαντικός παράγοντας που επηρεάζει την απόδοση φιλτραρίσματος των φίλτρων αέρα HEPA. Όσο υψηλότερη είναι η ταχύτητα του ανέμου, τόσο χαμηλότερη είναι η απόδοση φιλτραρίσματος και το αποτέλεσμα είναι πιο εμφανές για τα φίλτρα PTFE.
Λέξεις-κλειδιά:Φίλτρο αέρα HEPA· Απόδοση αντίστασης· απόδοση διήθησης· χαρτί φίλτρου PTFE· χαρτί φίλτρου από υαλοβάμβακα· φίλτρο από υαλοβάμβακα.
Αριθμός CLC: X964 Κωδικός αναγνώρισης εγγράφου: A
Με τη συνεχή ανάπτυξη της επιστήμης και της τεχνολογίας, η παραγωγή και ο εκσυγχρονισμός των σύγχρονων βιομηχανικών προϊόντων έχουν γίνει ολοένα και πιο απαιτητικοί για την καθαριότητα του εσωτερικού αέρα. Συγκεκριμένα, η μικροηλεκτρονική, η ιατρική, η χημική, η βιολογική, η επεξεργασία τροφίμων και άλλες βιομηχανίες απαιτούν σμίκρυνση. Η ακρίβεια, η υψηλή καθαρότητα, η υψηλή ποιότητα και η υψηλή αξιοπιστία σε εσωτερικούς χώρους, γεγονός που θέτει όλο και υψηλότερες απαιτήσεις στην απόδοση του φίλτρου αέρα HEPA, επομένως ο τρόπος κατασκευής φίλτρου HEPA για την κάλυψη της καταναλωτικής ζήτησης έχει γίνει επείγουσα ανάγκη των κατασκευαστών. Ένα από τα προβλήματα που λύθηκαν [1-2]. Είναι γνωστό ότι η απόδοση αντίστασης και η απόδοση φιλτραρίσματος του φίλτρου είναι δύο σημαντικοί δείκτες για την αξιολόγηση του φίλτρου. Αυτή η εργασία επιχειρεί να αναλύσει την απόδοση φιλτραρίσματος και την απόδοση αντίστασης του φίλτρου αέρα HEPA διαφορετικών υλικών φίλτρου μέσω πειραμάτων [3] και των διαφορετικών δομών του ίδιου υλικού φίλτρου. Η απόδοση φιλτραρίσματος και οι ιδιότητες αντίστασης του φίλτρου παρέχουν μια θεωρητική βάση για τον κατασκευαστή φίλτρων.
1 Ανάλυση μεθόδου δοκιμής
Υπάρχουν πολλές μέθοδοι για την ανίχνευση φίλτρων αέρα HEPA και διαφορετικές χώρες έχουν διαφορετικά πρότυπα. Το 1956, η Στρατιωτική Επιτροπή των ΗΠΑ ανέπτυξε το USMIL-STD282, ένα πρότυπο δοκιμής φίλτρου αέρα HEPA, και τη μέθοδο DOP για τον έλεγχο της απόδοσης. Το 1965, καθιερώθηκε το βρετανικό πρότυπο BS3928 και χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος φλόγας νατρίου για την ανίχνευση της απόδοσης. Το 1973, η Ευρωπαϊκή Ένωση Αερισμού ανέπτυξε το πρότυπο Eurovent 4/4, το οποίο ακολούθησε τη μέθοδο ανίχνευσης φλόγας νατρίου. Αργότερα, η Αμερικανική Εταιρεία Περιβαλλοντικών Δοκιμών και Επιστήμης Απόδοσης Φίλτρων συνέταξε μια σειρά παρόμοιων προτύπων για συνιστώμενες μεθόδους δοκιμής, όλες χρησιμοποιώντας τη μέθοδο μέτρησης με δαγκάνα DOP. Το 1999, η Ευρώπη καθιέρωσε το πρότυπο BSEN1822, το οποίο χρησιμοποιεί το πιο διαφανές μέγεθος σωματιδίων (MPPS) για την ανίχνευση της απόδοσης φιλτραρίσματος [4]. Το πρότυπο ανίχνευσης της Κίνας υιοθετεί τη μέθοδο φλόγας νατρίου. Το σύστημα ανίχνευσης απόδοσης φίλτρου αέρα HEPA που χρησιμοποιήθηκε σε αυτό το πείραμα αναπτύχθηκε με βάση το πρότυπο 52.2 των ΗΠΑ. Η μέθοδος ανίχνευσης χρησιμοποιεί μια μέθοδο μέτρησης με δαγκάνα και το αεροζόλ χρησιμοποιεί σωματίδια PAO.
1. 1 κύριο όργανο
Αυτό το πείραμα χρησιμοποιεί δύο μετρητές σωματιδίων, οι οποίοι είναι απλοί, βολικοί, γρήγοροι και διαισθητικοί σε σύγκριση με άλλο εξοπλισμό δοκιμών συγκέντρωσης σωματιδίων [5]. Τα παραπάνω πλεονεκτήματα του μετρητή σωματιδίων τον καθιστούν σταδιακά αντικαθιστώντας άλλες μεθόδους και καθιερώνοντας την κύρια μέθοδο δοκιμών για τη συγκέντρωση σωματιδίων. Μπορούν να μετρήσουν τόσο τον αριθμό των σωματιδίων όσο και την κατανομή μεγέθους των σωματιδίων (δηλαδή, την καταμέτρηση του αριθμού), που αποτελεί τον βασικό εξοπλισμό αυτού του πειράματος. Ο ρυθμός ροής δειγματοληψίας είναι 28,6 LPM και η αντλία κενού χωρίς άνθρακα έχει τα χαρακτηριστικά χαμηλού θορύβου και σταθερής απόδοσης. Εάν εγκατασταθεί η επιλογή, μπορούν να μετρηθούν η θερμοκρασία και η υγρασία καθώς και η ταχύτητα του ανέμου και να δοκιμαστεί το φίλτρο.
Το σύστημα ανίχνευσης χρησιμοποιεί αερολύματα χρησιμοποιώντας σωματίδια PAO ως σκόνη που πρόκειται να φιλτραριστεί. Χρησιμοποιούμε τις γεννήτριες αερολυμάτων (γενιές αερολυμάτων) του μοντέλου TDA-5B που παράγεται στις Ηνωμένες Πολιτείες. Το εύρος εμφάνισης είναι 500 – 65000 cfm (1 cfm = 28,6 LPM) και η συγκέντρωση είναι 100 μg / L, 6500 cfm; 10 μg / L, 65000 cfm.
1. 2 καθαρό δωμάτιο
Για να βελτιωθεί η ακρίβεια του πειράματος, το εργαστήριο 10.000 επιπέδων σχεδιάστηκε και διακοσμήθηκε σύμφωνα με το Ομοσπονδιακό Πρότυπο 209C των ΗΠΑ. Χρησιμοποιήθηκε δάπεδο επίστρωσης, το οποίο χαρακτηρίζεται από τα πλεονεκτήματα του terrazzo, της αντοχής στη φθορά, της καλής στεγανοποίησης, της ευελιξίας και της περίπλοκης κατασκευής. Το υλικό είναι εποξειδική λάκα και ο τοίχος είναι κατασκευασμένος από συναρμολογημένη επένδυση καθαρού δωματίου. Το δωμάτιο είναι εξοπλισμένο με λαμπτήρες καθαρισμού 220v, 2×40w 6 και διαρρυθμισμένο σύμφωνα με τις απαιτήσεις φωτισμού και εξοπλισμού πεδίου. Το καθαρό δωμάτιο διαθέτει 4 εξόδους αέρα στο πάνω μέρος και 4 θύρες επιστροφής αέρα. Το ντους αέρα έχει σχεδιαστεί για ένα απλό χειριστήριο αφής. Ο χρόνος ντους αέρα είναι 0-100s και η ταχύτητα ανέμου οποιουδήποτε ρυθμιζόμενου ακροφυσίου όγκου κυκλοφορούντος αέρα είναι μεγαλύτερη ή ίση με 20ms. Επειδή η επιφάνεια του καθαρού δωματίου είναι <50m2 και το προσωπικό είναι <5 άτομα, παρέχεται ασφαλής έξοδος για το καθαρό δωμάτιο. Το επιλεγμένο φίλτρο HEPA είναι GB01×4, ο όγκος αέρα είναι 1000m3/h και η απόδοση φιλτραρίσματος είναι μεγαλύτερη ή ίση με 0,5μm και 99,995%.
1. 3 πειραματικά δείγματα
Τα μοντέλα του φίλτρου από υαλονήματα είναι: 610 (Μ) × 610 (Υ) × 150 (Π) mm, τύπος διαφράγματος, 75 ρυτίδες, μέγεθος 610 (Μ) × 610 (Υ) × 90 (Π) Mm, με 200 πτυχώσεις, μέγεθος φίλτρου PTFE 480 (Μ) × 480 (Υ) × 70 (Π) mm, χωρίς τύπο διαφράγματος, με 100 ρυτίδες.
2 Βασικές αρχές
Η βασική αρχή του πάγκου δοκιμών είναι ότι ο ανεμιστήρας διοχετεύεται στον αέρα. Δεδομένου ότι το HEPA/UEPA είναι επίσης εξοπλισμένο με φίλτρο αέρα HEPA, μπορεί να θεωρηθεί ότι ο αέρας έχει γίνει καθαρός πριν φτάσει στο δοκιμασμένο HEPA/UEPA. Η συσκευή εκπέμπει σωματίδια PAO στον αγωγό για να σχηματίσει την επιθυμητή συγκέντρωση αερίου που περιέχει σκόνη και χρησιμοποιεί έναν μετρητή σωματιδίων λέιζερ για να προσδιορίσει τη συγκέντρωση σωματιδίων. Το αέριο που περιέχει σκόνη ρέει στη συνέχεια μέσω του δοκιμασμένου HEPA/UEPA και η συγκέντρωση σωματιδίων σκόνης στον αέρα που φιλτράρεται από το HEPA/UEPA μετριέται επίσης χρησιμοποιώντας έναν μετρητή σωματιδίων λέιζερ και συγκρίνεται η συγκέντρωση σκόνης στον αέρα πριν και μετά το φίλτρο, προσδιορίζοντας έτσι την απόδοση του φίλτρου HEPA/UEPA. Επιπλέον, οι οπές δειγματοληψίας τοποθετούνται αντίστοιχα πριν και μετά το φίλτρο και η αντίσταση κάθε ταχύτητας ανέμου δοκιμάζεται χρησιμοποιώντας ένα μικρομετρητή κλίσης εδώ.
3 σύγκριση απόδοσης αντίστασης φίλτρου
Το χαρακτηριστικό αντίστασης του HEPA είναι ένα από τα σημαντικά χαρακτηριστικά του. Υπό την προϋπόθεση της κάλυψης της αποτελεσματικότητας της ζήτησης των ανθρώπων, τα χαρακτηριστικά αντίστασης σχετίζονται με το κόστος χρήσης, η αντίσταση είναι μικρή, η κατανάλωση ενέργειας είναι μικρή και το κόστος εξοικονομείται. Επομένως, η απόδοση αντίστασης του φίλτρου έχει γίνει ανησυχητική. Ένας από τους σημαντικούς δείκτες.
Σύμφωνα με τα πειραματικά δεδομένα μετρήσεων, λαμβάνεται η σχέση μεταξύ της μέσης ταχύτητας ανέμου των δύο διαφορετικών δομικών φίλτρων των υαλονημάτων και του φίλτρου PTFE και της διαφοράς πίεσης του φίλτρου.Η σχέση φαίνεται στο Σχήμα 2:
Από τα πειραματικά δεδομένα μπορεί να φανεί ότι καθώς αυξάνεται η ταχύτητα του ανέμου, η αντίσταση του φίλτρου αυξάνεται γραμμικά από χαμηλή σε υψηλή ταχύτητα και οι δύο ευθείες γραμμές των δύο φίλτρων από υαλοβάμβακα συμπίπτουν ουσιαστικά. Είναι εύκολο να δούμε ότι όταν η ταχύτητα του ανέμου φιλτραρίσματος είναι 1 m/s, η αντίσταση του φίλτρου από υαλοβάμβακα είναι περίπου τέσσερις φορές μεγαλύτερη από αυτή του φίλτρου PTFE.
Γνωρίζοντας την περιοχή του φίλτρου, μπορεί να εξαχθεί η σχέση μεταξύ της ταχύτητας του προσώπου και της διαφοράς πίεσης του φίλτρου:
Από τα πειραματικά δεδομένα φαίνεται ότι καθώς αυξάνεται η ταχύτητα του ανέμου, η αντίσταση του φίλτρου αυξάνεται γραμμικά από χαμηλή σε υψηλή ταχύτητα και οι δύο ευθείες γραμμές των δύο φίλτρων από υαλονήματα συμπίπτουν ουσιαστικά. Είναι εύκολο να δούμε ότι όταν η ταχύτητα του ανέμου φιλτραρίσματος είναι 1 m/s, η αντίσταση του φίλτρου από υαλονήματα είναι περίπου τέσσερις φορές μεγαλύτερη από αυτή του φίλτρου PTFE.
Γνωρίζοντας την περιοχή του φίλτρου, μπορεί να εξαχθεί η σχέση μεταξύ της ταχύτητας του προσώπου και της διαφοράς πίεσης του φίλτρου:
Λόγω της διαφοράς μεταξύ της επιφανειακής ταχύτητας των δύο ειδών φίλτρων και της διαφοράς πίεσης φίλτρου των δύο χαρτιών φίλτρου, η αντίσταση του φίλτρου με προδιαγραφή 610×610×90mm στην ίδια επιφανειακή ταχύτητα είναι υψηλότερη από την προδιαγραφή 610×. Η αντίσταση του φίλτρου 610 x 150mm.
Ωστόσο, είναι σαφές ότι στην ίδια επιφανειακή ταχύτητα, η αντίσταση του φίλτρου από υαλοβάμβακα είναι υψηλότερη από την αντίσταση του PTFE. Αυτό δείχνει ότι το PTFE είναι ανώτερο από το φίλτρο από υαλοβάμβακα όσον αφορά την απόδοση αντίστασης. Προκειμένου να κατανοηθούν περαιτέρω τα χαρακτηριστικά του φίλτρου από υαλοβάμβακα και της αντίστασης του PTFE, πραγματοποιήθηκαν περαιτέρω πειράματα. Μελετώντας άμεσα την αντίσταση των δύο χαρτιών φίλτρου καθώς αλλάζει η ταχύτητα του ανέμου του φίλτρου, τα πειραματικά αποτελέσματα παρουσιάζονται παρακάτω:
Αυτό επιβεβαιώνει περαιτέρω το προηγούμενο συμπέρασμα ότι η αντίσταση του χαρτιού φίλτρου από υαλονήματα είναι υψηλότερη από αυτή του PTFE υπό την ίδια ταχύτητα ανέμου [6].
Σύγκριση απόδοσης φίλτρου 4 φίλτρων
Σύμφωνα με τις πειραματικές συνθήκες, μπορεί να μετρηθεί η απόδοση φιλτραρίσματος του φίλτρου για σωματίδια με μέγεθος σωματιδίων 0,3 μm, 0,5 μm και 1,0 μm σε διαφορετικές ταχύτητες ανέμου και προκύπτει το ακόλουθο διάγραμμα:
Προφανώς, η απόδοση φιλτραρίσματος των δύο φίλτρων από υαλοβάμβακα για σωματίδια 1,0 μm σε διαφορετικές ταχύτητες ανέμου είναι 100% και η απόδοση φιλτραρίσματος σωματιδίων 0,3 μm και 0,5 μm μειώνεται με την αύξηση της ταχύτητας του ανέμου. Μπορεί να φανεί ότι η απόδοση φιλτραρίσματος του φίλτρου στα μεγάλα σωματίδια είναι υψηλότερη από αυτή των μικρών σωματιδίων και η απόδοση φιλτραρίσματος του φίλτρου 610×610×150 mm είναι ανώτερη από το φίλτρο της προδιαγραφής 610×610×90 mm.
Χρησιμοποιώντας την ίδια μέθοδο, λαμβάνεται ένα γράφημα που δείχνει τη σχέση μεταξύ της απόδοσης φιλτραρίσματος του φίλτρου PTFE 480×480×70 mm ως συνάρτηση της ταχύτητας του ανέμου:
Συγκρίνοντας τα Σχήματα 5 και 6, το αποτέλεσμα φιλτραρίσματος του φίλτρου από γυάλινα σωματίδια 0,3 μm, 0,5 μm είναι καλύτερο, ειδικά για το φαινόμενο αντίθεσης σκόνης 0,3 μm. Το αποτέλεσμα φιλτραρίσματος των τριών σωματιδίων σε σωματίδια 1 μm ήταν 100%.
Προκειμένου να συγκριθεί καλύτερα η απόδοση φιλτραρίσματος του φίλτρου από υαλοβάμβακα και του υλικού φίλτρου PTFE, οι δοκιμές απόδοσης του φίλτρου πραγματοποιήθηκαν απευθείας στα δύο χαρτιά φίλτρου και ελήφθη το ακόλουθο διάγραμμα:
Το παραπάνω διάγραμμα προκύπτει μετρώντας την επίδραση φιλτραρίσματος του PTFE και του χαρτιού φίλτρου από υαλοβάμβακα σε σωματίδια 0,3 μm σε διαφορετικές ταχύτητες ανέμου [7-8]. Είναι προφανές ότι η απόδοση φιλτραρίσματος του χαρτιού φίλτρου PTFE είναι χαμηλότερη από αυτή του χαρτιού φίλτρου από υαλοβάμβακα.
Λαμβάνοντας υπόψη τις ιδιότητες αντίστασης και τις ιδιότητες φιλτραρίσματος του υλικού φίλτρου, είναι εύκολο να δούμε ότι το υλικό φίλτρου PTFE είναι καταλληλότερο για την κατασκευή χονδροειδών ή υπο-HEPA φίλτρων, και το υλικό φίλτρου από υαλοβάμβακα είναι καταλληλότερο για την κατασκευή φίλτρων HEPA ή ultra-HEPA.
5 Συμπέρασμα
Οι προοπτικές για διαφορετικές εφαρμογές φίλτρων διερευνώνται συγκρίνοντας τις ιδιότητες αντίστασης και τις ιδιότητες φιλτραρίσματος των φίλτρων PTFE με τα φίλτρα υαλοβάμβακα. Από το πείραμα μπορούμε να καταλήξουμε στο συμπέρασμα ότι η ταχύτητα του ανέμου είναι ένας πολύ σημαντικός παράγοντας που επηρεάζει την επίδραση φιλτραρίσματος του φίλτρου αέρα HEPA. Όσο υψηλότερη είναι η ταχύτητα του ανέμου, τόσο χαμηλότερη είναι η απόδοση φιλτραρίσματος, τόσο πιο εμφανής είναι η επίδραση στο φίλτρο PTFE και συνολικά. Το φίλτρο PTFE έχει χαμηλότερη επίδραση φιλτραρίσματος από το φίλτρο υαλοβάμβακα, αλλά η αντίστασή του είναι χαμηλότερη από αυτή του φίλτρου υαλοβάμβακα. Επομένως, το υλικό φίλτρου PTFE είναι πιο κατάλληλο για την κατασκευή ενός χονδροειδούς ή υπο-υψηλής απόδοσης φίλτρου και το υλικό φίλτρου υαλοβάμβακα είναι πιο κατάλληλο για την παραγωγή ενός αποδοτικού ή εξαιρετικά αποδοτικού φίλτρου. Το φίλτρο υαλοβάμβακα HEPA με προδιαγραφές 610×610×150mm είναι χαμηλότερο από το φίλτρο υαλοβάμβακα HEPA 610×610×90mm και η απόδοση φιλτραρίσματος είναι καλύτερη από το φίλτρο υαλοβάμβακα HEPA 610×610×90mm. Προς το παρόν, η τιμή του καθαρού υλικού φίλτρου PTFE είναι υψηλότερη από αυτή των υαλοβάμβακα. Ωστόσο, σε σύγκριση με τις ίνες γυαλιού, το PTFE έχει καλύτερη αντοχή στη θερμοκρασία, στη διάβρωση και στην υδρόλυση από τις ίνες γυαλιού. Επομένως, κατά την παραγωγή φίλτρου θα πρέπει να λαμβάνονται υπόψη διάφοροι παράγοντες. Συνδυάστε την τεχνική απόδοση με την οικονομική απόδοση.
Αναφορές:
[1]Liu Laihong, Wang Shihong. Ανάπτυξη και Εφαρμογή Φίλτρων Αέρα [J]•Φιλτράρισμα και Διαχωρισμός, 2000, 10(4): 8-10.
[2] Φίλτρο αέρα CN Davis [M], μετάφραση Huang Riguang. Πεκίνο: Atomic Energy Press, 1979.
[3] GB/T6165-1985 μέθοδος δοκιμής απόδοσης φίλτρου αέρα υψηλής απόδοσης για τη διαπερατότητα και την αντίσταση [M]. Εθνικό Γραφείο Προτύπων, 1985.
[4] Xing Songnian. Μέθοδος ανίχνευσης και πρακτική εφαρμογή φίλτρου αέρα υψηλής απόδοσης [J]• Βιοπροστατευτικός Εξοπλισμός Πρόληψης Επιδημιών, 2005, 26(1): 29-31.
[5] Hochrainer. Περαιτέρω εξελίξεις του μετρητή σωματιδίων
sizerPCS-2000υαλί ίνα [J]•Φίλτρο Journal ofAerosolScience, 2000,31(1): 771-772.
[6]Ε. Weingartner, P. Haller, H. Burtscher κ.λπ. Πίεση
Φίλτρα DropAcrossFiber[J]•Aerosol Science, 1996, 27(1): 639-640.
[7] Michael JM και Clyde Orr. Διήθηση - Αρχές και Πρακτικές [M].
Νέα Υόρκη:MarcelDekkerInc, 1987•
[8] Zhang Guoquan. Μηχανική αερολυμάτων – θεωρητική βάση για την αφαίρεση και τον καθαρισμό σκόνης [M] • Πεκίνο: China Environmental Science Press, 1987.
Ώρα δημοσίευσης: 06 Ιανουαρίου 2019