De ontwikkeling van de moderne industrie stelt steeds hogere eisen aan de omgeving voor experimenten, onderzoek en productie. De belangrijkste manier om aan deze eis te voldoen, is door op grote schaal luchtfilters te gebruiken in schone airconditioningsystemen. HEPA- en ULPA-filters vormen de laatste bescherming tegen stofdeeltjes die de cleanroom binnendringen. De prestaties ervan zijn direct gerelateerd aan het cleanroomniveau, wat op zijn beurt de proces- en productkwaliteit beïnvloedt. Daarom is het zinvol om experimenteel onderzoek naar het filter uit te voeren. De weerstandsprestaties en filtratieprestaties van de twee filters werden vergeleken bij verschillende windsnelheden door de filtratie-efficiëntie van het glasvezelfilter en het PTFE-filter te meten voor PAO-deeltjes van 0,3 μm, 0,5 μm en 1,0 μm. De resultaten tonen aan dat de windsnelheid een zeer belangrijke factor is die de filtratie-efficiëntie van HEPA-luchtfilters beïnvloedt. Hoe hoger de windsnelheid, hoe lager de filtratie-efficiëntie, en het effect is duidelijker bij PTFE-filters.
Trefwoorden:HEPA-luchtfilter; Weerstandsprestaties; filtratieprestaties; PTFE-filterpapier; glasvezelfilterpapier; glasvezelfilter.
CLC-nummer: X964 Documentidentificatiecode: A
Met de voortdurende ontwikkeling van wetenschap en technologie zijn de productie en modernisering van moderne industriële producten steeds veeleisender geworden voor de reinheid van de binnenlucht. Met name de micro-elektronica, medische, chemische, biologische, voedselverwerkende en andere industrieën vereisen miniaturisatie. Precisie, hoge zuiverheid, hoge kwaliteit en hoge betrouwbaarheid van het binnenmilieu, wat steeds hogere eisen stelt aan de prestaties van HEPA-luchtfilters, dus hoe een HEPA-filter te produceren om aan de consumentenvraag te voldoen, is een dringende behoefte geworden voor fabrikanten. Een van de problemen is opgelost [1-2]. Het is bekend dat de weerstandsprestaties en filtratie-efficiëntie van het filter twee belangrijke indicatoren zijn voor het evalueren van het filter. Dit artikel probeert de filtratieprestaties en weerstandsprestaties van het HEPA-luchtfilter van verschillende filtermaterialen te analyseren door middel van experimenten [3] en de verschillende structuren van hetzelfde filtermateriaal. De filtratieprestaties en weerstandseigenschappen van het filter vormen een theoretische basis voor de filterfabrikant.
1 Testmethodeanalyse
Er zijn veel methoden voor het detecteren van HEPA-luchtfilters en verschillende landen hanteren verschillende normen. In 1956 ontwikkelde de Amerikaanse militaire commissie de USMIL-STD282, een testnorm voor HEPA-luchtfilters, en de DOP-methode voor efficiëntietests. In 1965 werd de Britse norm BS3928 vastgesteld en werd de natriumvlammethode voor efficiëntiedetectie gebruikt. In 1973 ontwikkelde de European Ventilation Association de Eurovent 4/4-norm, die de natriumvlamdetectiemethode volgde. Later stelde de American Society for Environmental Testing and Filter Efficiency Science een reeks vergelijkbare normen samen voor aanbevolen testmethoden, die allemaal gebruikmaakten van de DOP-schuifmaattelmethode. In 1999 stelde Europa de BSEN1822-norm vast, die de meest transparante deeltjesgrootte (MPPS) gebruikt om de filtratie-efficiëntie te detecteren [4]. De detectienorm van China maakt gebruik van de natriumvlammethode. Het detectiesysteem voor de prestaties van HEPA-luchtfilters dat in dit experiment wordt gebruikt, is ontwikkeld op basis van de Amerikaanse norm 52.2. De detectiemethode maakt gebruik van een schuifmaattelmethode en de aerosol maakt gebruik van PAO-deeltjes.
1. 1 hoofdinstrument
Dit experiment maakt gebruik van twee deeltjestellers, die eenvoudig, handig, snel en intuïtief zijn in vergelijking met andere apparatuur voor het testen van de deeltjesconcentratie [5]. De bovengenoemde voordelen van de deeltjesteller zorgen ervoor dat deze geleidelijk andere methoden vervangt en de belangrijkste testmethode voor deeltjesconcentratie wordt. Ze kunnen zowel het aantal deeltjes als de deeltjesgrootteverdeling tellen (d.w.z. tellen), wat de kernapparatuur van dit experiment is. De bemonsteringsstroom is 28,6 LPM en de koolstofvrije vacuümpomp heeft de kenmerken van een laag geluidsniveau en stabiele prestaties. Als deze optie is geïnstalleerd, kunnen de temperatuur en vochtigheid, evenals de windsnelheid, worden gemeten en kan het filter worden getest.
Het detectiesysteem maakt gebruik van aerosolen met PAO-deeltjes als te filteren stof. We gebruiken de aerosolgeneratoren (aerosolgeneraties) van het TDA-5B-model, geproduceerd in de Verenigde Staten. Het bereik van de concentratie is 500-65.000 cfm (1 cfm = 28,6 l/min) en de concentratie is 100 μg/l bij 6500 cfm; 10 μg/l bij 65000 cfm.
1. 2 schone kamer
Om de nauwkeurigheid van het experiment te verbeteren, werd het laboratorium met een oppervlakte van 10.000 verdiepingen ontworpen en ingericht volgens de Amerikaanse federale norm 209C. Er wordt gebruikgemaakt van een gecoate vloer, die wordt gekenmerkt door de voordelen van terrazzo, slijtvastheid, goede afdichting, flexibiliteit en een gecompliceerde constructie. Het materiaal is epoxylak en de wand is gemaakt van gemonteerde cleanroomgevelbekleding. De ruimte is uitgerust met 220V, 2×40W zuiveringslampen met 6 lampen en is ingericht volgens de vereisten van verlichting en veldapparatuur. De cleanroom heeft 4 luchtuitlaten aan de bovenkant en 4 luchtretourpoorten. De luchtdoucheruimte is ontworpen voor bediening met één gewone aanraakbediening. De luchtdouchetijd is 0-100s en de windsnelheid van elk instelbaar circulerend luchtvolume is groter dan of gelijk aan 20 ms. Omdat de cleanroomoppervlakte <50m2 is en het personeel <5 personen telt, is er een veilige uitgang voor de cleanroom voorzien. Het geselecteerde HEPA-filter is GB01×4, het luchtvolume bedraagt 1000 m3/u en de filtratie-efficiëntie is groter dan of gelijk aan 0,5 μm en 99,995%.
1. 3 experimentele monsters
De modellen van het glasvezelfilter zijn: 610 (L) × 610 (H) × 150 (B) mm, schottype, 75 plooien, formaat 610 (L) × 610 (H) × 90 (B) mm, met 200 plooien, PTFE-filterformaat 480 (L) × 480 (H) × 70 (B) mm, zonder schottype, met 100 plooien.
2 Basisprincipes
Het basisprincipe van de testbank is dat de ventilator de lucht in blaast. Omdat de HEPA/UEPA ook is uitgerust met een HEPA-luchtfilter, kan worden aangenomen dat de lucht schone lucht is geworden voordat deze de geteste HEPA/UEPA bereikt. Het apparaat stoot PAO-deeltjes uit in de leiding om een gewenste concentratie stofhoudend gas te vormen en gebruikt een laserdeeltjesteller om de deeltjesconcentratie te bepalen. Het stofhoudende gas stroomt vervolgens door de geteste HEPA/UEPA, en de stofdeeltjesconcentratie in de door HEPA/UEPA gefilterde lucht wordt eveneens gemeten met een laserdeeltjesteller. De stofconcentratie van de lucht vóór en na het filter wordt vergeleken, waardoor de HEPA/UEPA-filterprestaties worden bepaald. Bovendien zijn er respectievelijk bemonsteringsgaten vóór en na het filter geplaatst en wordt de weerstand van elke windsnelheid getest met behulp van een kantelbare microdrukmeter.
3 filterweerstand prestatievergelijking
De weerstandseigenschappen van HEPA zijn een van de belangrijkste kenmerken van HEPA. Om te voldoen aan de efficiëntie-eisen van mensen, zijn de weerstandseigenschappen gerelateerd aan de gebruikskosten: de weerstand is laag, het energieverbruik is laag en de kosten worden bespaard. Daarom is de weerstandsprestatie van het filter een aandachtspunt geworden. Een van de belangrijkste indicatoren.
Aan de hand van de experimentele meetgegevens wordt het verband tussen de gemiddelde windsnelheid van de twee verschillende structuurfilters van het glasvezel- en het PTFE-filter en het filterdrukverschil verkregen.De relatie wordt weergegeven in Figuur 2:
Uit de experimentele gegevens blijkt dat naarmate de windsnelheid toeneemt, de weerstand van het filter lineair toeneemt van laag naar hoog, en dat de twee rechte lijnen van de twee glasvezelfilters nagenoeg samenvallen. Het is gemakkelijk te zien dat bij een filtratiewindsnelheid van 1 m/s de weerstand van het glasvezelfilter ongeveer vier keer zo groot is als die van het PTFE-filter.
Als het oppervlak van het filter bekend is, kan de relatie tussen de snelheid van het oppervlak en het drukverschil van het filter worden afgeleid:
Uit de experimentele gegevens blijkt dat naarmate de windsnelheid toeneemt, de weerstand van het filter lineair toeneemt van laag naar hoog, en dat de twee rechte lijnen van de twee glasvezelfilters nagenoeg samenvallen. Het is gemakkelijk te zien dat bij een filtratiewindsnelheid van 1 m/s de weerstand van het glasvezelfilter ongeveer vier keer zo groot is als die van het PTFE-filter.
Als het oppervlak van het filter bekend is, kan de relatie tussen de snelheid van het oppervlak en het drukverschil van het filter worden afgeleid:
Vanwege het verschil tussen de oppervlaktesnelheid van de twee soorten filters en het drukverschil tussen de twee filterpapieren, is de weerstand van het filter met de specificatie 610 × 610 × 90 mm bij dezelfde oppervlaktesnelheid hoger dan die van het filter met specificatie 610 × 610 × 90 mm. De weerstand van het filter met 610 x 150 mm is hoger.
Het is echter duidelijk dat bij dezelfde oppervlaktesnelheid de weerstand van het glasvezelfilter hoger is dan die van PTFE. Dit toont aan dat PTFE superieur is aan glasvezelfilters wat betreft weerstandsprestaties. Om de eigenschappen van glasvezelfilters en PTFE-weerstand beter te begrijpen, werden verdere experimenten uitgevoerd. De experimentele resultaten worden hieronder weergegeven, waarbij de weerstand van de twee filterpapieren direct wordt bestudeerd bij veranderende filterwindsnelheden.
Dit bevestigt verder de eerdere conclusie dat de weerstand van glasvezelfilterpapier hoger is dan die van PTFE bij dezelfde windsnelheid [6].
4 filter filter prestatievergelijking
Op basis van de experimentele omstandigheden kan de filtratie-efficiëntie van het filter voor deeltjes met een deeltjesgrootte van 0,3 μm, 0,5 μm en 1,0 μm bij verschillende windsnelheden worden gemeten, en wordt de volgende grafiek verkregen:
Het filtratierendement van de twee glasvezelfilters voor deeltjes van 1,0 μm bij verschillende windsnelheden is uiteraard 100%, terwijl het filtratierendement van deeltjes van 0,3 μm en 0,5 μm afneemt met toenemende windsnelheid. Het filtratierendement van het filter voor grote deeltjes is hoger dan dat voor kleine deeltjes, en de filtratieprestaties van het filter van 610 × 610 × 150 mm zijn beter dan die van het filter met de specificatie 610 × 610 × 90 mm.
Met behulp van dezelfde methode wordt een grafiek verkregen die de relatie tussen de filtratie-efficiëntie van het 480×480×70 mm PTFE-filter als functie van de windsnelheid weergeeft:
Uit een vergelijking van figuur 5 en figuur 6 blijkt dat het filtratie-effect van het 0,3 μm en 0,5 μm deeltjesglasfilter beter is, met name voor het 0,3 μm stofcontrasteffect. Het filtratie-effect van de drie deeltjes op 1 μm deeltjes was 100%.
Om de filtratieprestaties van het glasvezelfilter en het PTFE-filtermateriaal intuïtiever te kunnen vergelijken, werden de filterprestatietests rechtstreeks op de twee filterpapieren uitgevoerd. Hieruit is het volgende diagram ontstaan:
De bovenstaande grafiek is verkregen door het filtratie-effect van PTFE- en glasvezelfilterpapier op deeltjes van 0,3 μm bij verschillende windsnelheden te meten [7-8]. Het is duidelijk dat de filtratie-efficiëntie van PTFE-filterpapier lager is dan die van glasvezelfilterpapier.
Wanneer men de weerstandseigenschappen en de filtratie-eigenschappen van het filtermateriaal in ogenschouw neemt, is het duidelijk dat het PTFE-filtermateriaal geschikter is voor het maken van grove of sub-HEPA-filters, en dat het glasvezelfiltermateriaal geschikter is voor het maken van HEPA- of ultra-HEPA-filters.
5 Conclusie
De vooruitzichten voor verschillende filtertoepassingen worden onderzocht door de weerstandseigenschappen en filtratie-eigenschappen van PTFE-filters te vergelijken met glasvezelfilters. Uit het experiment kunnen we de conclusie trekken dat windsnelheid een zeer belangrijke factor is die het filtratie-effect van HEPA-luchtfilters beïnvloedt. Hoe hoger de windsnelheid, hoe lager de filtratie-efficiëntie, hoe duidelijker het effect op het PTFE-filter en over het algemeen heeft het PTFE-filter een lager filtratie-effect dan het glasvezelfilter, maar de weerstand is lager dan die van het glasvezelfilter. Daarom is het PTFE-filtermateriaal geschikter voor het maken van een grof of sub-hoog rendement filter, en is het glasvezelfiltermateriaal geschikter voor de productie. Efficiënt of ultra-efficiënt filter. Het glasvezel HEPA-filter met een specificatie van 610 × 610 × 150 mm is lager dan het glasvezel HEPA-filter van 610 × 610 × 90 mm en de filtratieprestaties zijn beter dan het glasvezel HEPA-filter van 610 × 610 × 90 mm. Momenteel is de prijs van puur PTFE-filtermateriaal hoger dan die van glasvezel. Vergeleken met glasvezel heeft PTFE echter een betere temperatuurbestendigheid, corrosiebestendigheid en hydrolysebestendigheid dan glasvezel. Daarom moet bij de productie van filters rekening worden gehouden met verschillende factoren. Combineer technische prestaties met economische prestaties.
Referenties:
[1]Liu Laihong, Wang Shihong. Ontwikkeling en toepassing van luchtfilters [J]•Filtering en scheiding, 2000, 10(4): 8-10.
[2] CN Davis Luchtfilter [M], vertaald door Huang Riguang. Beijing: Atomic Energy Press, 1979.
[3] GB/T6165-1985 testmethode voor de prestaties van hoogrendementsluchtfilters, transmissie en weerstand [M]. National Bureau of Standards, 1985.
[4]Xing Songnian. Detectiemethode en praktische toepassing van een luchtfilter met een hoog rendement[J]•Bioprotectieve apparatuur voor epidemiepreventie, 2005, 26(1): 29-31.
[5]Hochrainer. Verdere ontwikkelingen van de deeltjesteller
sizerPCS-2000glasvezel [J]•Filter Journal ofAerosolScience, 2000,31(1): 771-772.
[6]E. Weingartner, P. Haller, H. Burtscher etc. Druk
DropAcrossFiberFilters[J]•Aerosol Science, 1996, 27(1): 639-640.
[7]Michael JM en Clyde Orr. Filtratie - Principes en Praktijken[M].
New York: MarcelDekkerInc, 1987•
[8] Zhang Guoquan. Aerosolmechanica – theoretische basis van stofverwijdering en -zuivering [M] • Beijing: China Environmental Science Press, 1987.
Plaatsingstijd: 06-01-2019