Dezvoltarea industriei moderne a impus cerințe tot mai mari asupra mediului de experimentare, cercetare și producție. Principala modalitate de a îndeplini această cerință este utilizarea pe scară largă a filtrelor de aer în sistemele de aer condiționat curate. Printre acestea, filtrele HEPA și ULPA reprezintă ultima protecție împotriva particulelor de praf care pătrund în camera curată. Performanța lor este direct legată de nivelul camerei curate, ceea ce, la rândul său, afectează calitatea procesului și a produsului. Prin urmare, este important să se efectueze cercetări experimentale asupra filtrului. Performanța de rezistență și performanța de filtrare a celor două filtre au fost comparate la diferite viteze ale vântului, măsurând eficiența de filtrare a filtrului din fibră de sticlă și a filtrului PTFE pentru particule PAO de 0,3 μm, 0,5 μm, 1,0 μm. Rezultatele arată că viteza vântului este un factor foarte important care afectează eficiența de filtrare a filtrelor de aer HEPA. Cu cât viteza vântului este mai mare, cu atât eficiența de filtrare este mai mică, iar efectul este mai evident pentru filtrele PTFE.
Cuvinte cheie:Filtru de aer HEPA; Performanță de rezistență; performanță de filtrare; Hârtie de filtru PTFE; hârtie de filtru din fibră de sticlă; filtru din fibră de sticlă.
Număr CLC: X964 Cod de identificare a documentului: A
Odată cu dezvoltarea continuă a științei și tehnologiei, producția și modernizarea produselor industriale moderne au devenit din ce în ce mai solicitante în ceea ce privește curățenia aerului din interior. În special, microelectronica, industria medicală, chimică, biologică, industria de prelucrare a alimentelor și alte industrii necesită miniaturizare. Precizia, puritatea ridicată, calitatea înaltă și fiabilitatea ridicată a mediului interior impun cerințe din ce în ce mai ridicate privind performanța filtrului de aer HEPA, așadar modul de fabricare a filtrului HEPA pentru a satisface cererea consumatorilor a devenit o nevoie urgentă a producătorilor. Una dintre problemele rezolvate [1-2]. Este bine cunoscut faptul că performanța de rezistență și eficiența de filtrare a filtrului sunt doi indicatori importanți pentru evaluarea filtrului. Această lucrare încearcă să analizeze performanța de filtrare și performanța de rezistență a filtrului de aer HEPA din diferite materiale filtrante prin experimente [3], precum și diferitele structuri ale aceluiași material filtrant. Performanța de filtrare și proprietățile de rezistență ale filtrului oferă o bază teoretică pentru producătorul de filtre.
1 Analiza metodei de testare
Există numeroase metode de detectare a filtrelor de aer HEPA, iar diferite țări au standarde diferite. În 1956, Comisia Militară a SUA a dezvoltat USMIL-STD282, un standard de testare a filtrelor de aer HEPA, și metoda DOP pentru testarea eficienței. În 1965, a fost stabilit standardul britanic BS3928, utilizând metoda flăcării de sodiu pentru detectarea eficienței. În 1973, Asociația Europeană de Ventilație a dezvoltat standardul Eurovent 4/4, care a urmat metoda de detectare a flăcării de sodiu. Ulterior, Societatea Americană pentru Testarea Mediului și Știința Eficienței Filtrelor a compilat o serie de standarde similare pentru metodele de testare recomandate, toate utilizând metoda de numărare cu șublerul DOP. În 1999, Europa a stabilit standardul BSEN1822, care utilizează cea mai transparentă dimensiune a particulelor (MPPS) pentru a detecta eficiența filtrării [4]. Standardul de detectare din China adoptă metoda flăcării de sodiu. Sistemul de detectare a performanței filtrului de aer HEPA utilizat în acest experiment este dezvoltat pe baza standardului SUA 52.2. Metoda de detectare utilizează o metodă de numărare cu șublerul, iar aerosolul utilizează particule PAO.
1. 1 instrument principal
Acest experiment utilizează două contoare de particule, care sunt simple, convenabile, rapide și intuitive în comparație cu alte echipamente de testare a concentrației de particule [5]. Avantajele menționate mai sus ale contorului de particule îl fac să înlocuiască treptat alte metode și să devină principala metodă de testare pentru concentrația de particule. Acestea pot număra atât numărul de particule, cât și distribuția dimensiunii particulelor (adică numărarea), acesta fiind echipamentul principal al acestui experiment. Debitul de eșantionare este de 28,6 LPM, iar pompa de vid fără carbon are caracteristici de zgomot redus și performanță stabilă. Dacă este instalată opțiunea, se pot măsura temperatura și umiditatea, precum și viteza vântului, iar filtrul poate fi testat.
Sistemul de detecție utilizează aerosoli cu particule de PAO ca praf ce trebuie filtrat. Folosim generatoarele de aerosoli (generații de aerosoli) modelul TDA-5B, produse în Statele Unite. Intervalul de apariție este de 500 – 65000 cfm (1 cfm = 28,6 LPM), iar concentrația este de 100 μg/L, 6500 cfm; 10 μg/L, 65000 cfm.
1. 2 camere curate
Pentru a îmbunătăți acuratețea experimentului, laboratorul de nivel 10.000 a fost proiectat și decorat conform standardului federal american 209C. Podeaua este acoperită cu un strat de terrazzo, rezistență la uzură, etanșare bună, flexibilitate și construcție complexă. Materialul este lac epoxidic, iar peretele este realizat din siding asamblat pentru cameră curată. Camera este echipată cu 2 lămpi de purificare de 220v, 2×40w, cu 6 lămpi și este aranjată conform cerințelor de iluminare și echipamente de teren. Camera curată are 4 ieșiri de aer superioare și 4 orificii de retur al aerului. Camera de duș cu aer este proiectată pentru un control tactil obișnuit. Timpul de duș cu aer este de 0-100s, iar viteza vântului oricărei duze reglabile cu volum de aer circulant este mai mare sau egală cu 20ms. Deoarece suprafața camerei curate este <50m2 și personalul este <5 persoane, este prevăzută o ieșire sigură pentru camera curată. Filtrul HEPA selectat este GB01×4, volumul de aer este de 1000 m3/h, iar eficiența de filtrare este mai mare sau egală cu 0,5 μm și 99,995%.
1. 3 probe experimentale
Modelele filtrului din fibră de sticlă sunt: 610 (L) × 610 (Î) × 150 (L) mm, tip deflector, 75 de cute, dimensiune 610 (L) × 610 (Î) × 90 (L) mm, cu 200 de cute, filtru PTFE dimensiune 480 (L) × 480 (Î) × 70 (L) mm, fără tip deflector, cu 100 de cute.
2 Principii de bază
Principiul de bază al standului de testare este acela că ventilatorul este suflat în aer. Deoarece HEPA/UEPA este echipat și cu un filtru de aer HEPA, se poate considera că aerul a devenit aer curat înainte de a ajunge în HEPA/UEPA testat. Dispozitivul emite particule de PAO în conductă pentru a forma o concentrație dorită de gaz care conține praf și utilizează un contor de particule cu laser pentru a determina concentrația de particule. Gazul care conține praf curge apoi prin HEPA/UEPA testat, iar concentrația de particule de praf din aerul filtrat de HEPA/UEPA este, de asemenea, măsurată folosind un contor de particule cu laser, iar concentrația de praf din aer înainte și după filtru este comparată, determinând astfel performanța filtrului HEPA/UEPA. În plus, orificiile de prelevare sunt amplasate respectiv înainte și după filtru, iar rezistența fiecărei viteze a vântului este testată folosind un manometru micro-înclinabil.
Comparație a performanței rezistenței la 3 filtre
Caracteristica de rezistență a filtrului HEPA este una dintre caracteristicile sale importante. Având ca scop satisfacerea eficienței cererii oamenilor, caracteristicile de rezistență sunt legate de costul de utilizare: rezistența este mică, consumul de energie este mic și costurile sunt reduse. Prin urmare, performanța de rezistență a filtrului a devenit o preocupare. Unul dintre indicatorii importanți.
Conform datelor măsurătorilor experimentale, se obține relația dintre viteza medie a vântului pentru cele două filtre structurale diferite din fibră de sticlă și filtrul PTFE și diferența de presiune a filtrului.Relația este prezentată în Figura 2:
Din datele experimentale se poate observa că, pe măsură ce viteza vântului crește, rezistența filtrului crește liniar de la mic la mare, iar cele două linii drepte ale celor două filtre din fibră de sticlă coincid în mare măsură. Este ușor de observat că atunci când viteza vântului de filtrare este de 1 m/s, rezistența filtrului din fibră de sticlă este de aproximativ patru ori mai mare decât cea a filtrului din PTFE.
Cunoscând aria filtrului, se poate calcula relația dintre viteza frontală și diferența de presiune a filtrului:
Din datele experimentale se poate observa că, pe măsură ce viteza vântului crește, rezistența filtrului crește liniar de la mic la mare, iar cele două linii drepte ale celor două filtre din fibră de sticlă coincid în mare măsură. Este ușor de observat că atunci când viteza vântului de filtrare este de 1 m/s, rezistența filtrului din fibră de sticlă este de aproximativ patru ori mai mare decât cea a filtrului din PTFE.
Cunoscând aria filtrului, se poate calcula relația dintre viteza frontală și diferența de presiune a filtrului:
Datorită diferenței dintre viteza superficială a celor două tipuri de filtre și diferenței de presiune a celor două hârtii de filtru, rezistența filtrului cu specificația de 610×610×90 mm la aceeași viteză superficială este mai mare decât specificația de 610×. Rezistența filtrului de 610 x 150 mm.
Cu toate acestea, este clar că, la aceeași viteză superficială, rezistența filtrului din fibră de sticlă este mai mare decât rezistența PTFE. Acest lucru arată că PTFE este superior filtrului din fibră de sticlă în ceea ce privește performanța de rezistență. Pentru a înțelege mai bine caracteristicile filtrului din fibră de sticlă și ale rezistenței PTFE, au fost efectuate experimente suplimentare. Pentru a studia direct rezistența celor două hârtii de filtru pe măsură ce viteza vântului din filtru se modifică, rezultatele experimentale sunt prezentate mai jos:
Aceasta confirmă în continuare concluzia anterioară conform căreia rezistența hârtiei de filtru din fibră de sticlă este mai mare decât cea a PTFE la aceeași viteză a vântului [6].
Comparație a performanței filtrelor cu 4 filtre
Conform condițiilor experimentale, se poate măsura eficiența de filtrare a filtrului pentru particule cu dimensiunea particulelor de 0,3 μm, 0,5 μm și 1,0 μm la diferite viteze ale vântului, obținându-se următorul grafic:
Evident, eficiența de filtrare a celor două filtre din fibră de sticlă pentru particule de 1,0 μm la viteze diferite ale vântului este de 100%, iar eficiența de filtrare a particulelor de 0,3 μm și 0,5 μm scade odată cu creșterea vitezei vântului. Se poate observa că eficiența de filtrare a filtrului pentru particulele mari este mai mare decât cea a particulelor mici, iar performanța de filtrare a filtrului de 610×610×150 mm este superioară filtrului cu specificația 610×610×90 mm.
Folosind aceeași metodă, se obține un grafic care arată relația dintre eficiența de filtrare a filtrului PTFE de 480×480×70 mm în funcție de viteza vântului:
Comparând Fig. 5 și Fig. 6, efectul de filtrare al filtrului de sticlă cu particule de 0,3 μm și 0,5 μm este mai bun, în special pentru efectul de contrast al prafului de 0,3 μm. Efectul de filtrare al celor trei particule asupra particulelor de 1 μm a fost de 100%.
Pentru a compara mai intuitiv performanța de filtrare a filtrului din fibră de sticlă și a materialului filtrant din PTFE, testele de performanță a filtrului au fost efectuate direct pe cele două hârtii de filtru, obținându-se următorul grafic:
Graficul de mai sus este obținut prin măsurarea efectului de filtrare al hârtiei de filtru din PTFE și fibră de sticlă asupra particulelor de 0,3 μm la diferite viteze ale vântului [7-8]. Este evident că eficiența de filtrare a hârtiei de filtru din PTFE este mai mică decât cea a hârtiei de filtru din fibră de sticlă.
Având în vedere proprietățile de rezistență și proprietățile de filtrare ale materialului filtrant, este ușor de observat că materialul filtrant PTFE este mai potrivit pentru fabricarea filtrelor grosiere sau sub-HEPA, iar materialul filtrant din fibră de sticlă este mai potrivit pentru fabricarea filtrelor HEPA sau ultra-HEPA.
5 Concluzie
Perspectivele diferitelor aplicații ale filtrelor sunt explorate prin compararea proprietăților de rezistență și a proprietăților de filtrare ale filtrelor din PTFE cu cele ale filtrelor din fibră de sticlă. Din experiment putem trage concluzia că viteza vântului este un factor foarte important care afectează efectul de filtrare al filtrului de aer HEPA. Cu cât viteza vântului este mai mare, cu atât eficiența de filtrare este mai mică, cu atât efectul asupra filtrului PTFE este mai evident și, în general, filtrul PTFE are un efect de filtrare mai scăzut decât filtrul din fibră de sticlă, dar rezistența sa este mai mică decât cea a filtrului din fibră de sticlă. Prin urmare, materialul filtrant PTFE este mai potrivit pentru realizarea unui filtru grosier sau de eficiență sub înaltă, iar materialul filtrant din fibră de sticlă este mai potrivit pentru producția unui filtru eficient sau ultra-eficient. Filtrul HEPA din fibră de sticlă cu o specificație de 610×610×150 mm este mai mic decât filtrul HEPA din fibră de sticlă de 610×610×90 mm, iar performanța de filtrare este mai bună decât filtrul HEPA din fibră de sticlă de 610×610×90 mm. În prezent, prețul materialului filtrant PTFE pur este mai mare decât cel al fibrei de sticlă. Totuși, în comparație cu fibra de sticlă, PTFE are o rezistență mai bună la temperatură, coroziune și hidroliză decât fibra de sticlă. Prin urmare, la producerea filtrului trebuie luați în considerare diverși factori. Combinați performanța tehnică cu performanța economică.
Referințe:
[1] Liu Laihong, Wang Shihong. Dezvoltarea și aplicarea filtrelor de aer [J]•Filtrare și separare, 2000, 10(4): 8-10.
[2] Filtru de aer CN Davis [M], traducere de Huang Riguang. Beijing: Atomic Energy Press, 1979.
[3] GB/T6165-1985 metodă de testare a performanței filtrului de aer de înaltă eficiență, transmitanță și rezistență [M]. Biroul Național de Standarde, 1985.
[4] Xing Songnian. Metodă de detectare și aplicare practică a filtrului de aer de înaltă eficiență [J] • Echipament bioprotector pentru prevenirea epidemiilor, 2005, 26(1): 29-31.
[5] Hochrainer. Dezvoltări ulterioare ale numărătorului de particule
sizerPCS-2000 fibră de sticlă [J]•Filtru Journal ofAerosolScience, 2000,31(1): 771-772.
[6]E. Weingartner, P. Haller, H. Burtscher etc. Presiunea
Filtre DropAcrossFiber[J]•Aerosol Science, 1996, 27(1): 639-640.
[7]Michael JM și Clyde Orr. Filtrare - Principii și practici [M].
New York: MarcelDekkerInc, 1987•
[8] Zhang Guoquan. Mecanica aerosolilor – baza teoretică a îndepărtării și purificării prafului [M] • Beijing: China Environmental Science Press, 1987.
Data publicării: 06 ian. 2019