Kaasaegse tööstuse areng on seadnud üha suuremaid nõudmisi eksperimenteerimise, uurimistöö ja tootmise keskkonnale. Peamine viis selle nõude saavutamiseks on õhufiltrite laialdane kasutamine puhaste kliimaseadmete süsteemides. Nende hulgas on HEPA ja ULPA filtrid, mis on viimane kaitse tolmuosakeste eest puhasruumis. Nende jõudlus on otseselt seotud puhasruumi tasemega, mis omakorda mõjutab protsessi ja toote kvaliteeti. Seetõttu on filtri kohta oluline läbi viia eksperimentaalne uuring. Kahe filtri takistuslikku jõudlust ja filtreerimisvõimet võrreldi erinevatel tuulekiirustel, mõõtes klaaskiudfiltri ja PTFE-filtri filtreerimistõhusust 0,3 μm, 0,5 μm ja 1,0 μm PAO osakeste puhul. Tulemused näitavad, et tuule kiirus on väga oluline tegur, mis mõjutab HEPA õhufiltrite filtreerimistõhusust. Mida suurem on tuule kiirus, seda madalam on filtreerimise efektiivsus ja PTFE-filtrite puhul on see mõju ilmsem.
Märksõnad:HEPA õhufilter; Vastupidavus; filtreerimisvõime; PTFE filterpaber; klaaskiust filterpaber; klaaskiust filter.
CLC number: X964 Dokumendi identifitseerimiskood: A
Teaduse ja tehnoloogia pideva arenguga on tänapäevaste tööstustoodete tootmine ja moderniseerimine muutunud siseõhu puhtuse osas üha nõudlikumaks. Eelkõige vajavad miniaturiseerimist mikroelektroonika, meditsiini-, keemia-, bioloogia-, toiduainetetööstuse ja muud tööstusharud. Täpsus, kõrge puhtusaste, kõrge kvaliteet ja kõrge töökindlus sisekeskkonnas seavad HEPA õhufiltri jõudlusele üha kõrgemaid nõudeid, seega on tootjate jaoks pakiliseks vajaduseks see, kuidas toota HEPA filtrit vastavalt tarbijate nõudlusele. Üks probleemidest on lahendatud [1-2]. On hästi teada, et filtri takistus ja filtreerimise efektiivsus on kaks olulist näitajat filtri hindamisel. Käesolevas artiklis püütakse analüüsida erinevate filtrimaterjalide HEPA õhufiltri filtreerimisjõudlust ja takistusjõudlust katsete abil [3] ja sama filtrimaterjali erinevate struktuuridega. Filtri filtreerimisjõudlus ja takistusomadused pakuvad filtritootjale teoreetilise aluse.
1 Katsemeetodi analüüs
HEPA õhufiltrite tuvastamiseks on palju meetodeid ja eri riikidel on erinevad standardid. 1956. aastal töötas USA sõjaväekomisjon välja HEPA õhufiltrite testimisstandardi USMIL-STD282 ja efektiivsuse testimiseks DOP-meetodi. 1965. aastal kehtestati Briti standard BS3928 ja efektiivsuse tuvastamiseks kasutati naatriumleegi meetodit. 1973. aastal töötas Euroopa Ventilatsiooniassotsiatsioon välja Eurovent 4/4 standardi, mis järgis naatriumleegi tuvastamise meetodit. Hiljem koostas Ameerika Keskkonnatestimise ja Filtritõhususe Teaduse Selts rea sarnaseid standardeid soovitatavate testimismeetodite jaoks, kasutades kõiki DOP-kaliibriga loendamise meetodit. 1999. aastal kehtestas Euroopa standardi BSEN1822, mis kasutab filtreerimise efektiivsuse tuvastamiseks kõige läbipaistvamat osakeste suurust (MPPS) [4]. Hiina tuvastusstandard kasutab naatriumleegi meetodit. Selles katses kasutatud HEPA õhufiltri jõudluse tuvastamise süsteem on välja töötatud USA standardi 52.2 alusel. Tuvastusmeetod kasutab kaliibriga loendamise meetodit ja aerosool kasutab PAO osakesi.
1. 1 põhiinstrument
Selles katses kasutatakse kahte osakeste loendurit, mis on lihtsad, mugavad, kiired ja intuitiivsed võrreldes teiste osakeste kontsentratsiooni testimisseadmetega [5]. Osakeste loenduri ülaltoodud eelised muudavad selle järk-järgult teiste meetodite asendajaks ja saavad peamiseks osakeste kontsentratsiooni testimismeetodiks. Need suudavad loendada nii osakeste arvu kui ka osakeste suurusjaotust (st loendamiskogust), mis on selle katse põhiseade. Proovivõtu voolukiirus on 28,6 l/min ja selle süsinikuvaba vaakumpumbal on madala mürataseme ja stabiilse jõudluse omadused. Kui see lisavarustus on paigaldatud, saab mõõta temperatuuri ja niiskust, samuti tuule kiirust ning testida filtrit.
Tuvastussüsteem kasutab aerosoole, mille tolmuks on PAO osakesed, mida filtreeritakse. Kasutame Ameerika Ühendriikides toodetud TDA-5B mudeli aerosooligeneraatoreid (aerosooli genereerimise seadmeid). Esinemisvahemik on 500–65000 cfm (1 cfm = 28,6 LPM) ja kontsentratsioon on 100 μg/l, 6500 cfm; 10 μg/l, 65000 cfm.
1. 2 puhast tuba
Katse täpsuse parandamiseks projekteeriti ja sisustati 10 000-tasemeline labor vastavalt USA föderaalstandardile 209C. Kasutatakse kattepõrandat, mida iseloomustavad terrazzo eelised, kulumiskindlus, hea tihendus, paindlikkus ja keerukas konstruktsioon. Materjal on epoksüüdlakk ja sein on valmistatud monteeritud puhasruumi voodrilauast. Ruum on varustatud 220 V, 2 × 40 W puhastuslambiga ja paigutatud vastavalt valgustuse ja väliseadmete nõuetele. Puhasruumis on 4 ülemist õhu väljalaskeava ja 4 õhu tagasivooluava. Õhuduširuum on projekteeritud ühe tavalise puutetundliku juhtimise jaoks. Õhuduši aeg on 0–100 s ja mis tahes reguleeritava ringleva õhuhulga otsiku tuulekiirus on suurem või võrdne 20 ms. Kuna puhasruumi pindala on <50 m2 ja personali on <5 inimest, on puhasruumist ette nähtud ohutu väljapääs. Valitud HEPA-filter on GB01×4, õhu maht on 1000 m3/h ja filtreerimise efektiivsus on suurem või võrdne 0,5 μm ja 99,995%.
1. 3 eksperimentaalset proovi
Klaaskiudfiltri mudelid on: 610 (P) × 610 (K) × 150 (L) mm, deflektortüüpi, 75 voldi, suurus 610 (P) × 610 (K) × 90 (L) mm, 200 voldiga, PTFE-filtri suurus 480 (P) × 480 (K) × 70 (L) mm, ilma deflektorita, 100 voldiga.
2 Põhiprintsiibid
Katsestendi põhiprintsiip on see, et ventilaator puhutakse õhku. Kuna HEPA/UEPA on varustatud ka HEPA õhufiltriga, võib enne testitava HEPA/UEPA filtrini jõudmist pidada õhku puhtaks. Seade eraldab PAO osakesi torustikku, et moodustada soovitud kontsentratsiooniga tolmu sisaldavat gaasi, ja kasutab osakeste kontsentratsiooni määramiseks laserosakeste loendurit. Seejärel voolab tolmu sisaldav gaas läbi testitava HEPA/UEPA filtri ja HEPA/UEPA filtreeritud õhus mõõdetakse tolmuosakeste kontsentratsiooni samuti laserosakeste loenduri abil ning võrreldakse õhu tolmukontsentratsiooni enne ja pärast filtrit, määrates seeläbi HEPA/UEPA filtri jõudluse. Lisaks on filtri ette ja taha paigutatud proovivõtuavad ning iga tuulekiiruse vastupidavust testitakse kaldmikromanomeetri abil.
3 filtri takistuse jõudluse võrdlus
HEPA filtri takistusomadus on üks HEPA filtri olulisi omadusi. Inimeste nõudluse rahuldamise eeldusel on takistusomadused seotud kasutuskuludega, väike takistus, väike energiatarve ja kulude kokkuhoid. Seetõttu on filtri takistusomadus muutunud oluliseks näitajaks.
Eksperimentaalsete mõõtmisandmete põhjal saadakse seos klaaskiust ja PTFE-filtri kahe erineva struktuuriga filtri keskmise tuulekiiruse ja filtrirõhu erinevuse vahel.Seos on näidatud joonisel 2:
Eksperimentaalsetest andmetest on näha, et tuule kiiruse suurenedes suureneb filtri takistus lineaarselt madalast kõrgeni ning kahe klaaskiust filtri kaks sirget joont langevad kokku. On lihtne näha, et kui filtreerimistuule kiirus on 1 m/s, on klaaskiust filtri takistus umbes neli korda suurem kui PTFE-filtril.
Teades filtri pindala, saab tuletada pinnakiiruse ja filtrirõhu erinevuse vahelise seose:
Eksperimentaalsetest andmetest on näha, et tuule kiiruse suurenedes suureneb filtri takistus lineaarselt madalast kõrgeni ja kahe klaaskiust filtri kaks sirget joont langevad kokku. On lihtne näha, et kui filtreerimistuule kiirus on 1 m/s, on klaaskiust filtri takistus umbes neli korda suurem kui PTFE-filtril.
Teades filtri pindala, saab tuletada pinnakiiruse ja filtrirõhu erinevuse vahelise seose:
Kahte tüüpi filtrite pinnakiiruse erinevuse ja kahe filterpaberi filtrirõhu erinevuse tõttu on 610 × 610 × 90 mm spetsifikatsiooniga filtri takistus sama pinnakiiruse juures suurem kui 610 × spetsifikatsiooniga filtri takistus. 610 x 150 mm filtri takistus.
Siiski on selge, et sama pinnakiiruse juures on klaaskiudfiltri takistus suurem kui PTFE-l. See näitab, et PTFE on klaaskiudfiltrist takistusomaduste poolest parem. Klaaskiudfiltri omaduste ja PTFE takistuse paremaks mõistmiseks viidi läbi täiendavaid katseid. Kahe filterpaberi takistuse otseseks uurimiseks filtri tuulekiiruse muutumisel on eksperimentaalsed tulemused toodud allpool:
See kinnitab veelgi varasemat järeldust, et klaaskiust filterpaberi vastupidavus on sama tuulekiiruse juures suurem kui PTFE-l [6].
4 filtri filtri jõudluse võrdlus
Katsetingimuste kohaselt saab mõõta filtri filtreerimise efektiivsust osakeste puhul, mille osakeste suurus on 0,3 μm, 0,5 μm ja 1,0 μm, erinevatel tuulekiirustel ning saadakse järgmine diagramm:
Ilmselgelt on kahe klaaskiudfiltri filtreerimise efektiivsus 1,0 μm osakeste puhul erinevatel tuulekiirustel 100% ning 0,3 μm ja 0,5 μm osakeste filtreerimise efektiivsus väheneb tuulekiiruse suurenedes. On näha, et filtri filtreerimise efektiivsus suurte osakeste puhul on suurem kui väikeste osakeste puhul ning 610 × 610 × 150 mm filtri filtreerimisvõime on parem kui 610 × 610 × 90 mm spetsifikatsiooniga filtril.
Sama meetodit kasutades saadakse graafik, mis näitab 480 × 480 × 70 mm PTFE-filtri filtreerimistõhususe ja tuulekiiruse vahelist seost:
Jooniste 5 ja 6 võrdluses on 0,3 μm ja 0,5 μm osakeste klaasfiltri filtreerimisefekt parem, eriti 0,3 μm tolmu kontrastefekti puhul. Kolme osakese filtreerimisefekt 1 μm osakeste puhul oli 100%.
Klaaskiudfiltri ja PTFE-filtrimaterjali filtreerimisvõimekuse intuitiivsemaks võrdlemiseks viidi filtri jõudlustestid läbi otse kahel filterpaberil ja saadi järgmine diagramm:
Ülaltoodud diagramm on saadud PTFE ja klaaskiudfilterpaberi filtreerimisefektiivsuse mõõtmisel 0,3 μm osakeste puhul erinevatel tuulekiirustel [7-8]. On ilmne, et PTFE filterpaberi filtreerimisefektiivsus on madalam kui klaaskiudfilterpaberil.
Arvestades filtrimaterjali takistusomadusi ja filtreerimisomadusi, on lihtne näha, et PTFE-filtrimaterjal sobib paremini jämedate või sub-HEPA-filtrite valmistamiseks ning klaaskiust filtrimaterjal sobib paremini HEPA- või ultra-HEPA-filtrite valmistamiseks.
5 Kokkuvõte
Erinevate filtrirakenduste väljavaateid uuritakse PTFE-filtrite ja klaaskiudfiltrite takistus- ja filtreerimisomaduste võrdlemise teel. Katse põhjal võime järeldada, et tuule kiirus on HEPA õhufiltri filtreerimisefekti mõjutav väga oluline tegur. Mida suurem on tuule kiirus, seda madalam on filtreerimise efektiivsus ja seda ilmsem on mõju PTFE-filtrile. PTFE-filtril on madalam filtreerimisefekt kui klaaskiudfiltril, kuid selle takistus on madalam kui klaaskiudfiltril. Seetõttu sobib PTFE-filtrimaterjal paremini jämeda või alam-kõrge efektiivsusega filtri valmistamiseks ning klaaskiudfiltrimaterjal sobib paremini tõhusa või ülitõhusa filtri tootmiseks. Klaaskiud-HEPA-filter spetsifikatsiooniga 610 × 610 × 150 mm on madalam kui 610 × 610 × 90 mm klaaskiud-HEPA-filter ning filtreerimisvõime on parem kui 610 × 610 × 90 mm klaaskiud-HEPA-filtril. Praegu on puhta PTFE-filtrimaterjali hind kõrgem kui klaaskiudfiltril. Võrreldes klaaskiuga on PTFE-l siiski parem temperatuuritaluvus, korrosioonikindlus ja hüdrolüüs, seega tuleks filtri tootmisel arvestada mitmete teguritega. Kombineerige tehniline ja majanduslik jõudlus.
Viited:
[1] Liu Laihong, Wang Shihong. Õhufiltrite väljatöötamine ja rakendamine [J]•Filtering and Separation, 2000, 10(4): 8-10.
[2] CN Davise õhufilter [M], tõlkinud Huang Riguang. Peking: Atomic Energy Press, 1979.
[3] GB/T6165-1985 suure efektiivsusega õhufiltri jõudlustesti meetod – läbilaskvus ja takistus [M]. Riiklik Standardibüroo, 1985.
[4]Xing Songnian. Suure efektiivsusega õhufiltri tuvastusmeetod ja praktiline rakendamine [J]•Bioprotektiivsed epideemia ennetamise seadmed, 2005, 26(1): 29-31.
[5] Hochrainer. Osakeste loenduri edasiarendused
SizerPCS-2000 klaaskiud [J] • Filter Journal of AerosolScience, 2000, 31 (1): 771-772.
[6]E. Weingartner, P. Haller, H. Burtscher jne. Surve
DropAcrossFiberFilters[J]•Aerosol Science, 1996, 27(1): 639-640.
[7] Michael JM ja Clyde Orr. Filtreerimise põhimõtted ja tavad [M].
New York: MarcelDekkerInc, 1987•
[8] Zhang Guoquan. Aerosoolimehaanika – tolmu eemaldamise ja puhastamise teoreetiline alus [M] • Peking: China Environmental Science Press, 1987.
Postituse aeg: 06.01.2019