Utvecklingen av den moderna industrin har ställt ökande krav på miljön för experiment, forskning och produktion. Det huvudsakliga sättet att uppnå detta krav är att använda luftfilter i stor utsträckning i rena luftkonditioneringssystem. Bland dessa är HEPA- och ULPA-filter det sista skyddet mot dammpartiklar som kommer in i renrummet. Dess prestanda är direkt relaterad till renrumsnivån, vilket i sin tur påverkar process- och produktkvaliteten. Därför är det meningsfullt att genomföra experimentell forskning på filtret. Motståndsprestanda och filtreringsprestanda för de två filtren jämfördes vid olika vindhastigheter genom att mäta filtreringseffektiviteten hos glasfiberfiltret och PTFE-filtret för 0,3 μm, 0,5 μm, 1,0 μm PAO-partiklar. Resultaten visar att vindhastighet är en mycket viktig faktor som påverkar filtreringseffektiviteten hos HEPA-luftfilter. Ju högre vindhastighet, desto lägre filtreringseffektivitet, och effekten är mer uppenbar för PTFE-filter.
Nyckelord:HEPA-luftfilter; Motståndsprestanda; filtreringsprestanda; PTFE-filterpapper; glasfiberfilterpapper; glasfiberfilter.
CLC-nummer: X964 Dokumentidentifieringskod: A
Med den kontinuerliga utvecklingen av vetenskap och teknik har produktion och modernisering av moderna industriprodukter blivit alltmer krävande för inomhusluftens renhet. I synnerhet mikroelektronik, medicin, kemi, biologiska, livsmedelsbearbetnings- och andra industrier kräver miniatyrisering. Precision, hög renhet, hög kvalitet och hög tillförlitlighet inomhusmiljön ställer allt högre krav på HEPA-luftfiltrets prestanda. Därför har det blivit ett akut behov för tillverkare att tillverka ett HEPA-filter för att möta konsumenternas efterfrågan. Ett av problemen som lösts [1-2]. Det är välkänt att filtrets resistansprestanda och filtreringseffektivitet är två viktiga indikatorer för att utvärdera filtret. Denna artikel försöker analysera filtreringsprestanda och resistansprestanda hos HEPA-luftfiltret från olika filtermaterial genom experiment [3], och de olika strukturerna hos samma filtermaterial. Filtrets filtreringsprestanda och resistansegenskaper ger en teoretisk grund för filtertillverkaren.
1 Analys av testmetod
Det finns många metoder för att detektera HEPA-luftfilter, och olika länder har olika standarder. År 1956 utvecklade den amerikanska militärkommissionen USMIL-STD282, en teststandard för HEPA-luftfilter, och DOP-metoden för effektivitetstestning. År 1965 etablerades den brittiska standarden BS3928, och natriumflammetoden för effektivitetsdetektering användes. År 1973 utvecklade European Ventilation Association Eurovent 4/4-standarden, som följde natriumflammetoden. Senare sammanställde American Society for Environmental Testing and Filter Efficiency Science en serie liknande standarder för rekommenderade testmetoder, alla med DOP-kaliperräkningsmetoden. År 1999 etablerade Europa BSEN1822-standarden, som använder den mest transparenta partikelstorleken (MPPS) för att detektera filtreringseffektivitet [4]. Kinas detektionsstandard använder natriumflammetoden. HEPA-luftfilterprestandadetekteringssystemet som används i detta experiment är utvecklat baserat på US 52.2-standarden. Detektionsmetoden använder en kaliperräkningsmetod, och aerosolen använder PAO-partiklar.
1. 1 huvudinstrument
Detta experiment använder två partikelräknare, vilka är enkla, bekväma, snabba och intuitiva jämfört med annan utrustning för partikelkoncentrationstest [5]. Ovanstående fördelar med partikelräknaren gör att den gradvis ersätter andra metoder och blir den huvudsakliga testmetoden för partikelkoncentration. De kan räkna både antalet partiklar och partikelstorleksfördelningen (dvs. räknare), vilket är kärnutrustningen i detta experiment. Provtagningsflödet är 28,6 LPM, och dess kolfria vakuumpump har egenskaper som lågt brus och stabil prestanda. Om tillvalet är installerat kan temperatur och fuktighet samt vindhastighet mätas och filtret testas.
Detektionssystemet använder aerosoler med PAO-partiklar som damm som ska filtreras. Vi använder aerosolgeneratorer (aerosolgenerationer) av TDA-5B-modellen som tillverkas i USA. Förekomstområdet är 500–65000 cfm (1 cfm = 28,6 LPM), och koncentrationen är 100 μg/L, 6500 cfm; 10 μg/L, 6500 cfm.
1. 2 renrum
För att förbättra experimentets noggrannhet designades och dekorerades laboratoriet på 10 000-nivå enligt den amerikanska federala standarden 209C. Beläggningsgolvet används, vilket kännetecknas av fördelarna med terrazzo, slitstyrka, god tätning, flexibilitet och komplicerad konstruktion. Materialet är epoxilack och väggen är tillverkad av monterad renrumsbeklädnad. Rummet är utrustat med 220V, 2×40W reningslampor med 6 st och arrangerat enligt kraven för belysning och fältutrustning. Renrummet har 4 övre luftutlopp och 4 luftåterföringsportar. Luftduschrummet är utformat för enkel vanlig pekkontroll. Luftduschtiden är 0-100s, och vindhastigheten för alla justerbara cirkulerande luftvolymmunstycken är större än eller lika med 20ms. Eftersom renrummets yta är <50m2 och personalen är <5 personer, finns en säker utgång till renrummet. Det valda HEPA-filtret är GB01×4, luftvolymen är 1000 m3/h och filtreringseffektiviteten är större än eller lika med 0,5 μm och 99,995 %.
1. 3 experimentella prover
Modellerna av glasfiberfiltret är: 610 (L) × 610 (H) × 150 (B) mm, baffeltyp, 75 veck, storlek 610 (L) × 610 (H) × 90 (B) Mm, med 200 veck, PTFE-filterstorlek 480 (L) × 480 (H) × 70 (B) mm, utan baffeltyp, med 100 veck.
2 Grundprinciper
Grundprincipen för testbänken är att fläkten blåses ut i luften. Eftersom HEPA/UEPA-filtret också är utrustat med ett HEPA-luftfilter kan man anta att luften har blivit ren luft innan den når det testade HEPA/UEPA-filtret. Apparaten avger PAO-partiklar i rörledningen för att bilda en önskad koncentration av dammhaltig gas och använder en laserpartikelräknare för att bestämma partikelkoncentrationen. Den dammhaltiga gasen strömmar sedan genom det testade HEPA/UEPA-filtret, och dammpartikelkoncentrationen i luften som filtreras av HEPA/UEPA mäts också med hjälp av en laserpartikelräknare, och dammkoncentrationen i luften före och efter filtret jämförs, varigenom HEPA/UEPA-filtrets prestanda bestäms. Dessutom är provtagningshål anordnade före respektive efter filtret, och motståndet för varje vindhastighet testas med hjälp av en lutande mikrotrycksmätare här.
3 jämförelse av filtermotståndsprestanda
HEPA-filtrets resistansegenskaper är en av de viktiga egenskaperna hos HEPA. Med utgångspunkt i att effektiviteten hos människors behov är resistansegenskaperna relaterade till användningskostnaden, vilket ger låg resistans, låg energiförbrukning och låg kostnadsbesparing. Därför har filtrets resistansprestanda blivit en viktig indikator.
Enligt de experimentella mätdata erhålls förhållandet mellan den genomsnittliga vindhastigheten för de två olika strukturella filtren av glasfiber och PTFE-filtret och filtertryckskillnaden.Sambandet visas i figur 2:
Det framgår av experimentella data att allt eftersom vindhastigheten ökar, ökar filtrets resistans linjärt från låg till hög, och de två raka linjerna för de två glasfiberfiltren sammanfaller i stort sett. Det är lätt att se att när filtreringsvindhastigheten är 1 m/s är glasfiberfiltrets resistans ungefär fyra gånger högre än PTFE-filtrets.
Med kännedom om filtrets area kan förhållandet mellan filterytans hastighet och filtertryckskillnaden härledas:
Det framgår av experimentella data att när vindhastigheten ökar ökar filtrets resistans linjärt från låg till hög, och de två raka linjerna för de två glasfiberfiltren sammanfaller i stort sett. Det är lätt att se att när filtreringsvindhastigheten är 1 m/s är glasfiberfiltrets resistans ungefär fyra gånger högre än PTFE-filtrets.
Med kännedom om filtrets area kan förhållandet mellan filterytans hastighet och filtertryckskillnaden härledas:
På grund av skillnaden mellan ythastigheten för de två typerna av filter och filtertryckskillnaden för de två filterpappren är resistansen hos filtret med specifikationen 610 × 610 × 90 mm vid samma ythastighet högre än specifikationen 610 × 610. Resistansen för filtret 610 x 150 mm.
Det är emellertid tydligt att vid samma ythastighet är resistansen hos glasfiberfiltret högre än resistansen hos PTFE. Det visar att PTFE är överlägset glasfiberfilter vad gäller resistansprestanda. För att ytterligare förstå egenskaperna hos glasfiberfiltret och PTFE-resistansen utfördes ytterligare experiment. Resistansen hos de två filterpappren studerades direkt när filtrets vindhastighet ändras. De experimentella resultaten visas nedan:
Detta bekräftar ytterligare den tidigare slutsatsen att resistansen hos glasfiberfilterpapper är högre än hos PTFE under samma vindhastighet [6].
4 jämförelse av filterprestanda
Enligt de experimentella förhållandena kan filtrets filtreringseffektivitet för partiklar med en partikelstorlek på 0,3 μm, 0,5 μm och 1,0 μm vid olika vindhastigheter mätas, och följande diagram erhålls:
Filtreringseffektiviteten för de två glasfiberfiltren för 1,0 μm partiklar vid olika vindhastigheter är uppenbarligen 100 %, och filtreringseffektiviteten för 0,3 μm och 0,5 μm partiklar minskar med ökande vindhastighet. Det framgår att filtrets filtreringseffektivitet för de stora partiklarna är högre än för de små partiklarna, och filtreringsprestandan för 610×610×150 mm-filtret är överlägsen filtret med specifikationen 610×610×90 mm.
Med samma metod erhålls ett diagram som visar sambandet mellan filtreringseffektiviteten hos 480×480×70 mm PTFE-filtret som funktion av vindhastighet:
Om man jämför figur 5 och figur 6 är filtreringseffekten för glasfiltret med partiklar på 0,3 μm och 0,5 μm bättre, särskilt för dammkontrasteffekten på 0,3 μm. Filtreringseffekten för de tre partiklarna på 1 μm partiklar var 100 %.
För att mer intuitivt kunna jämföra filtreringsprestandan hos glasfiberfiltret och PTFE-filtermaterialet utfördes filterprestandatesterna direkt på de två filterpappren, och följande diagram erhölls:
Diagrammet ovan erhålls genom att mäta filtreringseffekten av PTFE- och glasfiberfilterpapper på 0,3 μm partiklar vid olika vindhastigheter [7-8]. Det är uppenbart att filtreringseffektiviteten för PTFE-filterpapper är lägre än för glasfiberfilterpapper.
Med tanke på filtermaterialets resistansegenskaper och filtreringsegenskaper är det lätt att se att PTFE-filtermaterialet är mer lämpligt för att tillverka grova eller sub-HEPA-filter, och glasfiberfiltermaterialet är mer lämpligt för att tillverka HEPA- eller ultra-HEPA-filter.
5 Slutsats
Möjligheterna för olika filtertillämpningar undersöks genom att jämföra resistansegenskaperna och filtreringsegenskaperna hos PTFE-filter med glasfiberfilter. Från experimentet kan vi dra slutsatsen att vindhastighet är en mycket viktig faktor som påverkar filtreringseffekten hos HEPA-luftfiltret. Ju högre vindhastighet, desto lägre filtreringseffektivitet, desto tydligare blir effekten på PTFE-filtret, och totalt sett har PTFE-filtret en lägre filtreringseffekt än glasfiberfiltret, men dess resistans är lägre än glasfiberfiltrets. Därför är PTFE-filtermaterialet mer lämpligt för att tillverka ett grovt eller subhögeffektivt filter, och glasfiberfiltermaterialet är mer lämpligt för produktion. Effektivt eller ultraeffektivt filter. Glasfiber-HEPA-filtret med en specifikation på 610 × 610 × 150 mm är lägre än 610 × 610 × 90 mm glasfiber-HEPA-filtret, och filtreringsprestandan är bättre än 610 × 610 × 90 mm glasfiber-HEPA-filtret. För närvarande är priset på rent PTFE-filtermaterial högre än för glasfiber. Jämfört med glasfiber har PTFE dock bättre temperaturbeständighet, korrosionsbeständighet och hydrolysbeständighet. Därför bör olika faktorer beaktas vid tillverkning av filter. Kombinera teknisk prestanda och ekonomisk prestanda.
Referenser:
[1]Liu Laihong, Wang Shihong. Utveckling och tillämpning av luftfilter [J]•Filtrering och separation, 2000, 10(4): 8-10.
[2] CN Davis luftfilter [M], översatt av Huang Riguang. Peking: Atomic Energy Press, 1979.
[3] GB/T6165-1985 metod för prestandatest av högeffektiva luftfilter, transmittans och resistans [M]. National Bureau of Standards, 1985.
[4] Xing Songnian. Detektionsmetod och praktisk tillämpning av högeffektiva luftfilter. [J] • Bioprotective Epidemic Prevention Equipment, 2005, 26(1): 29-31.
[5] Hochrainer. Vidareutvecklingar av partikelräknaren.
storleksbestämmare PCS-2000 glasfiber [J]•Filter Journal of AerosolScience, 2000,31(1): 771-772.
[6]E. Weingartner, P. Haller, H. Burtscher etc. Pressure
DropAcrossFiberFilters[J]•Aerosol Science, 1996, 27(1): 639-640.
[7] Michael JM och Clyde Orr. Filtreringsprinciper och metoder [M].
New York: MarcelDekkerInc, 1987•
[8] Zhang Guoquan. Aerosolmekanik – teoretisk grund för dammborttagning och rening [M] • Peking: China Environmental Science Press, 1987.
Publiceringstid: 6 januari 2019