A modern ipar fejlődése egyre nagyobb igényeket támaszt a kísérletezés, a kutatás és a termelés környezetével szemben. Ennek a követelménynek az elérésének fő módja a levegőszűrők széles körű használata a tiszta légkondicionáló rendszerekben. Ezek közül a HEPA és ULPA szűrők jelentik az utolsó védelmet a tisztatérbe jutó porrészecskék ellen. Teljesítményük közvetlenül összefügg a tisztatér szintjével, ami viszont befolyásolja a folyamat és a termék minőségét. Ezért érdemes kísérleti kutatást végezni a szűrőn. A két szűrő ellenállási teljesítményét és szűrési teljesítményét különböző szélsebességek mellett hasonlították össze az üvegszálas szűrő és a PTFE szűrő szűrési hatékonyságának mérésével 0,3 μm, 0,5 μm és 1,0 μm PAO részecskék esetén. Az eredmények azt mutatják, hogy a szélsebesség nagyon fontos tényező, amely befolyásolja a HEPA levegőszűrők szűrési hatékonyságát. Minél nagyobb a szélsebesség, annál alacsonyabb a szűrési hatékonyság, és a hatás a PTFE szűrők esetében nyilvánvalóbb.
Kulcsszavak:HEPA légszűrő; Ellenállási teljesítmény; szűrési teljesítmény; PTFE szűrőpapír; üvegszálas szűrőpapír; üvegszálas szűrő.
CLC-szám: X964 Dokumentumazonosító kód: A
A tudomány és a technológia folyamatos fejlődésével a modern ipari termékek gyártása és modernizációja egyre nagyobb igényt támaszt a beltéri levegő tisztaságára. Különösen a mikroelektronikai, az orvosi, a vegyi, a biológiai, az élelmiszer-feldolgozó és más iparágak igénylik a miniatürizálást. A precízió, a nagy tisztaság, a kiváló minőség és a nagy megbízhatóság a beltéri környezetben egyre magasabb követelményeket támaszt a HEPA légszűrők teljesítményével szemben, így a HEPA szűrők fogyasztói igényeknek való megfelelésének módja a gyártók sürgető igényévé vált. Az egyik probléma megoldódott [1-2]. Köztudott, hogy a szűrő ellenállási teljesítménye és szűrési hatékonysága két fontos mutató a szűrő értékeléséhez. Ez a cikk kísérletekkel [3], valamint ugyanazon szűrőanyag különböző szerkezeteivel elemzi a HEPA légszűrők szűrési teljesítményét és ellenállási teljesítményét. A szűrő szűrési teljesítménye és ellenállási tulajdonságai elméleti alapot nyújtanak a szűrőgyártók számára.
1 Vizsgálati módszer elemzése
Számos módszer létezik a HEPA légszűrők érzékelésére, és a különböző országok eltérő szabványokkal rendelkeznek. 1956-ban az Egyesült Államok Katonai Bizottsága kidolgozta az USMIL-STD282 szabványt, amely egy HEPA légszűrő vizsgálati szabvány, valamint a DOP módszert a hatékonyság tesztelésére. 1965-ben létrehozták a brit BS3928 szabványt, és a nátriumláng módszert alkalmazták a hatékonyság érzékelésére. 1973-ban az Európai Szellőzési Szövetség kidolgozta az Eurovent 4/4 szabványt, amely a nátriumláng-érzékelési módszert követte. Később az Amerikai Környezetvizsgálati és Szűrőhatékonysági Tudományos Társaság összeállított egy sor hasonló szabványt az ajánlott vizsgálati módszerekhez, mindegyik a DOP vastagságmérő számlálási módszerét alkalmazta. 1999-ben Európában létrehozták a BSEN1822 szabványt, amely a legátlátszóbb részecskeméretet (MPPS) használja a szűrési hatékonyság érzékelésére [4]. Kína érzékelési szabványa a nátriumláng módszert alkalmazza. Az ebben a kísérletben használt HEPA légszűrő teljesítményérzékelő rendszert az US 52.2 szabvány alapján fejlesztették ki. Az érzékelési módszer vastagságmérő számlálási módszert alkalmaz, az aeroszol pedig PAO részecskéket használ.
1. 1 fő hangszer
Ez a kísérlet két részecskeszámlálót használ, amelyek egyszerűek, kényelmesek, gyorsak és intuitívak más részecskekoncentráció-vizsgáló berendezésekhez képest [5]. A részecskeszámláló fenti előnyeinek köszönhetően fokozatosan felváltja a többi módszert, és a részecskekoncentráció fő vizsgálati módszerévé válik. Képesek mind a részecskék számát, mind a részecskeméret-eloszlást (azaz a számláló darabszámot) megszámolni, ami a kísérlet központi berendezése. A mintavételi áramlási sebesség 28,6 l/perc, a szénmentes vákuumszivattyú pedig alacsony zajszinttel és stabil teljesítménnyel rendelkezik. Ha az opció telepítve van, a hőmérséklet és a páratartalom, valamint a szélsebesség mérhető, és a szűrő tesztelhető.
A detektáló rendszer aeroszolokat használ, amelyekben PAO részecskéket szűrünk ki porként. Az Egyesült Államokban gyártott TDA-5B modell aeroszolgenerátorait (aeroszol generáció) használjuk. Az előfordulási tartomány 500–65000 cfm (1 cfm = 28,6 LPM), a koncentráció pedig 100 μg/l, 6500 cfm; 10 μg/l, 65000 cfm.
1. 2 tiszta szoba
A kísérlet pontosságának javítása érdekében a 10 000-es szintű laboratóriumot az Egyesült Államok Szövetségi Szabványa 209C szerint tervezték és rendezték be. A padlóburkolatot terrazzo előnyei, kopásállóság, jó tömítés, rugalmasság és bonyolult konstrukció jellemzi. Az anyag epoxi lakk, a fal pedig összeszerelt tisztaszobai burkolatból készült. A helyiség 220 V-os, 2 × 40 W-os tisztító 6 lámpával van felszerelve, és a világítási és terepi berendezések követelményeinek megfelelően van elrendezve. A tisztaszoba 4 felső levegőkimenettel és 4 levegővisszavezető nyílással rendelkezik. A levegőztető zuhanyzó egyetlen hagyományos érintésvezérléssel van kialakítva. A levegőztetés ideje 0-100 másodperc, és bármely állítható keringtető levegőmennyiség-fúvóka szélsebessége nagyobb vagy egyenlő 20 ms-mal. Mivel a tisztaszoba területe <50 m2, és a személyzet <5 fő, a tisztaszobából biztonságos kijáratot biztosítanak. A kiválasztott HEPA szűrő GB01×4, a légmennyiség 1000 m3/h, a szűrési hatékonyság pedig legalább 0,5 μm és 99,995%.
1. 3 kísérleti minta
Az üvegszálas szűrő modelljei: 610 (H) × 610 (M) × 150 (Sz) mm, terelőlemezes típus, 75 ránc, méret 610 (H) × 610 (M) × 90 (Sz) mm, 200 ránccal, PTFE szűrő mérete 480 (H) × 480 (M) × 70 (Sz) mm, terelőlemez nélküli típus, 100 ránccal.
2 Alapelvek
A tesztpad alapelve, hogy a ventilátort a levegőbe fújják. Mivel a HEPA/UEPA szűrő HEPA légszűrővel is fel van szerelve, a levegő már a vizsgált HEPA/UEPA szűrőhöz való eljutás előtt tisztának tekinthető. A készülék PAO részecskéket juttat a csővezetékbe, hogy a kívánt koncentrációjú portartalmú gázt képezzen, és lézeres részecskeszámlálóval határozza meg a részecskekoncentrációt. A portartalmú gáz ezután átáramlik a vizsgált HEPA/UEPA szűrőn, és a HEPA/UEPA által szűrt levegő porrészecske-koncentrációját szintén lézeres részecskeszámlálóval mérik, és összehasonlítják a szűrő előtti és utáni levegő porkoncentrációját, ezáltal meghatározva a HEPA/UEPA szűrő teljesítményét. Ezenkívül a szűrő előtt és után mintavételi nyílások vannak elhelyezve, és az egyes szélsebességek ellenállását egy dönthető mikronyomásmérővel mérik.
3 szűrő ellenállás-teljesítmény összehasonlítás
A HEPA szűrő ellenállási jellemzője a HEPA szűrő egyik fontos jellemzője. Az emberek igényeinek hatékony kielégítése érdekében az ellenállási jellemzők a használat költségével függenek össze, kis ellenállással, kis energiafogyasztással és költségmegtakarítással. Ezért a szűrő ellenállási teljesítménye aggodalomra ad okot. Az egyik fontos mutató.
A kísérleti mérési adatok alapján megkapjuk az üvegszálas és a PTFE szűrő két különböző szerkezeti szűrőjének átlagos szélsebessége és a szűrőnyomáskülönbség közötti összefüggést.A kapcsolatot a 2. ábra mutatja:
A kísérleti adatokból látható, hogy a szélsebesség növekedésével a szűrő ellenállása lineárisan növekszik alacsonytól magasig, és a két üvegszálas szűrő két egyenese lényegében egybeesik. Könnyen belátható, hogy 1 m/s szűrőszél-sebességnél az üvegszálas szűrő ellenállása körülbelül négyszerese a PTFE szűrőének.
A szűrőfelület ismeretében a felületi sebesség és a szűrőnyomás-különbség közötti összefüggés levezethető:
A kísérleti adatokból látható, hogy a szélsebesség növekedésével a szűrő ellenállása lineárisan növekszik alacsonytól magasig, és a két üvegszálas szűrő két egyenese lényegében egybeesik. Könnyen belátható, hogy amikor a szűrő szélsebessége 1 m/s, az üvegszálas szűrő ellenállása körülbelül négyszerese a PTFE szűrőének.
A szűrőfelület ismeretében a felületi sebesség és a szűrőnyomás-különbség közötti összefüggés levezethető:
A kétféle szűrőszűrő felületi sebessége közötti különbség és a két szűrőpapír szűrőnyomás-különbsége miatt a 610 × 610 × 90 mm-es specifikációjú szűrő ellenállása azonos felületi sebesség mellett nagyobb, mint a 610 × specifikációjú szűrőé. A 610 x 150 mm-es szűrő ellenállása.
Azonban egyértelmű, hogy azonos felületi sebesség mellett az üvegszálas szűrő ellenállása nagyobb, mint a PTFE-é. Ez azt mutatja, hogy a PTFE az ellenállási teljesítmény tekintetében jobb, mint az üvegszálas szűrőé. Az üvegszálas szűrő és a PTFE ellenállásának jellemzőinek jobb megértése érdekében további kísérleteket végeztek. A két szűrőpapír ellenállásának közvetlen vizsgálata a szűrő szélsebességének változásával a kísérleti eredményeket az alábbiakban mutatjuk be:
Ez tovább erősíti a korábbi következtetést, miszerint az üvegszálas szűrőpapír ellenállása nagyobb, mint a PTFE-é azonos szélsebesség mellett [6].
4 szűrős szűrő teljesítményének összehasonlítása
A kísérleti körülmények között a szűrő szűrési hatékonysága 0,3 μm, 0,5 μm és 1,0 μm részecskeméretű részecskék esetén különböző szélsebességek mellett mérhető, és a következő diagramot kapjuk:
Nyilvánvaló, hogy a két üvegszálas szűrő szűrési hatékonysága 1,0 μm-es részecskék esetén különböző szélsebességek mellett 100%, míg a 0,3 μm-es és 0,5 μm-es részecskék szűrési hatékonysága a szélsebesség növekedésével csökken. Látható, hogy a szűrő szűrési hatékonysága a nagyobb részecskék esetében magasabb, mint a kis részecskék esetében, és a 610 × 610 × 150 mm-es szűrő szűrési teljesítménye jobb, mint a 610 × 610 × 90 mm-es specifikációjú szűrőé.
Ugyanezzel a módszerrel egy grafikont kapunk, amely a 480×480×70 mm-es PTFE szűrő szűrési hatékonysága és a szélsebesség közötti összefüggést mutatja:
Az 5. és 6. ábra összehasonlításában a 0,3 μm-es és 0,5 μm-es részecskeüveg szűrőhatása jobb, különösen a 0,3 μm-es por kontraszthatás esetében. A három részecske szűrőhatása az 1 μm-es részecskékre 100% volt.
Az üvegszálas szűrő és a PTFE szűrőanyag szűrési teljesítményének intuitívabb összehasonlítása érdekében a szűrőteljesítmény-teszteket közvetlenül a két szűrőpapíron végezték el, és a következő diagramot kapták:
A fenti diagramot a PTFE és az üvegszálas szűrőpapír 0,3 μm-es részecskékre gyakorolt szűrőhatásának mérésével kaptuk különböző szélsebességek mellett [7-8]. Nyilvánvaló, hogy a PTFE szűrőpapír szűrési hatékonysága alacsonyabb, mint az üvegszálas szűrőpapíré.
A szűrőanyag ellenállási tulajdonságait és szűrési tulajdonságait figyelembe véve könnyen belátható, hogy a PTFE szűrőanyag alkalmasabb durva vagy szub-HEPA szűrők készítésére, míg az üvegszálas szűrőanyag HEPA vagy ultra-HEPA szűrők készítésére alkalmasabb.
5 Következtetés
A különböző szűrőalkalmazások lehetőségeit a PTFE szűrők és az üvegszálas szűrők ellenállási tulajdonságainak és szűrési tulajdonságainak összehasonlításával vizsgáljuk. A kísérletből arra a következtetésre juthatunk, hogy a szélsebesség nagyon fontos tényező, amely befolyásolja a HEPA légszűrő szűrési hatását. Minél nagyobb a szélsebesség, annál alacsonyabb a szűrési hatékonyság, annál nyilvánvalóbb a hatás a PTFE szűrőre, és összességében a PTFE szűrő alacsonyabb szűrési hatékonysággal rendelkezik, mint az üvegszálas szűrő, de ellenállása is alacsonyabb, mint az üvegszálas szűrőé. Ezért a PTFE szűrőanyag alkalmasabb durva vagy szubnagy hatékonyságú szűrők készítésére, az üvegszálas szűrőanyag pedig alkalmasabb a hatékony vagy ultrahatékony szűrők gyártására. A 610×610×150 mm-es specifikációjú üvegszálas HEPA szűrő alacsonyabb, mint a 610×610×90 mm-es üvegszálas HEPA szűrő, és a szűrési teljesítménye jobb, mint a 610×610×90 mm-es üvegszálas HEPA szűrőé. Jelenleg a tiszta PTFE szűrőanyag ára magasabb, mint az üvegszálé. Az üvegszállal összehasonlítva azonban a PTFE jobb hőmérséklet-, korrózió- és hidrolízisállósággal rendelkezik, mint az üvegszál. Ezért a szűrő gyártásakor számos tényezőt kell figyelembe venni. Kombinálja a műszaki teljesítményt a gazdasági teljesítménysel.
Referenciák:
[1] Liu Laihong, Wang Shihong. Légszűrők fejlesztése és alkalmazása [J]•Filtering and Separation, 2000, 10(4): 8-10.
[2] CN Davis Légszűrő [M], Huang Riguang fordításában. Peking: Atomic Energy Press, 1979.
[3] GB/T6165-1985 nagy hatékonyságú légszűrő teljesítményvizsgálati módszer, áteresztőképesség és ellenállás [M]. Nemzeti Szabványügyi Hivatal, 1985.
[4] Xing Songnian. Nagy hatékonyságú légszűrő kimutatási módszere és gyakorlati alkalmazása [J]•Bioprotektív járványmegelőzési berendezések, 2005, 26(1): 29-31.
[5] Hochrainer. A részecskeszámláló továbbfejlesztései
aizerPCS-2000 üvegszál [J]•Filter Journal of AerosolScience, 2000,31(1): 771-772.
[6]E. Weingartner, P. Haller, H. Burtscher stb. Nyomás
DropAcrossFiberFilters [J] • Aerosol Science, 1996, 27(1): 639-640.
[7] Michael JM és Clyde Orr. Szűrés – alapelvek és gyakorlatok[M].
New York: MarcelDekkerInc, 1987•
[8] Zhang Guoquan. Aeroszolmechanika – a por eltávolításának és tisztításának elméleti alapjai [M] • Peking: China Environmental Science Press, 1987.
Közzététel ideje: 2019. január 6.