El desenvolupament de la indústria moderna ha imposat demandes creixents a l'entorn d'experimentació, recerca i producció. La principal manera d'aconseguir aquest requisit és l'ús generalitzat de filtres d'aire en sistemes d'aire condicionat net. Entre ells, els filtres HEPA i ULPA són l'última protecció contra les partícules de pols que entren a la sala blanca. El seu rendiment està directament relacionat amb el nivell de la sala blanca, que al seu torn afecta la qualitat del procés i del producte. Per tant, és significatiu dur a terme investigacions experimentals sobre el filtre. El rendiment de resistència i el rendiment de filtració dels dos filtres es van comparar a diferents velocitats del vent mesurant l'eficiència de filtració del filtre de fibra de vidre i el filtre de PTFE per a partícules de PAO de 0,3 μm, 0,5 μm i 1,0 μm. Els resultats mostren que la velocitat del vent és un factor molt important que afecta l'eficiència de filtració dels filtres d'aire HEPA. Com més alta sigui la velocitat del vent, menor serà l'eficiència de filtració i l'efecte és més evident per als filtres de PTFE.
Paraules clau:Filtre d'aire HEPA; Rendiment de resistència; rendiment de filtració; Paper de filtre de PTFE; paper de filtre de fibra de vidre; filtre de fibra de vidre.
Número CLC: X964 Codi d'identificació del document: A
Amb el desenvolupament continu de la ciència i la tecnologia, la producció i la modernització dels productes industrials moderns s'han tornat cada cop més exigents pel que fa a la neteja de l'aire interior. En particular, les indústries de la microelectrònica, la medicina, la química, la biològica, el processament d'aliments i altres requereixen miniaturització. La precisió, l'alta puresa, l'alta qualitat i l'alta fiabilitat de l'entorn interior imposen requisits cada cop més alts al rendiment del filtre d'aire HEPA, de manera que la manera de fabricar un filtre HEPA per satisfer la demanda dels consumidors s'ha convertit en una necessitat urgent dels fabricants. Un dels problemes resolts [1-2]. És ben sabut que el rendiment de resistència i l'eficiència de filtració del filtre són dos indicadors importants per avaluar el filtre. Aquest article intenta analitzar el rendiment de filtració i el rendiment de resistència del filtre d'aire HEPA de diferents materials de filtre mitjançant experiments [3], i les diferents estructures del mateix material de filtre. El rendiment de filtració i les propietats de resistència del filtre proporcionen una base teòrica per al fabricant del filtre.
1 Anàlisi del mètode de prova
Hi ha molts mètodes per detectar filtres d'aire HEPA, i diferents països tenen estàndards diferents. El 1956, la Comissió Militar dels EUA va desenvolupar l'USMIL-STD282, un estàndard de prova de filtres d'aire HEPA, i el mètode DOP per a proves d'eficiència. El 1965, es va establir l'estàndard britànic BS3928 i es va utilitzar el mètode de flama de sodi per a la detecció d'eficiència. El 1973, l'Associació Europea de Ventilació va desenvolupar l'estàndard Eurovent 4/4, que seguia el mètode de detecció de flama de sodi. Més tard, l'American Society for Environmental Testing and Filter Efficiency Science va compilar una sèrie d'estàndards similars per a mètodes de prova recomanats, tots utilitzant el mètode de recompte de pinça DOP. El 1999, Europa va establir l'estàndard BSEN1822, que utilitza la mida de partícula més transparent (MPPS) per detectar l'eficiència de filtració [4]. L'estàndard de detecció de la Xina adopta el mètode de flama de sodi. El sistema de detecció del rendiment del filtre d'aire HEPA utilitzat en aquest experiment es desenvolupa a partir de l'estàndard US 52.2. El mètode de detecció utilitza un mètode de recompte de pinça i l'aerosol utilitza partícules de PAO.
1. 1 instrument principal
Aquest experiment utilitza dos comptadors de partícules, que són senzills, pràctics, ràpids i intuïtius en comparació amb altres equips de prova de concentració de partícules [5]. Els avantatges esmentats del comptador de partícules fan que substitueixi gradualment altres mètodes i esdevingui el principal mètode de prova per a la concentració de partícules. Poden comptar tant el nombre de partícules com la distribució de la mida de les partícules (és a dir, el recompte), que és l'equip principal d'aquest experiment. El cabal de mostreig és de 28,6 LPM, i la seva bomba de buit sense carboni té les característiques de baix soroll i rendiment estable. Si s'instal·la l'opció, es pot mesurar la temperatura i la humitat, així com la velocitat del vent, i es pot provar el filtre.
El sistema de detecció utilitza aerosols utilitzant partícules de PAO com a pols a filtrar. Fem servir els generadors d'aerosols (generacions d'aerosols) del model TDA-5B produït als Estats Units. El rang d'ocurrència és de 500 a 65000 cfm (1 cfm = 28,6 LPM), i la concentració és de 100 μg/L, 6500 cfm; 10 μg/L, 65000 cfm.
1. 2 sala blanca
Per tal de millorar la precisió de l'experiment, el laboratori de nivell 10.000 es va dissenyar i decorar d'acord amb la norma federal dels EUA 209C. El terra de recobriment s'utilitza, que es caracteritza pels avantatges del terrazzo, la resistència al desgast, el bon segellat, la flexibilitat i la construcció complicada. El material és laca epoxi i la paret està feta de revestiment de sala blanca muntat. La sala està equipada amb 2 làmpades de purificació de 220v, 2×40w i 6 làmpades disposades segons els requisits d'il·luminació i equips de camp. La sala blanca té 4 sortides d'aire superiors i 4 ports de retorn d'aire. La sala de dutxa d'aire està dissenyada per a un control tàctil ordinari. El temps de dutxa d'aire és de 0-100s i la velocitat del vent de qualsevol broquet de volum d'aire circulant ajustable és superior o igual a 20ms. Com que la superfície de la sala blanca és <50m2 i el personal és <5 persones, es proporciona una sortida segura per a la sala blanca. El filtre HEPA seleccionat és GB01 × 4, el volum d'aire és de 1000 m3 / h i l'eficiència de filtració és superior o igual a 0,5 μm i del 99,995%.
1. 3 mostres experimentals
Els models del filtre de fibra de vidre són: 610 (L) × 610 (H) × 150 (A) mm, tipus deflector, 75 arrugues, mida 610 (L) × 610 (H) × 90 (A) mm, amb 200 plecs, filtre de PTFE de mida 480 (L) × 480 (H) × 70 (A) mm, sense deflector, amb 100 arrugues.
2 Principis bàsics
El principi bàsic del banc de proves és que el ventilador bufa a l'aire. Com que el HEPA/UEPA també està equipat amb un filtre d'aire HEPA, es pot considerar que l'aire s'ha convertit en aire net abans d'arribar al HEPA/UEPA provat. El dispositiu emet partícules de PAO a la canonada per formar una concentració desitjada de gas que conté pols i utilitza un comptador de partícules làser per determinar la concentració de partícules. El gas que conté pols flueix a través del HEPA/UEPA provat, i la concentració de partícules de pols a l'aire filtrat per HEPA/UEPA també es mesura mitjançant un comptador de partícules làser, i es compara la concentració de pols de l'aire abans i després del filtre, determinant així el rendiment del filtre HEPA/UEPA. A més, els forats de mostreig es disposen respectivament abans i després del filtre, i la resistència de cada velocitat del vent es prova mitjançant un micromanòmetre inclinable.
Comparació del rendiment de la resistència de 3 filtres
La característica de resistència del filtre HEPA és una de les característiques importants del filtre HEPA. Sota la premissa de satisfer l'eficiència de la demanda de les persones, les característiques de resistència estan relacionades amb el cost d'ús, la resistència és petita, el consum d'energia és petit i el cost s'estalvia. Per tant, el rendiment de la resistència del filtre s'ha convertit en una preocupació. Un dels indicadors importants.
Segons les dades de mesura experimentals, s'obté la relació entre la velocitat mitjana del vent dels dos filtres estructurals diferents de fibra de vidre i filtre de PTFE i la diferència de pressió del filtre.La relació es mostra a la Figura 2:
A partir de les dades experimentals es pot veure que a mesura que augmenta la velocitat del vent, la resistència del filtre augmenta linealment de baixa a alta, i les dues línies rectes dels dos filtres de fibra de vidre coincideixen substancialment. És fàcil veure que quan la velocitat del vent de filtració és d'1 m/s, la resistència del filtre de fibra de vidre és aproximadament quatre vegades superior a la del filtre de PTFE.
Coneixent l'àrea del filtre, es pot derivar la relació entre la velocitat frontal i la diferència de pressió del filtre:
A partir de les dades experimentals es pot veure que a mesura que augmenta la velocitat del vent, la resistència del filtre augmenta linealment de baixa a alta, i les dues línies rectes dels dos filtres de fibra de vidre coincideixen substancialment. És fàcil veure que quan la velocitat del vent de filtració és d'1 m/s, la resistència del filtre de fibra de vidre és aproximadament quatre vegades superior a la del filtre de PTFE.
Coneixent l'àrea del filtre, es pot derivar la relació entre la velocitat frontal i la diferència de pressió del filtre:
A causa de la diferència entre la velocitat superficial dels dos tipus de filtres i la diferència de pressió del filtre dels dos papers de filtre, la resistència del filtre amb l'especificació de 610 × 610 × 90 mm a la mateixa velocitat superficial és superior a l'especificació de 610 ×. Resistència del filtre de 610 x 150 mm.
Tanmateix, és evident que a la mateixa velocitat superficial, la resistència del filtre de fibra de vidre és superior a la resistència del PTFE. Això demostra que el PTFE és superior al filtre de fibra de vidre pel que fa al rendiment de resistència. Per tal de comprendre millor les característiques del filtre de fibra de vidre i la resistència del PTFE, es van dur a terme més experiments. Per estudiar directament la resistència dels dos papers de filtre a mesura que canvia la velocitat del vent del filtre, els resultats experimentals es mostren a continuació:
Això confirma encara més la conclusió anterior que la resistència del paper de filtre de fibra de vidre és més alta que la del PTFE a la mateixa velocitat del vent [6].
Comparació del rendiment de 4 filtres
Segons les condicions experimentals, es pot mesurar l'eficiència de filtració del filtre per a partícules amb una mida de partícula de 0,3 μm, 0,5 μm i 1,0 μm a diferents velocitats del vent, i s'obté el gràfic següent:
Òbviament, l'eficiència de filtració dels dos filtres de fibra de vidre per a partícules d'1,0 μm a diferents velocitats del vent és del 100%, i l'eficiència de filtració de partícules de 0,3 μm i 0,5 μm disminueix amb l'augment de la velocitat del vent. Es pot veure que l'eficiència de filtració del filtre per a les partícules grans és superior a la de les partícules petites, i el rendiment de filtració del filtre de 610 × 610 × 150 mm és superior al filtre de l'especificació de 610 × 610 × 90 mm.
Amb el mateix mètode, s'obté un gràfic que mostra la relació entre l'eficiència de filtració del filtre de PTFE de 480×480×70 mm en funció de la velocitat del vent:
Comparant la figura 5 i la figura 6, l'efecte de filtració del filtre de vidre de partícules de 0,3 μm i 0,5 μm és millor, especialment per a l'efecte de contrast de pols de 0,3 μm. L'efecte de filtració de les tres partícules sobre partícules d'1 μm va ser del 100%.
Per tal de comparar de manera més intuïtiva el rendiment de filtració del filtre de fibra de vidre i el material filtrant de PTFE, les proves de rendiment del filtre es van realitzar directament sobre els dos papers de filtre i es va obtenir el gràfic següent:
El gràfic anterior s'obté mesurant l'efecte de filtració del paper de filtre de PTFE i fibra de vidre sobre partícules de 0,3 μm a diferents velocitats del vent [7-8]. És evident que l'eficiència de filtració del paper de filtre de PTFE és inferior a la del paper de filtre de fibra de vidre.
Tenint en compte les propietats de resistència i de filtració del material filtrant, és fàcil veure que el material filtrant de PTFE és més adequat per fabricar filtres gruixuts o sub-HEPA, i el material filtrant de fibra de vidre és més adequat per fabricar filtres HEPA o ultra-HEPA.
5 Conclusió
S'exploren les perspectives per a diferents aplicacions de filtre comparant les propietats de resistència i filtració dels filtres de PTFE amb els filtres de fibra de vidre. A partir de l'experiment podem extreure la conclusió que la velocitat del vent és un factor molt important que afecta l'efecte de filtració del filtre d'aire HEPA. Com més alta sigui la velocitat del vent, menor serà l'eficiència de filtració, més evident serà l'efecte sobre el filtre de PTFE i, en general, el filtre de PTFE té un efecte de filtració inferior al filtre de fibra de vidre, però la seva resistència és inferior a la del filtre de fibra de vidre. Per tant, el material de filtre de PTFE és més adequat per fabricar un filtre d'eficiència gruixuda o subalta, i el material de filtre de fibra de vidre és més adequat per a la producció de filtres eficients o ultraeficients. El filtre HEPA de fibra de vidre amb una especificació de 610 × 610 × 150 mm és inferior al filtre HEPA de fibra de vidre de 610 × 610 × 90 mm i el rendiment de filtració és millor que el filtre HEPA de fibra de vidre de 610 × 610 × 90 mm. Actualment, el preu del material de filtre de PTFE pur és superior al de la fibra de vidre. Tanmateix, en comparació amb la fibra de vidre, el PTFE té una millor resistència a la temperatura, resistència a la corrosió i hidròlisi que la fibra de vidre. Per tant, cal tenir en compte diversos factors a l'hora de produir un filtre. Combineu el rendiment tècnic i el rendiment econòmic.
Referències:
[1] Liu Laihong, Wang Shihong. Desenvolupament i aplicació de filtres d'aire [J]•Filtració i separació, 2000, 10(4): 8-10.
[2] Filtre d'aire CN Davis [M], traduït per Huang Riguang. Pequín: Atomic Energy Press, 1979.
[3] GB/T6165-1985 mètode de prova de transmitància i resistència del filtre d'aire d'alta eficiència [M]. Oficina Nacional d'Estàndards, 1985.
[4] Xing Songnian. Mètode de detecció i aplicació pràctica d'un filtre d'aire d'alta eficiència [J] • Equip de prevenció d'epidèmies bioprotectores, 2005, 26(1): 29-31.
[5] Hochrainer. Desenvolupaments posteriors del comptador de partícules
mida PCS-2000 fibra de vidre [J] • Filtre Journal of AerosolScience, 2000, 31(1): 771-772.
[6]E. Weingartner, P. Haller, H. Burtscher, etc. Pressió
FiltresDropAcrossFiber[J]•Aerosol Science, 1996, 27(1): 639-640.
[7] Michael JM i Clyde Orr. Filtració: principis i pràctiques [M].
Nova York: MarcelDekkerInc, 1987•
[8] Zhang Guoquan. Mecànica d'aerosols: bases teòriques de l'eliminació i purificació de pols [M] • Pequín: China Environmental Science Press, 1987.
Data de publicació: 06-01-2019