Развіццё сучаснай прамысловасці прад'яўляе ўсё большыя патрабаванні да асяроддзя эксперыментаў, даследаванняў і вытворчасці. Асноўным спосабам дасягнення гэтага патрабавання з'яўляецца шырокае выкарыстанне паветраных фільтраў у чыстых сістэмах кандыцыянавання паветра. Сярод іх HEPA- і ULPA-фільтры з'яўляюцца апошняй абаронай ад часціц пылу, якія трапляюць у чыстае памяшканне. Іх прадукцыйнасць непасрэдна звязана з узроўнем чысціні памяшкання, што, у сваю чаргу, уплывае на працэс і якасць прадукцыі. Таму мае сэнс правесці эксперыментальныя даследаванні фільтраў. Характарыстыкі супраціўлення і фільтрацыйнай прадукцыйнасці двух фільтраў параўноўваліся пры розных хуткасцях ветру шляхам вымярэння эфектыўнасці фільтрацыі шкловалакністага фільтра і PTFE-фільтра для часціц PAO памерам 0,3 мкм, 0,5 мкм і 1,0 мкм. Вынікі паказваюць, што хуткасць ветру з'яўляецца вельмі важным фактарам, які ўплывае на эфектыўнасць фільтрацыі паветраных фільтраў HEPA. Чым вышэй хуткасць ветру, тым ніжэй эфектыўнасць фільтрацыі, і эфект больш відавочны для PTFE-фільтраў.
Ключавыя словы:Паветраны фільтр HEPA; Супраціўленне; эфектыўнасць фільтрацыі; фільтравальная папера PTFE; фільтравальная папера са шкловалакна; фільтр са шкловалакна.
Нумар CLC: X964 Ідэнтыфікацыйны код дакумента: A
З пастаянным развіццём навукі і тэхналогій вытворчасць і мадэрнізацыя сучаснай прамысловай прадукцыі становяцца ўсё больш патрабавальнымі да чысціні паветра ў памяшканнях. У прыватнасці, мікраэлектроніка, медыцынская, хімічная, біялагічная, харчовая і іншыя галіны прамысловасці патрабуюць мініяцюрызацыі. Дакладнасць, высокая чысціня, высокая якасць і высокая надзейнасць унутры памяшканняў прад'яўляюць усё больш высокія патрабаванні да прадукцыйнасці паветраных фільтраў HEPA, таму вытворчасць фільтраў HEPA, якія адпавядаюць попыту спажыўцоў, стала тэрміновай патрэбай вытворцаў. Адной з вырашаных праблем [1-2]. Добра вядома, што супраціўленне і эфектыўнасць фільтрацыі фільтра з'яўляюцца двума важнымі паказчыкамі для ацэнкі фільтра. У гэтай працы зроблена спроба прааналізаваць прадукцыйнасць фільтрацыі і супраціўленне паветраных фільтраў HEPA з розных фільтруючых матэрыялаў шляхам эксперыментаў [3], а таксама розных структур аднаго і таго ж фільтруючага матэрыялу. Прадукцыйнасць фільтрацыі і ўласцівасці супраціўлення фільтра забяспечваюць тэарэтычную аснову для вытворцы фільтраў.
1 Аналіз метаду выпрабаванняў
Існуе мноства метадаў выяўлення паветраных фільтраў HEPA, і розныя краіны маюць розныя стандарты. У 1956 годзе Ваенная камісія ЗША распрацавала стандарт USMIL-STD282 для выпрабаванняў паветраных фільтраў HEPA і метад DOP для выпрабавання эфектыўнасці. У 1965 годзе быў усталяваны брытанскі стандарт BS3928, і для выяўлення эфектыўнасці выкарыстоўваўся метад натрыевага полымя. У 1973 годзе Еўрапейская асацыяцыя вентыляцыі распрацавала стандарт Eurovent 4/4, які быў выкарыстаны пасля метаду выяўлення натрыевага полымя. Пазней Амерыканскае таварыства экалагічных выпрабаванняў і навукі аб эфектыўнасці фільтраў склала серыю падобных стандартаў для рэкамендаваных метадаў выпрабаванняў, усе з выкарыстаннем метаду падліку DOP з дапамогай штангенцыркуля. У 1999 годзе Еўропа ўстанавіла стандарт BSEN1822, які выкарыстоўвае найбольш празрысты памер часціц (MPPS) для вызначэння эфектыўнасці фільтрацыі [4]. Стандарт выяўлення Кітая выкарыстоўвае метад натрыевага полымя. Сістэма выяўлення прадукцыйнасці паветранага фільтра HEPA, якая выкарыстоўваецца ў гэтым эксперыменце, распрацавана на аснове стандарту ЗША 52.2. Метад выяўлення выкарыстоўвае метад падліку з дапамогай штангенцыркуля, а аэразоль выкарыстоўвае часціцы PAO.
1. 1 асноўны інструмент
У гэтым эксперыменце выкарыстоўваюцца два лічыльнікі часціц, якія з'яўляюцца простымі, зручнымі, хуткімі і інтуітыўна зразумелымі ў параўнанні з іншым абсталяваннем для вымярэння канцэнтрацыі часціц [5]. Вышэйзгаданыя перавагі лічыльніка часціц дазваляюць яму паступова замяніць іншыя метады і стаць асноўным метадам вымярэння канцэнтрацыі часціц. Ён можа падлічваць як колькасць часціц, так і размеркаванне часціц па памерах (г.зн. падлічваць колькасць), што з'яўляецца асноўным абсталяваннем гэтага эксперыменту. Хуткасць патоку пробы складае 28,6 л/мін, а яго безвугляродны вакуумны помпа мае характарыстыкі нізкага ўзроўню шуму і стабільнай працы. Пры ўсталёўцы адпаведнай опцыі можна вымераць тэмпературу і вільготнасць, а таксама хуткасць ветру, а таксама праверыць фільтр.
Сістэма выяўлення выкарыстоўвае аэразолі, якія выкарыстоўваюць часціцы PAO ў якасці пылу для фільтрацыі. Мы выкарыстоўваем генератары аэразоляў (генератары аэразоляў) мадэлі TDA-5B, вырабленыя ў ЗША. Дыяпазон распаўсюджанасці складае 500–65000 куб. футаў у хвіліну (1 куб. фут у хвіліну = 28,6 л/мін), а канцэнтрацыя — 100 мкг/л, 6500 куб. фут у хвіліну; 10 мкг/л, 65000 куб. фут у хвіліну.
1. 2 чыстыя пакоі
Для павышэння дакладнасці эксперыменту лабараторыя ўзроўню 10 000 была спраектавана і аформлена ў адпаведнасці з федэральным стандартам ЗША 209C. Выкарыстоўваецца пакрыццё падлогі, якое характарызуецца перавагамі тэраца, зносаўстойлівасці, добрай герметызацыі, гнуткасці і складанай канструкцыі. Матэрыял - эпаксідны лак, а сцены зроблены з сабранага сайдынгу чыстай пакоі. Пакой абсталяваны 220-вольтнымі, 2×40-ватнымі ачышчальнымі лямпамі і размешчаны ў адпаведнасці з патрабаваннямі да асвятлення і палявога абсталявання. У чыстым пакоі ёсць 4 верхнія выхады паветра і 4 адтуліны для вяртання паветра. Пакой паветранага душа прызначаны для звычайнага сэнсарнага кіравання. Час паветранага душа складае 0-100 секунд, а хуткасць ветру любой рэгуляванай фарсункі цыркуляцыйнага аб'ёму паветра больш або роўная 20 мс. Паколькі плошча чыстага памяшкання складае <50 м2, а персанал складае <5 чалавек, з чыстага памяшкання прадугледжаны бяспечны выхад. Абраны HEPA-фільтр GB01×4, аб'ём паветра складае 1000 м3/г, а эфектыўнасць фільтрацыі большая або роўная 0,5 мкм і складае 99,995%.
1. 3 эксперыментальныя ўзоры
Мадэлі шкловалакністага фільтра: 610 (Д) × 610 (В) × 150 (Ш) мм, тыпу перагародкі, 75 маршчын, памер 610 (Д) × 610 (В) × 90 (Ш) мм, з 200 складкамі, памер фільтра з ПТФЭ 480 (Д) × 480 (В) × 70 (Ш) мм, тыпу без перагародкі, са 100 складкамі.
2 Асноўныя прынцыпы
Асноўны прынцып выпрабавальнага стэнда заключаецца ў тым, што вентылятар дзьме ў паветра. Паколькі HEPA/UEPA таксама абсталяваны паветраным фільтрам HEPA, можна лічыць, што паветра стала чыстым, перш чым дасягнуць праверанага HEPA/UEPA. Прылада выкідвае часціцы PAO ў трубаправод для ўтварэння патрэбнай канцэнтрацыі пылазмяшчальнага газу і выкарыстоўвае лазерны лічыльнік часціц для вызначэння канцэнтрацыі часціц. Затым пылазмяшчальны газ праходзіць праз правераны HEPA/UEPA, і канцэнтрацыя пылазмяшчальных часціц у паветры, адфільтраваным HEPA/UEPA, таксама вымяраецца з дапамогай лазернага лічыльніка часціц, і параўноўваецца канцэнтрацыя пылу ў паветры да і пасля фільтра, тым самым вызначаючы прадукцыйнасць фільтра HEPA/UEPA. Акрамя таго, адтуліны для адбору проб размешчаны адпаведна да і пасля фільтра, і тут з дапамогай нахільнага мікраманометра правяраецца супраціўленне кожнай хуткасці ветру.
Параўнанне прадукцыйнасці 3-х фільтраў
Характарыстыка супраціўлення HEPA-фільтра з'яўляецца адной з важных характарыстык HEPA-фільтра. Зыходзячы з перадумовы задавальнення патрэбаў людзей, характарыстыкі супраціўлення звязаны з коштам выкарыстання, супраціўленне невялікае, спажыванне энергіі невялікае, а кошт эканоміцца. Такім чынам, характарыстыкі супраціўлення фільтра сталі праблемай. Гэта адзін з важных паказчыкаў.
Згодна з эксперыментальнымі вымяральнымі дадзенымі, атрымана залежнасць паміж сярэдняй хуткасцю ветру двух розных структурных фільтраў са шкловалакна і фільтра з ПТФЭ і розніцай ціску ў фільтры.Суадносіны паказаны на малюнку 2:
З эксперыментальных дадзеных відаць, што з павелічэннем хуткасці ветру супраціўленне фільтра лінейна павялічваецца ад нізкага да высокага значэння, і дзве прамыя лініі двух фільтраў са шкловалакна практычна супадаюць. Лёгка заўважыць, што пры хуткасці фільтрацыйнага ветру 1 м/с супраціўленне фільтра са шкловалакна прыкладна ў чатыры разы большае, чым у фільтра з ПТФЭ.
Ведаючы плошчу фільтра, можна вывесці залежнасць паміж хуткасцю зваротнага потоку і розніцай ціскаў на фільтры:
З эксперыментальных дадзеных відаць, што з павелічэннем хуткасці ветру супраціўленне фільтра лінейна павялічваецца ад нізкага да высокага, і дзве прамыя лініі двух фільтраў са шкловалакна практычна супадаюць. Лёгка заўважыць, што пры хуткасці фільтрацыйнага ветру 1 м/с супраціўленне фільтра са шкловалакна прыкладна ў чатыры разы большае, чым у фільтра з ПТФЭ.
Ведаючы плошчу фільтра, можна вывесці залежнасць паміж хуткасцю зваротнага потоку і розніцай ціскаў на фільтры:
З-за розніцы паміж хуткасцю паверхні двух тыпаў фільтраў і розніцы ціску ў фільтрах двух фільтравальных папер, супраціўленне фільтра з памерамі 610×610×90 мм пры той жа хуткасці паверхні вышэйшае, чым супраціўленне фільтра памерам 610×150 мм.
Аднак відавочна, што пры аднолькавай хуткасці паверхні супраціўленне шкловалакністага фільтра вышэйшае, чым супраціўленне PTFE. Гэта паказвае, што PTFE пераўзыходзіць шкловалакністы фільтр з пункту гледжання супраціву. Для далейшага разумення характарыстык шкловалакністага фільтра і супраціву PTFE былі праведзены дадатковыя эксперыменты. Ніжэй прыведзены вынікі непасрэднага вывучэння супраціўлення двух фільтравальных папер пры змене хуткасці ветру фільтра:
Гэта дадаткова пацвярджае папярэднюю выснову аб тым, што супраціўленне фільтравальнай паперы са шкловалакна вышэйшае, чым у PTFE пры аднолькавай хуткасці ветру [6].
Параўнанне прадукцыйнасці 4 фільтраў
Згодна з эксперыментальнымі ўмовамі, эфектыўнасць фільтрацыі фільтра для часціц з памерам часціц 0,3 мкм, 0,5 мкм і 1,0 мкм пры розных хуткасцях ветру можа быць вымерана, і атрымана наступная дыяграма:
Відавочна, што эфектыўнасць фільтрацыі двух шкловалакністых фільтраў для часціц памерам 1,0 мкм пры розных хуткасцях ветру складае 100%, а эфектыўнасць фільтрацыі часціц памерам 0,3 мкм і 0,5 мкм зніжаецца з павелічэннем хуткасці ветру. Можна заўважыць, што эфектыўнасць фільтрацыі буйных часціц фільтра вышэйшая, чым дробных, і прадукцыйнасць фільтрацыі фільтра памерам 610×610×150 мм пераўзыходзіць фільтр памерам 610×610×90 мм.
Выкарыстоўваючы той жа метад, атрымліваецца графік, які паказвае залежнасць эфектыўнасці фільтрацыі PTFE-фільтра памерам 480×480×70 мм ад хуткасці ветру:
Параўноўваючы мал. 5 і мал. 6, можна заўважыць лепшы эфект фільтрацыі шклянога фільтра з памерам 0,3 мкм і 0,5 мкм, асабліва для эфекту кантрасту пылу 0,3 мкм. Эфект фільтрацыі трох часціц на часціцах памерам 1 мкм склаў 100%.
Каб больш інтуітыўна параўнаць эфектыўнасць фільтрацыі шкловалакнавага фільтра і фільтруючага матэрыялу з PTFE, выпрабаванні эфектыўнасці фільтра былі праведзены непасрэдна на двух фільтравальных паперах, і была атрымана наступная дыяграма:
Прыведзеная вышэй дыяграма атрымана шляхам вымярэння фільтруючага эфекту PTFE і фільтравальнай паперы з шкловалакна на часціцах памерам 0,3 мкм пры розных хуткасцях ветру [7-8]. Відавочна, што эфектыўнасць фільтрацыі PTFE фільтравальнай паперы ніжэйшая, чым у шкловалакністай фільтравальнай паперы.
Улічваючы ўласцівасці супраціўлення і фільтруючыя ўласцівасці фільтруючага матэрыялу, лёгка заўважыць, што фільтруючы матэрыял PTFE больш падыходзіць для вырабу грубых або суб-HEPA-фільтраў, а фільтруючы матэрыял са шкловалакна больш падыходзіць для вырабу HEPA або ультра-HEPA-фільтраў.
5 Выснова
Перспектывы розных ужыванняў фільтраў даследаваны шляхам параўнання ўласцівасцей супраціўлення і фільтруючых уласцівасцей PTFE-фільтраў са шкловалакністымі фільтрамі. З эксперыменту можна зрабіць выснову, што хуткасць ветру з'яўляецца вельмі важным фактарам, які ўплывае на фільтруючы эфект паветранага фільтра HEPA. Чым вышэй хуткасць ветру, тым ніжэй эфектыўнасць фільтрацыі, тым больш відавочны ўплыў на PTFE-фільтр, і ў цэлым PTFE-фільтр мае меншы фільтруючы эфект, чым шкловалакністы фільтр, але яго супраціўленне ніжэйшае, чым у шкловалакністага фільтра. Такім чынам, PTFE-фільтр больш падыходзіць для вырабу грубых або субвысокаэфектыўных фільтраў, а шкловалакністы фільтр больш падыходзіць для вытворчасці эфектыўных або ультраэфектыўных фільтраў. Шкловалакністы HEPA-фільтр са спецыфікацыяй 610×610×150 мм ніжэйшы, чым шкловалакністы HEPA-фільтр 610×610×90 мм, і эфектыўнасць фільтрацыі лепшая, чым шкловалакністы HEPA-фільтр 610×610×90 мм. У цяперашні час цана чыстага PTFE-фільтра вышэйшая, чым у шкловалакністага. Аднак, у параўнанні са шкловалакном, PTFE мае лепшую тэмпературную ўстойлівасць, каразійную ўстойлівасць і гідроліз, чым шкловалакно. Таму пры вытворчасці фільтра неабходна ўлічваць розныя фактары. Спалучайце тэхнічныя характарыстыкі і эканамічныя паказчыкі.
Спасылкі:
[1] Лю Лайхун, Ван Шыхун. Распрацоўка і прымяненне паветраных фільтраў [J]•Фільтраванне і сепарацыя, 2000, 10(4): 8-10.
[2] Паветраны фільтр К. Н. Дэвіса [M], пераклад Хуан Рыгуана. Пекін: Atomic Energy Press, 1979.
[3] GB/T6165-1985 метад выпрабаванняў прапускной здольнасці і супраціўлення паветраным фільтрам высокай эфектыўнасці [M]. Нацыянальнае бюро стандартаў, 1985.
[4] Сін Суннянь. Метад выяўлення і практычнае прымяненне высокаэфектыўнага паветранага фільтра [J]• Біяахоўнае абсталяванне для прафілактыкі эпідэмій, 2005, 26(1): 29-31.
[5] Хохрайнер. Далейшыя распрацоўкі лічыльніка часціц
памернік PCS-2000шкловалакно [J]•Фільтр Journal ofAerosolScience, 2000, 31 (1): 771-772.
[6]Э. Вайнгартнер, П. Халлер, Х. Буртшер і інш. Ціск
DropAcrossFiberFilters[J]•Aerosol Science, 1996, 27(1): 639-640.
[7]Майкл Дж. М. і Клайд Ор. Фільтрацыя — прынцыпы і практыка [M].
Нью-Ёрк: MarcelDekkerInc, 1987•
[8] Чжан Гоцюань. Механіка аэразоляў – тэарэтычная аснова выдалення і ачысткі пылу [M] • Пекін: China Environmental Science Press, 1987.
Час публікацыі: 06 студзеня 2019 г.