Utviklingen av moderne industri har stilt økende krav til miljøet for eksperimentering, forskning og produksjon. Hovedmåten for å oppnå dette kravet er å bruke luftfiltre i stor grad i rene klimaanlegg. Blant disse er HEPA- og ULPA-filtre den siste beskyttelsen mot støvpartikler som kommer inn i renrommet. Ytelsen er direkte relatert til renromsnivået, som igjen påvirker prosess- og produktkvaliteten. Derfor er det meningsfullt å utføre eksperimentell forskning på filteret. Motstandsytelsen og filtreringsytelsen til de to filtrene ble sammenlignet ved forskjellige vindhastigheter ved å måle filtreringseffektiviteten til glassfiberfilteret og PTFE-filteret for 0,3 μm, 0,5 μm og 1,0 μm PAO-partikler. Resultatene viser at vindhastighet er en svært viktig faktor som påvirker filtreringseffektiviteten til HEPA-luftfiltre. Jo høyere vindhastighet, desto lavere filtreringseffektivitet, og effekten er tydeligere for PTFE-filtre.
Nøkkelord:HEPA luftfilter; Motstandsevne; filtreringsytelse; PTFE filterpapir; glassfiberfilterpapir; glassfiberfilter.
CLC-nummer: X964 Dokumentidentifikasjonskode: A
Med den kontinuerlige utviklingen av vitenskap og teknologi har produksjon og modernisering av moderne industriprodukter blitt stadig mer krevende for ren innendørsluft. Spesielt mikroelektronikk, medisin, kjemisk, biologisk, matforedlingsindustrien og andre industrier krever miniatyrisering. Presisjon, høy renhet, høy kvalitet og høy pålitelighet innemiljøet stiller stadig høyere krav til ytelsen til HEPA-luftfiltre. Derfor har det blitt et presserende behov for produsenter å produsere et HEPA-filter for å møte forbrukernes etterspørsel. Et av problemene som er løst [1-2]. Det er velkjent at filterets motstandsytelse og filtreringseffektivitet er to viktige indikatorer for å evaluere filteret. Denne artikkelen forsøker å analysere filtreringsytelsen og motstandsytelsen til HEPA-luftfilteret fra forskjellige filtermaterialer gjennom eksperimenter [3], og de forskjellige strukturene til det samme filtermaterialet. Filterets filtreringsytelse og motstandsegenskaper gir et teoretisk grunnlag for filterprodusenten.
1 Analyse av testmetoden
Det finnes mange metoder for å oppdage HEPA-luftfiltre, og forskjellige land har forskjellige standarder. I 1956 utviklet den amerikanske militærkommisjonen USMIL-STD282, en teststandard for HEPA-luftfilter, og DOP-metoden for effektivitetstesting. I 1965 ble den britiske standarden BS3928 etablert, og natriumflammemetoden for effektivitetsdeteksjon ble brukt. I 1973 utviklet European Ventilation Association Eurovent 4/4-standarden, som fulgte natriumflammedeteksjonsmetoden. Senere samlet American Society for Environmental Testing and Filter Efficiency Science en serie lignende standarder for anbefalte testmetoder, alle ved bruk av DOP-kalibertellermetoden. I 1999 etablerte Europa BSEN1822-standarden, som bruker den mest transparente partikkelstørrelsen (MPPS) for å oppdage filtreringseffektivitet [4]. Kinas deteksjonsstandard bruker natriumflammemetoden. HEPA-luftfilterets ytelsesdeteksjonssystem som brukes i dette eksperimentet er utviklet basert på den amerikanske 52.2-standarden. Deteksjonsmetoden bruker en kalibertellermetode, og aerosolen bruker PAO-partikler.
1. 1 hovedinstrument
Dette eksperimentet bruker to partikkeltellere, som er enkle, praktiske, raske og intuitive sammenlignet med annet utstyr for testing av partikkelkonsentrasjon [5]. De ovennevnte fordelene med partikkeltelleren gjør at den gradvis erstatter andre metoder og blir den viktigste testmetoden for partikkelkonsentrasjon. De kan telle både antall partikler og partikkelstørrelsesfordelingen (dvs. telleantall), som er kjerneutstyret i dette eksperimentet. Prøvetakingshastigheten er 28,6 LPM, og den karbonfrie vakuumpumpen har egenskapene lav støy og stabil ytelse. Hvis alternativet er installert, kan temperatur og fuktighet samt vindhastighet måles og filteret testes.
Deteksjonssystemet bruker aerosoler som bruker PAO-partikler som støv som skal filtreres. Vi bruker aerosolgeneratorer (aerosolgenerasjoner) av TDA-5B-modellen produsert i USA. Forekomstområdet er 500–65 000 cfm (1 cfm = 28,6 LPM), og konsentrasjonen er 100 μg/L, 6500 cfm; 10 μg/L, 65 000 cfm.
1. 2 rent rom
For å forbedre nøyaktigheten av eksperimentet ble laboratoriet på 10 000 nivåer designet og dekorert i henhold til den amerikanske føderale standarden 209C. Belegggulvet er brukt, som kjennetegnes av fordelene med terrazzo, slitestyrke, god tetting, fleksibilitet og komplisert konstruksjon. Materialet er epoksylakk, og veggen er laget av montert renromskledning. Rommet er utstyrt med 220 V, 2 × 40 W renselamper for 6 personer, og er arrangert i henhold til kravene til belysning og feltutstyr. Renrommet har 4 øvre luftutløp og 4 luftreturporter. Luftdusjrommet er designet for enkel vanlig berøringskontroll. Luftdusjtiden er 0-100 sekunder, og vindhastigheten til enhver justerbar sirkulerende luftvolumdyse er større enn eller lik 20 ms. Fordi renromsarealet er <50 m2 og personalet er <5 personer, er det gitt en sikker utgang til renrommet. Det valgte HEPA-filteret er GB01×4, luftvolumet er 1000 m3/t, og filtreringseffektiviteten er større enn eller lik 0,5 μm og 99,995 %.
1. 3 eksperimentelle prøver
Modellene av glassfiberfilteret er: 610 (L) × 610 (H) × 150 (B) mm, baffeltype, 75 rynker, størrelse 610 (L) × 610 (H) × 90 (B) mm, med 200 folder, PTFE-filterstørrelse 480 (L) × 480 (H) × 70 (B) mm, uten baffeltype, med 100 rynker.
2 Grunnleggende prinsipper
Det grunnleggende prinsippet for testbenken er at viften blåses ut i luften. Siden HEPA/UEPA også er utstyrt med et HEPA-luftfilter, kan det anses at luften er blitt ren luft før den når den testede HEPA/UEPA. Enheten sender ut PAO-partikler i rørledningen for å danne en ønsket konsentrasjon av støvholdig gass og bruker en laserpartikkelteller for å bestemme partikkelkonsentrasjonen. Den støvholdige gassen strømmer deretter gjennom den testede HEPA/UEPA, og støvpartikkelkonsentrasjonen i luften filtrert av HEPA/UEPA måles også ved hjelp av en laserpartikkelteller, og støvkonsentrasjonen i luften før og etter filteret sammenlignes, og dermed bestemmes HEPA/UEPA-filterets ytelse. Dessuten er det anordnet prøvetakingshull henholdsvis før og etter filteret, og motstanden til hver vindhastighet testes ved hjelp av en vippemikrotrykksmåler her.
3 sammenligning av filtermotstandsytelse
Motstandskarakteristikken til HEPA er en av de viktigste egenskapene til HEPA. For å møte folks behovseffektivitet er motstandskarakteristikkene relatert til brukskostnadene, motstanden er liten, energiforbruket er lavt og kostnadene er spart. Derfor har filterets motstandsytelse blitt en bekymring. En av de viktigste indikatorene.
I følge de eksperimentelle måledataene oppnås forholdet mellom den gjennomsnittlige vindhastigheten til de to forskjellige strukturelle filtrene av glassfiber og PTFE-filteret og filtertrykkforskjellen.Forholdet er vist i figur 2:
Ut fra eksperimentelle data kan man se at når vindhastigheten øker, øker filtermotstanden lineært fra lav til høy, og de to rette linjene til de to glassfiberfiltrene sammenfaller stort sett. Det er lett å se at når filtreringsvindhastigheten er 1 m/s, er motstanden til glassfiberfilteret omtrent fire ganger motstanden til PTFE-filteret.
Når man kjenner filterets areal, kan forholdet mellom filterets hastighet og filtertrykkforskjellen utledes:
Det kan sees fra de eksperimentelle dataene at når vindhastigheten øker, øker filtermotstanden lineært fra lav til høy, og de to rette linjene til de to glassfiberfiltrene sammenfaller stort sett. Det er lett å se at når filtreringsvindhastigheten er 1 m/s, er motstanden til glassfiberfilteret omtrent fire ganger motstanden til PTFE-filteret.
Når man kjenner filterets areal, kan forholdet mellom filterets hastighet og filtertrykkforskjellen utledes:
På grunn av forskjellen mellom overflatehastigheten til de to filtertypene og filtertrykkforskjellen til de to filterpapirene, er motstanden til filteret med spesifikasjonen 610 × 610 × 90 mm ved samme overflatehastighet høyere enn spesifikasjonen 610 ×. Motstanden til filteret 610 x 150 mm.
Det er imidlertid tydelig at motstanden til glassfiberfilteret er høyere enn motstanden til PTFE ved samme overflatehastighet. Dette viser at PTFE er bedre enn glassfiberfilteret når det gjelder motstandsytelse. For å forstå egenskapene til glassfiberfilteret og PTFE-motstanden ytterligere, ble det utført ytterligere eksperimenter. Studier av motstanden til de to filterpapirene direkte når filterets vindhastighet endres, er de eksperimentelle resultatene vist nedenfor:
Dette bekrefter ytterligere den tidligere konklusjonen om at motstanden til glassfiberfilterpapir er høyere enn PTFE under samme vindhastighet [6].
4 sammenligning av filterytelse
I henhold til de eksperimentelle forholdene kan filterets filtreringseffektivitet for partikler med en partikkelstørrelse på 0,3 μm, 0,5 μm og 1,0 μm ved forskjellige vindhastigheter måles, og følgende diagram oppnås:
Filtreringseffektiviteten til de to glassfiberfiltrene for 1,0 μm partikler ved forskjellige vindhastigheter er åpenbart 100 %, og filtreringseffektiviteten for 0,3 μm og 0,5 μm partikler avtar med økende vindhastighet. Det kan sees at filtreringseffektiviteten til filteret for de store partikler er høyere enn for de små partiklene, og filtreringsytelsen til 610 × 610 × 150 mm filteret er bedre enn filteret med spesifikasjonen 610 × 610 × 90 mm.
Ved å bruke samme metode oppnås en graf som viser forholdet mellom filtreringseffektiviteten til 480 × 480 × 70 mm PTFE-filteret som en funksjon av vindhastighet:
Ved å sammenligne figur 5 og figur 6 er filtreringseffekten til glassfilteret med partikler på 0,3 μm og 0,5 μm bedre, spesielt for støvkontrasteffekten på 0,3 μm. Filtreringseffekten til de tre partiklene på partikler på 1 μm var 100 %.
For å kunne sammenligne filtreringsytelsen til glassfiberfilteret og PTFE-filtermaterialet på en mer intuitiv måte, ble filterytelsestestene utført direkte på de to filterpapirene, og følgende diagram ble oppnådd:
Diagrammet ovenfor er oppnådd ved å måle filtreringseffekten av PTFE- og glassfiberfilterpapir på 0,3 μm partikler ved forskjellige vindhastigheter [7-8]. Det er åpenbart at filtreringseffektiviteten til PTFE-filterpapir er lavere enn for glassfiberfilterpapir.
Med tanke på filtermaterialets motstandsegenskaper og filtreringsegenskaper er det lett å se at PTFE-filtermaterialet er mer egnet for å lage grove eller sub-HEPA-filtre, og glassfiberfiltermaterialet er mer egnet for å lage HEPA- eller ultra-HEPA-filtre.
5 Konklusjon
Mulighetene for ulike filterapplikasjoner utforskes ved å sammenligne motstandsegenskapene og filtreringsegenskapene til PTFE-filtre med glassfiberfiltre. Fra eksperimentet kan vi trekke konklusjonen om at vindhastighet er en svært viktig faktor som påvirker filtreringseffekten til HEPA-luftfilteret. Jo høyere vindhastighet, desto lavere filtreringseffektivitet, desto tydeligere er effekten på PTFE-filteret, og totalt sett har PTFE-filteret en lavere filtreringseffekt enn glassfiberfilteret, men motstanden er lavere enn glassfiberfilterets. Derfor er PTFE-filtermaterialet mer egnet for å lage et grovt eller subhøyeffektivt filter, og glassfiberfiltermaterialet er mer egnet for produksjon av et effektivt eller ultraeffektivt filter. Glassfiber-HEPA-filteret med en spesifikasjon på 610 × 610 × 150 mm er lavere enn 610 × 610 × 90 mm glassfiber-HEPA-filteret, og filtreringsytelsen er bedre enn 610 × 610 × 90 mm glassfiber-HEPA-filteret. For tiden er prisen på rent PTFE-filtermateriale høyere enn på glassfiber. Sammenlignet med glassfiber har imidlertid PTFE bedre temperaturbestandighet, korrosjonsbestandighet og hydrolysebestandighet. Derfor bør man vurdere ulike faktorer når man produserer filteret. Kombiner teknisk ytelse og økonomisk ytelse.
Referanser:
[1]Liu Laihong, Wang Shihong. Utvikling og anvendelse av luftfiltre [J]•Filtrering og separasjon, 2000, 10(4): 8–10.
[2] CN Davis luftfilter [M], oversatt av Huang Riguang. Beijing: Atomic Energy Press, 1979.
[3] GB/T6165-1985 metode for testing av høyeffektivt luftfilters ytelse, transmittans og motstand [M]. National Bureau of Standards, 1985.
[4] Xing Songnian. Deteksjonsmetode og praktisk anvendelse av høyeffektive luftfilter. [J] • Biobeskyttende epidemiforebyggende utstyr, 2005, 26(1): 29-31.
[5] Hochrainer. Videreutvikling av partikkeltelleren.
størrelsesgiver PCS-2000 glassfiber [J]•Filter Journal of AerosolScience, 2000,31(1): 771–772.
[6]E. Weingartner, P. Haller, H. Burtscher etc. Pressure
DropAcrossFiberFilters[J]•Aerosol Science, 1996, 27(1): 639–640.
[7] Michael JM og Clyde Orr. Filtreringsprinsipper og -praksis [M].
New York: MarcelDekkerInc, 1987•
[8] Zhang Guoquan. Aerosolmekanikk – teoretisk grunnlag for støvfjerning og rensing [M] • Beijing: China Environmental Science Press, 1987.
Publisert: 06.01.2019