Експериментална студија за перформансите на HEPA филтерот за воздух

Развојот на модерната индустрија постави сè поголеми барања врз животната средина за експериментирање, истражување и производство. Главниот начин за постигнување на ова барање е широка употреба на филтри за воздух во чисти системи за климатизација. Меѓу нив, HEPA и ULPA филтрите се последната заштита од честички прашина што влегуваат во чистата просторија. Нивните перформанси се директно поврзани со нивото на чистата просторија, што пак влијае на квалитетот на процесот и производот. Затоа, значајно е да се спроведат експериментални истражувања на филтерот. Перформансите на отпор и перформансите на филтрација на двата филтри беа споредени при различни брзини на ветерот со мерење на ефикасноста на филтрација на филтерот од стаклени влакна и PTFE филтерот за PAO честички од 0,3 μm, 0,5 μm, 1,0 μm. Резултатите покажуваат дека брзината на ветерот е многу важен фактор што влијае на ефикасноста на филтрација на HEPA филтрите за воздух. Колку е поголема брзината на ветерот, толку е помала ефикасноста на филтрација, а ефектот е поочигледен кај PTFE филтрите.

Клучни зборови:HEPA филтер за воздух; перформанси на отпор; перформанси на филтрација; PTFE филтер-хартија; филтер-хартија од стаклени влакна; филтер од стаклени влакна.
CLC број: X964 Код за идентификација на документ: A
Со континуираниот развој на науката и технологијата, производството и модернизацијата на современите индустриски производи стануваат сè побавни за чистотата на воздухот во затворен простор. Особено, микроелектрониката, медицинската, хемиската, биолошката, прехранбената и други индустрии бараат минијатуризација. Прецизноста, високата чистота, високиот квалитет и високата сигурност во затворен простор, што поставува сè поголеми барања за перформансите на HEPA филтерот за воздух, па затоа како да се произведе HEPA филтер за да се задоволи побарувачката на потрошувачите стана итна потреба на производителите. Еден од проблемите што се решени [1-2]. Добро е познато дека перформансите на отпор и ефикасноста на филтрација на филтерот се два важни индикатори за оценување на филтерот. Овој труд се обидува да ги анализира перформансите на филтрација и перформансите на отпор на HEPA филтерот за воздух од различни материјали за филтрирање преку експерименти [3] и различните структури на истиот материјал за филтрирање. Перформансите на филтрација и својствата на отпор на филтерот обезбедуваат теоретска основа за производителот на филтерот.

1 Анализа на методот на тестирање
Постојат многу методи за откривање на HEPA филтри за воздух, а различни земји имаат различни стандарди. Во 1956 година, Воената комисија на САД го разви USMIL-STD282, HEPA стандард за тестирање на филтер за воздух, и DOP методот за тестирање на ефикасноста. Во 1965 година, беше воспоставен британскиот стандард BS3928, и беше користен методот со натриум пламен за откривање на ефикасноста. Во 1973 година, Европската асоцијација за вентилација го разви стандардот Eurovent 4/4, кој го следеше методот на откривање на натриум пламен. Подоцна, Американското друштво за тестирање на животната средина и наука за ефикасност на филтрите состави серија слични стандарди за препорачани методи на тестирање, сите користејќи го методот на броење со калипер DOP. Во 1999 година, Европа го воспостави стандардот BSEN1822, кој користи најтранспарентна големина на честички (MPPS) за откривање на ефикасноста на филтрацијата [4]. Стандардот за откривање на Кина го усвојува методот на натриум пламен. Системот за откривање на перформансите на филтерот за воздух HEPA што се користи во овој експеримент е развиен врз основа на американскиот стандард 52.2. Методот на откривање користи метод на броење со калипер, а аеросолот користи PAO честички.
1. 1 главен инструмент
Овој експеримент користи два бројачи на честички, кои се едноставни, практични, брзи и интуитивни во споредба со друга опрема за тестирање на концентрација на честички [5]. Горенаведените предности на бројачот на честички го прават постепено да ги заменува другите методи и да стане главен метод за тестирање на концентрација на честички. Тие можат да го избројат и бројот на честички и распределбата на големината на честичките (т.е. броење на бројот), што е основната опрема на овој експеримент. Брзината на проток на земање примероци е 28,6 LPM, а нејзината безјаглеродна вакуум пумпа има карактеристики на низок шум и стабилни перформанси. Доколку е инсталирана опцијата, може да се измерат температурата и влажноста, како и брзината на ветерот, а филтерот може да се тестира.
Системот за детекција користи аеросоли користејќи PAO честички како прашина што треба да се филтрира. Ги користиме генераторите на аеросоли (генерации на аеросоли) од моделот TDA-5B произведен во Соединетите Американски Држави. Опсегот на појава е 500 – 65000 cfm (1 cfm = 28,6 LPM), а концентрацијата е 100 μg/L, 6500 cfm; 10 μg/L, 65000 cfm.
1. 2 чиста соба
За да се подобри точноста на експериментот, лабораторијата со 10.000 нивоа е дизајнирана и декорирана според американскиот федерален стандард 209C. Користен е под за обложување, кој се карактеризира со предности на терацо, отпорност на абење, добро запечатување, флексибилност и комплицирана конструкција. Материјалот е епоксиден лак, а ѕидот е направен од склопена облога за чиста соба. Просторијата е опремена со 220V, 2×40W прочистувачки 6 ламби и е распоредена според барањата за осветлување и теренска опрема. Чистата соба има 4 горни излези за воздух и 4 отвори за враќање на воздух. Туш-просторијата со воздух е дизајнирана за еднократна контрола на допир. Времето на туширање со воздух е 0-100s, а брзината на ветерот на која било прилагодлива млазница за циркулирачки воздух е поголема или еднаква на 20ms. Бидејќи површината на чистата соба е <50m2 и персоналот е <5 лица, обезбеден е безбеден излез за чистата соба. Избраниот HEPA филтер е GB01×4, волуменот на воздух е 1000m3/h, а ефикасноста на филтрација е поголема или еднаква на 0,5μm и 99,995%.
1. 3 експериментални примероци
Моделите на филтерот од стаклени влакна се: 610 (Д) × 610 (В) × 150 (Ш) mm, тип на преграда, 75 набори, големина 610 (Д) × 610 (В) × 90 (Ш) Mm, со 200 набори, големина на PTFE филтер 480 (Д) × 480 (В) × 70 (Ш) mm, без тип на преграда, со 100 набори.
2 Основни принципи
Основниот принцип на тест-клупата е вентилаторот да се дува во воздух. Бидејќи HEPA/UEPA е опремен и со HEPA филтер за воздух, може да се смета дека воздухот станал чист пред да стигне до тестираната HEPA/UEPA. Уредот испушта PAO честички во цевководот за да формира посакувана концентрација на гас што содржи прашина и користи ласерски бројач на честички за да ја одреди концентрацијата на честичките. Гасот што содржи прашина потоа тече низ тестираната HEPA/UEPA, а концентрацијата на честички прашина во воздухот филтриран од HEPA/UEPA се мери и со ласерски бројач на честички, а концентрацијата на прашина во воздухот пред и по филтерот се споредува, со што се одредуваат перформансите на HEPA/UEPA филтерот. Покрај тоа, отворите за земање примероци се соодветно распоредени пред и по филтерот, а отпорот на секоја брзина на ветерот се тестира со користење на микро-манометар за навалување.

Споредба на перформансите на отпорот на 3 филтри
Карактеристиката на отпорот на HEPA е една од важните карактеристики на HEPA. Под претпоставка за задоволување на ефикасноста на побарувачката на луѓето, карактеристиките на отпорот се поврзани со трошоците за употреба, отпорот е мал, потрошувачката на енергија е мала и трошоците се заштедени. Затоа, перформансите на отпорот на филтерот станаа проблем. Еден од важните индикатори.
Според експерименталните мерења, се добива врската помеѓу просечната брзина на ветерот на двата различни структурни филтри од стаклени влакна и PTFE филтерот и разликата во притисокот на филтерот.Врската е прикажана на Слика 2:

Од експерименталните податоци може да се види дека со зголемувањето на брзината на ветерот, отпорот на филтерот се зголемува линеарно од ниска кон висока, а двете прави линии на двата филтри од стаклени влакна во голема мера се совпаѓаат. Лесно е да се види дека кога брзината на филтрацискиот ветер е 1 m/s, отпорот на филтерот од стаклени влакна е околу четири пати поголем од отпорот на PTFE филтерот.

Знаејќи ја површината на филтерот, може да се изведе врската помеѓу брзината на лицето и разликата во притисокот на филтерот:
Од експерименталните податоци може да се види дека со зголемувањето на брзината на ветерот, отпорот на филтерот се зголемува линеарно од ниска кон висока, а двете прави линии на двата филтри од стаклени влакна во голема мера се совпаѓаат. Лесно е да се види дека кога брзината на филтрацискиот ветер е 1 m/s, отпорот на филтерот од стаклени влакна е околу четири пати поголем од отпорот на PTFE филтерот.

Знаејќи ја површината на филтерот, може да се изведе врската помеѓу брзината на лицето и разликата во притисокот на филтерот:

Поради разликата помеѓу површинската брзина на двата вида филтер-филтри и разликата во притисокот на филтерот на двете филтер-хартии, отпорот на филтерот со спецификација од 610×610×90 mm при иста површинска брзина е поголем од отпорот на филтерот со спецификација од 610×.

Сепак, јасно е дека при иста површинска брзина, отпорот на филтерот од стаклени влакна е поголем од отпорот на PTFE. Тоа покажува дека PTFE е супериорен во однос на филтерот од стаклени влакна во однос на перформансите на отпор. За подобро да се разберат карактеристиките на филтерот од стаклени влакна и отпорноста на PTFE, беа спроведени дополнителни експерименти. Директно проучете го отпорот на двете филтер-хартии како што се менува брзината на ветерот на филтерот, експерименталните резултати се прикажани подолу:

Ова дополнително го потврдува претходниот заклучок дека отпорноста на филтер-хартијата од стаклени влакна е поголема од онаа на PTFE при иста брзина на ветерот [6].
Споредба на перформансите на 4 филтри
Според експерименталните услови, може да се измери ефикасноста на филтрација на филтерот за честички со големина на честички од 0,3 μm, 0,5 μm и 1,0 μm при различни брзини на ветерот, при што се добива следниов графикон:

Очигледно, ефикасноста на филтрација на двата филтера од стаклени влакна за честички од 1,0 μm при различни брзини на ветерот е 100%, а ефикасноста на филтрација на честички од 0,3 μm и 0,5 μm се намалува со зголемување на брзината на ветерот. Може да се види дека ефикасноста на филтрација на филтерот за големи честички е поголема од онаа на малите честички, а перформансите на филтрација на филтерот од 610×610×150 mm се супериорни во однос на филтерот со спецификација 610×610×90 mm.
Користејќи го истиот метод, се добива графикон што ја прикажува врската помеѓу ефикасноста на филтрација на PTFE филтерот од 480×480×70 mm како функција од брзината на ветерот:

Споредувајќи ги Сл. 5 и Сл. 6, ефектот на филтрација на филтерот од стакло за честички од 0,3 μm, 0,5 μm е подобар, особено за ефектот на контраст на прашина од 0,3 μm. Ефектот на филтрација на трите честички на честичките од 1 μm беше 100%.
За поинтуитивно споредување на перформансите на филтрација на филтерот од стаклени влакна и материјалот за филтрирање од PTFE, тестовите за перформанси на филтерот беа извршени директно на двете филтер-хартии, при што беше добиен следниот графикон:

Горенаведената табела е добиена со мерење на ефектот на филтрација на PTFE и филтер-хартија од стаклени влакна врз честички од 0,3 μm при различни брзини на ветерот [7-8]. Очигледно е дека ефикасноста на филтрација на PTFE филтер-хартијата е помала од онаа на филтер-хартијата од стаклени влакна.
Земајќи ги предвид својствата на отпорност и својствата на филтрација на материјалот за филтрирање, лесно е да се види дека PTFE материјалот за филтрирање е посоодветен за изработка на груби или суб-HEPA филтри, а материјалот за филтрирање од стаклени влакна е посоодветен за изработка на HEPA или ултра-HEPA филтри.
5 Заклучок
Перспективите за различни апликации на филтри се истражуваат со споредување на својствата на отпор и својствата на филтрација на PTFE филтрите со филтрите од стаклени влакна. Од експериментот можеме да заклучиме дека брзината на ветерот е многу важен фактор што влијае на ефектот на филтрација на HEPA филтерот за воздух. Колку е поголема брзината на ветерот, толку е помала ефикасноста на филтрација, толку е поочигледен ефектот врз PTFE филтерот, и генерално. PTFE филтерот има помал ефект на филтрација од филтерот од фиберглас, но неговиот отпор е помал од оној на филтерот од стаклени влакна. Затоа, PTFE материјалот за филтер е посоодветен за производство на груб или под-висок филтер за ефикасност, а материјалот за филтер од стаклени влакна е посоодветен за производство на ефикасен или ултра-ефикасен филтер. HEPA филтерот од стаклени влакна со спецификација од 610×610×150mm е помал од HEPA филтерот од стаклени влакна од 610×610×90mm, а перформансите на филтрација се подобри од HEPA филтерот од стаклени влакна од 610×610×90mm. Во моментов, цената на чистиот PTFE материјал за филтер е повисока од онаа на стаклените влакна. Сепак, во споредба со стаклените влакна, PTFE има подобра отпорност на температура, отпорност на корозија и хидролиза од стаклените влакна. Затоа, при производство на филтер треба да се земат предвид различни фактори. Комбинирајте ги техничките перформанси и економските перформанси.
Референци:
[1] Лиу Лаихонг, Ванг Шихонг. Развој и примена на воздушни филтри [J]• Филтрирање и сепарација, 2000, 10(4): 8-10.
[2] CN Davis Air Filter [M], преведен од Хуанг Ригуанг. Пекинг: Atomic Energy Press, 1979.
[3] GB/T6165-1985 метод за тестирање на перформансите на високоефикасен воздушен филтер за пропустливост и отпорност [M]. Национално биро за стандарди, 1985.
[4] Ксинг Сонгнијан. Метод на детекција и практична примена на високоефикасен воздушен филтер [J] • Биозаштитна опрема за превенција од епидемии, 2005, 26(1): 29-31.
[5] Хохрајнер. Понатамошни развои на бројачот на честички
sizerPCS-2000стаклени влакна [J]•Филтер Journal ofAerosolScience, 2000,31(1): 771-772.
[6]Е. Weingartner, P. Haller, H. Burtscher итн. Притисок
DropAcrossFiberFilters[J]•Aerosol Science, 1996, 27(1): 639-640.
[7] Мајкл Џ.М. и Клајд Ор. Филтрација - Принципи и практики [М].
Њујорк: MarcelDekkerInc, 1987 •
[8] Џанг Гуокван. Механика на аеросоли – теоретска основа за отстранување и прочистување на прашина [M] • Пекинг: Кинески издавач за еколошки науки, 1987.