Šiuolaikinės pramonės plėtra kėlė vis didesnius reikalavimus eksperimentų, tyrimų ir gamybos aplinkai. Pagrindinis būdas pasiekti šį reikalavimą – plačiai naudoti oro filtrus švariose oro kondicionavimo sistemose. Tarp jų HEPA ir ULPA filtrai yra paskutinė apsauga nuo dulkių dalelių, patenkančių į švarią patalpą. Jų veikimas yra tiesiogiai susijęs su švarios patalpos lygiu, o tai savo ruožtu turi įtakos proceso ir produkto kokybei. Todėl prasminga atlikti eksperimentinius filtrų tyrimus. Dviejų filtrų varžos charakteristikos ir filtravimo charakteristikos buvo palygintos esant skirtingam vėjo greičiui, matuojant stiklo pluošto filtro ir PTFE filtro filtravimo efektyvumą 0,3 μm, 0,5 μm, 1,0 μm PAO dalelėms. Rezultatai rodo, kad vėjo greitis yra labai svarbus veiksnys, turintis įtakos HEPA oro filtrų filtravimo efektyvumui. Kuo didesnis vėjo greitis, tuo mažesnis filtravimo efektyvumas, o poveikis yra akivaizdesnis PTFE filtrams.
Raktiniai žodžiai:HEPA oro filtras; Atsparumo charakteristikos; filtravimo charakteristikos; PTFE filtro popierius; stiklo pluošto filtro popierius; stiklo pluošto filtras.
CLC numeris: X964 Dokumento identifikavimo kodas: A
Nuolat tobulėjant mokslui ir technologijoms, šiuolaikinių pramonės gaminių gamyba ir modernizavimas tampa vis reiklesni patalpų oro švarai. Visų pirma, mikroelektronikos, medicinos, chemijos, biologijos, maisto perdirbimo ir kitose pramonės šakose reikalingas miniatiūrizavimas. Tikslumas, didelis grynumas, aukšta kokybė ir didelis patikimumas patalpų aplinkoje kelia vis didesnius reikalavimus HEPA oro filtrų veikimui, todėl HEPA filtrų gamyba, atitinkanti vartotojų poreikius, tapo neatidėliotinu gamintojų poreikiu. Viena iš problemų išspręsta [1-2]. Gerai žinoma, kad filtro varžos charakteristikos ir filtravimo efektyvumas yra du svarbūs filtro vertinimo rodikliai. Šiame straipsnyje bandoma eksperimentiškai [3] išanalizuoti skirtingų filtro medžiagų HEPA oro filtro filtravimo charakteristikas ir varžos charakteristikas bei skirtingas tos pačios filtro medžiagos struktūras. Filtro filtravimo charakteristikos ir varžos savybės suteikia teorinį pagrindą filtrų gamintojui.
1 Bandymo metodo analizė
Yra daug HEPA oro filtrų aptikimo metodų, o skirtingos šalys taiko skirtingus standartus. 1956 m. JAV karinė komisija sukūrė USMIL-STD282, HEPA oro filtrų bandymo standartą, ir DOP metodą efektyvumo bandymui. 1965 m. buvo nustatytas Britanijos standartas BS3928, kuriame efektyvumui nustatyti buvo naudojamas natrio liepsnos metodas. 1973 m. Europos vėdinimo asociacija sukūrė Eurovent 4/4 standartą, kuris buvo paremtas natrio liepsnos aptikimo metodu. Vėliau Amerikos aplinkos tyrimų ir filtrų efektyvumo mokslo draugija parengė panašių rekomenduojamų bandymo metodų standartų seriją, kuriuose visuose buvo naudojamas DOP slankiklio skaičiavimo metodas. 1999 m. Europa nustatė BSEN1822 standartą, kuriame filtravimo efektyvumui nustatyti naudojamas skaidriausio dalelių dydžio (MPPS) metodas [4]. Kinijos aptikimo standartas naudoja natrio liepsnos metodą. Šiame eksperimente naudojama HEPA oro filtrų veikimo aptikimo sistema sukurta remiantis JAV 52.2 standartu. Aptikimo metodas naudoja slankiklio skaičiavimo metodą, o aerozolis – PAO daleles.
1. 1 pagrindinis instrumentas
Šiame eksperimente naudojami du dalelių skaitikliai, kurie, palyginti su kita dalelių koncentracijos bandymo įranga [5], yra paprasti, patogūs, greiti ir intuityvūs. Dėl minėtų dalelių skaitiklio privalumų jis palaipsniui pakeičia kitus metodus ir tampa pagrindiniu dalelių koncentracijos bandymo metodu. Jie gali suskaičiuoti tiek dalelių skaičių, tiek dalelių dydžio pasiskirstymą (t. y. skaičiuoti dalelių skaičių), o tai yra pagrindinė šio eksperimento įranga. Mėginio ėmimo srautas yra 28,6 l/min., o jo bekarbonis vakuuminis siurblys pasižymi mažu triukšmo lygiu ir stabiliu veikimu. Jei įdiegiama ši parinktis, galima išmatuoti temperatūrą ir drėgmę, taip pat vėjo greitį ir išbandyti filtrą.
Aptikimo sistema naudoja aerozolius, kuriuose kaip filtruojamos dulkės yra PAO dalelės. Naudojame Jungtinėse Amerikos Valstijose pagamintus TDA-5B modelio aerozolių generatorius (aerozolių generatorius). Pasireiškimo diapazonas yra 500–65000 cfm (1 cfm = 28,6 LPM), o koncentracija – 100 μg/l, 6500 cfm; 10 μg/l, 65000 cfm.
1. 2 švarūs kambariai
Siekiant pagerinti eksperimento tikslumą, 10 000 lygio laboratorija buvo suprojektuota ir įrengta pagal JAV federalinį standartą 209C. Naudojamos grindų dangos, pasižyminčios teraco privalumais, atsparumu dilimui, geru sandarumu, lankstumu ir sudėtinga konstrukcija. Medžiaga – epoksidinis lakas, o siena – surinktomis švarios patalpos dailylentėmis. Patalpoje įrengtos 220 V, 2 × 40 W valymo lempos, išdėstytos pagal apšvietimo ir lauko įrangos reikalavimus. Švarioje patalpoje yra 4 viršutinės oro išleidimo angos ir 4 oro grąžinimo angos. Oro dušo patalpa suprojektuota valdyti vienu įprastu jutikliniu valdymu. Oro dušo laikas yra 0–100 s, o bet kurio reguliuojamo cirkuliuojančio oro tūrio purkštuko vėjo greitis yra didesnis arba lygus 20 ms. Kadangi švarios patalpos plotas yra <50 m2, o personalas – <5 žmonės, į švarią patalpą numatytas saugus išėjimas. Pasirinktas HEPA filtras yra GB01×4, oro tūris yra 1000 m3/h, o filtravimo efektyvumas yra didesnis arba lygus 0,5 μm ir 99,995 %.
1. 3 eksperimentiniai mėginiai
Stiklo pluošto filtro modeliai yra šie: 610 (I) × 610 (A) × 150 (P) mm, pertvarinio tipo, 75 raukšlės, dydis 610 (I) × 610 (A) × 90 (P) mm, su 200 klosčių, PTFE filtro dydis 480 (I) × 480 (A) × 70 (P) mm, be pertvarinio tipo, su 100 raukšlių.
2 Pagrindiniai principai
Pagrindinis bandymų stendo principas yra tas, kad ventiliatorius pučiamas į orą. Kadangi HEPA/UEPA filtras taip pat turi HEPA oro filtrą, galima laikyti, kad oras tapo švarus dar prieš pasiekdamas bandomąjį HEPA/UEPA filtrą. Įrenginys išmeta PAO daleles į vamzdyną, kad susidarytų norima dulkių turinčių dujų koncentracija, ir naudoja lazerinį dalelių skaitiklį dalelių koncentracijai nustatyti. Dulkių turinčios dujos tada teka per bandomąjį HEPA/UEPA filtrą, o dulkių dalelių koncentracija HEPA/UEPA filtro išfiltruotame ore taip pat matuojama lazeriniu dalelių skaitikliu, o dulkių koncentracija ore prieš ir po filtro palyginama, taip nustatant HEPA/UEPA filtro veikimą. Be to, mėginių ėmimo angos atitinkamai išdėstytos prieš ir po filtro, o kiekvieno vėjo greičio atsparumas tikrinamas naudojant pakreiptą mikromanometrą.
3 filtrų varžos našumo palyginimas
HEPA filtro varžos charakteristika yra viena iš svarbiausių HEPA filtro savybių. Siekiant patenkinti žmonių poreikius efektyviai, varžos charakteristikos yra susijusios su naudojimo sąnaudomis, mažas varža, mažas energijos suvartojimas ir sutaupytos išlaidos. Todėl filtro varžos charakteristikos tapo svarbiu rodikliu. Tai vienas iš svarbių rodiklių.
Remiantis eksperimentiniais matavimo duomenimis, gaunamas ryšys tarp dviejų skirtingų struktūrinių stiklo pluošto ir PTFE filtro filtrų vidutinio vėjo greičio ir filtro slėgio skirtumo.Ryšys parodytas 2 paveiksle:
Iš eksperimentinių duomenų matyti, kad didėjant vėjo greičiui, filtro varža tiesiškai didėja nuo mažo iki didelio, o dviejų stiklo pluošto filtrų tiesės iš esmės sutampa. Lengva pastebėti, kad kai filtravimo vėjo greitis yra 1 m/s, stiklo pluošto filtro varža yra maždaug keturis kartus didesnė nei PTFE filtro.
Žinant filtro plotą, galima išvesti sąryšį tarp paviršiaus greičio ir filtro slėgio skirtumo:
Iš eksperimentinių duomenų matyti, kad didėjant vėjo greičiui, filtro varža tiesiškai didėja nuo mažo iki didelio, o dviejų stiklo pluošto filtrų tiesės iš esmės sutampa. Nesunku pastebėti, kad kai filtravimo vėjo greitis yra 1 m/s, stiklo pluošto filtro varža yra maždaug keturis kartus didesnė nei PTFE filtro.
Žinant filtro plotą, galima išvesti sąryšį tarp paviršiaus greičio ir filtro slėgio skirtumo:
Dėl dviejų tipų filtrų paviršiaus greičio skirtumo ir dviejų filtro popierių filtro slėgio skirtumo, 610 × 610 × 90 mm specifikacijos filtro varža esant tam pačiam paviršiaus greičiui yra didesnė nei 610 × specifikacijos filtro varža. 610 x 150 mm filtro varža.
Tačiau akivaizdu, kad esant tokiam pačiam paviršiaus greičiui, stiklo pluošto filtro varža yra didesnė nei PTFE. Tai rodo, kad PTFE yra pranašesnis už stiklo pluošto filtrą pagal varžos charakteristikas. Siekiant geriau suprasti stiklo pluošto filtro savybes ir PTFE varžą, buvo atlikti tolesni eksperimentai. Tiesiogiai tiriant dviejų filtro popierių varžą, keičiantis filtro vėjo greičiui, eksperimentiniai rezultatai pateikti žemiau:
Tai dar kartą patvirtina ankstesnę išvadą, kad esant tokiam pačiam vėjo greičiui, stiklo pluošto filtro popieriaus varža yra didesnė nei PTFE [6].
4 filtrų filtrų našumo palyginimas
Pagal eksperimentines sąlygas galima išmatuoti filtro filtravimo efektyvumą dalelėms, kurių dalelių dydis yra 0,3 μm, 0,5 μm ir 1,0 μm, esant skirtingam vėjo greičiui, ir gaunama tokia diagrama:
Akivaizdu, kad dviejų stiklo pluošto filtrų filtravimo efektyvumas 1,0 μm dalelėms esant skirtingam vėjo greičiui yra 100 %, o 0,3 μm ir 0,5 μm dalelių filtravimo efektyvumas mažėja didėjant vėjo greičiui. Matyti, kad filtro filtravimo efektyvumas didelėms dalelėms yra didesnis nei mažoms dalelėms, o 610 × 610 × 150 mm filtro filtravimo našumas yra geresnis nei 610 × 610 × 90 mm specifikacijos filtro.
Naudojant tą patį metodą, gaunamas grafikas, rodantis 480 × 480 × 70 mm PTFE filtro filtravimo efektyvumo ir vėjo greičio sąryšį:
Lyginant 5 ir 6 pav., 0,3 μm ir 0,5 μm dalelių stiklo filtro filtravimo efektyvumas yra geresnis, ypač vertinant 0,3 μm dulkių kontrasto efektą. Trijų dalelių filtravimo efektyvumas 1 μm dalelėms buvo 100 %.
Siekiant intuityviau palyginti stiklo pluošto filtro ir PTFE filtro medžiagos filtravimo efektyvumą, filtro efektyvumo bandymai buvo atlikti tiesiogiai su dviem filtro popieriais ir gauta tokia diagrama:
Aukščiau pateikta diagrama gauta matuojant PTFE ir stiklo pluošto filtro popieriaus filtravimo efektą 0,3 μm dalelėms esant skirtingam vėjo greičiui [7–8]. Akivaizdu, kad PTFE filtro popieriaus filtravimo efektyvumas yra mažesnis nei stiklo pluošto filtro popieriaus.
Atsižvelgiant į filtro medžiagos varžos ir filtravimo savybes, lengva pastebėti, kad PTFE filtro medžiaga labiau tinka šiurkščiavilnių arba sub-HEPA filtrų gamybai, o stiklo pluošto filtro medžiaga – HEPA arba ultra-HEPA filtrų gamybai.
5 Išvada
Lyginant PTFE ir stiklo pluošto filtrų varžos ir filtravimo savybes, nagrinėjamos skirtingų filtrų pritaikymo perspektyvos. Remiantis eksperimentu galime daryti išvadą, kad vėjo greitis yra labai svarbus veiksnys, turintis įtakos HEPA oro filtro filtravimo efektyvumui. Kuo didesnis vėjo greitis, tuo mažesnis filtravimo efektyvumas, tuo akivaizdesnis poveikis PTFE filtrui ir apskritai. PTFE filtro filtravimo efektyvumas yra mažesnis nei stiklo pluošto filtro, tačiau jo varža yra mažesnė nei stiklo pluošto filtro. Todėl PTFE filtro medžiaga labiau tinka šiurkščiavilnių arba mažai efektyvių filtrų gamybai, o stiklo pluošto filtro medžiaga – efektyvių arba itin efektyvių filtrų gamybai. Stiklo pluošto HEPA filtras, kurio specifikacija yra 610 × 610 × 150 mm, yra mažesnis nei 610 × 610 × 90 mm stiklo pluošto HEPA filtro, o filtravimo efektyvumas yra geresnis nei 610 × 610 × 90 mm stiklo pluošto HEPA filtro. Šiuo metu gryno PTFE filtro medžiagos kaina yra didesnė nei stiklo pluošto. Tačiau, palyginti su stiklo pluoštu, PTFE pasižymi geresniu atsparumu temperatūrai, korozijai ir hidrolizei nei stiklo pluoštas, todėl gaminant filtrą reikėtų atsižvelgti į įvairius veiksnius, derinant technines ir ekonomines savybes.
Nuorodos:
[1] Liu Laihong, Wang Shihong. Oro filtrų kūrimas ir taikymas [J] • Filtravimas ir atskyrimas, 2000, 10(4): 8–10.
[2] CN Davis oro filtras [M], vertė Huang Riguang. Pekinas: Atominės energijos leidykla, 1979.
[3] GB/T6165-1985 didelio efektyvumo oro filtro veikimo bandymo metodas – pralaidumas ir varža [M]. Nacionalinis standartų biuras, 1985 m.
[4] Xing Songnian. Didelio efektyvumo oro filtro aptikimo metodas ir praktinis pritaikymas [J] • Bioapsauginė epidemijų prevencijos įranga, 2005, 26(1): 29–31.
[5] Hochrainer. Dalelių skaitiklio tolesnis tobulinimas.
„SizerPCS-2000“ stiklo pluošto filtras [J] • „Filter Journal of Aerosol Science“, 2000, 31 (1): 771–772.
[6]E. Weingartner, P. Haller, H. Burtscher ir kt. Spaudimas
„DropAcrossFiberFilters“ [J] • Aerozolių mokslas, 1996, 27 (1): 639–640.
[7] Michael JM ir Clyde Orr. Filtravimo principai ir praktika [M].
Niujorkas: MarcelDekkerInc, 1987•
[8] Zhang Guoquan. Aerozolių mechanika – dulkių šalinimo ir valymo teorinis pagrindas [M] • Pekinas: Kinijos aplinkos mokslų leidykla, 1987.
Įrašo laikas: 2019 m. sausio 6 d.