Udviklingen af den moderne industri har stillet stigende krav til miljøet for eksperimenter, forskning og produktion. Den primære måde at opnå dette krav på er ved at anvende luftfiltre i vid udstrækning i rene klimaanlæg. Blandt disse er HEPA- og ULPA-filtre den sidste beskyttelse mod støvpartikler, der trænger ind i renrummet. Deres ydeevne er direkte relateret til renrumsniveauet, hvilket igen påvirker proces- og produktkvaliteten. Derfor er det meningsfuldt at udføre eksperimentel forskning på filtret. Modstandsevnen og filtreringsevnen for de to filtre blev sammenlignet ved forskellige vindhastigheder ved at måle filtreringseffektiviteten af glasfiberfilteret og PTFE-filteret for 0,3 μm, 0,5 μm og 1,0 μm PAO-partikler. Resultaterne viser, at vindhastighed er en meget vigtig faktor, der påvirker filtreringseffektiviteten af HEPA-luftfiltre. Jo højere vindhastigheden er, desto lavere er filtreringseffektiviteten, og effekten er mere tydelig for PTFE-filtre.
Nøgleord:HEPA luftfilter; Modstandsevne; filtreringsevne; PTFE filterpapir; glasfiberfilterpapir; glasfiberfilter.
CLC-nummer: X964 Dokumentidentifikationskode: A
Med den kontinuerlige udvikling af videnskab og teknologi er produktion og modernisering af moderne industriprodukter blevet mere og mere krævende for ren indeluft. Især mikroelektronik, medicin, kemiske, biologiske, fødevareforarbejdningsindustrier og andre industrier kræver miniaturisering. Præcision, høj renhed, høj kvalitet og høj pålidelighed i indeklimaet stiller højere og højere krav til HEPA-luftfiltrets ydeevne. Derfor er det blevet et presserende behov for producenter, hvordan man fremstiller et HEPA-filter for at imødekomme forbrugernes efterspørgsel. Et af problemerne er blevet løst [1-2]. Det er velkendt, at filterets modstandsevne og filtreringseffektivitet er to vigtige indikatorer for evaluering af filtret. Denne artikel forsøger at analysere filtreringsevnen og modstandsevnen for HEPA-luftfiltre fra forskellige filtermaterialer ved hjælp af eksperimenter [3] og de forskellige strukturer af det samme filtermateriale. Filterets filtreringsevne og modstandsegenskaber giver et teoretisk grundlag for filterproducenten.
1 Analyse af testmetode
Der findes mange metoder til at detektere HEPA-luftfiltre, og forskellige lande har forskellige standarder. I 1956 udviklede den amerikanske militærkommission USMIL-STD282, en HEPA-luftfilterteststandard, og DOP-metoden til effektivitetstestning. I 1965 blev den britiske standard BS3928 etableret, og natriumflammemetoden til effektivitetsdetektion blev anvendt. I 1973 udviklede European Ventilation Association Eurovent 4/4-standarden, som fulgte natriumflammedetektionsmetoden. Senere udarbejdede American Society for Environmental Testing and Filter Efficiency Science en række lignende standarder for anbefalede testmetoder, alle ved hjælp af DOP-kalibertællemetoden. I 1999 etablerede Europa BSEN1822-standarden, som bruger den mest transparente partikelstørrelse (MPPS) til at detektere filtreringseffektivitet [4]. Kinas detektionsstandard anvender natriumflammemetoden. HEPA-luftfilterets ydeevnedetektionssystem, der anvendes i dette eksperiment, er udviklet baseret på den amerikanske 52.2-standard. Detektionsmetoden bruger en kalibertællemetode, og aerosolen bruger PAO-partikler.
1. 1 hovedinstrument
Dette eksperiment bruger to partikeltællere, som er enkle, bekvemme, hurtige og intuitive sammenlignet med andet udstyr til partikelkoncentrationstest [5]. Ovenstående fordele ved partikeltælleren gør, at den gradvist erstatter andre metoder og bliver den primære testmetode til partikelkoncentration. De kan tælle både antallet af partikler og partikelstørrelsesfordelingen (dvs. tælleoptælling), som er kerneudstyret i dette eksperiment. Prøvetagningsflowhastigheden er 28,6 LPM, og dens kulfri vakuumpumpe har egenskaber som lav støj og stabil ydeevne. Hvis denne option er installeret, kan temperatur og fugtighed samt vindhastighed måles, og filteret kan testes.
Detektionssystemet bruger aerosoler, der bruger PAO-partikler som støv, til filtrering. Vi bruger aerosolgeneratorer (aerosolgenerationer) af TDA-5B-modellen, der er produceret i USA. Forekomstområdet er 500-65000 cfm (1 cfm = 28,6 LPM), og koncentrationen er 100 μg/L, 6500 cfm; 10 μg/L, 6500 cfm.
1. 2 rent rum
For at forbedre eksperimentets nøjagtighed blev laboratoriet på 10.000 niveauer designet og indrettet i henhold til den amerikanske føderale standard 209C. Der anvendes belægningsgulv, som er kendetegnet ved fordelene ved terrazzo, slidstyrke, god forsegling, fleksibilitet og kompliceret konstruktion. Materialet er epoxylak, og væggen er lavet af samlet renrumsbeklædning. Rummet er udstyret med 220v, 2×40w renselamper med 6 stk. og arrangeret i henhold til kravene til belysning og feltudstyr. Renrummet har 4 luftudtag øverst og 4 luftreturporte. Luftbruserrummet er designet til en almindelig berøringsbetjening. Luftbrusertiden er 0-100s, og vindhastigheden for enhver justerbar cirkulerende luftvolumendyse er større end eller lig med 20ms. Da renrummets areal er <50m2, og personalet er <5 personer, er der en sikker udgang til renrummet. Det valgte HEPA-filter er GB01×4, luftmængden er 1000 m3/t, og filtreringseffektiviteten er større end eller lig med 0,5 μm og 99,995 %.
1. 3 eksperimentelle prøver
Modellerne af glasfiberfilteret er: 610 (L) × 610 (H) × 150 (B) mm, baffeltype, 75 folder, størrelse 610 (L) × 610 (H) × 90 (B) Mm, med 200 folder, PTFE-filterstørrelse 480 (L) × 480 (H) × 70 (B) mm, uden baffeltype, med 100 folder.
2 Grundlæggende principper
Det grundlæggende princip for testbænken er, at ventilatoren blæses ud i luften. Da HEPA/UEPA'en også er udstyret med et HEPA-luftfilter, kan det betragtes som ren luft, før den når den testede HEPA/UEPA. Enheden udsender PAO-partikler i rørledningen for at danne en ønsket koncentration af støvholdig gas og bruger en laserpartikeltæller til at bestemme partikelkoncentrationen. Den støvholdige gas strømmer derefter gennem den testede HEPA/UEPA, og støvpartikelkoncentrationen i luften filtreret af HEPA/UEPA måles også ved hjælp af en laserpartikeltæller, og støvkoncentrationen i luften før og efter filteret sammenlignes, hvorved HEPA/UEPA-filterets ydeevne bestemmes. Derudover er der anbragt prøvetagningshuller henholdsvis før og efter filteret, og modstanden for hver vindhastighed testes ved hjælp af en vippemikrotrykmåler her.
3 sammenligning af filtermodstandsydelse
HEPA-filterets modstandsegenskaber er en af de vigtige egenskaber ved HEPA. Med henblik på at imødekomme folks behov er modstandsegenskaberne relateret til brugsomkostningerne, hvilket betyder, at modstanden er lille, energiforbruget er lavt, og omkostningerne spares. Derfor er filterets modstandsevne blevet en vigtig indikator.
Ifølge de eksperimentelle måledata opnås forholdet mellem den gennemsnitlige vindhastighed for de to forskellige strukturelle filtre af glasfiber og PTFE-filteret og filtertrykforskellen.Forholdet er vist i figur 2:
Det kan ses ud fra de eksperimentelle data, at når vindhastigheden stiger, stiger filterets modstand lineært fra lav til høj, og de to rette linjer for de to glasfiberfiltre falder stort set sammen. Det er let at se, at når filtreringsvindhastigheden er 1 m/s, er glasfiberfilterets modstand cirka fire gange så stor som PTFE-filterets.
Når man kender filterets areal, kan forholdet mellem filterets hastighed og filterets trykforskel udledes:
Det kan ses ud fra de eksperimentelle data, at når vindhastigheden stiger, stiger filterets modstand lineært fra lav til høj, og de to rette linjer for de to glasfiberfiltre falder stort set sammen. Det er let at se, at når filtreringsvindhastigheden er 1 m/s, er glasfiberfilterets modstand cirka fire gange så stor som PTFE-filterets.
Når man kender filterets areal, kan forholdet mellem filterets hastighed og filterets trykforskel udledes:
På grund af forskellen mellem overfladehastigheden for de to typer filterfiltre og filtertrykforskellen for de to filterpapirer er modstanden i filteret med specifikationen 610 × 610 × 90 mm ved samme overfladehastighed højere end specifikationen 610 ×. Modstanden for filteret 610 x 150 mm.
Det er dog tydeligt, at ved samme overfladehastighed er modstanden i glasfiberfilteret højere end modstanden i PTFE. Det viser, at PTFE er bedre end glasfiberfilter med hensyn til modstandsydelse. For yderligere at forstå egenskaberne ved glasfiberfilter og PTFE-modstand blev der udført yderligere eksperimenter. Modstanden i de to filterpapirer blev undersøgt direkte, når filterets vindhastighed ændrer sig. De eksperimentelle resultater er vist nedenfor:
Dette bekræfter yderligere den tidligere konklusion om, at modstanden i glasfiberfilterpapir er højere end i PTFE under samme vindhastighed [6].
4 sammenligning af filterydelse
I henhold til de eksperimentelle betingelser kan filterets filtreringseffektivitet for partikler med en partikelstørrelse på 0,3 μm, 0,5 μm og 1,0 μm ved forskellige vindhastigheder måles, og følgende diagram opnås:
Filtreringseffektiviteten for de to glasfiberfiltre for 1,0 μm partikler ved forskellige vindhastigheder er tydeligvis 100%, og filtreringseffektiviteten for 0,3 μm og 0,5 μm partikler falder med stigende vindhastighed. Det kan ses, at filtreringseffektiviteten for de store partikler er højere end for de små partikler, og filtreringsydelsen for 610×610×150 mm filteret er bedre end filteret med specifikationen 610×610×90 mm.
Ved hjælp af samme metode opnås en graf, der viser forholdet mellem filtreringseffektiviteten af 480×480×70 mm PTFE-filteret som funktion af vindhastighed:
Ved sammenligning af figur 5 og figur 6 er filtreringseffekten af 0,3 μm, 0,5 μm partikelglasfilteret bedre, især for 0,3 μm støvkontrasteffekten. Filtreringseffekten af de tre partikler på 1 μm partikler var 100%.
For mere intuitivt at kunne sammenligne filtreringsydelsen af glasfiberfilteret og PTFE-filtermaterialet, blev filterydelsestestene udført direkte på de to filterpapirer, og følgende diagram blev opnået:
Ovenstående diagram er opnået ved at måle filtreringseffekten af PTFE- og glasfiberfilterpapir på 0,3 μm partikler ved forskellige vindhastigheder [7-8]. Det er tydeligt, at filtreringseffektiviteten af PTFE-filterpapir er lavere end af glasfiberfilterpapir.
I betragtning af filtermaterialets modstandsegenskaber og filtreringsegenskaber er det let at se, at PTFE-filtermaterialet er mere egnet til fremstilling af grove eller sub-HEPA-filtre, og glasfiberfiltermaterialet er mere egnet til fremstilling af HEPA- eller ultra-HEPA-filtre.
5 Konklusion
Perspektiverne for forskellige filteranvendelser undersøges ved at sammenligne modstandsegenskaberne og filtreringsegenskaberne for PTFE-filtre med glasfiberfiltre. Ud fra eksperimentet kan vi drage den konklusion, at vindhastighed er en meget vigtig faktor, der påvirker filtreringseffekten af HEPA-luftfilteret. Jo højere vindhastighed, jo lavere filtreringseffektivitet, desto mere tydelig er effekten på PTFE-filteret, og generelt har PTFE-filteret en lavere filtreringseffekt end glasfiberfilteret, men dets modstand er lavere end glasfiberfilterets. Derfor er PTFE-filtermaterialet mere egnet til fremstilling af et grovt eller sub-højeffektivt filter, og glasfiberfiltermaterialet er mere egnet til produktion af et effektivt eller ultraeffektivt filter. Glasfiber-HEPA-filteret med en specifikation på 610 × 610 × 150 mm er lavere end 610 × 610 × 90 mm glasfiber-HEPA-filteret, og filtreringsydelsen er bedre end 610 × 610 × 90 mm glasfiber-HEPA-filteret. I øjeblikket er prisen på rent PTFE-filtermateriale højere end på glasfiber. Sammenlignet med glasfiber har PTFE dog bedre temperaturbestandighed, korrosionsbestandighed og hydrolysebestandighed. Derfor bør forskellige faktorer tages i betragtning ved produktion af filter. Kombiner teknisk ydeevne og økonomisk ydeevne.
Referencer:
[1] Liu Laihong, Wang Shihong. Udvikling og anvendelse af luftfiltre [J]•Filtrering og separation, 2000, 10(4): 8-10.
[2] CN Davis luftfilter [M], oversat af Huang Riguang. Beijing: Atomic Energy Press, 1979.
[3] GB/T6165-1985 metode til test af højeffektivt luftfilters ydeevne, transmittans og modstand [M]. National Bureau of Standards, 1985.
[4] Xing Songnian. Detektionsmetode og praktisk anvendelse af højeffektive luftfiltre. [J] • Bioprotektiv epidemiforebyggelsesudstyr, 2005, 26(1): 29-31.
[5] Hochrainer. Videreudvikling af partikeltælleren.
størrelsesgiver PCS-2000 glasfiber [J]•Filter Journal of AerosolScience, 2000,31(1): 771-772.
[6]E. Weingartner, P. Haller, H. Burtscher osv. Tryk
DropAcrossFiberFilters[J]•Aerosol Science, 1996, 27(1): 639-640.
[7] Michael JM og Clyde Orr. Filtreringsprincipper og -praksis [M].
New York: MarcelDekkerInc, 1987•
[8] Zhang Guoquan. Aerosolmekanik – teoretisk grundlag for støvfjerning og -rensning [M] • Beijing: China Environmental Science Press, 1987.
Opslagstidspunkt: 6. januar 2019