Razvoj moderne industrije postavio je sve veće zahtjeve na okruženje za eksperimentiranje, istraživanje i proizvodnju. Glavni način za postizanje ovog zahtjeva je široka upotreba filtera za zrak u sustavima čiste klimatizacije. Među njima, HEPA i ULPA filteri su posljednja zaštita od čestica prašine koje ulaze u čistu sobu. Njihove performanse izravno su povezane s razinom čiste sobe, što zauzvrat utječe na proces i kvalitetu proizvoda. Stoga je značajno provesti eksperimentalna istraživanja filtera. Performanse otpora i performanse filtracije dvaju filtera uspoređene su pri različitim brzinama vjetra mjerenjem učinkovitosti filtracije filtera od staklenih vlakana i PTFE filtera za PAO čestice veličine 0,3 μm, 0,5 μm i 1,0 μm. Rezultati pokazuju da je brzina vjetra vrlo važan čimbenik koji utječe na učinkovitost filtracije HEPA filtera za zrak. Što je veća brzina vjetra, to je niža učinkovitost filtracije, a učinak je očitiji kod PTFE filtera.
Ključne riječi:HEPA zračni filter; Otpornost na rad; učinkovitost filtracije; PTFE filter papir; filter papir od staklenih vlakana; filter od staklenih vlakana.
CLC broj: X964 Identifikacijski kod dokumenta: A
Kontinuiranim razvojem znanosti i tehnologije, proizvodnja i modernizacija modernih industrijskih proizvoda postaju sve zahtjevniji za čistoću zraka u zatvorenom prostoru. Posebno mikroelektronička, medicinska, kemijska, biološka, prehrambena i druge industrije zahtijevaju miniaturizaciju. Preciznost, visoka čistoća, visoka kvaliteta i visoka pouzdanost unutarnjeg okruženja, što postavlja sve veće zahtjeve na performanse HEPA zračnog filtera, postala je hitna potreba proizvođača kako proizvesti HEPA filter kako bi se zadovoljila potražnja potrošača. Jedan od riješenih problema [1-2]. Poznato je da su performanse otpora i učinkovitost filtracije filtera dva važna pokazatelja za procjenu filtera. Ovaj rad pokušava analizirati performanse filtracije i performanse otpora HEPA zračnog filtera različitih filterskih materijala eksperimentalnim putem [3] i različitim strukturama istog filterskog materijala. Performanse filtracije i svojstva otpora filtera pružaju teorijsku osnovu proizvođaču filtera.
1 Analiza metode ispitivanja
Postoji mnogo metoda za detekciju HEPA zračnih filtera, a različite zemlje imaju različite standarde. Godine 1956. Američka vojna komisija razvila je USMIL-STD282, standard za ispitivanje HEPA zračnih filtera, i DOP metodu za ispitivanje učinkovitosti. Godine 1965. uspostavljen je britanski standard BS3928, a za detekciju učinkovitosti korištena je metoda natrijevog plamena. Godine 1973. Europsko udruženje za ventilaciju razvilo je standard Eurovent 4/4, koji je slijedio metodu detekcije natrijevog plamena. Kasnije je Američko društvo za ispitivanje okoliša i znanost o učinkovitosti filtera sastavilo niz sličnih standarda za preporučene metode ispitivanja, a svi su koristili metodu brojanja kaliperom DOP-a. Godine 1999. Europa je uspostavila standard BSEN1822, koji koristi najtransparentniju veličinu čestica (MPPS) za detekciju učinkovitosti filtracije [4]. Kineski standard detekcije usvaja metodu natrijevog plamena. Sustav za detekciju performansi HEPA zračnog filtera korišten u ovom eksperimentu razvijen je na temelju američkog standarda 52.2. Metoda detekcije koristi metodu brojanja kaliperom, a aerosol koristi PAO čestice.
1. 1 glavni instrument
Ovaj eksperiment koristi dva brojača čestica, koji su jednostavni, praktični, brzi i intuitivni u usporedbi s drugom opremom za ispitivanje koncentracije čestica [5]. Gore navedene prednosti brojača čestica postupno zamjenjuju druge metode i postaju glavna metoda ispitivanja koncentracije čestica. Mogu brojati i broj čestica i raspodjelu veličine čestica (tj. brojati), što je glavna oprema ovog eksperimenta. Brzina protoka uzorkovanja je 28,6 LPM, a vakuumska pumpa bez ugljika ima karakteristike niske buke i stabilnih performansi. Ako je instalirana opcija, mogu se mjeriti temperatura i vlažnost, kao i brzina vjetra, a filter se može testirati.
Sustav za detekciju koristi aerosole koristeći PAO čestice kao prašinu koju treba filtrirati. Koristimo generatore aerosola (generacije aerosola) modela TDA-5B proizvedenog u Sjedinjenim Državama. Raspon pojavljivanja je 500 – 65000 cfm (1 cfm = 28,6 LPM), a koncentracija je 100 μg/L, 6500 cfm; 10 μg/L, 65000 cfm.
1. 2 čiste sobe
Kako bi se poboljšala točnost eksperimenta, laboratorij razine 10.000 projektiran je i uređen prema američkom saveznom standardu 209C. Korišten je podni premaz, koji se odlikuje prednostima terrazza, otpornosti na habanje, dobrog brtvljenja, fleksibilnosti i složene konstrukcije. Materijal je epoksidni lak, a zid je izrađen od sastavljene obloge čiste sobe. Prostor je opremljen s 220 V, 2 × 40 W pročišćavajućih 6 lampi i raspoređen je prema zahtjevima rasvjete i terenske opreme. Čista soba ima 4 gornja otvora za zrak i 4 otvora za povrat zraka. Prostor za tuširanje zrakom dizajniran je za jednostruko obično dodirno upravljanje. Vrijeme tuširanja zrakom je 0-100 s, a brzina vjetra bilo koje podesive mlaznice za cirkulaciju zraka veća je ili jednaka 20 ms. Budući da je površina čiste sobe <50 m2, a osoblje <5 ljudi, osiguran je siguran izlaz iz čiste sobe. Odabrani HEPA filter je GB01×4, volumen zraka je 1000m3/h, a učinkovitost filtracije je veća ili jednaka 0,5μm i 99,995%.
1. 3 eksperimentalna uzorka
Modeli filtera od staklenih vlakana su: 610 (D) × 610 (V) × 150 (Š) mm, pregradni tip, 75 nabora, veličina 610 (D) × 610 (V) × 90 (Š) mm, s 200 nabora, veličina PTFE filtera 480 (D) × 480 (V) × 70 (Š) mm, bez pregrade, sa 100 nabora.
2 Osnovna načela
Osnovni princip ispitnog uređaja je da se ventilator upuhuje u zrak. Budući da je HEPA/UEPA također opremljen HEPA filterom za zrak, može se smatrati da je zrak postao čist prije nego što dosegne testirani HEPA/UEPA filter. Uređaj emitira PAO čestice u cjevovod kako bi stvorio željenu koncentraciju plina koji sadrži prašinu i koristi laserski brojač čestica za određivanje koncentracije čestica. Plin koji sadrži prašinu zatim prolazi kroz testirani HEPA/UEPA filter, a koncentracija čestica prašine u zraku filtriranom HEPA/UEPA filterom također se mjeri pomoću laserskog brojača čestica, te se uspoređuje koncentracija prašine u zraku prije i poslije filtera, čime se određuju performanse HEPA/UEPA filtera. Štoviše, otvori za uzorkovanje su postavljeni prije i poslije filtera, a otpor svake brzine vjetra testira se pomoću nagibnog mikro manometra.
Usporedba performansi otpora 3 filtera
Karakteristika otpora HEPA filtera jedna je od važnih karakteristika HEPA filtera. Pod pretpostavkom zadovoljavanja učinkovitosti ljudskih potreba, karakteristike otpora povezane su s troškovima korištenja, otpor je mali, potrošnja energije je mala, a troškovi su ušteđeni. Stoga je performansa otpora filtera postala zabrinjavajuća. Jedan od važnih pokazatelja.
Prema eksperimentalnim podacima mjerenja, dobiven je odnos između prosječne brzine vjetra dvaju različitih strukturnih filtera od staklenih vlakana i PTFE filtera te razlike tlaka u filteru.Odnos je prikazan na slici 2:
Iz eksperimentalnih podataka može se vidjeti da se s povećanjem brzine vjetra otpor filtera linearno povećava od niske do visoke vrijednosti, a dvije ravne linije dvaju filtera od staklenih vlakana u biti se podudaraju. Lako je vidjeti da je pri brzini vjetra filtracije 1 m/s otpor filtera od staklenih vlakana otprilike četiri puta veći od otpora PTFE filtera.
Poznavajući površinu filtera, može se izvesti odnos između brzine na čelu i razlike tlaka u filteru:
Iz eksperimentalnih podataka može se vidjeti da se s povećanjem brzine vjetra otpor filtera linearno povećava od niske do visoke vrijednosti, a dvije ravne linije dvaju filtera od staklenih vlakana u biti se podudaraju. Lako je vidjeti da je pri brzini vjetra filtracije 1 m/s otpor filtera od staklenih vlakana otprilike četiri puta veći od otpora PTFE filtera.
Poznavajući površinu filtera, može se izvesti odnos između brzine na čelu i razlike tlaka u filteru:
Zbog razlike između površinske brzine dviju vrsta filtera i razlike tlaka filtera dvaju filter papira, otpor filtera sa specifikacijom od 610 × 610 × 90 mm pri istoj površinskoj brzini je veći od specifikacije 610×. Otpor filtera 610 x 150 mm.
Međutim, jasno je da je pri istoj površinskoj brzini otpor filtera od staklenih vlakana veći od otpora PTFE-a. To pokazuje da je PTFE superiorniji od filtera od staklenih vlakana u smislu performansi otpora. Kako bi se bolje razumjele karakteristike filtera od staklenih vlakana i otpora PTFE-a, provedeni su daljnji eksperimenti. Izravno proučavajući otpor dvaju filter papira kako se mijenja brzina vjetra filtera, eksperimentalni rezultati prikazani su u nastavku:
To dodatno potvrđuje prethodni zaključak da je otpor filter papira od staklenih vlakana veći od otpora PTFE-a pri istoj brzini vjetra [6].
Usporedba performansi filtera s 4 filtera
Prema eksperimentalnim uvjetima, može se izmjeriti učinkovitost filtracije filtera za čestice veličine čestica od 0,3 μm, 0,5 μm i 1,0 μm pri različitim brzinama vjetra, te se dobiva sljedeći grafikon:
Očito je da je učinkovitost filtracije dvaju filtera od staklenih vlakana za čestice od 1,0 μm pri različitim brzinama vjetra 100%, a učinkovitost filtracije čestica od 0,3 μm i 0,5 μm smanjuje se s povećanjem brzine vjetra. Može se vidjeti da je učinkovitost filtracije filtera za velike čestice veća nego za male čestice, a učinkovitost filtracije filtera dimenzija 610 × 610 × 150 mm je superiornija u odnosu na filter specifikacije 610 × 610 × 90 mm.
Korištenjem iste metode dobiven je graf koji prikazuje odnos između učinkovitosti filtracije PTFE filtera dimenzija 480 × 480 × 70 mm u funkciji brzine vjetra:
Uspoređujući slike 5 i 6, učinak filtracije staklenog filtera za čestice od 0,3 μm i 0,5 μm je bolji, posebno za učinak kontrasta prašine od 0,3 μm. Učinak filtracije triju čestica na česticama od 1 μm bio je 100%.
Kako bi se intuitivnije usporedile performanse filtracije filtera od staklenih vlakana i PTFE filterskog materijala, testovi performansi filtera provedeni su izravno na dva filter papira i dobiven je sljedeći grafikon:
Gornji grafikon dobiven je mjerenjem učinka filtracije PTFE i staklenih vlakana filter papira na česticama veličine 0,3 μm pri različitim brzinama vjetra [7-8]. Očito je da je učinkovitost filtracije PTFE filter papira niža od one od staklenih vlakana filter papira.
Uzimajući u obzir svojstva otpora i svojstva filtracije materijala filtera, lako je vidjeti da je PTFE materijal filtera prikladniji za izradu grubih ili sub-HEPA filtera, a materijal filtera od staklenih vlakana prikladniji je za izradu HEPA ili ultra-HEPA filtera.
5 Zaključak
Perspektive za različite primjene filtera istražuju se usporedbom svojstava otpora i svojstava filtracije PTFE filtera s filterima od staklenih vlakana. Iz eksperimenta možemo zaključiti da je brzina vjetra vrlo važan čimbenik koji utječe na učinak filtracije HEPA zračnog filtera. Što je veća brzina vjetra, to je niža učinkovitost filtracije, to je očitiji učinak na PTFE filter, a općenito PTFE filter ima niži učinak filtracije od filtera od staklenih vlakana, ali njegov otpor je niži od otpora filtera od staklenih vlakana. Stoga je PTFE materijal filtera prikladniji za izradu grubog ili subvisoko učinkovitog filtera, a materijal filtera od staklenih vlakana prikladniji je za proizvodnju učinkovitog ili ultra učinkovitog filtera. HEPA filter od staklenih vlakana sa specifikacijom 610 × 610 × 150 mm je niži od HEPA filtera od staklenih vlakana 610 × 610 × 90 mm, a performanse filtracije su bolje od HEPA filtera od staklenih vlakana 610 × 610 × 90 mm. Trenutno je cijena čistog PTFE materijala filtera viša od cijene staklenih vlakana. Međutim, u usporedbi sa staklenim vlaknima, PTFE ima bolju otpornost na temperaturu, koroziju i hidrolizu od staklenih vlakana. Stoga se pri proizvodnji filtera treba uzeti u obzir različiti čimbenici. Kombinirajte tehničke performanse i ekonomske performanse.
Reference:
[1]Liu Laihong, Wang Shihong. Razvoj i primjena zračnih filtera [J]•Filtriranje i separacija, 2000, 10(4): 8-10.
[2] CN Davis Zračni filter [M], preveo Huang Riguang. Peking: Atomic Energy Press, 1979.
[3] GB/T6165-1985 metoda ispitivanja performansi visokoučinkovitog filtra za zrak, propusnost i otpor [M]. Nacionalni ured za standarde, 1985.
[4]Xing Songnian. Metoda detekcije i praktična primjena visokoučinkovitog zračnog filtera [J]• Bioprotektivna oprema za prevenciju epidemija, 2005, 26(1): 29-31.
[5] Hochrainer. Daljnji razvoj brojača čestica
kalibrator PCS-2000 staklena vlakna [J]•Filter Journal ofAerosolScience, 2000,31(1): 771-772.
[6]E. Weingartner, P. Haller, H. Burtscher itd. Pritisak
DropAcrossFiberFilters[J]•Aerosol Science, 1996, 27(1): 639-640.
[7]Michael JM i Clyde Orr. Filtracija - principi i prakse [M].
New York:MarcelDekkerInc, 1987•
[8] Zhang Guoquan. Mehanika aerosola – teorijska osnova uklanjanja i pročišćavanja prašine [M] • Peking: China Environmental Science Press, 1987.
Vrijeme objave: 06.01.2019.