Razvoj moderne industrije postavio je sve veće zahtjeve na okruženje za eksperimentisanje, istraživanje i proizvodnju. Glavni način za postizanje ovog zahtjeva je široka upotreba filtera za zrak u čistim sistemima klimatizacije. Među njima, HEPA i ULPA filteri su posljednja zaštita od čestica prašine koje ulaze u čistu sobu. Njihove performanse su direktno povezane sa nivoom čiste sobe, što zauzvrat utiče na proces i kvalitet proizvoda. Stoga je značajno provesti eksperimentalna istraživanja filtera. Performanse otpora i performanse filtracije dva filtera upoređene su pri različitim brzinama vjetra mjerenjem efikasnosti 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 faktor koji utiče na efikasnost filtracije HEPA filtera za zrak. Što je veća brzina vjetra, to je niža efikasnost filtracije, a efekat je očigledniji kod PTFE filtera.
Ključne riječi:HEPA filter za vazduh; Otpornost na performanse; performanse filtracije; PTFE filter papir; filter papir od staklenih vlakana; filter od staklenih vlakana.
CLC broj: X964 Identifikacijski kod dokumenta: A
S kontinuiranim razvojem nauke i tehnologije, proizvodnja i modernizacija modernih industrijskih proizvoda postaju sve zahtjevniji u pogledu čistoće zraka u zatvorenom prostoru. Posebno, mikroelektronska, medicinska, hemijska, biološka, prehrambena i druge industrije zahtijevaju miniaturizaciju. Preciznost, visoka čistoća, visok kvalitet i visoka pouzdanost u zatvorenom prostoru, što postavlja sve veće zahtjeve na performanse HEPA filtera za zrak, postala je hitna potreba proizvođača kako proizvesti HEPA filter koji zadovoljava potražnju potrošača. Jedan od riješenih problema [1-2]. Poznato je da su performanse otpora i efikasnost filtracije filtera dva važna pokazatelja za procjenu filtera. Ovaj rad pokušava analizirati performanse filtracije i performanse otpora HEPA filtera za zrak različitih filterskih materijala eksperimentalnim putem [3], kao i različite strukture istog filterskog materijala. Performanse filtracije i svojstva otpora filtera pružaju teorijsku osnovu za proizvođača filtera.
1 Analiza metode ispitivanja
Postoji mnogo metoda za detekciju HEPA filtera za zrak, a različite zemlje imaju različite standarde. Godine 1956., Američka vojna komisija razvila je USMIL-STD282, standard za ispitivanje HEPA filtera za zrak, i DOP metodu za testiranje efikasnosti. Godine 1965. uspostavljen je britanski standard BS3928, a za detekciju efikasnosti korištena je metoda natrijumovog plamena. Godine 1973. Evropsko udruženje za ventilaciju razvilo je standard Eurovent 4/4, koji je slijedio metodu detekcije natrijumovog plamena. Kasnije je Američko društvo za ispitivanje okoliša i nauku o efikasnosti filtera sastavilo niz sličnih standarda za preporučene metode ispitivanja, a svi su koristili metodu brojanja kaliperom DOP-a. Godine 1999. Evropa je uspostavila standard BSEN1822, koji koristi najtransparentniju veličinu čestica (MPPS) za detekciju efikasnosti filtracije [4]. Kineski standard detekcije usvaja metodu natrijumovog plamena. Sistem za detekciju performansi HEPA filtera za zrak korišten u ovom eksperimentu razvijen je na osnovu standarda US 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 poređenju s drugom opremom za testiranje koncentracije čestica [5]. Gore navedene prednosti brojača čestica čine da on postepeno zamijeni druge metode i postane glavna metoda ispitivanja koncentracije čestica. Mogu brojati i broj čestica i raspodjelu veličine čestica (tj. brojati), što je osnovna oprema ovog eksperimenta. Brzina protoka uzorkovanja je 28,6 LPM, a njegova 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.
Sistem za detekciju koristi aerosole koristeći PAO čestice kao prašinu koja se filtrira. Koristimo generatore aerosola (generacije aerosola) modela TDA-5B proizvedenog u Sjedinjenim Američkim 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 tačnost eksperimenta, laboratorija nivoa 10.000 je dizajnirana i uređena u skladu sa američkim federalnim standardom 209C. Korišten je podni premaz, koji karakteriziraju prednosti terrazza, otpornosti na habanje, dobrog zaptivanja, fleksibilnosti i složene konstrukcije. Materijal je epoksidni lak, a zid je napravljen od montažne obloge čiste sobe. Prostorija je opremljena sa 220v, 2×40w pročišćavajućih 6 lampi i raspoređena je prema zahtjevima rasvjete i terenske opreme. Čista soba ima 4 gornja otvora za zrak i 4 otvora za povrat zraka. Prostorija za tuširanje zrakom dizajnirana je za jednostruko obično dodirno upravljanje. Vrijeme tuširanja zrakom je 0-100s, a brzina vjetra bilo koje podesive mlaznice za cirkulaciju zraka je veća ili jednaka 20ms. Budući da je površina čiste sobe <50m2, a osoblje <5 ljudi, osiguran je siguran izlaz iz čiste sobe. Odabrani HEPA filter je GB01×4, zapremina vazduha je 1000m3/h, a efikasnost 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, sa 200 nabora, veličina PTFE filtera 480 (D) × 480 (V) × 70 (Š) mm, bez pregrade, sa 100 nabora.
2 Osnovna principa
Osnovni princip ispitnog uređaja je da ventilator upuhuje zrak. Budući da je HEPA/UEPA filter opremljen i HEPA filterom za zrak, može se smatrati da je zrak postao čist prije nego što dostigne testirani HEPA/UEPA filter. Uređaj emituje PAO čestice u cjevovod kako bi formirao 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 upoređuje koncentracija prašine u zraku prije i poslije filtera, čime se određuju performanse HEPA/UEPA filtera. Štaviše, otvori za uzorkovanje su postavljeni prije i poslije filtera, a otpor svake brzine vjetra se testira pomoću nagibnog mikro manometra.
Poređenje performansi otpora 3 filtera
Karakteristika otpora HEPA filtera jedna je od važnih karakteristika HEPA filtera. Pod pretpostavkom zadovoljavanja efikasnosti potreba ljudi, karakteristike otpora su povezane s troškovima korištenja, otpor je mali, potrošnja energije je mala, a troškovi su ušteđeni. Stoga su performanse otpora filtera postale zabrinjavajuće. Jedan od važnih pokazatelja.
Prema eksperimentalnim podacima mjerenja, dobijen je odnos između prosječne brzine vjetra dva različita strukturna filtera od staklenih vlakana i PTFE filtera i razlike pritiska u filteru.Odnos je prikazan na Slici 2:
Iz eksperimentalnih podataka se može vidjeti da se s povećanjem brzine vjetra otpor filtera linearno povećava od niske do visoke vrijednosti, a dvije ravne linije dva filtera od staklenih vlakana se u velikoj mjeri poklapaju. Lako je vidjeti da je, kada je brzina vjetra pri filtraciji 1 m/s, otpor filtera od staklenih vlakana oko četiri puta veći od otpora PTFE filtera.
Poznavajući površinu filtera, može se izvesti odnos između brzine na čelu i razlike pritiska na filteru:
Iz eksperimentalnih podataka se može vidjeti da se s povećanjem brzine vjetra otpor filtera linearno povećava od niskog do visokog, a dvije ravne linije dva filtera od staklenih vlakana se u velikoj mjeri poklapaju. Lako je vidjeti da je, kada je brzina vjetra pri filtraciji 1 m/s, otpor filtera od staklenih vlakana oko četiri puta veći od otpora PTFE filtera.
Poznavajući površinu filtera, može se izvesti odnos između brzine na čelu i razlike pritiska na filteru:
Zbog razlike između površinske brzine dvije vrste filtera i razlike pritiska filtera dva filter papira, otpor filtera sa specifikacijom 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 u odnosu na filter 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. Direktno proučavajući otpor dva filter papira kako se mijenja brzina vjetra u filteru, eksperimentalni rezultati su prikazani u nastavku:
Ovo dodatno potvrđuje prethodni zaključak da je otpornost filter papira od staklenih vlakana veća od otpornosti PTFE-a pri istoj brzini vjetra [6].
Poređenje performansi filtera sa 4 filtera
Prema eksperimentalnim uslovima, može se izmjeriti efikasnost filtracije filtera za čestice veličine čestica od 0,3 μm, 0,5 μm i 1,0 μm pri različitim brzinama vjetra, a dobija se sljedeći grafikon:
Očigledno je da efikasnost filtracije dva filtera od staklenih vlakana za čestice od 1,0 μm pri različitim brzinama vjetra iznosi 100%, dok efikasnost filtracije čestica od 0,3 μm i 0,5 μm opada s povećanjem brzine vjetra. Može se vidjeti da je efikasnost filtracije filtera za velike čestice veća nego za male čestice, a performanse filtracije filtera dimenzija 610×610×150 mm su superiornije u odnosu na filter specifikacije 610×610×90 mm.
Korištenjem iste metode, dobijen je grafikon koji prikazuje odnos između efikasnosti filtracije PTFE filtera dimenzija 480×480×70 mm u funkciji brzine vjetra:
Upoređujući slike 5 i 6, efekat filtracije staklenog filtera za čestice od 0,3 μm i 0,5 μm je bolji, posebno za efekat kontrasta prašine od 0,3 μm. Efekat filtracije tri čestice na česticama od 1 μm bio je 100%.
Kako bi se intuitivnije uporedile performanse filtracije filtera od staklenih vlakana i PTFE filterskog materijala, testovi performansi filtera su direktno izvedeni na dva filter papira i dobijen je sljedeći grafikon:
Gornji grafikon je dobijen mjerenjem efekta filtracije PTFE i filter papira od staklenih vlakana na česticama veličine 0,3 μm pri različitim brzinama vjetra [7-8]. Očigledno je da je efikasnost filtracije PTFE filter papira niža od efikasnosti filter papira od staklenih vlakana.
Uzimajući u obzir svojstva otpora i svojstva filtracije materijala filtera, lako je vidjeti da je PTFE materijal filtera pogodniji za izradu grubih ili sub-HEPA filtera, a materijal filtera od staklenih vlakana pogodniji je za izradu HEPA ili ultra-HEPA filtera.
5 Zaključak
Perspektive za različite primjene filtera istražuju se poređenjem svojstava otpora i svojstava filtracije PTFE filtera sa filterima od staklenih vlakana. Iz eksperimenta možemo zaključiti da je brzina vjetra vrlo važan faktor koji utiče na efekat filtracije HEPA filtera za vazduh. Što je veća brzina vjetra, to je niža efikasnost filtracije, to je očigledniji efekat na PTFE filter i generalno PTFE filter ima niži efekat filtracije od filtera od fiberglasa, ali je njegov otpor niži od otpora filtera od staklenih vlakana. Stoga je PTFE materijal filtera pogodniji za izradu grubih ili subvisoko efikasnih filtera, a materijal filtera od staklenih vlakana je pogodniji za proizvodnju efikasnih ili ultra-efikasnih 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 poređenju sa staklenim vlaknima, PTFE ima bolju otpornost na temperature, koroziju i hidrolizu od staklenih vlakana. Stoga, prilikom proizvodnje filtera treba uzeti u obzir različite faktore. Kombinujte 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 visokoefikasnog filtera za vazduh, propusnost i otpornost [M]. Nacionalni biro za standarde, 1985.
[4]Xing Songnian. Metoda detekcije i praktična primjena visokoefikasnog filtera za vazduh [J]• Bioprotektivna oprema za prevenciju epidemija, 2005, 26(1): 29-31.
[5] Hochrainer. Dalji razvoj brojača čestica
kalibrator PCS-2000 staklena vlakna [J]•Filter Journal of AerosolScience, 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 prečišćavanja prašine [M] • Peking: China Environmental Science Press, 1987.
Vrijeme objave: 06.01.2019.