Развитие современной промышленности предъявляет все более высокие требования к среде экспериментов, исследований и производства. Основным способом достижения этого требования является широкое использование воздушных фильтров в чистых системах кондиционирования воздуха. Среди них фильтры HEPA и ULPA являются последней защитой от частиц пыли, попадающих в чистое помещение. Его производительность напрямую связана с уровнем чистого помещения, что, в свою очередь, влияет на процесс и качество продукции. Поэтому имеет смысл провести экспериментальное исследование фильтра. Характеристики сопротивления и производительность фильтрации двух фильтров сравнивались при разных скоростях ветра путем измерения эффективности фильтрации фильтра из стекловолокна и фильтра PTFE для частиц PAO размером 0,3 мкм, 0,5 мкм, 1,0 мкм. Результаты показывают, что скорость ветра является очень важным фактором, влияющим на эффективность фильтрации воздушных фильтров HEPA. Чем выше скорость ветра, тем ниже эффективность фильтрации, и этот эффект более очевиден для фильтров PTFE.
Ключевые слова:Воздушный фильтр HEPA; Характеристики сопротивления; Эффективность фильтрации; Фильтровальная бумага из ПТФЭ; Фильтровальная бумага из стекловолокна; Фильтр из стекловолокна.
Номер CLC:X964 Идентификационный код документа: A
С непрерывным развитием науки и техники производство и модернизация современных промышленных продуктов становятся все более и более требовательными к чистоте воздуха в помещении. В частности, микроэлектроника, медицинская, химическая, биологическая, пищевая и другие отрасли промышленности требуют миниатюризации. Точность, высокая чистота, высокое качество и высокая надежность внутренней среды, что предъявляет все более высокие требования к производительности воздушного фильтра HEPA, поэтому изготовление фильтра HEPA для удовлетворения потребительского спроса стало насущной потребностью производителей. Одна из решенных проблем [1-2]. Хорошо известно, что производительность сопротивления и эффективность фильтрации фильтра являются двумя важными показателями для оценки фильтра. В этой статье предпринята попытка проанализировать производительность фильтрации и производительность сопротивления воздушного фильтра HEPA различных фильтрующих материалов с помощью экспериментов [3] и различных структур одного и того же фильтрующего материала. Производительность фильтрации и свойства сопротивления фильтра обеспечивают теоретическую основу для производителя фильтра.
1 Анализ метода испытания
Существует множество методов обнаружения воздушных фильтров HEPA, и в разных странах действуют разные стандарты. В 1956 году Военная комиссия США разработала USMIL-STD282, стандарт испытаний воздушных фильтров HEPA, и метод DOP для проверки эффективности. В 1965 году был установлен британский стандарт BS3928, и для определения эффективности использовался метод натриевого пламени. В 1973 году Европейская вентиляционная ассоциация разработала стандарт Eurovent 4/4, который последовал за методом обнаружения натриевого пламени. Позднее Американское общество по испытаниям окружающей среды и науке об эффективности фильтров составило ряд аналогичных стандартов для рекомендуемых методов тестирования, все из которых использовали метод подсчета штангенциркулем DOP. В 1999 году Европа установила стандарт BSEN1822, который использует наиболее прозрачный размер частиц (MPPS) для определения эффективности фильтрации [4]. Стандарт обнаружения Китая принимает метод натриевого пламени. Система определения производительности воздушного фильтра HEPA, используемая в этом эксперименте, разработана на основе стандарта США 52.2. Метод обнаружения использует метод подсчета штангенциркулем, а аэрозоль — частицы ПАО.
1. 1 основной инструмент
В этом эксперименте используются два счетчика частиц, которые являются простыми, удобными, быстрыми и интуитивно понятными по сравнению с другим оборудованием для тестирования концентрации частиц [5]. Вышеуказанные преимущества счетчика частиц позволяют ему постепенно заменять другие методы и становиться основным методом тестирования концентрации частиц. Они могут подсчитывать как количество частиц, так и распределение размеров частиц (т. е. подсчет количества), что является основным оборудованием этого эксперимента. Скорость потока отбора проб составляет 28,6 л/мин, а его безуглеродный вакуумный насос имеет характеристики низкого уровня шума и стабильной работы. Если опция установлена, можно измерять температуру и влажность, а также скорость ветра, а также можно тестировать фильтр.
Система обнаружения использует аэрозоли, использующие частицы ПАО в качестве пыли для фильтрации. Мы используем генераторы аэрозолей (Aerosol generations) модели TDA-5B, произведенные в США. Диапазон встречаемости составляет 500 – 65000 cfm (1 cfm = 28,6 LPM), а концентрация составляет 100 мкг/л, 6500 cfm; 10 мкг/л, 65000 cfm.
1. 2 чистые комнаты
Для повышения точности эксперимента лаборатория на 10 000 уровней была спроектирована и оформлена в соответствии с федеральным стандартом США 209C. Используется напольное покрытие, которое характеризуется преимуществами терраццо, износостойкостью, хорошей герметизацией, гибкостью и сложной конструкцией. Материал - эпоксидный лак, а стена выполнена из собранного сайдинга для чистых помещений. Помещение оборудовано 220 В, 2×40 Вт очистительными 6 лампами и расположено в соответствии с требованиями освещения и полевого оборудования. Чистое помещение имеет 4 верхних воздуховыпускных отверстия и 4 отверстия для возврата воздуха. Воздушный душ рассчитан на управление одним обычным касанием. Время воздушного душа составляет 0-100 с, а скорость ветра любой регулируемой форсунки циркулирующего объема воздуха больше или равна 20 мс. Поскольку площадь чистого помещения составляет <50 м2, а персонал - <5 человек, для чистого помещения предусмотрен безопасный выход. Выбранный HEPA-фильтр — GB01×4, объем воздуха — 1000 м3/ч, эффективность фильтрации — больше или равна 0,5 мкм и 99,995%.
1. 3 экспериментальных образца
Модели стекловолоконного фильтра: 610 (Д) × 610 (В) × 150 (Ш) мм, перегородчатого типа, 75 складок, размер 610 (Д) × 610 (В) × 90 (Ш) мм, с 200 складками, размер фильтра из ПТФЭ 480 (Д) × 480 (В) × 70 (Ш) мм, без перегородчатого типа, со 100 складками.
2 основных принципа
Основной принцип работы испытательного стенда заключается в том, что вентилятор нагнетает воздух. Поскольку HEPA/UEPA также оснащен воздушным фильтром HEPA, можно считать, что воздух стал чистым воздухом перед тем, как попасть в тестируемый HEPA/UEPA. Устройство выбрасывает частицы PAO в трубопровод для формирования желаемой концентрации пылесодержащего газа и использует лазерный счетчик частиц для определения концентрации частиц. Затем пылесодержащий газ проходит через тестируемый HEPA/UEPA, и концентрация пылевых частиц в воздухе, отфильтрованном HEPA/UEPA, также измеряется с помощью лазерного счетчика частиц, и сравнивается концентрация пыли в воздухе до и после фильтра, тем самым определяя производительность фильтра HEPA/UEPA. Кроме того, отверстия для отбора проб соответственно расположены до и после фильтра, и сопротивление каждой скорости ветра проверяется с помощью наклонного микроманометра.
3 Сравнение характеристик сопротивления фильтра
Характеристика сопротивления HEPA является одной из важных характеристик HEPA. При условии удовлетворения спроса людей на эффективность характеристики сопротивления связаны со стоимостью использования, сопротивление мало, потребление энергии мало, а стоимость экономится. Поэтому характеристика сопротивления фильтра стала проблемой. Один из важных показателей.
По данным экспериментальных измерений получена зависимость между средней скоростью ветра двух различных по конструкции фильтров из стекловолокна и ПТФЭ-фильтра и разностью давлений на фильтрах.Соотношение показано на рисунке 2:
Из экспериментальных данных видно, что с ростом скорости ветра сопротивление фильтра линейно увеличивается от минимума к максимуму, а две прямые линии двух фильтров из стекловолокна практически совпадают. Легко видеть, что при скорости фильтрующего ветра 1 м/с сопротивление фильтра из стекловолокна примерно в четыре раза больше, чем у фильтра из ПТФЭ.
Зная площадь фильтра, можно вывести зависимость между скоростью набегающего потока и разностью давлений на фильтре:
Из экспериментальных данных видно, что с ростом скорости ветра сопротивление фильтра линейно увеличивается от минимума к максимуму, а две прямые линии двух фильтров из стекловолокна практически совпадают. Легко видеть, что при скорости фильтрующего ветра 1 м/с сопротивление фильтра из стекловолокна примерно в четыре раза больше, чем у фильтра из ПТФЭ.
Зная площадь фильтра, можно вывести зависимость между скоростью набегающего потока и разностью давлений на фильтре:
Из-за разницы между поверхностной скоростью двух видов фильтровальных фильтров и разницей давления фильтрации двух фильтровальных бумаг сопротивление фильтра со спецификацией 610×610×90 мм при той же поверхностной скорости выше, чем со спецификацией 610×. Сопротивление фильтра 610 x 150 мм.
Однако очевидно, что при той же скорости поверхности сопротивление стекловолоконного фильтра выше, чем сопротивление ПТФЭ. Это показывает, что ПТФЭ превосходит стекловолоконный фильтр с точки зрения показателей сопротивления. Для того чтобы глубже понять характеристики стекловолоконного фильтра и сопротивления ПТФЭ, были проведены дополнительные эксперименты. Непосредственно изучите сопротивление двух фильтровальных бумаг при изменении скорости потока воздуха в фильтре, экспериментальные результаты показаны ниже:
Это еще раз подтверждает предыдущий вывод о том, что сопротивление фильтровальной бумаги из стекловолокна выше, чем у ПТФЭ при той же скорости ветра [6].
Сравнение производительности 4 фильтров
В соответствии с условиями эксперимента можно измерить эффективность фильтрации фильтра для частиц размером 0,3 мкм, 0,5 мкм и 1,0 мкм при различных скоростях ветра и получить следующую диаграмму:
Очевидно, что эффективность фильтрации двух стекловолоконных фильтров для частиц размером 1,0 мкм при разных скоростях ветра составляет 100%, а эффективность фильтрации частиц размером 0,3 мкм и 0,5 мкм снижается с увеличением скорости ветра. Видно, что эффективность фильтрации фильтра для крупных частиц выше, чем для мелких частиц, а производительность фильтрации фильтра размером 610×610×150 мм превосходит производительность фильтра со спецификацией 610×610×90 мм.
Используя тот же метод, получен график, показывающий зависимость эффективности фильтрации фильтра ПТФЭ размером 480×480×70 мм от скорости ветра:
Сравнивая рис. 5 и рис. 6, эффект фильтрации стеклянного фильтра с частицами 0,3 мкм, 0,5 мкм лучше, особенно для эффекта контраста пыли 0,3 мкм. Эффект фильтрации трех частиц на частицах 1 мкм составил 100%.
Для того чтобы более наглядно сравнить эффективность фильтрации фильтра из стекловолокна и фильтрующего материала из ПТФЭ, испытания эффективности фильтра проводились непосредственно на двух фильтровальных бумагах, в результате чего была получена следующая диаграмма:
Приведенная выше диаграмма получена путем измерения эффективности фильтрации фильтровальной бумаги из ПТФЭ и стекловолокна для частиц размером 0,3 мкм при различных скоростях ветра [7-8]. Очевидно, что эффективность фильтрации фильтровальной бумаги из ПТФЭ ниже, чем у фильтровальной бумаги из стекловолокна.
Учитывая свойства сопротивления и фильтрационные свойства фильтрующего материала, легко заметить, что фильтрующий материал ПТФЭ больше подходит для изготовления фильтров грубой или суб-HEPA очистки, а фильтрующий материал из стекловолокна больше подходит для изготовления фильтров HEPA или ультра-HEPA.
5 Заключение
Перспективы различных применений фильтров исследуются путем сравнения свойств сопротивления и фильтрационных свойств фильтров из ПТФЭ с фильтрами из стекловолокна. Из эксперимента мы можем сделать вывод, что скорость ветра является очень важным фактором, влияющим на фильтрующий эффект воздушного фильтра HEPA. Чем выше скорость ветра, тем ниже эффективность фильтрации, тем более очевиден эффект на фильтре из ПТФЭ и в целом Фильтр из ПТФЭ имеет более низкий фильтрующий эффект, чем фильтр из стекловолокна, но его сопротивление ниже, чем у фильтра из стекловолокна. Поэтому материал фильтра из ПТФЭ больше подходит для изготовления грубого или субвысокоэффективного фильтра, а материал фильтра из стекловолокна больше подходит для производства. Эффективного или сверхэффективного фильтра. Фильтр из стекловолокна HEPA со спецификацией 610×610×150 мм ниже, чем фильтр из стекловолокна HEPA 610×610×90 мм, а производительность фильтрации лучше, чем у фильтра из стекловолокна HEPA 610×610×90 мм. В настоящее время цена на чистый фильтрующий материал ПТФЭ выше, чем на стекловолокно. Однако по сравнению со стекловолокном ПТФЭ имеет лучшую термостойкость, коррозионную стойкость и гидролиз, чем стекловолокно. Поэтому при производстве фильтра следует учитывать различные факторы. Сочетание технических и экономических показателей.
Ссылки:
[1]Лю Лайхун, Ван Шихун. Разработка и применение воздушных фильтров [J]•Фильтрация и разделение, 2000, 10(4): 8-10.
[2] Воздушный фильтр CN Davis [M], перевод Хуан Ригуана. Пекин: Atomic Energy Press, 1979.
[3] GB/T6165-1985 Метод испытания производительности высокоэффективного воздушного фильтра на пропускание и сопротивление [M]. Национальное бюро стандартов, 1985.
[4]Син Суннянь. Метод обнаружения и практическое применение высокоэффективного воздушного фильтра[J]•Биопротекторное оборудование для профилактики эпидемий, 2005, 26(1): 29-31.
[5]Хохрайнер. Дальнейшие разработки счетчика частиц
фильтр PCS-2000 стекловолокно [J]•Filter Journal of Aerosol Science, 2000, 31(1): 771-772.
[6]Э. Вайнгартнер, П. Халлер, Х. Бурчер и др. Давление
DropAcrossFiberFilters[J]•Aerosol Science, 1996, 27(1): 639-640.
[7]Майкл Дж. М. и Клайд Орр. Фильтрация — принципы и практика[M].
Нью-Йорк: MarcelDekkerInc, 1987 г. •
[8] Чжан Гоцюань. Механика аэрозолей – теоретическая основа удаления и очистки пыли [M] • Пекин: China Environmental Science Press, 1987.
Время публикации: 06.01.2019