O desenvolvemento da industria moderna supuxo unha demanda crecente para o ambiente de experimentación, investigación e produción. A principal forma de acadar este requisito é o uso xeneralizado de filtros de aire en sistemas de aire acondicionado limpos. Entre eles, os filtros HEPA e ULPA son a última protección para as partículas de po que entran na sala limpa. O seu rendemento está directamente relacionado co nivel da sala limpa, o que á súa vez afecta á calidade do proceso e do produto. Polo tanto, é significativo levar a cabo investigacións experimentais sobre o filtro. Comparáronse o rendemento de resistencia e o rendemento de filtración dos dous filtros a diferentes velocidades do vento medindo a eficiencia de filtración do filtro de fibra de vidro e o filtro de PTFE para partículas de PAO de 0,3 μm, 0,5 μm e 1,0 μm. Os resultados mostran que a velocidade do vento é un factor moi importante que afecta a eficiencia de filtración dos filtros de aire HEPA. Canto maior sexa a velocidade do vento, menor será a eficiencia de filtración e o efecto é máis evidente para os filtros de PTFE.
Palabras clave:Filtro de aire HEPA; Rendemento de resistencia; rendemento de filtración; Papel de filtro de PTFE; Papel de filtro de fibra de vidro; Filtro de fibra de vidro.
Número CLC: X964 Código de identificación do documento: A
Co desenvolvemento continuo da ciencia e a tecnoloxía, a produción e modernización dos produtos industriais modernos volvéronse cada vez máis esixentes en canto á limpeza do aire interior. En particular, as industrias microelectrónica, médica, química, biolóxica, de procesamento de alimentos e outras requiren miniaturización. A precisión, a alta pureza, a alta calidade e a alta fiabilidade dos ambientes interiores impoñen requisitos cada vez maiores ao rendemento do filtro de aire HEPA, polo que a forma de fabricar un filtro HEPA para satisfacer a demanda dos consumidores converteuse nunha necesidade urxente para os fabricantes. Un dos problemas resoltos [1-2]. É ben sabido que o rendemento de resistencia e a eficiencia de filtración do filtro son dous indicadores importantes para avaliar o filtro. Este artigo intenta analizar o rendemento de filtración e o rendemento de resistencia do filtro de aire HEPA de diferentes materiais de filtro mediante experimentos [3], e as diferentes estruturas do mesmo material de filtro. O rendemento de filtración e as propiedades de resistencia do filtro proporcionan unha base teórica para o fabricante do filtro.
1 Análise do método de proba
Existen moitos métodos para detectar filtros de aire HEPA, e diferentes países teñen diferentes estándares. En 1956, a Comisión Militar dos Estados Unidos desenvolveu o USMIL-STD282, un estándar de proba de filtros de aire HEPA, e o método DOP para probas de eficiencia. En 1965, estableceuse o estándar británico BS3928 e utilizouse o método de chama de sodio para a detección de eficiencia. En 1973, a Asociación Europea de Ventilación desenvolveu o estándar Eurovent 4/4, que seguía o método de detección de chama de sodio. Posteriormente, a Sociedade Americana para Probas Ambientais e Ciencia da Eficiencia de Filtros compilou unha serie de estándares similares para métodos de proba recomendados, todos utilizando o método de reconto de calibre DOP. En 1999, Europa estableceu o estándar BSEN1822, que utiliza o tamaño de partícula máis transparente (MPPS) para detectar a eficiencia de filtración [4]. O estándar de detección de China adopta o método de chama de sodio. O sistema de detección do rendemento do filtro de aire HEPA utilizado neste experimento está desenvolvido baseándose no estándar 52.2 dos Estados Unidos. O método de detección utiliza un método de reconto de calibre e o aerosol utiliza partículas de PAO.
1. 1 instrumento principal
Este experimento emprega dous contadores de partículas, que son sinxelos, cómodos, rápidos e intuitivos en comparación con outros equipos de proba de concentración de partículas [5]. As vantaxes mencionadas do contador de partículas fan que vaia substituíndo gradualmente outros métodos e se converta no principal método de proba para a concentración de partículas. Poden contar tanto o número de partículas como a distribución do tamaño das partículas (é dicir, a contaxe), que é o equipo central deste experimento. O caudal de mostraxe é de 28,6 LPM e a súa bomba de baleiro sen carbono ten as características de baixo ruído e rendemento estable. Se se instala a opción, pódese medir a temperatura e a humidade, así como a velocidade do vento, e pódese probar o filtro.
O sistema de detección emprega aerosois con partículas de PAO como po para filtrar. Empregamos os xeradores de aerosois (xeracións de aerosois) do modelo TDA-5B producido nos Estados Unidos. O rango de aparición é de 500 a 65000 cfm (1 cfm = 28,6 LPM) e a concentración é de 100 μg/L, 6500 cfm; 10 μg/L, 65000 cfm.
1. 2 salas limpas
Para mellorar a precisión do experimento, o laboratorio de nivel 10.000 foi deseñado e decorado segundo a norma federal estadounidense 209C. O chan de revestimento utilízase, que se caracteriza polas vantaxes do terrazo, a resistencia ao desgaste, o bo selado, a flexibilidade e a complexa construción. O material é laca epoxi e a parede está feita de revestimento de sala limpa ensamblado. A sala está equipada con lámpadas de purificación de 220 V e 2 × 40 W, 6 lámpadas, e está disposta segundo os requisitos de iluminación e equipamento de campo. A sala limpa ten 4 saídas de aire superiores e 4 portos de retorno de aire. A sala de duchas de aire está deseñada para un único control táctil ordinario. O tempo de ducha de aire é de 0 a 100 s e a velocidade do vento de calquera boquilla de volume de aire circulante axustable é maior ou igual a 20 ms. Debido a que a área da sala limpa é <50 m2 e o persoal é <5 persoas, hai unha saída segura para a sala limpa. O filtro HEPA seleccionado é o GB01×4, o volume de aire é de 1000 m3/h e a eficiencia de filtración é maior ou igual a 0,5 μm e 99,995 %.
1. 3 mostras experimentais
Os modelos do filtro de fibra de vidro son: 610 (L) × 610 (Al) × 150 (An) mm, tipo deflector, 75 engurras, tamaño 610 (L) × 610 (Al) × 90 (An) mm, con 200 pregues, tamaño do filtro de PTFE 480 (L) × 480 (Al) × 70 (An) mm, sen tipo deflector, con 100 engurras.
2 Principios básicos
O principio básico do banco de probas é que o ventilador sopra no aire. Dado que o HEPA/UEPA tamén está equipado cun filtro de aire HEPA, pódese considerar que o aire se converteu en aire limpo antes de chegar ao HEPA/UEPA probado. O dispositivo emite partículas de PAO na tubaxe para formar unha concentración desexada de gas que contén po e usa un contador de partículas láser para determinar a concentración de partículas. O gas que contén po flúe entón a través do HEPA/UEPA probado, e a concentración de partículas de po no aire filtrado por HEPA/UEPA tamén se mide usando un contador de partículas láser, e compárase a concentración de po do aire antes e despois do filtro, determinando así o rendemento do filtro HEPA/UEPA. Ademais, os orificios de mostraxe están dispostos respectivamente antes e despois do filtro, e a resistencia de cada velocidade do vento compróbase usando un micromanómetro de inclinación aquí.
Comparación do rendemento da resistencia de 3 filtros
A característica de resistencia do filtro HEPA é unha das súas características importantes. Baixo a premisa de satisfacer a eficiencia da demanda das persoas, as características de resistencia están relacionadas co custo de uso: a resistencia é pequena, o consumo de enerxía é pequeno e o custo aforrado. Polo tanto, o rendemento da resistencia do filtro converteuse nunha preocupación. Un dos indicadores importantes.
Segundo os datos de medición experimentais, obtívose a relación entre a velocidade media do vento dos dous filtros estruturais diferentes de fibra de vidro e de PTFE e a diferenza de presión do filtro.A relación móstrase na Figura 2:
A partir dos datos experimentais pódese observar que, a medida que aumenta a velocidade do vento, a resistencia do filtro aumenta linealmente de menor a maior, e as dúas liñas rectas dos dous filtros de fibra de vidro coinciden substancialmente. É doado ver que cando a velocidade do vento de filtración é de 1 m/s, a resistencia do filtro de fibra de vidro é aproximadamente catro veces maior que a do filtro de PTFE.
Coñecendo a área do filtro, pódese derivar a relación entre a velocidade frontal e a diferenza de presión do filtro:
A partir dos datos experimentais pódese observar que, a medida que aumenta a velocidade do vento, a resistencia do filtro aumenta linealmente de menor a maior, e as dúas liñas rectas dos dous filtros de fibra de vidro coinciden substancialmente. É doado ver que cando a velocidade do vento de filtración é de 1 m/s, a resistencia do filtro de fibra de vidro é aproximadamente catro veces maior que a do filtro de PTFE.
Coñecendo a área do filtro, pódese derivar a relación entre a velocidade frontal e a diferenza de presión do filtro:
Debido á diferenza entre a velocidade superficial dos dous tipos de filtros e a diferenza de presión do filtro dos dous papeis de filtro, a resistencia do filtro coa especificación de 610 × 610 × 90 mm á mesma velocidade superficial é maior que a especificación de 610 ×. Resistencia do filtro de 610 x 150 mm.
Non obstante, é evidente que á mesma velocidade superficial, a resistencia do filtro de fibra de vidro é maior que a resistencia do PTFE. Isto demostra que o PTFE é superior ao filtro de fibra de vidro en termos de rendemento de resistencia. Para comprender mellor as características do filtro de fibra de vidro e a resistencia do PTFE, realizáronse máis experimentos. Estudando directamente a resistencia dos dous papeis de filtro a medida que cambia a velocidade do vento do filtro, os resultados experimentais móstranse a continuación:
Isto confirma aínda máis a conclusión anterior de que a resistencia do papel de filtro de fibra de vidro é maior que a do PTFE á mesma velocidade do vento [6].
Comparación do rendemento de 4 filtros
Segundo as condicións experimentais, pódese medir a eficiencia de filtración do filtro para partículas cun tamaño de partícula de 0,3 μm, 0,5 μm e 1,0 μm a diferentes velocidades do vento, e obtense o seguinte gráfico:
Obviamente, a eficiencia de filtración dos dous filtros de fibra de vidro para partículas de 1,0 μm a diferentes velocidades do vento é do 100 %, e a eficiencia de filtración de partículas de 0,3 μm e 0,5 μm diminúe co aumento da velocidade do vento. Pódese observar que a eficiencia de filtración do filtro para as partículas grandes é maior que a das partículas pequenas, e o rendemento de filtración do filtro de 610 × 610 × 150 mm é superior ao filtro da especificación de 610 × 610 × 90 mm.
Usando o mesmo método, obtense un gráfico que mostra a relación entre a eficiencia de filtración do filtro de PTFE de 480×480×70 mm en función da velocidade do vento:
Comparando a Fig. 5 e a Fig. 6, o efecto de filtración do filtro de vidro de partículas de 0,3 μm e 0,5 μm é mellor, especialmente para o efecto de contraste de po de 0,3 μm. O efecto de filtración das tres partículas sobre partículas de 1 μm foi do 100 %.
Para comparar de forma máis intuitiva o rendemento de filtración do filtro de fibra de vidro e o material filtrante de PTFE, as probas de rendemento do filtro realizáronse directamente nos dous papeis de filtro e obtívose o seguinte gráfico:
O gráfico anterior obtense medindo o efecto de filtración do papel de filtro de PTFE e fibra de vidro en partículas de 0,3 μm a diferentes velocidades do vento [7-8]. É obvio que a eficiencia de filtración do papel de filtro de PTFE é menor que a do papel de filtro de fibra de vidro.
Tendo en conta as propiedades de resistencia e as propiedades de filtración do material filtrante, é doado ver que o material filtrante de PTFE é máis axeitado para fabricar filtros grosos ou sub-HEPA, e o material filtrante de fibra de vidro é máis axeitado para fabricar filtros HEPA ou ultra-HEPA.
5 Conclusión
Explóranse as perspectivas para diferentes aplicacións de filtro comparando as propiedades de resistencia e filtración dos filtros de PTFE cos filtros de fibra de vidro. Do experimento, podemos chegar á conclusión de que a velocidade do vento é un factor moi importante que afecta o efecto de filtración do filtro de aire HEPA. Canto maior sexa a velocidade do vento, menor será a eficiencia de filtración, máis evidente será o efecto no filtro de PTFE e, en xeral, o filtro de PTFE ten un efecto de filtración menor que o filtro de fibra de vidro, pero a súa resistencia é menor que a do filtro de fibra de vidro. Polo tanto, o material de filtro de PTFE é máis axeitado para fabricar un filtro de eficiencia grosa ou sub-alta, e o material de filtro de fibra de vidro é máis axeitado para a produción de filtros eficientes ou ultraeficientes. O filtro HEPA de fibra de vidro cunha especificación de 610 × 610 × 150 mm é inferior ao filtro HEPA de fibra de vidro de 610 × 610 × 90 mm e o rendemento de filtración é mellor que o filtro HEPA de fibra de vidro de 610 × 610 × 90 mm. Na actualidade, o prezo do material de filtro de PTFE puro é maior que o da fibra de vidro. Non obstante, en comparación coa fibra de vidro, o PTFE ten unha mellor resistencia á temperatura, á corrosión e á hidrólise que a fibra de vidro. Polo tanto, débense ter en conta varios factores á hora de producir un filtro. Combina o rendemento técnico e o rendemento económico.
Referencias:
[1] Liu Laihong, Wang Shihong. Desenvolvemento e aplicación de filtros de aire [J]•Filtrado e separación, 2000, 10(4): 8-10.
[2] Filtro de aire CN Davis [M], traducido por Huang Riguang. Pequín: Atomic Energy Press, 1979.
[3] GB/T6165-1985, método de proba de rendemento do filtro de aire de alta eficiencia, transmitancia e resistencia [M]. Oficina Nacional de Normas, 1985.
[4] Xing Songnian. Método de detección e aplicación práctica dun filtro de aire de alta eficiencia [J] • Equipo de prevención de epidemias bioprotectoras, 2005, 26(1): 29-31.
[5] Hochrainer. Desenvolvementos posteriores do contador de partículas
medidor PCS-2000 de fibra de vidro [J]•Filtro Journal ofAerosolScience, 2000,31(1): 771-772.
[6]E. Weingartner, P. Haller, H. Burtscher etc. Presión
Filtros de fibra dispersa [J] • Aerosol Science, 1996, 27 (1): 639-640.
[7]Michael JM e Clyde Orr. Filtración: principios e prácticas [M].
Nova York: MarcelDekkerInc, 1987•
[8] Zhang Guoquan. Mecánica dos aerosois: bases teóricas da eliminación e purificación do po [M] • Pequín: China Environmental Science Press, 1987.
Data de publicación: 06-01-2019